礦山開采防沉降及綠色開采技術(shù)的要點

趙 勇

（礦冶科技集團有限公司，北京 100070）

防沉降技術(shù)和綠色開采技術(shù)是礦山開采過程中具有十分重要意義的兩項技術(shù)，通過研究和分析對防沉降和綠色開采技術(shù)的應(yīng)用方法進行探討，找到其最合理的掌控力度，對整體措施進行合理化調(diào)整，使開采工作的整體效果越來越好[1，2]。

1 現(xiàn)階段我國礦山開采工作的狀況

現(xiàn)階段我國運用的礦產(chǎn)資源開采模式還比較傳統(tǒng)和粗放，這會給自然環(huán)境帶來很大的污染，排放的污染氣體會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，很多礦產(chǎn)開采企業(yè)都只注重短期的利益，沒有對環(huán)境進行保護的意識[3]。特別是在行業(yè)處于低迷狀態(tài)時，大部分礦產(chǎn)開發(fā)單位更加不會注意對環(huán)境的保護，而只注重自身利益如何提高。另一方面由于生產(chǎn)過程中管理疏忽，礦產(chǎn)開采過程中具有很多不合理的問題，比如，應(yīng)用不合理的開采方式，這會對礦山環(huán)境造成破壞，使環(huán)境條件越來越惡劣[4，5]。這種情況大大增加周邊環(huán)境發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率。由于礦山開采過程中應(yīng)用了不合理的技術(shù)，并且缺乏對環(huán)境保護的意識，使得泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害的發(fā)生率越來越高。礦山開采過程中通過進行露天作業(yè)和井下作業(yè)，一個礦山每年從地表或地表深處開采出的礦產(chǎn)和巖石多達幾百甚至上千萬噸，這會造成了地面坍塌問題的出現(xiàn)，使土地資源劣化，影響土地中原有水循環(huán)系統(tǒng)的自主運行，加劇了土地的荒漠化程度。

2 礦產(chǎn)開采中運用防沉降及綠色開采技術(shù)的重要性

現(xiàn)階段防沉降及綠色開采技術(shù)在礦山開采過程中受到了很多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。在開采過程中，為了廢棄矸石的排放，對原有地形作出保護，維護生態(tài)平衡，就要運用防沉降及綠色開采技術(shù)，避免地面發(fā)生坍塌發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，危害人們的人身安全[6]。

3 防沉降技術(shù)的分析

3.1 應(yīng)用防塵降技術(shù)的具體內(nèi)容

（1）在應(yīng)用防沉降技術(shù)時，可以運用全部充填的方式。礦產(chǎn)開采工作結(jié)束后可以通過固體材料充填采空區(qū)，盡量減少頂板巖層發(fā)生下沉的情況出現(xiàn)，從而解決地表變形的問題，并對地表層的建筑和農(nóng)田做好保護。現(xiàn)階段填充時可以運用水沙進行填充，對防止地表下沉很有效果，另一方面還可以運用分類填充等方式。不過，在填充過程中需要運用專業(yè)的填充設(shè)備，并時刻檢查充填材料是否充分，所以這種方法在應(yīng)用時要在采礦投資成本控制上花大量時間做預(yù)算，所以很多礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)認為，這種方式在實際操作過程中較為麻煩，會消耗大量的時間，因此很少采取。

（2）條帶式開采方式，在進行礦產(chǎn)開采的過程中，需要嚴(yán)格遵循上覆巖層和礦層的組合方式，依據(jù)采留比例進行開展，為了減少覆巖的移動，還需要做適當(dāng)?shù)谋Ａ簟Ｔ陂_展地下礦層開采時，保留礦柱從而對上覆巖層進行支撐，可以很好的避免地表變形問題以及地表發(fā)生移動情況的出現(xiàn)，對地表面的建筑物和植被等作出保護。不過應(yīng)用這種開采方式，開采出的礦產(chǎn)數(shù)量相對較少，所以大多數(shù)企業(yè)不會選擇這種開采效率較低的開采方式。

（3）覆巖離層帶式填充。覆巖在采空區(qū)上方的移動會形成冒落、離層以及彎曲帶，所以在開采工作結(jié)束之后，可以運用鉆孔的方式，在地面進行注漿和澆筑，對采區(qū)空及上覆巖層離層進行加固。即使離層發(fā)生下降，也不會傳遞到地表上方，在此基礎(chǔ)上避免地表下沉，對地面的建筑物和農(nóng)田作出保護。這種填充方式對技術(shù)的要求相對較高，在實際應(yīng)用過程中具有很大的難度，因此在發(fā)展過程中，研究人員還需要對這種開采方式進行不斷的研究。

（4）協(xié)調(diào)開采。在對厚礦層進行開采時，設(shè)計人員需要設(shè)計開采的順序、間距以及位置等。通過設(shè)計在開采過程中讓地表變形的力度相互抵消。減少因采動而使地表發(fā)生變形情況的出現(xiàn)，對地面的建筑物作出保護。不過在實際應(yīng)用過程中運用這種方式需要明確錯距信息，所以也具有很大的應(yīng)用難度。

（5）限制厚度開采，礦山企業(yè)在開采厚度加大礦層時，要根據(jù)水文地質(zhì)條件、建筑物抵抗變形的能力以及開采區(qū)的地質(zhì)條件等進行數(shù)據(jù)信息進行開采設(shè)計，與此同時還要對地表的建筑物進行保護。地表不能積水，要在符合建筑物保護范圍的區(qū)域外進行開采工作，開采過程中只開采所需厚度的礦層，而不對其余的礦層進行開采，可以減少地表下沉問題的出現(xiàn)。

（6）三步法開采。運用這種方法時，首先進行小條帶的開采，在完成小條帶注漿填充后，再進行采空區(qū)其他部位的填充。通過這種方式對表面沉降問題進行預(yù)防，避免巖層發(fā)生位移，另一方面還能夠使回采率不斷提高，對地面的建筑物做出保護。不過這種方式在利用時需要較高的成本，而且應(yīng)用的工藝流程相對也比較復(fù)雜。

3.2 防沉降技術(shù)在應(yīng)用過程中需要注意的問題

在進行礦層開采工作時，可以運用的填充材料有廢石和尾礦石。廢石主要在進行井下開采時產(chǎn)生，將這些材料用于采空區(qū)的填充，既節(jié)約材料，而且還能夠滿足沖擊氣浪緩沖層的要求。分析研究表明，進行填充處理可以使采空區(qū)變得更加穩(wěn)定，而且這是最常用、最簡單的采空區(qū)處理方式。第二，通過對淺孔留礦采框的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析，可以更加準(zhǔn)確的計算間柱和頂柱的尺寸，根據(jù)開采工藝流程進行嚴(yán)格的順序控制，找到巷道斷面大小與形狀的準(zhǔn)確值。第三，可以在開展過程中運用錨桿支護的方式提高井巷圍巖以及采場的穩(wěn)定度，錨桿主要起到加固作用，特別是在采空區(qū)的高度在10m以上時可以運用錨桿支護頂柱，提高下部留足支撐礦柱的穩(wěn)定性。

4 綠色開采技術(shù)的分析

4.1 充填式開采

地面沉降的問題也可以運用充填的開展方式進行解決，在礦產(chǎn)開采結(jié)束后進行填充時可以運用矸石或者粉煤灰作為原材料進行回填，不僅可以使資源得到反復(fù)的運用，而且還可以有效的解決地面沉降的問題。這一過程是一個廢物利用的過程，能夠大量消耗礦產(chǎn)開采過程中產(chǎn)生的建筑垃圾和廢棄物，保護自然環(huán)境的同時完成了工作內(nèi)容。現(xiàn)階段在進行填充工作時，可以運用水沙、膏體等等，但是運用水沙進行填充，需要消耗大量的資金成本，而且填充過程中應(yīng)用的工藝流程相對較為復(fù)雜，很多礦產(chǎn)企業(yè)都不會選用這種填充方式，運用矸石代替水沙，可以得到很好的填充效果，不過這會增加礦產(chǎn)的綜合生產(chǎn)成本。膏體由于具有很好的流動性，廣泛應(yīng)用于填充工作，而且凝結(jié)速度快，受到很多礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的青睞。

4.2 礦層巷道支護技術(shù)

這一項技術(shù)可以在礦山產(chǎn)能以后對產(chǎn)能作出保障，現(xiàn)階段這項技術(shù)是研究領(lǐng)域的重點，通過運用這一項技術(shù)進行無礦柱形式的開采工作，能夠使回采的效率不斷提高。

4.3 地下氣化開采技術(shù)

這一項技術(shù)是利用熱化學(xué)反應(yīng)將地下氣體轉(zhuǎn)化成可燃性的氣體，并進行氣體收集的一個過程。不過氣體在燃燒時會產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，目前還不能對這些副產(chǎn)物進行合理的解決，而且現(xiàn)階段氣體收集過程的技術(shù)手段還不夠成熟，這一項技術(shù)還處于研發(fā)階段，需要解決地下氣化過程中容易出現(xiàn)的很多問題以后再進行推廣和應(yīng)用。

4.4 矸石的處理

為了保證礦山產(chǎn)能的高效性，可以將矸石應(yīng)用于礦層掘進巷道的支護，通過礦層巷道代替巖巷。現(xiàn)階段開挖的深度不斷增加，預(yù)應(yīng)力越來越大，以軟弱破碎的圍巖或者快速成巷特征的動壓巷道作為巷道支護受到了越來越多研究人員的關(guān)注，在這一過程中還需要對提高巷道的支護方法進行探索。在礦石采取的過程中，巖石巷道里很容易出現(xiàn)突發(fā)問題，因此需要在不同的情形下，設(shè)計不同的處理方案。現(xiàn)階段可以運用巖空留巷技術(shù)方法對礦產(chǎn)資源進行開采，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)的無礦柱開采方式，也是綠色開采方式的一種。

5 總結(jié)

綜上所述，在進行礦產(chǎn)開采時，很容易對周圍環(huán)境以及土地資源造成破壞，對自然環(huán)境的生態(tài)平衡產(chǎn)生影響。所以采取有效的措施處理開采過程中的沉降問題勢在必行。除了運用常規(guī)方法解決沉降問題以外，還可以運用綠色開采技術(shù)進行礦產(chǎn)的開采，實現(xiàn)能源的重復(fù)利用，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對周圍的環(huán)境作出保護。