礦山開采防沉降及綠色開采技術(shù)的要點(diǎn)

左新明

（河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063000）

1 防沉降技術(shù)在煤礦開采中的重要性

我國長期使用傳統(tǒng)粗放的煤礦開采及模式，然而這種模式可能會產(chǎn)生較多的污染物，同時(shí)排放污染氣體，給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，也會破壞生態(tài)環(huán)境。由于部分煤礦重視短期績效，并且缺乏環(huán)境保護(hù)意識，導(dǎo)致存在較嚴(yán)重的環(huán)境污染，尤其是在煤炭行業(yè)發(fā)展不景氣的情況下，很多煤礦開發(fā)單位沒有重視對于外界環(huán)境的保護(hù)。加上在經(jīng)營管理中不到位，使得環(huán)境日益惡劣。此外，過度不合理的開采方式也會導(dǎo)致礦山環(huán)境受到破壞，不僅使周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，同時(shí)還會導(dǎo)致多種地質(zhì)災(zāi)害。由于露天和井下礦開采，使得每年煤礦開采大量的自然資源，地面可能會出現(xiàn)坍塌問題，甚至引發(fā)一些嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，比如山體滑坡或者泥石流。同時(shí)地面坍塌還會使土地資源受到影響，也會破壞原有的水循環(huán)系統(tǒng)，最終導(dǎo)致土地出現(xiàn)沙漠化，在開采煤炭過程中還會排放煤矸石，占用土地面積，使得原油地形受到較大的破壞，最終也會破壞生態(tài)平衡。

2 防沉降技術(shù)分析

從其技術(shù)要點(diǎn)上來看，可以采取全部充填的開采方式，在煤礦開采后，由于頂板沒有冒落，在這個(gè)過程中可以利用固體材料對采空區(qū)進(jìn)行壓實(shí)，進(jìn)而減少頂板巖層下沉，減少地表的變形問題，更好地保護(hù)農(nóng)田和地面建筑物。目前可以采用水沙填充的方式，有效防止地表下沉，此外還可以采用分類填充等多種方式，填充采礦需要具備專業(yè)的充填設(shè)備以及充足的充電材料，但這樣也會從一定程度上提高采礦投資成本，因此這種充填采礦的方式在實(shí)際操作中的使用率較低。條帶式的開采方式，在煤礦開采中需要嚴(yán)格按照上覆巖層，煤層的組合方式，根據(jù)采留比開采的同時(shí)還需要做到適當(dāng)保留，且這種條帶式的開采方式僅適用于一些地下煤炭開采，因此在這個(gè)過程中需要保留煤柱形，上覆巖層，進(jìn)而減少覆巖移動，能夠有效防止地表變形以及地表移動的問題產(chǎn)生，更好的保護(hù)建筑物。但采用這種開采方式采出率較低，并且開采的效率較低，因此在實(shí)際開采中這種開采方法使用度不高。覆巖離層帶式填充，由于采空區(qū)上方覆巖移動過程中，會形成三帶的巖石移動，因此在開采之后需要用鉆孔對高壓處進(jìn)行澆筑和注漿，這樣可以強(qiáng)化離層大空間，對連續(xù)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，使得離層在下降時(shí)不會傳遞到地表中，能夠從一定程度上防止地表下沉，保護(hù)地面的農(nóng)田和建筑物。但相對來看，這種開采方式在實(shí)際應(yīng)用中難度較大。未來還需針對這種開采方式進(jìn)行深入的研究。協(xié)調(diào)開采的方式，在開采厚煤層時(shí)需要對各工作面開采間距，位置，順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。在開采中能夠使地表變形，力度抵消，減少由于采動而使得地表出現(xiàn)變形，保護(hù)地面的建筑物，然而在實(shí)際使用時(shí)，采用這種方法需要確定錯(cuò)距，因此使用難度較大。限制厚度開采的方式，煤礦所開采的厚度需要根據(jù)水文地質(zhì)條件，礦區(qū)地形條件，建筑物的抗變形等條件作為參考依據(jù)，同時(shí)還要滿足建筑物保護(hù)等級，不會產(chǎn)生地表積水，并且能夠滿足建筑物所需要的保護(hù)范圍內(nèi)，在實(shí)際開采過程中只開采所需厚度的煤層而不開采其余的煤層，能夠有效減少地表下沉問題。三步法的開采方式，這種開采方式是指小條帶開采，完成注漿充填固結(jié)，采空區(qū)到只剩余條帶開采這三個(gè)步驟，該技術(shù)能夠有效防止地表沉降，控制巖層移動，提高回采率，同時(shí)能夠保護(hù)地面建筑物，然而同利用這種開采技術(shù)成本較高，而且工藝比較復(fù)雜。

防沉降技術(shù)注意事項(xiàng)。對于煤礦開采來說，可以采用沸石或者尾礦進(jìn)行填充，利用井下開采的廢石作為采空區(qū)的填充材料，能夠滿足沖擊氣浪緩沖層的需求。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過填充處理能夠有效提高采空區(qū)的穩(wěn)定性，同時(shí)也是日常開采過程中常用的采空區(qū)處理方式。其次，需要采用淺孔留礦采礦的結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠確保頂柱和間柱有足夠尺寸，按照開采順序嚴(yán)格開采，確定巷道斷面的形狀和大小。最后可以采用錨桿支護(hù)的方式，根據(jù)采場以及井巷的圍巖穩(wěn)定度，可以利用錨桿支護(hù)對井巷和頂柱進(jìn)行加固，尤其對于采空區(qū)高于十米的頂柱來說，可以采用錨桿加固，或者在其下部留足支撐礦柱的方式來提高其穩(wěn)定性。

3 綠色開采的技術(shù)分析

煤炭瓦斯開采。在煤礦開采過程中，會對巖層以及巖層移動產(chǎn)生破壞，通過對瓦斯卸壓能夠提高瓦斯的抽采率，在開采煤層時(shí)可以形成抽采瓦斯和采煤這兩個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)共采的技術(shù)。經(jīng)過實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，在開采過程中會引起巖層移動，能夠增加滲透率，進(jìn)而能夠?yàn)橥咚褂砍龊鸵苿犹峁┍憷麠l件，能夠利于抽采瓦斯，同時(shí)抽采之后可將其瓦斯作為綠色資源，利用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面。

煤炭和瓦斯的共采技術(shù)關(guān)鍵是要提升煤層透氣性，同時(shí)還需要優(yōu)化煤層的抽采工藝。需要將煤層卸壓對瓦斯運(yùn)動規(guī)律及節(jié)理裂隙分布規(guī)律作為共采技術(shù)的理論基礎(chǔ)，不斷對該工程技術(shù)進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新，進(jìn)一步提高瓦斯的抽采效率。充填是式開采。利用充填的開采方式能夠解決地面沉降問題。在實(shí)際充填時(shí)，可以采用粉煤灰或者煤矸石作為推動材料，不僅提高資源利用率，同時(shí)還能夠有效防止地面出現(xiàn)下降的問題。在這個(gè)過程中能夠變廢為寶，消耗廢棄物和建筑垃圾，降低其對于外界環(huán)境的污染。目前常采用的填充方式包括膏體填充，水沙填充，但其中水沙填充的方式投資成本較高，工藝相對復(fù)雜，因此目前基本不采用這種填充方式，利用煤矸石雖然具有良好的填充效果，然而可能會從一定程度上提高煤炭成本，膏體填充具有良好的流動性，同時(shí)還具有較強(qiáng)的凝結(jié)度，目前這種膏體填充的方式已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

煤巷支護(hù)的技術(shù)。在煤礦設(shè)備產(chǎn)能之后能夠作為產(chǎn)能的保障，已經(jīng)成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。利用這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無煤柱式的開采，并且提高回采效率。煤炭地下氣化開采技術(shù)，該技術(shù)是通過熱化學(xué)反應(yīng)能夠?qū)⒌叵職饣D(zhuǎn)為可燃性的氣體。由于煤炭地下氣化技術(shù)目前還處于初步研究階段，而且在氣體燃燒過程中還會產(chǎn)生很多副作用的物質(zhì)，因此還需要今后進(jìn)行深入探究，改善這一問題之后再投入使用。煤巷支護(hù)以及煤矸石的處理方式。為能夠確保煤礦實(shí)現(xiàn)高效產(chǎn)能，可以使用煤巷支護(hù)的方式，減少煤矸石，可以以煤巷來取代巖巷，隨著開采深度的增加，以高應(yīng)力，快速成巷以及軟弱破碎的圍巖作為特征動壓巷道支護(hù)將成為未來的研究熱點(diǎn)，需要借助多種高效煤巷支護(hù)的開發(fā)技術(shù)，在實(shí)際采礦過程中，由于巖石巷道的問題無法完全避免，因此需要對象實(shí)際情景下處理，利用巖空留巷和在條帶煤柱中開掘煤矸石填充巷的方法進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無煤柱的開采方式，這也是一種綠色開采方式。

4 結(jié)語

總而言之，在煤礦開采過程中，會對土地資源以及周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞性，同時(shí)還會破壞生態(tài)平衡，因此需要采取的措施解決開采沉降的問題。除了采取常規(guī)防沉降的技術(shù)之外，還可以利用綠色開采的方式，使煤礦開采實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，并更好地保護(hù)周邊居民的綜合利益，以及保護(hù)地表，能夠切實(shí)全面保護(hù)礦區(qū)的周邊環(huán)境。