平朔礦區煤礦開采沉陷防治和控制的技術

劉 偉

[摘要]針對平朔礦區露天、井工煤礦開采對礦區環境、地表破壞的影響,并以減輕危害程度為目標,根據礦區應合理的應用采礦方法和工藝,來防治和控制開采沉陷,達到滿意的社會效益和環保效益。

[關鍵詞]開采沉降土地復墾沉陷治理環境效益

中圖分類號:TD8文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1120085-01

平朔礦區位于山西省朔州市境內,煤炭資源豐富,這里既有安太堡、安家嶺特大型露天煤礦,也有井工開采的中小煤礦。礦區面積大1190km2,地質儲量3000Mt,礦區生產能力達15Mt/a。為國家特大型礦區。開采歷史較長,煤炭的開發為朔州的經濟快速持續發展提供了基本保證,然而煤炭的大規模開采對礦山及其周圍環境造成了嚴重的破壞,每年由于采動造成的地質災害,給當地人民群眾的生命安全和財產安全蒙上陰影,嚴重威脅礦山的正常安全生產。開采沉陷造成的礦區環境災害主要有土地塌陷或積水,農田減產或絕產、道路塌陷、房屋變形破壞等,這都是開采引起的巖層移動,是造成礦區塌陷災害和區域變形的根源,有效控制和減輕地面塌陷程度是解決此問題的根本之路。

一、露天煤礦邊坡控制技術

采礦工程直接涉及或影響到邊坡巖體的變形破壞特征、失穩模型,因此,對蠕動邊坡變形控制亦應以采礦工程為主要研究內容。

1.依據弱層的蠕變特征設計邊坡。邊坡變形主要由褐色頁巖泥化層控制,其變形特征主要取決于泥化層的流變特征,所以,在設計邊坡時應采用弱層的長期強度來驗算邊坡的穩定性,并以瞬時抗剪強度和長期極限抗剪強度來分析邊坡的變形動態。

2.控制地下水壓變化。地下水壓是影響邊坡變形發展的極敏感因素,疏干減壓是抑制或延緩軟巖邊坡蠕動變形進一步發展的有效措施。實踐證明,設計合理的疏干工程密度是消除或減小變形“階躍”,延緩變形發展的有效措施。

3.協調采礦工程。邊坡的管理和維護是控制邊坡變形的重要環節,應盡量縮短邊坡暴露時間和服務年限。因此,在選擇采礦工藝、采區布置、工作線推進方向和采空區利用等都應與邊坡工程管理結合起來,協調發展,并實施內排土壓腳工程,有效地減小傾倒滑移變。

4.制造人工裂隙,處理煤層含水。因為采煤的降深速度大于煤層疏干的降深速度。不把煤層中的水處理掉,采煤工作受到制約,光靠疏干井降深,時間長,滿足不了采煤降深的要求。找一點煤層底板等高線較低的點,打一口集水井,通過集水井能把這些水很快抽走。

5.做好地面防水工程,最大限度地減少采場匯水量。設排水溝,排水溝與主要泄洪河道貫通。

6.植被保護。礦坑外圍排土場的生態重建工作,臺階平臺、邊坡坡面和塬頂平臺是主要的工程實施對象。排土場的最終平臺主要采用灌草帶狀混交模式,樹草種選擇檸條、羊草和披堿草,形成灌草叢;外排土場永久邊坡經穴狀整地后栽植沙棘,常綠與落葉樹木搭配、喬木與灌木結合、路基邊坡種草,起到生態防護作用的同時,美化環境。

7.土地復墾。土地復墾與露天礦開采計劃相結合,合理安排,實施邊開采、邊復墾、邊利用;土地復墾與當地農業規劃相結合,與氣象、土壤條件相適應,與土地利用總體規劃相協調,與當地的城鎮、道路等建設及生態環境保護統一規劃,進行地區綜合治理,有利于生產、生活,美化環境,促進生態的良性循環。

二、井工開采沉陷的防治技術途徑

沉陷破壞的防治技術途徑可以從兩方面考慮:(1)對開采沉陷的控制,即通過合理選擇采礦方法和工藝、合理布置開采工作面、采取井下充填法、覆巖離層帶空間充填等措施,來減少地表下沉,控制地表下沉速度和范圍,達到保護地表和地面建、構筑物與耕地的目的。(2)開采沉陷破壞的恢復和整治,運用土地復墾技術和建筑物抗采動變形技術,對開采沉陷破壞的土地進行整治和利用。

1.全部充填開采。充分利用洗、選煤場的優勢,將煤泥、矸石等廢料,輸送到井下采空區。煤泥通過管道、鉆孔,充填采空區,此項目已通過工業試驗。矸石經過輔助提升井運到井下,充填采空區。在煤炭采出后頂板尚未冒落之前,用固體材料對采空區進行密實充填,使頂板巖層僅產生少量下沉,以減少地表的下沉和變形,達到保護地面建、構筑物或農田的目的。

2.條帶開采。根據煤層和上覆巖層組合條件,按一定的采留比,在被開采的煤層中采出一條,保留一條。由于條帶開采僅是部分地采出地下煤炭資源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撐上覆巖層。從而減少覆巖移動,控制地表的移動和變形,實現對地面建、構筑物的保護。

3.覆巖離層帶充填。根據采空區上方覆巖移動形成三帶的巖移特性,在煤炭采出后一定時間間隔內,用鉆孔往離層帶空間高壓注漿,充填,加固離層帶空間,將采動的砌體梁結構加固為穩定性較好的連續梁結構,使離層帶的下沉空間不再向地表傳遞,以減少或減緩地表下沉,保護地面建、構筑物或農田。

4.協調開采。厚煤層分層開采時,合理設計各工作面的開采間距,相互位置與開采順序,使開采一個煤層(工作面)所產生的地表變形和開采另一個煤層(工作面)所產生的地表變形相互抵消或抵消一部分,以減少采動引起的地表變形,保護地面建、構筑物。

5.土地復墾。煤矸石充填復墾和粉煤灰充填復墾;平地和修建梯田復墾,對積水沉陷區、潛水位較低的邊坡地帶,可采取平整土地、改造成梯田的方法復墾利用;輸排法復墾開挖排水渠道,將沉陷區淺積水排出,使沉陷水淹地重新得到耕種;固體微生物復墾技術煤矸石添加適量微生物活化劑,經過一個植物生長期,就可建立起穩固的植物生長層,形成熟化的土壤。

三、結束語

開采沉陷是造成礦區環境地質災害的直接原因,有效控制和減輕地面沉陷程度是避免開采沉陷環境災害的基本途徑。充填采煤法是減少地表下沉效果作好的方法,平朔礦區井工煤礦正在做膏體(煤泥水)充填的實驗,這種方法可使采場沒有或減少垮落帶,能更好的減少地表下沉。

參考文獻:

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