煤礦開采沉陷充填開采技術應用研究

張宏遠

摘 要：減少煤炭開采中發生的沉降問題是煤炭開采中的關鍵，需要實施有效的處理計劃。 受礦井開采的影響，導致破壞了地表水位，降低地下水位，造成山體滑坡，影響煤礦開采和周圍的環境，并緊急對其進行改善。 在此基礎上，本文結合礦山開采控制沉降的措施，詳細分析了部分填充技術的原理，并考察了該技術的具體應用。

關鍵詞：煤礦開采；沉陷充填；開采技術

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0151-02

0 引言

近年來，煤炭已被視作社會各個領域的重要資源，并得到了廣泛的應用。然而，在煤礦中，這經常導致采礦區域的地質沉降，這不僅影響整個巖石表面結構的穩定性，而且還影響環境。隨著煤炭需求的增長，加強對煤礦坍塌的控制至關重要。在實踐中，可以使用部分填充技術將注意力集中在整個采煤過程中，避免惡性情況的發生，并不斷提高采礦效率。因此，加強對這一主題的研究具有重要的現實意義。

1 部分填充開采技術原理

填充采礦是通過適當的配置，滿足開采漿液的要求，填補礦區的沉降，從而消除沉降，確保采煤安全。結合大量實際分析，結果表明填充開采涉及大量技術過程。目前應用最常見的填充方法，例如使用膏體和膠結體，并且實現控制沉降范圍的目標。如果在處理期間使用填充物填充采空區，則可以進行膠體填充并且需要確保膠體的濃度。在存在采空的情況下，必須實施注漿碎石的手段并選擇低濃度的非膠體以完成填充。這里需要說明一下，不同的填充模式適用于不同的沉降環境。由于膠體的相對濃度不高，它可以適應分離區的基本需要。結合填料量與開采的煤量之間的關系，填充模式可分為兩種類型的填充模式：一種是一切都在采礦后發生，進行了采空區處理，達到了填充目標，避免了沉降的發生。另一種是部分填充包括在采空層中添加一定量的填料以幫助形成巖石的支撐并控制和防止通過基巖的主要結構的下沉。基于上述分析，可以在填料量和開采煤量水平之間建立聯系：有必要結合實際采礦量并選擇適當的填料和填料技術開采煤礦并確保煤礦開采過程中盡可能減少出現安全問題。所有填充技術旨在確保采空區的填充和控制，以避免出現任何沉降。對于更高完整性的煤層，需要關鍵結構的可靠性更好，然后可以實施部分填充以控制填充水平并且可以實現采空區降低控制。此外，在使用部分填充礦物技術時，必須使用巖層運動規律和控制理論作為確保合理使用該技術的主要依據。減少煤炭開采的問題是煤炭開采中的關鍵問題，需要實施有效的處理計劃。受礦井沉降影響，可能會破壞地表水位，降低地下水位，造成山體滑坡，影響煤礦開采和周圍環境，需要緊急對其進行改善。

2 煤礦充填開采技術的基本現狀

一般而言，填充技術適用于金屬礦開采。因此，該技術的發展運用比較成熟。然而，在煤炭開采方面，填充技術仍處于學習階段。實際上煤礦部分屬于層狀巖石層，這將導致開采煤礦的過程中不可避免的發生巖石的位移以及破壞的結構，使填充和其解決的最終目標是因該金屬礦石而發生不同。有研究表明，中國在沉降區的開采填充方法仍然是20世紀60年代。撫順勝利礦通過傾斜沙子并填充煤礦，成功地開采了工廠的保護煤柱。后期中國學習了國外的一些經驗，即使用離層注漿來進行開采，從而優化了中國填充技術，有效減緩中國采礦活動造成的大規模沉降。此外，在20世紀80年代的技術發展過程中，德國開發了一種填充技術，以進一步解決水砂填充中出現的問題和復雜而困難排水系統的建設問題。此技術的優點在于，用于填充沉降部分的填充材料被科學地轉換成非疏水性牙膏狀懸浮液。提高填充效率還有效地減少了填充材料的凝結時間。然而，隨著對煤礦的需求增加，國內煤礦開采造成的沉陷程度也在增加。除了不同的地質條件外，對混合填充方法的要求也各不相同。如果使用單一相同的填充物。該方法將無法滿足沉陷區的填充要求，并且可能無法達到預期的填充目標。

3 煤礦沉陷充填開采技術的應用

采煤填充技術在煤礦中的應用可以有效地解決資源破壞問題，但使用該技術的成本高，一般難以推廣。在這種情況下，必須充分考慮使用填充技術的成本，特別是必須充分考慮對煤礦運行開采的補償。調查表明，采礦的技術成本仍然是一個非常嚴重的問題，在這種情況下，國家應公布有關文件，以便為采礦補償提供具體的政策支持，以擴大采礦填充技術的應用范圍，從而得以對環境資源達到保護的目的。

3.1 條帶采空區膏體充填技術

采空區條帶膏體技術主要用于在屋頂頂部的煤層耗盡時用膏體狀材料填充采空區，填充條帶用于支撐覆蓋層。為了控制表面的沉降，未填充的采空區的寬度必須小于初始覆蓋層發生故障的寬度，由此填充條帶的長期性和穩定性能夠得到保障。這種填充技術的原理如圖1所示。該技術主要控制采煤過程中的沉陷的部分，并且存在兩種類型：一種是條帶必須被布置在適當位置，以使煤開采期間被布置為短壁條帶開采，然后開采完一個工作表面后進行填充，再填充該第三個工作面。換句話說，填充過程由單個工作間隔分開進行填充，并且該模式的填充操作相對簡單。另一種是在完成工作面開采完成后，使用長壁條帶開采模式來構造長壁填充條帶，并且在這段時間內必須控制好條帶之間的間隔。

3.2 注漿充填技術

該項技術主要是為了補充條帶開采技術。由于使用條帶采礦技術，采空區將有采空區域，隨著這些采空區域的承載能力降低，這些區域上所產生的壓力將轉移到煤巖柱，導致煤巖柱變形，出現坍塌的問題。此時，采用注漿填充技術，相關工作人員可以使用鉆孔將注漿注入采空區，從而增加其承載能力，并減少了煤柱上的負荷，從而降低煤柱的變形速率并減緩沉降。

3.3 膏體充填技術及應用

膏體填充技術是一種基于全尾砂充填技術的技術，對全尾砂的總濃度提出了很高的要求。為了保證填充質量，礦井對全尾砂的填充水平提出了更高的要求，使其濃度大于85%。但是，從運輸的全尾砂角度來看，濃度必須保持在78%以下。這兩個不同的數字出現了矛盾。為了解決這個問題，全尾砂只能通過分級脫泥的方式來處理。在運輸之前，全尾砂濃度設定在78%以下以滿足運輸需求。一旦將填充物輸送到采礦區域，必須將其脫水至85%或更高的濃度。然而，這種方法顯著降低了全尾砂的利用率，導致水泥減少并且還降低了填料的強度。因此，為了同時解決填充強度的問題和運輸條件的合理化，只能使用用于運輸全尾砂的特殊裝置。在運輸之前將全尾砂脫水至所需濃度，以便在進入采礦區域后不需要進一步純化。這不僅減少了材料浪費，還減少了釋放到當地土壤中的水所造成的污染。同時，膏體尾砂含有較少的水，這有效地減少了凝固時間，并間接地減少了工作循環。該技術在實際生產中的應用帶來了非常顯著的成果。然而，由于運輸過程中全尾砂的高濃度，泵送功率也需要更高的要求，這導致成本增加和運輸過程中的頻繁堵塞，十分會影響運輸過程。因此，需要進一步研究以解決上述問題并提高往返運輸全尾砂的效率。

3.4 塊石膠結充填技術

塊石膠結充填技術具有良好的填充結果和填充能力，并且工藝簡單易行。通過充分利用礦山尾礦來確保填充的強度和彈性，而且還可以減少水泥用量。然而，該技術對應用技能的要求非常高，并且通常用于含有更多廢石的采礦區域。這主要是因為礦井中的巖石可以與膠結料混合并用作填充骨料。在水泥砂漿的作用下，骨料很容易凝結，從而使得不僅僅是填充沉降區，也避免了地表的下沉。此外，塊石膠結充填技術降低了生產成本和對于水泥的需求，從而降低了施工成本，降低了環境影響并加強了填充體的穩定性。現如今，該技術已經廣泛用于國內的煤礦開采工程中。

3.5 全尾砂充填膠結技術及應用

隨著相關技術的發展和進一步的研究，在尾渣廠采用全尾砂膠結充填技術，有效提高了尾砂的利用率。全尾砂膠結充填技術在20世紀80年代進入試驗階段，并在尾砂處理之前取得了一些成果。對于全尾砂膠結充填技術主要是基于膠體化學和物理化學：當尾砂處理中，尾砂被分為兩個部分，其中，使用真空過濾器和高性能的增稠劑，以保持砂漿脫水后濃度超過70%。選擇少量水并與適量的水泥和脫水后的殘留物混合以使攪拌更均勻。為了攪拌更加均勻，可以使用強力攪拌裝置。一旦混合物凝結成均勻的凝膠，它就可以通過管道移到礦井。但是全尾砂膠結充填技術在開發階段，除了研究填充性和材料利用率，有必要研究巖石層之間的相互作用和填充體的穩定性。同時，該領域的研究技術人員已經研究了輔助劑的使用以改善填充體的性能。總之，該技術的開發和應用極大地緩解了原料資源的瓶頸，從而促進了對生態環境的保護。然而，該技術對相關工藝過程提出了很高的要求：例如，脫水過程需要相對復雜的過程，這不可避免地增加了工程設計成本。因此，關于脫水工藝過程，需要進一步研究以盡可能簡化脫水過程，從而降低成本。

4 結語

隨著煤炭需求的增加，煤炭開采將不可避免地增加，同樣也不可避免地造成生態環境的進一步破壞。在鼓勵煤炭工業發展的同時，相關研究人員必須優化各種填充開采的解決方案，以減少煤炭開采造成的損害，并在一定程度上降低沉陷引發的風險，更好地保護周圍的環境。

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