浅谈控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术

2012-03-17张文瑞

中国新技术新产品 2012年18期

张文瑞

（山西焦煤西山煤电西曲矿，山西古交030200）

1煤矿开采沉陷对煤矿开采的不良影响。

煤矿开采是在地下进行的，是对地表之下的煤层进行开采，由于地下煤层被开采从而引起地质沉陷影响地表的建筑物和生态环境。

由于煤矿开采引起了地质沉陷从而需要对地表的建筑物进行拆迁，因为地表建筑物的拆迁所以增加了煤矿开采的成本不利于煤矿开采技术的发展。煤矿开采主要是将地下的能源开采进行利用，而开采沉陷引起建筑物拆迁需要大量的资源对拆迁的建筑物进行安置和重建，这需要大量的经济投入而这一经济投入需要从煤矿开采的收益中提取从而增加了煤矿开采的成本。如何保护地表的建筑物不受损坏的情况下进行煤矿开采成为降低煤矿开采成本的关键。

煤矿开采所带来的地质沉陷引起地表的生态系统遭到破坏，而生态环境遭到破坏需要长时间来恢复，并需要大量的经济投入，且不利于我国的可持续发展的战略目的。煤矿开采沉陷引起地表水的下漏使得由地表水支撑形成的生态系统损坏，由于煤矿开采的地质沉陷带来地质环境的恶化出现山峰的垮塌，地层的下降对于生态破坏的影响严重。如何实现煤矿绿色化的开采是煤矿开采的关键，也是对可持续发展战略的一种支持和实践。

2部分充填开采技术原理对于煤矿开采的重要意义。

充填开采技术在其他矿产资源开采技术中得到了良好的应用，在其他的矿产资源的开采中将开采产生的废弃物进行利用充填，不但解决了开采沉陷这一问题，也避免因为废弃物的堆放对环境造成严重的不良影响。而煤矿开采也和其他矿产资源开采一样也会产生大量的废弃物，而煤矿开采的主要废弃物就是矸石，煤矿开采的矸石的矿外堆放所占用的土地资源也是相当巨大的，所以充填开采技术对于煤矿开采也有着重要的意义。

一般的充填开采技术从总体上来讲可以分为部分充填开采技术和全部充填开采技术，在金属矿产资源开采中一般采用的是全部充填开采技术，因为金属矿产资源开采产生的尾料为开采的矿石量的90%以上，而煤矿开采的矸石占有量只是整个煤矿开采量的15%，如果进行全部充填开采就需要寻找其他的充填材料，而采用其他的充填原料的这样不但增加了煤矿开采的成本，同时寻找合适的充填材料对于充填也存在重大的影响，所以在对于煤矿的开采充填技术应该采用部分充填开采技术，部分充填开采技术也是作为煤矿绿色开采的一种重要技术。

控制煤矿开采沉陷的部分充填技术重要就是对覆岩主关键层进行控制，通过对覆岩主关键层进行控制而控制煤矿开采沉陷。通过了解地质移动规律，对覆岩主关键层进行控制从而避免因为覆岩主关键层的破裂而引起地表的地质沉陷。部分充填开采技术相对于与全部充填开采技术来说需要的充填材料相对较少，而实际能够达到的效果也与全部填充效果相同，只是部分充填技术需要的技术含量更高，对于充填有一个重要的要求，也就是必须对覆岩主关键层进行准确的控制，如未能对主关键层进行准确的控制就不能实现充填的作用，不能避免地质的沉陷问题的发生。

3控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术

根据煤矿的开采环境的不同，而采取的对于控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术也就不同，一般来说控制煤矿开采沉陷的部分充填技术主要采用的是三种部分充填技术，也就是条带采空区膏体充填技术、覆岩离层分区隔离注浆充填技术和条带开采冒落区注浆充填技术。这些技术的应用都是根据实际的情况来确定，由于实际的情况的不同采用不同的技术，也会因为实际情况而采用这些技术的综合应用。

3.1 控制煤矿开采沉陷的条带采空区膏体填充技术

条带采空区膏体填充技术是指在煤层进行开采至顶板还没有冒落的时候对采空区的部分空间采用膏体材料进行充填，通过构筑相间的充填条带来对覆岩进行支持，未充填的采空区的宽度大小要小于覆岩关键词的初次破裂的间距，这样才能对控制地表发生沉陷，而这之中就要注意能够保证充填的条带能够长期稳定，只有充填条带的长期稳定才能保证控制的有效性（如图1）。

图1 条带采空区膏体充填技术原理示意图

这种控制煤矿开采沉陷的部分充填技术主要有两种充填模式，一种模式就是煤矿开采的时候布置成短壁的条带开采，当一个工作面开采完毕之后进行充填，然后到第三个工作面开采完之后进行充填，也就是相隔一个工作面进行充填，这种充填方式比较简单；而另一种充填模式也就是长壁条带充填开采模式，也就是在工作面进行开采完毕之后，构筑长壁的充填条带，这种条带要注意对条带之间的间距的准确控制。

3.2 控制煤矿开采沉陷的覆岩离层分区隔离注浆充填技术

所谓的控制煤矿开采沉陷的覆岩离层分区隔离注浆充填技术就是通过钻孔向在岩层移动中形成的离层空洞中填充充填材料从而对覆岩进行支撑，以此使得覆岩的移动的减缓，避免了地表的沉陷。这种控制煤矿开采沉陷的充填技术主要注重的是对覆岩离层的位置和离层量进行一个准确的研究，掌握覆岩离层的动态发育规律，选择合适的时间对覆岩离层进行充填（如图2）。

图2 覆岩离层分区隔离注浆充填技术原理示意图

覆岩离层注浆充填的最佳时机在于关键层的初次断裂之前，因为在这个时候两个关键层之间的离层量最大，也最适合于充填。当关键层初次断裂之后，两个关键层的离层量就会变小，不利于充填。但是因为离层注浆充填的都不是固结的充填物质，不能将离层立即充填满，所以不能对关键层进行立即支持，阻止关键层的断裂，由于关键层的断裂也就给后续的充填工作带来难度。所以在以往的离层注浆充填技术基础上，可以采取分区隔离煤柱在关键词初次断裂之前将离层进行隔离成封闭的独立空间，对每一个空间进行注浆充填，这样就能有效地将离层充填满，从而阻止关键层的断裂，避免地表的沉陷。

3.3 控制煤矿开采沉陷的条带开采冒落区注浆充填技术

由于条带开采使得采空区和采空区上部的岩层形成了一个冒落区，冒落区失去了承载能力，将上部岩层的载荷集中向预留的煤柱之上，由于超出了煤柱的承载能力使得煤柱变形，煤柱的压缩变形从而使得地表沉陷。而控制煤矿开采沉陷的条带开采冒落区注浆充填技术就是对冒落层进行充填。在地表或者井下通过钻孔的方式向条带冒落区进行注浆充填，使得冒落区重新拥有承载能力。这种充填技术可以缩短条带的预设宽度从而使得煤矿的开采量的增加（图3）。