礦山開采防沉降及綠色開采技術(shù)的要點(diǎn)

趙 勇

（礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100070）

防沉降技術(shù)和綠色開采技術(shù)是礦山開采過程中具有十分重要意義的兩項(xiàng)技術(shù)，通過研究和分析對防沉降和綠色開采技術(shù)的應(yīng)用方法進(jìn)行探討，找到其最合理的掌控力度，對整體措施進(jìn)行合理化調(diào)整，使開采工作的整體效果越來越好[1，2]。

1 現(xiàn)階段我國礦山開采工作的狀況

現(xiàn)階段我國運(yùn)用的礦產(chǎn)資源開采模式還比較傳統(tǒng)和粗放，這會(huì)給自然環(huán)境帶來很大的污染，排放的污染氣體會(huì)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，很多礦產(chǎn)開采企業(yè)都只注重短期的利益，沒有對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)的意識[3]。特別是在行業(yè)處于低迷狀態(tài)時(shí)，大部分礦產(chǎn)開發(fā)單位更加不會(huì)注意對環(huán)境的保護(hù)，而只注重自身利益如何提高。另一方面由于生產(chǎn)過程中管理疏忽，礦產(chǎn)開采過程中具有很多不合理的問題，比如，應(yīng)用不合理的開采方式，這會(huì)對礦山環(huán)境造成破壞，使環(huán)境條件越來越惡劣[4，5]。這種情況大大增加周邊環(huán)境發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率。由于礦山開采過程中應(yīng)用了不合理的技術(shù)，并且缺乏對環(huán)境保護(hù)的意識，使得泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害的發(fā)生率越來越高。礦山開采過程中通過進(jìn)行露天作業(yè)和井下作業(yè)，一個(gè)礦山每年從地表或地表深處開采出的礦產(chǎn)和巖石多達(dá)幾百甚至上千萬噸，這會(huì)造成了地面坍塌問題的出現(xiàn)，使土地資源劣化，影響土地中原有水循環(huán)系統(tǒng)的自主運(yùn)行，加劇了土地的荒漠化程度。

2 礦產(chǎn)開采中運(yùn)用防沉降及綠色開采技術(shù)的重要性

現(xiàn)階段防沉降及綠色開采技術(shù)在礦山開采過程中受到了很多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。在開采過程中，為了廢棄矸石的排放，對原有地形作出保護(hù)，維護(hù)生態(tài)平衡，就要運(yùn)用防沉降及綠色開采技術(shù)，避免地面發(fā)生坍塌發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，危害人們的人身安全[6]。

3 防沉降技術(shù)的分析

3.1 應(yīng)用防塵降技術(shù)的具體內(nèi)容

（1）在應(yīng)用防沉降技術(shù)時(shí)，可以運(yùn)用全部充填的方式。礦產(chǎn)開采工作結(jié)束后可以通過固體材料充填采空區(qū)，盡量減少頂板巖層發(fā)生下沉的情況出現(xiàn)，從而解決地表變形的問題，并對地表層的建筑和農(nóng)田做好保護(hù)?，F(xiàn)階段填充時(shí)可以運(yùn)用水沙進(jìn)行填充，對防止地表下沉很有效果，另一方面還可以運(yùn)用分類填充等方式。不過，在填充過程中需要運(yùn)用專業(yè)的填充設(shè)備，并時(shí)刻檢查充填材料是否充分，所以這種方法在應(yīng)用時(shí)要在采礦投資成本控制上花大量時(shí)間做預(yù)算，所以很多礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)認(rèn)為，這種方式在實(shí)際操作過程中較為麻煩，會(huì)消耗大量的時(shí)間，因此很少采取。

（2）條帶式開采方式，在進(jìn)行礦產(chǎn)開采的過程中，需要嚴(yán)格遵循上覆巖層和礦層的組合方式，依據(jù)采留比例進(jìn)行開展，為了減少覆巖的移動(dòng)，還需要做適當(dāng)?shù)谋Ａ?。在開展地下礦層開采時(shí)，保留礦柱從而對上覆巖層進(jìn)行支撐，可以很好的避免地表變形問題以及地表發(fā)生移動(dòng)情況的出現(xiàn)，對地表面的建筑物和植被等作出保護(hù)。不過應(yīng)用這種開采方式，開采出的礦產(chǎn)數(shù)量相對較少，所以大多數(shù)企業(yè)不會(huì)選擇這種開采效率較低的開采方式。

（3）覆巖離層帶式填充。覆巖在采空區(qū)上方的移動(dòng)會(huì)形成冒落、離層以及彎曲帶，所以在開采工作結(jié)束之后，可以運(yùn)用鉆孔的方式，在地面進(jìn)行注漿和澆筑，對采區(qū)空及上覆巖層離層進(jìn)行加固。即使離層發(fā)生下降，也不會(huì)傳遞到地表上方，在此基礎(chǔ)上避免地表下沉，對地面的建筑物和農(nóng)田作出保護(hù)。這種填充方式對技術(shù)的要求相對較高，在實(shí)際應(yīng)用過程中具有很大的難度，因此在發(fā)展過程中，研究人員還需要對這種開采方式進(jìn)行不斷的研究。

（4）協(xié)調(diào)開采。在對厚礦層進(jìn)行開采時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)開采的順序、間距以及位置等。通過設(shè)計(jì)在開采過程中讓地表變形的力度相互抵消。減少因采動(dòng)而使地表發(fā)生變形情況的出現(xiàn)，對地面的建筑物作出保護(hù)。不過在實(shí)際應(yīng)用過程中運(yùn)用這種方式需要明確錯(cuò)距信息，所以也具有很大的應(yīng)用難度。

（5）限制厚度開采，礦山企業(yè)在開采厚度加大礦層時(shí)，要根據(jù)水文地質(zhì)條件、建筑物抵抗變形的能力以及開采區(qū)的地質(zhì)條件等進(jìn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行開采設(shè)計(jì)，與此同時(shí)還要對地表的建筑物進(jìn)行保護(hù)。地表不能積水，要在符合建筑物保護(hù)范圍的區(qū)域外進(jìn)行開采工作，開采過程中只開采所需厚度的礦層，而不對其余的礦層進(jìn)行開采，可以減少地表下沉問題的出現(xiàn)。

（6）三步法開采。運(yùn)用這種方法時(shí)，首先進(jìn)行小條帶的開采，在完成小條帶注漿填充后，再進(jìn)行采空區(qū)其他部位的填充。通過這種方式對表面沉降問題進(jìn)行預(yù)防，避免巖層發(fā)生位移，另一方面還能夠使回采率不斷提高，對地面的建筑物做出保護(hù)。不過這種方式在利用時(shí)需要較高的成本，而且應(yīng)用的工藝流程相對也比較復(fù)雜。

3.2 防沉降技術(shù)在應(yīng)用過程中需要注意的問題

在進(jìn)行礦層開采工作時(shí)，可以運(yùn)用的填充材料有廢石和尾礦石。廢石主要在進(jìn)行井下開采時(shí)產(chǎn)生，將這些材料用于采空區(qū)的填充，既節(jié)約材料，而且還能夠滿足沖擊氣浪緩沖層的要求。分析研究表明，進(jìn)行填充處理可以使采空區(qū)變得更加穩(wěn)定，而且這是最常用、最簡單的采空區(qū)處理方式。第二，通過對淺孔留礦采框的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析，可以更加準(zhǔn)確的計(jì)算間柱和頂柱的尺寸，根據(jù)開采工藝流程進(jìn)行嚴(yán)格的順序控制，找到巷道斷面大小與形狀的準(zhǔn)確值。第三，可以在開展過程中運(yùn)用錨桿支護(hù)的方式提高井巷圍巖以及采場的穩(wěn)定度，錨桿主要起到加固作用，特別是在采空區(qū)的高度在10m以上時(shí)可以運(yùn)用錨桿支護(hù)頂柱，提高下部留足支撐礦柱的穩(wěn)定性。

4 綠色開采技術(shù)的分析

4.1 充填式開采

地面沉降的問題也可以運(yùn)用充填的開展方式進(jìn)行解決，在礦產(chǎn)開采結(jié)束后進(jìn)行填充時(shí)可以運(yùn)用矸石或者粉煤灰作為原材料進(jìn)行回填，不僅可以使資源得到反復(fù)的運(yùn)用，而且還可以有效的解決地面沉降的問題。這一過程是一個(gè)廢物利用的過程，能夠大量消耗礦產(chǎn)開采過程中產(chǎn)生的建筑垃圾和廢棄物，保護(hù)自然環(huán)境的同時(shí)完成了工作內(nèi)容?，F(xiàn)階段在進(jìn)行填充工作時(shí)，可以運(yùn)用水沙、膏體等等，但是運(yùn)用水沙進(jìn)行填充，需要消耗大量的資金成本，而且填充過程中應(yīng)用的工藝流程相對較為復(fù)雜，很多礦產(chǎn)企業(yè)都不會(huì)選用這種填充方式，運(yùn)用矸石代替水沙，可以得到很好的填充效果，不過這會(huì)增加礦產(chǎn)的綜合生產(chǎn)成本。膏體由于具有很好的流動(dòng)性，廣泛應(yīng)用于填充工作，而且凝結(jié)速度快，受到很多礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的青睞。

4.2 礦層巷道支護(hù)技術(shù)

這一項(xiàng)技術(shù)可以在礦山產(chǎn)能以后對產(chǎn)能作出保障，現(xiàn)階段這項(xiàng)技術(shù)是研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，通過運(yùn)用這一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行無礦柱形式的開采工作，能夠使回采的效率不斷提高。

4.3 地下氣化開采技術(shù)

這一項(xiàng)技術(shù)是利用熱化學(xué)反應(yīng)將地下氣體轉(zhuǎn)化成可燃性的氣體，并進(jìn)行氣體收集的一個(gè)過程。不過氣體在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，目前還不能對這些副產(chǎn)物進(jìn)行合理的解決，而且現(xiàn)階段氣體收集過程的技術(shù)手段還不夠成熟，這一項(xiàng)技術(shù)還處于研發(fā)階段，需要解決地下氣化過程中容易出現(xiàn)的很多問題以后再進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

4.4 矸石的處理

為了保證礦山產(chǎn)能的高效性，可以將矸石應(yīng)用于礦層掘進(jìn)巷道的支護(hù)，通過礦層巷道代替巖巷?，F(xiàn)階段開挖的深度不斷增加，預(yù)應(yīng)力越來越大，以軟弱破碎的圍巖或者快速成巷特征的動(dòng)壓巷道作為巷道支護(hù)受到了越來越多研究人員的關(guān)注，在這一過程中還需要對提高巷道的支護(hù)方法進(jìn)行探索。在礦石采取的過程中，巖石巷道里很容易出現(xiàn)突發(fā)問題，因此需要在不同的情形下，設(shè)計(jì)不同的處理方案?，F(xiàn)階段可以運(yùn)用巖空留巷技術(shù)方法對礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的無礦柱開采方式，也是綠色開采方式的一種。

5 總結(jié)

綜上所述，在進(jìn)行礦產(chǎn)開采時(shí)，很容易對周圍環(huán)境以及土地資源造成破壞，對自然環(huán)境的生態(tài)平衡產(chǎn)生影響。所以采取有效的措施處理開采過程中的沉降問題勢在必行。除了運(yùn)用常規(guī)方法解決沉降問題以外，還可以運(yùn)用綠色開采技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)的開采，實(shí)現(xiàn)能源的重復(fù)利用，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對周圍的環(huán)境作出保護(hù)。