采礦工程中綠色開(kāi)采技術(shù)的分析與運(yùn)用探尋

黃傳光

摘要：采礦是獲得礦產(chǎn)資源的主要途徑之一。近年來(lái)，我國(guó)的采礦工程呈現(xiàn)出增多的態(tài)勢(shì)，在采礦過(guò)程中，會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成一定的破壞。為對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行有效保護(hù)，減少因采礦引起的各種環(huán)境問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在采礦工程中對(duì)綠色開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。基于此點(diǎn)，本文重點(diǎn)對(duì)綠色開(kāi)采技術(shù)中的保水開(kāi)采技術(shù)和充填開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：采礦工程;綠色開(kāi)采;保水;充填

1.保水開(kāi)采技術(shù)在采礦工程中的運(yùn)用

保水開(kāi)采是目前應(yīng)用較為廣泛的一種綠色開(kāi)采技術(shù)，其對(duì)于防止采場(chǎng)的突水問(wèn)題具有顯著效果。不僅如此，還能對(duì)水資源起到一定的保護(hù)作用，有利于降低采礦過(guò)程對(duì)礦區(qū)水文環(huán)境的擾動(dòng)。在采礦工程中，對(duì)保水開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，除了要對(duì)采區(qū)進(jìn)行合理選擇之外，還應(yīng)適當(dāng)留設(shè)防水砂巖柱，并選取最為有效的開(kāi)采方法。

1.1采區(qū)的選擇

運(yùn)用保水開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行采礦的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照不同的地質(zhì)環(huán)境予以區(qū)別對(duì)待。如底部存在厚度較大隔水層的地區(qū)，由于此類地區(qū)中的導(dǎo)水裂隙帶和冒裂帶并不會(huì)發(fā)育到含水層的地步，所以基本不會(huì)對(duì)含水層結(jié)構(gòu)造成破壞。因此，可對(duì)其進(jìn)行保水開(kāi)采;對(duì)于有隔水層分布，但厚度較為有限的區(qū)域，開(kāi)采后應(yīng)采取相應(yīng)的措施，從而確保地下水不會(huì)受到破壞;如果是埋藏較淺且富含大量水體的區(qū)域，開(kāi)采時(shí)，可以借助疏水和降水等技術(shù)措施，防止突水問(wèn)題的發(fā)生，但這樣做卻有可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，所以應(yīng)當(dāng)在徹底解決地下水滲漏問(wèn)題后再對(duì)此類區(qū)域進(jìn)行開(kāi)采。

1.2留設(shè)砂巖柱

在對(duì)較為松散的含水層進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，通常都是按照采區(qū)的水文、地質(zhì)條件，并結(jié)合現(xiàn)有的開(kāi)采技術(shù)，采用留設(shè)防水砂巖柱的方式進(jìn)行開(kāi)采。在具體開(kāi)采的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)先對(duì)導(dǎo)水裂隙帶的高度進(jìn)行確定，然后設(shè)計(jì)可用于保水條件下的安全砂巖柱。

1.3選取適宜的保水開(kāi)采方法

常用的保水開(kāi)采方法有以下幾種：一是減小導(dǎo)水裂隙帶的高度;二是以底板加固為主導(dǎo);三是淺層長(zhǎng)臂作業(yè)面保水開(kāi)采。

（1）條帶開(kāi)采法。這是保水開(kāi)采中較為有效的方法之一，其關(guān)鍵技術(shù)是采留比的設(shè)計(jì)。在具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行力學(xué)模型計(jì)算，看煤柱群是否能夠保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，如果可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，則可確保開(kāi)采過(guò)程中含水層不會(huì)遭到破壞，從而實(shí)現(xiàn)保水開(kāi)采的目標(biāo)。

（2）淺層長(zhǎng)臂保水開(kāi)采法。當(dāng)開(kāi)采作業(yè)面的實(shí)際長(zhǎng)度超過(guò)200m，液壓支架的工作阻力在8000kN以上，日推進(jìn)速度≥15m時(shí)，可在開(kāi)切眼的區(qū)域附近和基本頂初次來(lái)壓區(qū)域內(nèi)進(jìn)行局部填充，從而減少采動(dòng)覆巖貫通裂隙，避免基巖出現(xiàn)整體錯(cuò)動(dòng)，這樣能形成穩(wěn)定性較高的砌體梁結(jié)構(gòu)，可以大幅度增強(qiáng)采動(dòng)覆巖的阻水作用。這種開(kāi)采方法能夠?qū)λY源起到良好的保護(hù)效果，同時(shí)還能減少不必要的浪費(fèi)，安全、環(huán)保。

（3）留設(shè)防水砂巖柱。在開(kāi)采的過(guò)程中，留設(shè)防水砂巖柱的主要作用是對(duì)開(kāi)采上限進(jìn)行確定，從而確保斷裂帶不會(huì)受到水體波及，防止上覆的水體涌人井下，導(dǎo)致礦井內(nèi)涌水量增加。該方法適用于以下條件：大型地表水體下開(kāi)采、需要保護(hù)水資源的水體下開(kāi)采、富水性較強(qiáng)或是松散含水層下的開(kāi)采。

（4）降低導(dǎo)水裂隙帶的高度。這種方法實(shí)質(zhì)上是一種隔離水體的技術(shù)措施，比較常見(jiàn)的方式為疏水降水。其優(yōu)點(diǎn)在于安全性高，可實(shí)現(xiàn)礦井水的資源化利用，能夠?qū)Σ蓜?dòng)破壞的含水層進(jìn)行恢復(fù)和再造。

1.4應(yīng)用實(shí)例

（1）保水開(kāi)采區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，運(yùn)用留設(shè)防水安全煤柱的保水開(kāi)采措施，具體做法如下：修建供水井，建立水源地。開(kāi)采時(shí)，應(yīng)當(dāng)先對(duì)富水性較弱、隔水性能良好的地段進(jìn)行優(yōu)先開(kāi)采。同時(shí)，為避免開(kāi)采過(guò)程中導(dǎo)致地下水破壞的情況發(fā)生，可以利用井工開(kāi)采方式。對(duì)于地下水較為豐富的區(qū)域，可最后進(jìn)行開(kāi)采。

（2）采煤失水區(qū)。在對(duì)此類區(qū)域進(jìn)行開(kāi)采前，應(yīng)當(dāng)先對(duì)地下水進(jìn)行疏排，然后留設(shè)防塌煤柱。為最大限度地減少疏排水量，可在淺層煤開(kāi)采完畢后，再對(duì)該區(qū)域進(jìn)行開(kāi)采。

（3）采煤無(wú)水區(qū)。由于此類區(qū)域的開(kāi)采不會(huì)受到水體的影響，故此只需留設(shè)防塌煤柱即可進(jìn)行開(kāi)采。

2.充填開(kāi)采技術(shù)的采礦工程中的運(yùn)用

2.1填料的選擇

充填開(kāi)采中比較常用的填料有以下幾種：干式填料、水砂填料及膠結(jié)填料。

（1）干式填料。此類填料應(yīng)為惰性材料，其中不得含有揮發(fā)性的有害氣體，且含硫量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?%，以免產(chǎn)生S02，造成井下空氣環(huán)境惡化，甚至引發(fā)火災(zāi)。干式填料的塊度可根據(jù)選用的充填設(shè)備進(jìn)行確定，如果采用的是重力充填，干式填料最大塊度的直徑應(yīng)當(dāng)小于200mm，不得超過(guò)300mm;若是用拋擲機(jī)進(jìn)行充填，填料塊度的直徑應(yīng)當(dāng)不超過(guò)70mm。干式填料可以選用巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的廢石，當(dāng)填料不足時(shí)，可在井下開(kāi)辟專用的采場(chǎng)對(duì)廢石進(jìn)行開(kāi)采，滿足充填需要。

（2）水砂填料。在國(guó)內(nèi)的大部分礦山中，基本采用的都是尾砂作為填料，河砂和山砂的用量相對(duì)較少。由于全尾砂中所含的細(xì)泥量較大，從而對(duì)滲透性能造成了一定的影響。因此，在對(duì)這種填料進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要進(jìn)行水力旋流脫泥，使尾砂的滲透系數(shù)達(dá)到5cm/h-7cm/h。

（3）膠結(jié)填料。常用的膠凝材料有水泥、粉煤灰、細(xì)砂等等。在對(duì)膠結(jié)填料進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)水灰比進(jìn)行合理確定。如果采用細(xì)石混凝土，則應(yīng)當(dāng)對(duì)配合比進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

2.2充填工藝

常用的填充工藝有以下幾種：水力填充、風(fēng)力輸送和機(jī)械填充。其中水力填充的應(yīng)用較為廣泛。在對(duì)此類填充工藝進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要對(duì)流體類型進(jìn)行確定，當(dāng)輸送非均質(zhì)流填料時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保選用的填料有良好的滲透系數(shù)，同時(shí)還應(yīng)對(duì)填料進(jìn)行及時(shí)脫水。如果采礦工程中選用的是非均質(zhì)流膠結(jié)填料，因這類填料的含水量較大，容易引起水泥離析，從而導(dǎo)致填充體的強(qiáng)度降低。所以，采場(chǎng)脫水應(yīng)當(dāng)以溢流為主，并在充填時(shí)，對(duì)軟管進(jìn)行及時(shí)移動(dòng)。

2.3充填系統(tǒng)

常用的充填系統(tǒng)有兩種，一種是干式系統(tǒng)，另一種是水力系統(tǒng)。采用干式充填系統(tǒng)時(shí)，可將采石場(chǎng)布設(shè)在地面，采下的巖石應(yīng)當(dāng)破碎至填充所需的塊度，通過(guò)填充井直接下放至井下，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到待充填的采場(chǎng)上部回風(fēng)巷道內(nèi)，利用充填井，借助填料的自重放人采場(chǎng);水力充填系統(tǒng)有三個(gè)部分組成，即貯砂單元、制漿單元和輸送裝置，按照輸送填料的不同，可分為水砂系統(tǒng)和膠結(jié)系統(tǒng)兩種，它們之間的差別在于后者配有水泥供給系統(tǒng)，前者對(duì)制漿的濃度要求不高。例如，某礦區(qū)的破碎砂充填系統(tǒng)，填料選用的是經(jīng)過(guò)破碎后的頁(yè)巖，粒徑為0-40mm不等，貯砂裝置為砂盆，采用底部卸料式箕斗進(jìn)行卸砂。倉(cāng)底設(shè)計(jì)為正圓錐形，配有電動(dòng)圓筒篩。無(wú)論選用何種充填系統(tǒng)，都必須對(duì)充填設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選，這是確保充填效果的關(guān)鍵。

3.結(jié)論

綜上所述，隨著采礦工程的不斷增多，對(duì)礦區(qū)的自然環(huán)境造成了一定的破壞，為有效解決這一問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在采礦工程中，對(duì)綠色開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。目前，常用的綠色開(kāi)采技術(shù)有保水開(kāi)采和充填開(kāi)采，這兩種技術(shù)在環(huán)境保護(hù)方面的效果較好，建議采礦工程以此作為首選。未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大綠色開(kāi)采技術(shù)的研究力度，除對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)開(kāi)發(fā)一些新的技術(shù)，從而使其能夠更好地為采礦工程服務(wù)。

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