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煤矿开采沉陷充填开采技术的分析

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：贺福权

[导读] 摘要：在社会经济不断发展背景下，社会生产对煤炭资源需求量不断增大，在推进煤炭行业快速发展的同时，煤矿开采量也不断增加，所引发的开采沉陷问题也带来一系列影响，如：耕地资源遭到破坏、地下水位降低、山体滑坡等。

        云南省地方煤矿设计研究院昆明 650000
        摘要：在社会经济不断发展背景下，社会生产对煤炭资源需求量不断增大，在推进煤炭行业快速发展的同时，煤矿开采量也不断增加，所引发的开采沉陷问题也带来一系列影响，如：耕地资源遭到破坏、地下水位降低、山体滑坡等。为防止这些问题发生，就需要对开采沉陷问题进行细致分析，并结合煤矿开采实际对合理充填开采技术进行应用，以确保煤矿开采过程安全性，并实现绿色开采。基于此，对煤矿开采沉陷充填开采技术展开研究和分析。
        关键词：煤矿开采；沉陷问题；充填开采技术；分析
        为更好满足日益增长的煤炭资源需求，煤炭资源开采力度不断增大，伴随而来的开采沉陷问题引发人们广泛关注，不仅会对地质结构造成极大破坏，还会威胁到煤矿开采的安全性。迫切需要对煤矿开采沉陷进行深入分析，并结合实际情况采取有效的充填开采技术进行控制，以推动煤矿开采工作更加顺利和安全完成[1]。本文就煤矿充填开采技术概述，对煤矿充填开采技术的应用现状进行分析，并从膏体充填、隔离注浆充填、块石胶结等方面入手，对煤矿开采沉陷充填开采技术的具体应用展开详尽探讨，以供参考。
        1煤矿充填开采技术概述
        1.1概念
        煤矿充填开采技术即在进行煤矿开采工作时，对采空区进行填充的有效方法，通过对充填开采技术进行应用，可以对采空区岩石进行有效支护，以避免地表出现的沉陷状况对工作台产生不良影响，依托充填开采技术矿柱受力状态也能得到优化，最终取得矿产资源有效回收和自然生态环境有效保护效果。
        1.2技术原理
        煤矿充填技术主要是对采空区进行有效填补，在避免开采沉降问题发生的同时，保障煤矿开采顺利、安全完成。现阶段，在煤矿开采过程中最常使用的充填方法是膏体和胶结体，针对开采期间的采空区可以使用胶体充填方式进行填充处理，若已经出现了采空区沉陷问题，就需要利用注浆碎石手段，对沉陷问题进行有效控制。实践中主要包含全充填开采和部分充填开采两种情况，前者主要是在采矿后发生，可以使用充填法对采空区进行处理，以防止出现沉降情况，对周围生态环境产生不良影响；后者则需要在采空区加入填充料，在防止岩石结构出现沉降情况的同时，对岩石进行支护，以解决采空区问题，取得理想沉降控制效果[2]。
        2煤矿充填开采技术的应用现状分析

        图1 煤矿开采
        现目前，煤矿企业在对金属矿石进行开采时，通常会对充填开采技术加以运用，并且发展已经相对成熟。然而在煤矿开采过程中，充填开采技术应用还有待深化，其主要原因在于煤矿属于层状岩石层结构，在完成煤矿开采工作以后相应岩石会出现移动和破坏情况，在沉陷区出现以后再进行充填，无法降低开采沉陷对岩石结构、生态环境带来的巨大影响。同时，伴随着社会经济不断发展，社会各行业对煤炭资源的需求量呈不断上涨趋势，煤矿开采量也与时剧增，这就意味着煤矿开采以后形成的地面沉陷面积也会越来越大，将充填开采技术应用到其中，对煤矿开采沉陷问题进行控制显得十分迫切，实践中为了确保充填开采技术应用达到预期效果，还需要结合煤矿开采实际状况，对不同充填开采技术进行科学选择和合理运用，以真正解决开采沉陷问题，使煤矿开采更加安全和绿色[3]。另外，针对充填成本问题也是煤矿充填开采技术应用需要考虑的重点问题，与金属矿山相比较，可用作充填材料的尾矿占据开采矿石量的90%左右，而煤矿矸石仅占煤炭开采量的15%，若需要进行全部充填，材料相对不足，为降低充填成本，就要对部分充填开采技术加以运用。
        3煤矿开采沉陷充填开采技术实践应用探讨
        在煤矿开采过程中，对充填开采技术进行合理运用，可以对开采过程产生的沉降问题进行有效控制，一旦引发开采沉陷问题，不仅使开采成本增加，还会对开采安全性和周围生态环境造成严重影响。为此在实际开采作业中，需要联系实际对开采策略进行科学制定，并选择合适充填技术进行应用，确保开采工作更加顺利进行，涉及到的地表沉陷问题也能防止发生。
        3.1膏体填充技术
        该种填充技术更加适用于条带采空区情况，尤其是煤矿开采过程中，针对出现的采空区可以使用相适应的膏体材料进行填充，实际操作中也要注意地表沉陷问题发生，执行时可以通过对覆岩第一次破裂间隔与采空区充填宽度进行有效控制，确保条带采空区长久维持安全和稳定。同时，在运用膏体填充技术时，还要注意对煤矿开采之间沉陷的部门加强控制，实际开展开采工作除了可以进行短壁开采以外，还可以进行长壁开采，只是需要将条带之间距离控制在合理范围内。具体实践也表明，当覆岩存在20m厚主关键层时，运用宽40m短壁间隔条带充填开采方案，可以对沉陷问题实施有效控制，煤炭采出率也会提升40%左右[4]。

        图2 矿山充填开采
        3.2隔离注浆充填技术
        在煤矿开采过程中，实施的钻孔作业会对岩石结构产生一定影响，最常见的情况是岩石发生移动，并出现离层空洞现象，这时候通过隔离注浆技术运用，就可以选择恰当材料对形成的离层空洞进行有效填充，在为覆岩提供有效支撑的同时，覆岩存在的移动现象也会减缓，进而达到防止沉陷问题发生的目的。具体实践中，对隔离注浆充填技术进行应用，其技术要点在于对覆岩离层量及位置进行准确把握，并结合覆岩实际动态，对填充时机进行科学选择。通常情况下，会在关键层出现第一次断裂情况之前进行充填作业，若在关键层出现断裂情况以后，离层量之间距离就会缩小，并对正常充填作业带来不利影响。在填充材料方面，隔离注浆充填材料并不是固结物质，对离层也要避免完全填充，并且这种充填技术使用对关键层发挥作用也十分缓慢，主要是受到关键层出现第一次断裂影响，使充填难度进一步升高。
        3.3注浆充填技术
        这一技术更多是在条带开采冒落区中的进行应用，在面对建筑物下压煤开采条件时，实际进行煤矿开采作业多会采用条带开采技术，然而这种开采方式下煤炭实际开采率比较低，一般在30%～50%之间，并且采空区出现冒落的机率也比较高，容易引发地表沉陷问题发生。这时候对注浆充填技术加以运用，就需要对建筑物压煤条带实际状况进行充分考虑，并利用矿井钻孔方式对采空区完成注浆操作，然后通过填充碎石使冒落区承载能力得到提高，上部结构对其产生的负荷也会得到缓解，并保证煤矿开采的安全性[5]。总之，采用注浆填充技术完成冒落区加固操作，可以降低煤矿负荷和提高煤柱实际强度，针对可能出现的沉陷问题也能防止发生，并极大保障关键层的稳定性。
        3.4块石胶结充填技术
        将块石胶结充填技术应用到煤矿开采当中，在操作上比较简单和方便，并且可以取得理想充填效果。实践应用还能够对矿井出现的废石进行有效利用，在一定程度上降低了施工成本，充填效果也能得到可靠保障。实际充填过程中，可以利用矿井废石，使之与胶结料有效融合起来，对沉陷区域进行充填，整个操作废石代替了水泥用量，可以避免对环境造成不良影响，煤矿开采区域稳定性也能得到可靠保证[5-6]。
        结语：
        本文是基于对煤矿开采沉陷充填开采技术的分析，随着社会发展对煤炭资源的需求不断提升，煤矿开采量也不断增大，所出现的开采沉陷问题也严重威胁到煤矿开采安全性，并且一旦出现地表沉陷问题，地质结构也会遭受到破坏，进而引发地质灾害问题，周遭环境也会受到严重影响。为避免这些问题发生，使煤矿开采工作顺利、安全进行，就需要将充填开采技术应用到其中，以降低煤矿开采安全风险，生态环境也能得到有效保护，进而推动煤矿开采朝着绿色、持续方向发展。
        参考文献：
        [1]程玉平.沉陷充填开采技术在煤矿开采中的应用分析[J].科学与财富，2020，（20）：332.
        [2]麻晓东.控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术分析[J].内蒙古煤炭经济，2016，（24）：41-42.
        [3]周庆德，孙世明.煤矿开采沉陷充填开采技术研究[J].大科技，2020，（8）：139-140.
        [4]张鹤松.控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2019，（23）：188.
        [5]张行.控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术探析[J].科学与财富，2020，（15）：33.