垛式充填开采技术探究和探析

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1、垛式充填开采技术探究和探析　　摘要：煤矿的开采往往会造成地面沉陷，开采区域上的建筑和生态都因此受到威胁。因而应用绿色开采技术——控制煤矿开采沉陷的部分充填技术，对于保护生态环境有着重要的作用。本文阐述了充填开采技术对控制煤矿开采沉陷的重要意义，并主要分析了充填开采工艺现状，并在部分充填技术的基础上，首次提出了垛式充填开采技术，对部分充填技术理论进行了优化完善和升华。关键词：煤矿开采；沉陷；部分充填；垛式充填；关键控制层10煤炭是我国能源保障的重要支柱，由于能源需求的不断扩大，煤矿的开采规模也越来越大。由于我国95%以上的煤矿为井工矿井，且普遍为垮落法开采，这就势必会造

2、成开采地区的地面沉陷、地表水下漏，继而将导致地上建/构筑物和生态环境的破坏，而且煤矿开采在地面堆积的煤矸石、粉煤灰等固体废弃物和排出的矿井废水也会造成环境污染。随着国民环境保护意识和对生活质量要求的不断提高，这种疯狂的掠夺式生产方式再也不能持续发展下去了。这就要求必须转变传统的煤炭开采模式，采用高效、经济、科学、合理的绿色开采新技术。因此，如何控制煤矿开采沉陷，且有效控制治理成本？则研究部分充填（垛式充填）开采技术对此具有重要意义。1煤矿开采地表沉陷产生的不良影响井工煤矿垮落法开采，引起岩层破坏与移动，严重的会破坏生态环境，主要表现在：1）地表开采沉陷，建/构筑物损坏

3、，土地荒漠化；2）破坏地下水资源；3）排放大量瓦斯、煤矸石、矿井水，污染环境。过去，一般是以搬/拆迁了事。但现在随着国民思想意识的不断提高，已不是简单搬/拆迁就能了事的了。煤矿，也包括金属矿、非金属矿，开采引起的环境损害，如果处理不及时、不到位，很容易激化矿农关系，有的甚至演变成尖锐的社会矛盾，影响和谐社会建设。有报道：煤矿开采污染、破坏所及“满目疮痍”。老百姓面对煤矿开采环境损害的无奈：煤矿发大财，百姓遭大灾。地上黑水淌，地下水漏光，树木快死光，吃水成难题，住房没保障。随着国家对环境保护越来越重视，老百姓环境保护意识、维护自身合法权益意识越来越强，煤矿开采环境损害越

4、来越不能一个“赔”字了得。10因此保护煤矿开采区的生态环境，采用可持续发展战略的绿色开采则是今后必然趋势。那么，如何实现绿色开采，既能够保护地表的建筑物不受损坏，又能将其开采成本控制在可承受范围内，则是当下矿井开采领域亟待解决的难题。2绿色开采内涵1）对原有矿井废弃（或有害）物观念的转变。树立广义资源观。2）从源头上采取措施减轻开采对环境的破坏。从煤炭开采的角度采取措施，即从源头消除或减少采矿对环境的破坏，而不是先破坏后治理，这符合循环经济原则。3）基于采动岩层破断运动规律。岩层不破坏，水与瓦斯流动、地表沉陷与土地破坏等环境问题都不会发生。绿色开采的基本手段是控制岩层

5、运动，防止和减少采动对环境的不良影响。3控制岩层运动的主要方法目前，在矿井开采活动中，避免造成地面沉陷、岩层运动主要有效手段就是对采空区及时有效充填以及留设有效的滞留式保护煤柱或置换式充填，大体可分为：固体充填开采、膏体充填开采、高水材料充填开采和柱式体系开采等方法。3.1固体充填开采固体充填采煤法：是指把矸石等固体材料散体，通过机械方式或风力管道输送到井下采煤工作面采空区，形成支撑控制采空区上覆岩层结构的采煤方法。新型固体充填一个重要技术特征是引入了夯实机构。103.2膏体充填开采膏体充填采煤法：是指把矸石、粉煤灰等固体材料加工制作成“无临界流速、不需脱水”的膏状浆

6、体，在泵压或重力作用下，通过管道输送到井下采煤工作面采空区，形成支撑控制采空区上覆岩层结构的采煤方法。3.3高水材料充填开采高水材料充填采煤法：是指把高水材料制成水体积比占90%以上的低浓度浆体，在泵压或重力作用下，通过管道输送到井下采煤工作面采空区，形成凝固体支撑控制采空区上覆岩层结构的采煤方法。3.4柱式体系开采柱式体系采煤法：是指在煤层中开掘一系列宽5～7m左右的煤房，煤房间以一定间隔开掘联络巷，形成长条形或方形煤柱，煤柱宽度由几米至二十多米不等（根据具体条件而定），采煤工作在煤房中进行，煤柱作为控制顶板不沉陷的支撑点而滞留不采，称为柱式采煤法；若对柱式采空区进

7、行充填，再置换采出原滞留的煤柱，则称为房柱式充填置换采煤法。充填开采在煤矿生产过程中，一来控制了因开采而引起的沉陷，保护了地表的建筑物和生态环境；二来充分利用了堆放在开采区的污染废弃物，节约了土地。所以充填技术符合绿色开采的要求，是未来煤炭资源可持续发展的必然途径。10柱式开采也能控制因开采而引起的沉陷，保护地表的建筑物和生态环境，节约和降低生产成本，但最大的缺点是滞留大量的煤炭资源，采出率低，造成资源浪费，并使矿井服务年限大打折扣，达不到原预期投资收益率等弊端。4目前国内充填开采技术工艺的现状充填开采技术在目前煤矿生产应用中已基本趋于成熟，但普遍是