煤礦沉陷充填開采技術應用論述

王龍 黃圣超 常新

山東能源新礦集團華豐煤礦 山東泰安 271412

煤礦開采是一個難度較大的過程，實施中最常見的可能是發(fā)生塌陷。另外，對煤礦的局部過渡開發(fā)，也會使原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，從而影響了本地的生態(tài)平衡[1]。面對當前經(jīng)濟高速發(fā)展對能源的大量需求，停止開采是不可行的。為此，做好對地表塌陷的有效控制勢在必行。充填開采技術的應用，取得了較為可靠的地表穩(wěn)定效果，在確保了礦工安全的同時降低了對環(huán)境的破壞。

1 煤礦開采沉陷帶來的危害

煤礦開采過程發(fā)生在地下，它是對地下礦產(chǎn)資源挖掘和搬運的過程。也是對地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾和破壞的過程，其比較明顯的表現(xiàn)就是地表塌陷。這會對處在上方或者周邊的建筑物帶來干擾，嚴重的會發(fā)生安全事故，危機建筑物的使用安全[2]。長期的地下煤礦開采還會使得本地的生態(tài)平衡遭到破壞，可能誘發(fā)地面下沉及地裂等自然災害。對開采過后的地表進行修復需要投入大量的人力和物力，不利于煤礦開采的綜合經(jīng)濟效益的提升。所以，在煤礦開采中，國家和開采企業(yè)必須采取有力的措施，做好對煤礦開采區(qū)域的有效填充，避免沉陷導致的經(jīng)濟損失和生命傷亡。

2 什么是充填開采技術

充填開采技術是多項技術的統(tǒng)稱。它是對煤礦開采過程所產(chǎn)生的地質(zhì)干擾進行的一種并行處理方式，能夠確保地表結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免過渡開采導致的不良地質(zhì)災害的發(fā)生。在具體的充填開采中，需要結(jié)合地質(zhì)情況進行分析從而確定具體的充填開采形式。當前用于煤礦沉陷的充填技術中，常見的有注漿填充、尾砂膠結(jié)填充、石塊膠結(jié)填充等[3]。對于每種充填技術的實施，需要結(jié)合開采要求，進行充填技術實施成本的分析和工藝流程的判斷。只有確保充填開采技術符合煤礦開采要求，能夠有效的避免安全事故的出現(xiàn)，才能確保煤礦開采的經(jīng)濟效益。

3 充填開采技術的應用現(xiàn)狀

目前充填開采技術已經(jīng)得到廣泛的應用。但相對于金屬礦開采而言，將其用于煤礦開采中的頻率還不是太高。這是因為煤礦所處的地形一般呈現(xiàn)巖層狀，一旦遭到人為的挖掘和干擾，很容易出現(xiàn)塌陷和不同程度的下沉[4]。所以，煤礦開采中進行充填開采技術的應用更加復雜。但尾砂充填和注漿充填已經(jīng)在煤礦沉陷控制方面取得了較好的成果。所以，我國相關的煤礦開采部門也逐漸的重視了此項技術的研究，在充分的吸取國外先進充填開采技術的基礎上，優(yōu)化了技術實施細則，將煤礦開采對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞進一步降低。根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國還有較多的煤炭資源有待開采，但這可能會降低可利用土地面積，同時對環(huán)境保護也非常不利。所以，在未來的煤礦充填開采技術的研究中，需要通過綠色開采理念的指引，加強對技術實施的工藝改善，在確保煤炭資源高效開采的同時，能夠從綠色生態(tài)角度進行更好的地質(zhì)環(huán)境保護。

4 煤礦開采中常見的幾種充填開采技術應用分析

4.1 注漿充填開采技術應用

注漿填充一方面是針對煤礦開采的條帶冒落區(qū)，當這個區(qū)域承載力降低后，處在上方的巖層荷載會向煤巖柱發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而會導致煤巖柱的變形而引起地表塌陷。通過鉆孔對冒落區(qū)進行注漿并填充碎石，可以提升冒落區(qū)的荷載能力，降低煤柱的變形，從而起到塌陷避免作用。另一方面針對沉陷區(qū)域的覆巖離層分區(qū)，[2]通過向移動的巖層地帶鉆孔注漿，可以對覆巖形成結(jié)構(gòu)支撐，降低其運行速度，從而避免地表運動可能導致的沉陷。在注漿技術的實施中，需要對覆巖的離層位置和量變進行準確的掌握，同時要做好對離層的動態(tài)結(jié)構(gòu)分析，選擇合適的時間進行注漿填充。

4.2 利用塊石膠結(jié)來進行開采充填

塊石膠結(jié)是充分的利用廢棄的石頭來做填充原料，其不會用較多的水泥，且能夠取得較為可靠的填充效果。這項技術實施較為簡便可行，能夠達到較為可靠的填充強度。該填充技術對煤礦開產(chǎn)中產(chǎn)生較多的廢石區(qū)域進行沉陷填充是非常有效的。它利用井內(nèi)產(chǎn)生的石塊與膠水的充分結(jié)合，生成填充骨料。將骨料與適當?shù)乃噙M行結(jié)合，能夠形成快速的凝結(jié)塊，具有較為牢固的填充效果[3]。石塊膠結(jié)除了起到填充作用外，還能夠提升路面的牢固性，避免塌陷。塊石膠結(jié)的開采填充技術具有較為可靠的成本節(jié)約和填充效果，已經(jīng)在國內(nèi)煤礦開采中得到了較為廣泛的認可，它在保障煤礦開采企業(yè)的經(jīng)濟效益方面起到了積極的作用。

4.3 全尾砂的充填開采技術應用

這種技術主要是針對尾砂的處理應用，可以充分的將尾砂進行有效的填充。尾砂的膠結(jié)充填技術實施主要分兩個步驟：先進行真空過濾再做尾砂脫水處理，這樣來確保尾砂的漿液濃度保持在70%以上。再通過固定比例的水、水泥及尾砂充分均勻攪拌，直到漿液呈現(xiàn)了膠質(zhì)狀后，將其運輸?shù)叫枰畛涞膱龅剡M行對應的塌陷區(qū)域填充。全尾砂式的充填開采技術目前尚處于研究階段，技術實施所用材料雖然已經(jīng)較為穩(wěn)定，但是對填充后的巖層性能方面還需要進一步的研究確認。這項技術實施需要很多工藝綜合，特別是尾砂的脫水處理，可能會不利于施工成本的控制。所以，其技術應用前提是對脫水工藝再做進一步的優(yōu)化，將其成本能夠有效的降低。

總而言之，充填開采能夠有效的保護煤礦開采區(qū)域的地質(zhì)。就當前使用比較廣泛的各種礦井填充技術應用來看，各有優(yōu)勢，必須結(jié)合不同的煤礦類型進行技術的應用分析，同時在技術實施之前做好完全的方案規(guī)劃。通過降低填充成本和提升填充質(zhì)量，確保煤礦開采區(qū)域具有更加穩(wěn)定的生態(tài)地質(zhì)系統(tǒng)。