平朔礦區(qū)煤礦開采沉陷防治和控制的技術(shù)

劉 偉

[摘要]針對平朔礦區(qū)露天、井工煤礦開采對礦區(qū)環(huán)境、地表破壞的影響,并以減輕危害程度為目標(biāo),根據(jù)礦區(qū)應(yīng)合理的應(yīng)用采礦方法和工藝,來防治和控制開采沉陷,達(dá)到滿意的社會效益和環(huán)保效益。

[關(guān)鍵詞]開采沉降土地復(fù)墾沉陷治理環(huán)境效益

中圖分類號:TD8文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1120085-01

平朔礦區(qū)位于山西省朔州市境內(nèi),煤炭資源豐富,這里既有安太堡、安家?guī)X特大型露天煤礦,也有井工開采的中小煤礦。礦區(qū)面積大1190km2,地質(zhì)儲量3000Mt,礦區(qū)生產(chǎn)能力達(dá)15Mt/a。為國家特大型礦區(qū)。開采歷史較長,煤炭的開發(fā)為朔州的經(jīng)濟快速持續(xù)發(fā)展提供了基本保證,然而煤炭的大規(guī)模開采對礦山及其周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞,每年由于采動造成的地質(zhì)災(zāi)害,給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳踩拓敭a(chǎn)安全蒙上陰影,嚴(yán)重威脅礦山的正常安全生產(chǎn)。開采沉陷造成的礦區(qū)環(huán)境災(zāi)害主要有土地塌陷或積水,農(nóng)田減產(chǎn)或絕產(chǎn)、道路塌陷、房屋變形破壞等,這都是開采引起的巖層移動,是造成礦區(qū)塌陷災(zāi)害和區(qū)域變形的根源,有效控制和減輕地面塌陷程度是解決此問題的根本之路。

一、露天煤礦邊坡控制技術(shù)

采礦工程直接涉及或影響到邊坡巖體的變形破壞特征、失穩(wěn)模型,因此,對蠕動邊坡變形控制亦應(yīng)以采礦工程為主要研究內(nèi)容。

1.依據(jù)弱層的蠕變特征設(shè)計邊坡。邊坡變形主要由褐色頁巖泥化層控制,其變形特征主要取決于泥化層的流變特征,所以,在設(shè)計邊坡時應(yīng)采用弱層的長期強度來驗算邊坡的穩(wěn)定性,并以瞬時抗剪強度和長期極限抗剪強度來分析邊坡的變形動態(tài)。

2.控制地下水壓變化。地下水壓是影響邊坡變形發(fā)展的極敏感因素,疏干減壓是抑制或延緩軟巖邊坡蠕動變形進(jìn)一步發(fā)展的有效措施。實踐證明,設(shè)計合理的疏干工程密度是消除或減小變形“階躍”,延緩變形發(fā)展的有效措施。

3.協(xié)調(diào)采礦工程。邊坡的管理和維護(hù)是控制邊坡變形的重要環(huán)節(jié),應(yīng)盡量縮短邊坡暴露時間和服務(wù)年限。因此,在選擇采礦工藝、采區(qū)布置、工作線推進(jìn)方向和采空區(qū)利用等都應(yīng)與邊坡工程管理結(jié)合起來,協(xié)調(diào)發(fā)展,并實施內(nèi)排土壓腳工程,有效地減小傾倒滑移變。

4.制造人工裂隙,處理煤層含水。因為采煤的降深速度大于煤層疏干的降深速度。不把煤層中的水處理掉,采煤工作受到制約,光靠疏干井降深,時間長,滿足不了采煤降深的要求。找一點煤層底板等高線較低的點,打一口集水井,通過集水井能把這些水很快抽走。

5.做好地面防水工程,最大限度地減少采場匯水量。設(shè)排水溝,排水溝與主要泄洪河道貫通。

6.植被保護(hù)。礦坑外圍排土場的生態(tài)重建工作,臺階平臺、邊坡坡面和塬頂平臺是主要的工程實施對象。排土場的最終平臺主要采用灌草帶狀混交模式,樹草種選擇檸條、羊草和披堿草,形成灌草叢;外排土場永久邊坡經(jīng)穴狀整地后栽植沙棘,常綠與落葉樹木搭配、喬木與灌木結(jié)合、路基邊坡種草,起到生態(tài)防護(hù)作用的同時,美化環(huán)境。

7.土地復(fù)墾。土地復(fù)墾與露天礦開采計劃相結(jié)合,合理安排,實施邊開采、邊復(fù)墾、邊利用;土地復(fù)墾與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)規(guī)劃相結(jié)合,與氣象、土壤條件相適應(yīng),與土地利用總體規(guī)劃相協(xié)調(diào),與當(dāng)?shù)氐某擎?zhèn)、道路等建設(shè)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)統(tǒng)一規(guī)劃,進(jìn)行地區(qū)綜合治理,有利于生產(chǎn)、生活,美化環(huán)境,促進(jìn)生態(tài)的良性循環(huán)。

二、井工開采沉陷的防治技術(shù)途徑

沉陷破壞的防治技術(shù)途徑可以從兩方面考慮:(1)對開采沉陷的控制,即通過合理選擇采礦方法和工藝、合理布置開采工作面、采取井下充填法、覆巖離層帶空間充填等措施,來減少地表下沉,控制地表下沉速度和范圍,達(dá)到保護(hù)地表和地面建、構(gòu)筑物與耕地的目的。(2)開采沉陷破壞的恢復(fù)和整治,運用土地復(fù)墾技術(shù)和建筑物抗采動變形技術(shù),對開采沉陷破壞的土地進(jìn)行整治和利用。

1.全部充填開采。充分利用洗、選煤場的優(yōu)勢,將煤泥、矸石等廢料,輸送到井下采空區(qū)。煤泥通過管道、鉆孔,充填采空區(qū),此項目已通過工業(yè)試驗。矸石經(jīng)過輔助提升井運到井下,充填采空區(qū)。在煤炭采出后頂板尚未冒落之前,用固體材料對采空區(qū)進(jìn)行密實充填,使頂板巖層僅產(chǎn)生少量下沉,以減少地表的下沉和變形,達(dá)到保護(hù)地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田的目的。

2.條帶開采。根據(jù)煤層和上覆巖層組合條件,按一定的采留比,在被開采的煤層中采出一條,保留一條。由于條帶開采僅是部分地采出地下煤炭資源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撐上覆巖層。從而減少覆巖移動,控制地表的移動和變形,實現(xiàn)對地面建、構(gòu)筑物的保護(hù)。

3.覆巖離層帶充填。根據(jù)采空區(qū)上方覆巖移動形成三帶的巖移特性,在煤炭采出后一定時間間隔內(nèi),用鉆孔往離層帶空間高壓注漿,充填,加固離層帶空間,將采動的砌體梁結(jié)構(gòu)加固為穩(wěn)定性較好的連續(xù)梁結(jié)構(gòu),使離層帶的下沉空間不再向地表傳遞,以減少或減緩地表下沉,保護(hù)地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田。

4.協(xié)調(diào)開采。厚煤層分層開采時,合理設(shè)計各工作面的開采間距,相互位置與開采順序,使開采一個煤層(工作面)所產(chǎn)生的地表變形和開采另一個煤層(工作面)所產(chǎn)生的地表變形相互抵消或抵消一部分,以減少采動引起的地表變形,保護(hù)地面建、構(gòu)筑物。

5.土地復(fù)墾。煤矸石充填復(fù)墾和粉煤灰充填復(fù)墾;平地和修建梯田復(fù)墾,對積水沉陷區(qū)、潛水位較低的邊坡地帶,可采取平整土地、改造成梯田的方法復(fù)墾利用;輸排法復(fù)墾開挖排水渠道,將沉陷區(qū)淺積水排出,使沉陷水淹地重新得到耕種;固體微生物復(fù)墾技術(shù)煤矸石添加適量微生物活化劑,經(jīng)過一個植物生長期,就可建立起穩(wěn)固的植物生長層,形成熟化的土壤。

三、結(jié)束語

開采沉陷是造成礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的直接原因,有效控制和減輕地面沉陷程度是避免開采沉陷環(huán)境災(zāi)害的基本途徑。充填采煤法是減少地表下沉效果作好的方法,平朔礦區(qū)井工煤礦正在做膏體(煤泥水)充填的實驗,這種方法可使采場沒有或減少垮落帶,能更好的減少地表下沉。

參考文獻(xiàn):

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