煤矿开采沉陷充填开采技术应用研究

赵学才

摘 要：随着煤矿需求的增加，生态环境将受到严重影响。为了保护唯一的家园，必须减少煤矿开采造成的“危害”。合理应用充填采矿技术，可大大减少沉陷等不利条件的发生，对生态环境有一定的保护作用。本文综合论述了充填采矿技术在煤矿开采沉陷中的应用，为今后煤矿开采提供科学有效的依据。

关键词：煤矿开采;填充开采技术;资源浪费;环境破坏

随着社会的发展，煤矿作为促进社会进步的重要资源，已使现代人的生活离不开煤矿资源。世界的快速变化是由煤炭支持的，所有的灯和汽车都是由煤炭资源组成的。因此，在当今世界，煤矿和空气一样重要。

一、煤矿开采沉陷产生的不良影响

众所周知，煤炭开采是在地表下进行的，开采和运输地表下的煤炭资源。当支撑地壳平衡的煤矿运出时，地层结构将被破坏，进而发生地质沉陷。如果煤矿上方有建筑物，也会失去建筑物的稳定性，掩埋住建筑物内居民的安全隐患。为了避免安全事故的发生，煤矿开采前必须拆除地质上的建筑物，这必然会增加煤矿开采成本，降低煤矿开采的经济效益。此外，长期大规模的采煤工作还会破坏地表生态系统的平衡，造成地表裂隙、地面沉降、海水入侵、水土流失等自然灾害。如果要恢复开采后地表的生态平衡，就需要投入大量的人力、物力和财力资源，这会耽误社会的发展，降低煤矿开采的效益。因此，在煤矿开采过程中，有关部门不仅要重视煤矿工人的人身安全，还要重视生态环境的可持续发展。

二、充填开采技术的概念

充填采矿技术是一个通用术语。根据不同的采矿标准和分类标准，有不同的技术分类。根据以往煤矿开采的经验，煤矿塌陷区充填技术主要是根据开采方式、充填矿浆、矿浆浓度、开采位置和开采要求进行的。充填技术分为以下几类：膏体充填技术、低浓度充填技术、高浓度充填技术、胶结充填技术、分离带充填技术等。无胶结充填技术、崩落充填技术、采空区充填技术。值得注意的是，在相应的环境中，不同充填采矿技术的选择也需要考虑生产技术成本和人员配置。只有选择合理的充填采矿技术，才能保证煤矿开采的顺利进行，减少不良事件和安全事故的发生。

三、煤矿沉陷充填开采技术的应用

（一）条带采空区膏体充填技术

条带采空区膏体充填技术主要是利用膏体材料在煤层开采时，在采空区的一部分空间内充填，在采空区顶板未发生掉落的情况下，通过构造充填条带来支撑覆盖层。为有效控制地表沉降，未充填采空区宽度应小于覆盖层第一次破裂间距，以保证充填带的长期稳定。该技术主要控制煤矿开采过程中的局部沉陷，充填方式有两种：一是在煤矿开采过程中，应布置短壁条带开采，一个工作面后充填，第三个工作面后开采，充填。也就是说，充填工作是在一个工作面上分开进行的。这种模式的填充过程相对简单。其次，采用长壁条带充填采矿方式，在采矿作业结束后进行长壁条带的施工，并在此期间控制好条带间距。

（二）覆岩离层分区隔离注浆充填技术

表土分离带分离灌浆充填技术主要采用钻孔向地层移动形成的分离洞充填材料，有效地支撑了表土，减缓了表土的移动速度，避免了地表沉降问题。采用这种充填技术时，应准确控制覆岩离层的位置和数量，并根据覆岩离层的动态发展特点，选择合适的时间进行充填离层。覆盖层隔离层灌浆时应选择最佳时间。一般情况下，在关键层初裂前，两个关键层之间的最大分离量是最适合填充的时间。关键层初裂后，两个关键层之间的间距逐渐减小，不利于充填。但由于该工艺不填充固结材料，不能立即填充分离层，也不能立即支撑关键层，不能防止关键层断裂，增加了以后填充的难度。为此，在实际充填过程中，在以往分离灌浆充填技术的基础上，可采用煤柱分区隔离的方法，保证关键层的分离在初裂前被隔离成一个封闭的空间，每个空间都被灌浆填满，从而有效地充填每一个空间。分离层，既能防止关键层断裂，又能避免地面沉降问题。

（三）条带开采冒落区注浆充填技术

露天开采技术主要用于建筑物下采煤，该技术的煤炭回收率低开采后一定范围内采空区和上部地层将形成冒落区。当条带崩落区丧失承载力时，上部地层的荷载传递到两侧煤柱上，使煤柱和一定范围以上的煤柱上的荷载引起煤柱的压缩变形，造成地表沉陷问题。条带开采崩落区灌浆充填技术主要应用于建筑压煤条带开采。采用地下钻孔对条带开采放顶煤空区进行灌浆，充填破碎的煤矸石，提高放顶区的承载力，在其上方一定范围内减小煤柱和岩柱的受力，减小煤柱的变形程度，减缓覆岩向地表的移动速度。同时，该技术还可以利用充填物形成的普通载体和崩落区的煤矸石来缩短带宽度，提高采矿效率。条带开采崩落区注浆充填加固效果主要体现在三个方面：一是充填体能为煤柱提供侧向限力，在减小煤柱宽度的同时提高煤柱强度;二是充填体与岩柱之间的作用。锁柱可以减轻煤柱的荷载，减缓煤柱的压陷，降低开采沉陷;充填体具有一定的支护作用，提高关键煤层和煤柱的长期稳定性。此外，采空区封采带后应进行灌浆充填。

四、结语

煤矿开采沉陷是煤矿开采中的一个关键问题，需要得到有效的解决。受开采沉陷影响，可造成地表耕地破坏、地下水位下降和滑坡。对煤矿开采及周边环境有干扰能力，亟待改善。

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