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发布日期:2019-09-23  浏览次数:235
 一、我国矿山开采现状 
  长期以来,炭大规模的开发和利用主要沿用传统的、粗放型的生产经营方式,造成大量污染物的产生和排放,引发许多环境污染和生态环境破坏问题。然而,由于长期以来煤矿矿山追求短期的经济效益,对矿山的环境保护问题重视不够,造成了严重的环境污染,特别是在煤炭行业不景气的时候,煤矿更是没有精力顾及环境保护,加之管理监督不善,使煤矿环境状况更加恶化。尤其是过度及不合理地开采与开发,已对矿山及其周围环境造成了严重的污染并诱发出了多种环境地质灾害。由于露天矿和井下矿煤炭的开采,煤矿每年从地表或地表深处开采出大量的煤炭和岩石,这不但会造成地面塌陷,还有可能破坏地球表层的地质构造,诱发山体滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害,此外,地面塌陷不仅导致土地资源劣化,而且破坏了土地原有的水循环系统,严重的会造成土地荒漠化。煤炭开采的同时排出大量的煤矸石,由于煤矸石的堆积,占用大片的土地,使地形地貌发生改变,遭到破坏,影响生态平衡。 
  二、运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术,对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用 
  1、全部充填开采 
  在煤炭采出后顶板尚未冒落之前,用固体材料对采空区进行密实充填,使顶板岩层仅产生少量下沉,以减少地表的下沉和变形,达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法,其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施,还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大,吨煤成本相应的增加。 
  2、条带开采 
  根据煤层和上覆岩层组合条件,按一定的采留比,在被开采的煤层中采出一条,保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动,控制地表的移动和变形,实现对地面建、构筑物的保护。但该方法采出率低、巷道掘进多,工作面效率低。 
  3、覆岩离层带充填 
  根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性,在煤炭采出后一定时间间隔内,用钻孔往离层带空间高压注浆,充填,加固离层带空间,将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构,使离层带的下沉空间不再向地表传递,以减少或减缓地表下沉,保护地面建、构筑物或农田。但该技术难度大,再近一步研究。 
  4、限厚开采 
  根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力,以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据,确定可开采的煤层厚度,开采是仅回采这一厚度的煤,其余各煤层均不开采,以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低,仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。 
   5、协调开采 
  厚煤层分层开采时,合理设计各工作面的开采间距,相互位置与开采顺序,使开采一个煤层(工作面)所产生的地表变形和开采另一个煤层(工作面)所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分,以减少采动引起的地表变形,保护地面建、构筑物。但该技术要保持一定的错距,因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。 
  6、“采-注-采“三步法开采 
  充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用,应用荷载置换的原理,进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采,有效的对岩层移动和地表沉陷的控制,解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率,保护了地面建、构筑物,但也存在工艺复杂,成本较大等缺点。 
  三、实际施工中应该注意的几个技术要点 
  1、利用废石或尾矿及时充填处理空区 
  采用井下开采的废石或尾矿作为充填料,对采空区进行处理。废石层的厚度要满足冲击气浪缓冲层厚度的要求。大量的工程实践证明,采用充填处理采空区是控制采空区稳定性最好的方法。该方法为该矿采空区处理的首选方案。 
   2、严格采用所选用的浅孔留矿采矿法的采场结构参数,留足和维护好足够尺寸的顶柱与间柱,坚持合理的开采顺序,并且合理确定巷道断面形状和大小。 
  3、根据井巷和采场所处的围岩稳固程度,对井巷与顶柱采取锚杆支护等措施,特别是采空区的跨度大于10 m后的顶柱,一是采用锚杆加固,二是在其下部应留足对其的支撑矿柱。 
  四、几种绿色开采技术研究 
  1、煤与瓦斯共采技术 
   煤与瓦斯共采技术充分利用采煤过程中岩层移动以及破坏对瓦斯的卸压作用提高瓦斯的抽采率,在煤层开采时形成采煤和抽采瓦斯两个完整的开采系统,即形成“煤与瓦斯共采”技术。实践表明,一旦采掘活动引起岩层的移动,则会使渗透率很低煤层的渗透率增加数十倍,从而为瓦斯的运移和涌出创造条件,有利于瓦斯的抽采,而且抽采出的瓦斯作为一种洁净能源,被广泛地应用在工业各个领域。中国70% 以上煤层的渗透率小于10-3μm2,这对中国开展煤层瓦斯采前预抽是极为不利的,以袁亮院士为代表的科研项目组,提出的快速留巷Y 型通风方式对卸压瓦斯的抽采,实现了煤与瓦斯的共采技术,在克服低渗透性瓦斯难抽采现状的同时,降低了瓦斯的安全隐患,改善了矿工的作业环境。实现煤与瓦斯的共采技术关键是提高煤层的透气性以及抽采工艺的优化,以节理裂隙分布规律和煤层卸压对瓦斯运移规律为理论基础,加强煤与瓦斯共采技术的创新。尤其针对全国的高瓦斯煤层,需要在实践中不断进行技术创新,增强煤层渗透率,提高瓦斯抽采率,加强煤与瓦斯共采技术的研究,争取最大限度地该技术的应用。 
  2、充填开采技术 
   充填绿色开采技术为解决“三下”压煤问题、矸石山问题、地面沉降问题以及采空区瓦斯问题提供了有效的解决途径。充填开采是将煤矸石、粉煤灰以及河砂等充填材料用于充填采空区,从而提高资源的利用率、控制地面沉降与塌陷,同时还可以消耗地面的固体废弃物、建筑垃圾,降低对环境污染的绿色采煤技术。目前主要的充填方法按照充填材料的不同可分为水砂充填、矸石充填和膏体充填。水砂充填技术20 世纪80 年代起在中国开始应用,技术已经十分成熟,但水砂充填工艺复杂、设备投资大、充填系统复杂,难以实现大规模的应用,已经被逐渐淘汰。矸石充填可以减少矿井矸石山的堆放,提高回采率,减少对环境的污染,充填效果好,但是矸石充填会增加吨煤成本,大面积需要大量的矸石。膏体充填是将固体废弃物按照一定的比例配制成无需脱水的类似牙膏的膏状浆体,通过重力或泵压的作用,经过管道输送进行采空区的充填。该膏体具有流动性好、凝结时间短、凝结后强度高等特点,并在山东太平矿、河南煤业的九里山矿等矿区得到了应用。上述充填技术为解决“三下”压煤和环境污染问题起到了积极的作用,在技术上仍需不断完善、创新,在应用上需要继续推进,对节约资源、保护环境具有重要意义。 
  3、煤巷支护 
  煤巷支护是煤矿设备产能发挥的重要保证。随着我国煤矿开采逐步转入深部,以大采深、高应力、软弱破碎围岩和快速成巷为特征的动压巷道支护技术成为今后的研究热点。部分矸石井下处理工艺为巷充法,即通过沿空留巷和在条带煤柱内开掘矸石充填巷等方式,一定程度上实现了无煤柱开采,提高了矿井回采率。较为突出的技术成果为2002 年3 月冀中能源邢东煤矿可调向、升降与变速矸石充 填 机的研制与应用。目前,具有相同功能的充填设备在 枣庄矿集团田陈矿、蒋庄矿和新矿集团 鄂 庄矿有所应用。山东盛泉矿业有限公司在高档普采工作面应用该技术是其应用领域的又一扩展。 
  4、煤炭地下气化技术 
  煤炭的地下气化是将煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体,而不用将其采出地面的绿色开采技术。该技术不仅减轻了矿工的劳动强度,而且降低了煤炭开采及煤炭燃烧对生态环境的破坏。但是该技术还不够成熟,还存在可燃气体热值不高,气化燃烧产生的致癌物质苯和酚对人体和环境造成危害等相关问题,因此,必须进一步研究和探讨相关问题,使煤炭气化技术日趋成熟。 
  5、煤巷支护与矸石处理 
  煤巷支护对于实现煤矿的高效产能发挥重要作用,减少矸石量,就需要以煤巷取代岩巷,同时随着开采深度的增加,以高应力、快速成巷和软弱破碎围岩为特征动压巷道支护将成为研究的热点,需要研发各种高效的煤巷支护技术。在煤矿的采掘过程中,岩石巷道的开掘不可避免,就需要矸石的井下处理系统,通过沿空留巷和在条带煤柱内开掘矸石充填巷的方式实现无煤柱开采,从而实现煤矿的绿色开采。 
  结束语 
  开采沉陷对土地资源的影响和破坏是难以避免的,所以各个煤矿应该应用根据自己的实际情况和条件合理应用防止和控制开采沉陷技术和土地复垦技术,矿区生态复垦技术等多学科知识,对地表塌陷进行综合治理和开发利用,才能更好地保护地表、矿区的环境、农民的利益。 

 
关键词: 采矿
 
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