控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術(shù)研究

史開凱

(貴州省納雍縣能源局，貴州 納雍 553300)

由于長(zhǎng)時(shí)間以來，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)煤炭資源的需求持續(xù)增高，致使煤礦開采技術(shù)手段也取得了較大的進(jìn)展。但當(dāng)面臨較為復(fù)雜的礦區(qū)環(huán)境時(shí)，開采過程中還會(huì)面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)與問題，常見表現(xiàn)為地表沉陷。此類問題的產(chǎn)生，不僅會(huì)增加煤礦開采成本，還會(huì)影響周邊的生態(tài)環(huán)境。因此，有必要針對(duì)控制煤礦開采沉陷的技術(shù)措施展開研究，現(xiàn)圍繞充填開采技術(shù)的應(yīng)用做如下分析。

一、煤礦開采沉陷的負(fù)面影響

分析以往所發(fā)生的礦區(qū)沉陷問題來看，其對(duì)煤礦開采所帶來的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，會(huì)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性構(gòu)成影響。開采過程中如發(fā)生地表沉陷問題，則會(huì)嚴(yán)重威脅地質(zhì)結(jié)構(gòu)，致使區(qū)域范圍內(nèi)的地表建筑物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形或者沉降問題；其次，會(huì)影響煤礦開采的安全系數(shù)，對(duì)于深層煤礦開采工作來說，一般需要開采人員進(jìn)入地下作業(yè)，如果礦區(qū)地表結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，出現(xiàn)沉陷問題，則會(huì)對(duì)相應(yīng)作業(yè)人員的人身安全構(gòu)成威脅；再次，可能威脅周邊生態(tài)環(huán)境。礦區(qū)地表沉陷的情況下，也會(huì)對(duì)周邊的土體結(jié)構(gòu)構(gòu)成影響，致使植被被大量破壞，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)平衡；最后，在發(fā)生沉陷問題時(shí)，為了保障煤礦開采量以及煤礦開采安全，需要投入更多的成本用于維護(hù)礦區(qū)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，致使煤礦開采成本大幅度提升，對(duì)煤炭生產(chǎn)效益造成影響[1]。

二、充填開采技術(shù)的應(yīng)用機(jī)理

充填開采技術(shù)實(shí)際上就是借助相應(yīng)的漿液和充填材料對(duì)礦區(qū)中的采空部位進(jìn)行充填處理，達(dá)成礦區(qū)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的目的。在不斷的實(shí)踐與應(yīng)用中，衍生了多種充填材料，進(jìn)行礦區(qū)開采時(shí)，可根據(jù)礦區(qū)分布狀況以及沉陷表現(xiàn)選擇特定的充填材料。大體上可將充填材料分為膏體型和膠結(jié)型兩種。為了保障礦區(qū)開采的安全性，控制開采沉陷問題，需要配合煤礦開采工作，對(duì)其采空區(qū)域進(jìn)行及時(shí)充填。對(duì)于采空區(qū)域進(jìn)行填充時(shí)，高濃度的膠體材料可被作為首選材料。對(duì)于礦區(qū)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的狀況可適當(dāng)添加碎石進(jìn)行填充，以達(dá)成穩(wěn)固礦區(qū)的目標(biāo)。進(jìn)入煤層開挖的階段，需采用大濃度的漿液對(duì)既有的空洞進(jìn)行填充，從根本上保證開采安全。

三、控制煤礦開采沉陷問題的常見充填開采技術(shù)

（一）膏體充填技術(shù)

膏體填充技術(shù)主要適用于條帶采空區(qū)，指的是在礦區(qū)頂板冒落之前，利用膏體對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行填充的一項(xiàng)技術(shù)措施。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可保障地表結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，控制地表沉陷的幾率。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)礦區(qū)規(guī)模以及礦區(qū)環(huán)境選擇短臂條帶充填模式或者長(zhǎng)臂條帶充填模式。其中的短臂條帶充填模式是指，完成部分工作面的開采工作之后，進(jìn)行下一工作面的開采，并對(duì)其中間部分進(jìn)行填充的間隔填充操作。而長(zhǎng)臂條帶充填模式是指，在完成整個(gè)工作面的開采工作后，建立起一個(gè)長(zhǎng)臂條帶，依次進(jìn)行充填操作，且應(yīng)對(duì)充填條帶的間隔進(jìn)行合理控制，使其能夠真正起到穩(wěn)固礦區(qū)結(jié)構(gòu)的作用[2]。

（二）注漿充填技術(shù)

注漿填充技術(shù)是煤礦開采過程中的常用填充手段，一般較為適用于覆巖離藏層分區(qū)和條帶開采冒落區(qū)。現(xiàn)就其在兩種礦區(qū)結(jié)構(gòu)中的充填技術(shù)手段進(jìn)行分別探討：

1.適用于覆巖離層分區(qū)的注漿充填技術(shù)

將其應(yīng)用于覆巖離層分區(qū)中，需要借助鉆孔機(jī)械在特定的區(qū)域內(nèi)鉆出孔洞進(jìn)行注漿處理，使特定濃度的漿液充滿離層空洞，當(dāng)漿液凝固后便可起到良好的支撐作用，保障覆巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。除此之外，進(jìn)行注漿充填后，覆巖的移動(dòng)速度也可得到有效控制，可有效抑制開采沉陷問題的產(chǎn)生，對(duì)于穩(wěn)定地表結(jié)構(gòu)具有積極作用。為了達(dá)成良好的注漿填充效果，要求相關(guān)人員應(yīng)對(duì)覆巖離層的位置與離層量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮后，找出其變化規(guī)律，以此來科學(xué)設(shè)計(jì)注漿充填方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵層斷裂問題的科學(xué)處理，使之后的開采作業(yè)能夠得以順利開展。

2.適用于條帶開采冒落區(qū)的注漿充填技術(shù)

在針對(duì)煤礦條帶區(qū)域進(jìn)行開采時(shí)，由于其內(nèi)部煤礦資源被采空將形成冒落區(qū)。此時(shí)，如果其自身的承載能力不足，其荷載壓力便會(huì)轉(zhuǎn)移到預(yù)留的煤柱上，致使煤柱發(fā)生變形反應(yīng)。此類問題將直接反饋到煤礦區(qū)域的地表位置，出現(xiàn)地表沉陷問題。為有效避免此類問題，在對(duì)條帶區(qū)域進(jìn)行開采時(shí)，需配合應(yīng)用注漿填充技術(shù)，即在條帶區(qū)域煤礦開采的同時(shí)進(jìn)行注漿操作，利用注漿來承載部分荷載壓力，減輕煤柱的負(fù)荷，使該區(qū)域的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到保障，預(yù)防地表沉陷問題。

結(jié)束語：礦區(qū)地表沉陷問題的產(chǎn)生不僅關(guān)系到作業(yè)安全，生產(chǎn)成本，還會(huì)對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境造成一定影響，致使難以實(shí)現(xiàn)綠色開采。基于此類問題，建議合理應(yīng)用充填開采技術(shù)，通過對(duì)充填材料的合理選擇，充填技術(shù)措施的合理應(yīng)用，對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行填充處理，保障礦區(qū)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從根本上降低地表沉陷問題的發(fā)生率，使煤礦開采成本得以有效控制，煤礦開采安全得到有效保障，促進(jìn)煤礦事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。