淺談控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術

張文瑞

（山西焦煤西山煤電西曲礦，山西古交030200）

1煤礦開采沉陷對煤礦開采的不良影響。

煤礦開采是在地下進行的，是對地表之下的煤層進行開采，由于地下煤層被開采從而引起地質沉陷影響地表的建筑物和生態環境。

由于煤礦開采引起了地質沉陷從而需要對地表的建筑物進行拆遷，因為地表建筑物的拆遷所以增加了煤礦開采的成本不利于煤礦開采技術的發展。煤礦開采主要是將地下的能源開采進行利用，而開采沉陷引起建筑物拆遷需要大量的資源對拆遷的建筑物進行安置和重建，這需要大量的經濟投入而這一經濟投入需要從煤礦開采的收益中提取從而增加了煤礦開采的成本。如何保護地表的建筑物不受損壞的情況下進行煤礦開采成為降低煤礦開采成本的關鍵。

煤礦開采所帶來的地質沉陷引起地表的生態系統遭到破壞，而生態環境遭到破壞需要長時間來恢復，并需要大量的經濟投入，且不利于我國的可持續發展的戰略目的。煤礦開采沉陷引起地表水的下漏使得由地表水支撐形成的生態系統損壞，由于煤礦開采的地質沉陷帶來地質環境的惡化出現山峰的垮塌，地層的下降對于生態破壞的影響嚴重。如何實現煤礦綠色化的開采是煤礦開采的關鍵，也是對可持續發展戰略的一種支持和實踐。

2部分充填開采技術原理對于煤礦開采的重要意義。

充填開采技術在其他礦產資源開采技術中得到了良好的應用，在其他的礦產資源的開采中將開采產生的廢棄物進行利用充填，不但解決了開采沉陷這一問題，也避免因為廢棄物的堆放對環境造成嚴重的不良影響。而煤礦開采也和其他礦產資源開采一樣也會產生大量的廢棄物，而煤礦開采的主要廢棄物就是矸石，煤礦開采的矸石的礦外堆放所占用的土地資源也是相當巨大的，所以充填開采技術對于煤礦開采也有著重要的意義。

一般的充填開采技術從總體上來講可以分為部分充填開采技術和全部充填開采技術，在金屬礦產資源開采中一般采用的是全部充填開采技術，因為金屬礦產資源開采產生的尾料為開采的礦石量的90%以上，而煤礦開采的矸石占有量只是整個煤礦開采量的15%，如果進行全部充填開采就需要尋找其他的充填材料，而采用其他的充填原料的這樣不但增加了煤礦開采的成本，同時尋找合適的充填材料對于充填也存在重大的影響，所以在對于煤礦的開采充填技術應該采用部分充填開采技術，部分充填開采技術也是作為煤礦綠色開采的一種重要技術。

控制煤礦開采沉陷的部分充填技術重要就是對覆巖主關鍵層進行控制，通過對覆巖主關鍵層進行控制而控制煤礦開采沉陷。通過了解地質移動規律，對覆巖主關鍵層進行控制從而避免因為覆巖主關鍵層的破裂而引起地表的地質沉陷。部分充填開采技術相對于與全部充填開采技術來說需要的充填材料相對較少，而實際能夠達到的效果也與全部填充效果相同，只是部分充填技術需要的技術含量更高，對于充填有一個重要的要求，也就是必須對覆巖主關鍵層進行準確的控制，如未能對主關鍵層進行準確的控制就不能實現充填的作用，不能避免地質的沉陷問題的發生。

3控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術

根據煤礦的開采環境的不同，而采取的對于控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術也就不同，一般來說控制煤礦開采沉陷的部分充填技術主要采用的是三種部分充填技術，也就是條帶采空區膏體充填技術、覆巖離層分區隔離注漿充填技術和條帶開采冒落區注漿充填技術。這些技術的應用都是根據實際的情況來確定，由于實際的情況的不同采用不同的技術，也會因為實際情況而采用這些技術的綜合應用。

3.1 控制煤礦開采沉陷的條帶采空區膏體填充技術

條帶采空區膏體填充技術是指在煤層進行開采至頂板還沒有冒落的時候對采空區的部分空間采用膏體材料進行充填，通過構筑相間的充填條帶來對覆巖進行支持，未充填的采空區的寬度大小要小于覆巖關鍵詞的初次破裂的間距，這樣才能對控制地表發生沉陷，而這之中就要注意能夠保證充填的條帶能夠長期穩定，只有充填條帶的長期穩定才能保證控制的有效性（如圖1）。

圖1 條帶采空區膏體充填技術原理示意圖

這種控制煤礦開采沉陷的部分充填技術主要有兩種充填模式，一種模式就是煤礦開采的時候布置成短壁的條帶開采，當一個工作面開采完畢之后進行充填，然后到第三個工作面開采完之后進行充填，也就是相隔一個工作面進行充填，這種充填方式比較簡單；而另一種充填模式也就是長壁條帶充填開采模式，也就是在工作面進行開采完畢之后，構筑長壁的充填條帶，這種條帶要注意對條帶之間的間距的準確控制。

3.2 控制煤礦開采沉陷的覆巖離層分區隔離注漿充填技術

所謂的控制煤礦開采沉陷的覆巖離層分區隔離注漿充填技術就是通過鉆孔向在巖層移動中形成的離層空洞中填充充填材料從而對覆巖進行支撐，以此使得覆巖的移動的減緩，避免了地表的沉陷。這種控制煤礦開采沉陷的充填技術主要注重的是對覆巖離層的位置和離層量進行一個準確的研究，掌握覆巖離層的動態發育規律，選擇合適的時間對覆巖離層進行充填（如圖2）。

圖2 覆巖離層分區隔離注漿充填技術原理示意圖

覆巖離層注漿充填的最佳時機在于關鍵層的初次斷裂之前，因為在這個時候兩個關鍵層之間的離層量最大，也最適合于充填。當關鍵層初次斷裂之后，兩個關鍵層的離層量就會變小，不利于充填。但是因為離層注漿充填的都不是固結的充填物質，不能將離層立即充填滿，所以不能對關鍵層進行立即支持，阻止關鍵層的斷裂，由于關鍵層的斷裂也就給后續的充填工作帶來難度。所以在以往的離層注漿充填技術基礎上，可以采取分區隔離煤柱在關鍵詞初次斷裂之前將離層進行隔離成封閉的獨立空間，對每一個空間進行注漿充填，這樣就能有效地將離層充填滿，從而阻止關鍵層的斷裂，避免地表的沉陷。

3.3 控制煤礦開采沉陷的條帶開采冒落區注漿充填技術

由于條帶開采使得采空區和采空區上部的巖層形成了一個冒落區，冒落區失去了承載能力，將上部巖層的載荷集中向預留的煤柱之上，由于超出了煤柱的承載能力使得煤柱變形，煤柱的壓縮變形從而使得地表沉陷。而控制煤礦開采沉陷的條帶開采冒落區注漿充填技術就是對冒落層進行充填。在地表或者井下通過鉆孔的方式向條帶冒落區進行注漿充填，使得冒落區重新擁有承載能力。這種充填技術可以縮短條帶的預設寬度從而使得煤礦的開采量的增加（圖3）。

圖3 條帶開采冒落區注漿充填技術原理示意圖

結語

控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術對于煤礦的綠色開采具有重要的意義，也是對煤礦開采區上的建筑和生態有著重要的保護作用，掌握好各種煤礦開采沉陷的部分充填技術，是煤礦開采可持續發展的要求，也能大大地提高煤礦開采的收益，降低煤礦開采的成本。

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