煤礦環境治理論文

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1國內采空區采煤沉陷及火燒隱患治理經驗

多年來，國內很多煤礦和建設工程開展了煤礦采空區治理工作，取得了大量的相關經驗。20世紀60年代，遼寧撫順礦區采用偽傾斜上行水砂充填長壁采煤法成功地開采了保護煤柱，同時對采空區進行了治理。山東新汶礦務局孫村、良莊、協莊等礦也開展過水砂充填試驗。阜新、遼源、鶴崗、雞西、淮南等礦區都曾使用水力充填法成功解決了“三下”采煤問題。1978—1979年山東新汶礦務局對張莊煤礦進行了高濃度粉煤灰膠結充填隨采隨充試驗，解決了粉煤灰脫水、流失、壓縮沉降等關鍵問題，系統充填能力與河沙充填相比提高50%，且無堵漏事故。2008年，河北冀中能源集團進行集中技術攻關，成功創造出兩種充填開采技術方法。一種是利用原地面矸石回填井下。如邢臺礦就是按照“以矸石換煤炭，以體積換體積”的思路，將矸石和粉煤灰進行合理配比,投放到井下對采空區進行充填。另一種是矸石不升井直接充填。如對邢東礦通過在建筑物下挖掘充填巷道,把地下開采產生的矸石直接充填到建筑物下的永久煤柱里，以實現矸石不升井，同時置換出原來用常規方法不可能采出的煤炭資源。目前，河北省已大力推廣煤礦采空區充填技術。2001—2002年，河南鄭少高速公路采用注漿充填法對下伏采空區進行了治理。2002年,江蘇省京福國道主干線徐州東繞城公路東段煤礦采空區，釆用注漿工藝進行采空區治理，治理后采空區路基能滿足公路工程建設要求。2005年建成的山西太長高速公路采用注漿法對下伏采空區進行了治理。2009年，徐州市賈汪區江南科技創新中心采用加固注漿施工工藝對地下采空區進行治理,通過采用新型注漿材料，節約成本35%，充填效果良好。內蒙古是我國煤炭探明儲量最大的省份，20世紀80年代初期，由于小煤礦大量無序開采，形成眾多采空區和老塘火。目前全區共有著火區235處，火點600多處，燃燒面積達70多平方千米。由于煤層自燃，不僅嚴重影響和污染了環境,而且對煤礦安全生產也造成了極大的安全隱患，同時淺表火區的存在影響著下部煤層的開采，形成資源呆滯，每年燒損資源量約2000多萬噸,造成了巨大的資源浪費。面對嚴峻的形勢，內蒙古各地按照因地制宜、科學施治、分類治理的原則，對煤礦火區采取以下措施：由業主限期治理;對煤田火區由政府統一組織招標，明確主體，集中治理；對具備連片治理條件的，采取集中連片治理。在具體的滅火方法上，煤層露頭火區主要以剝離挖除火源為主，煤層深部火區則采取灌漿、隔離、沙土覆蓋碾壓、井下密閉等綜合治理方法進行滅火，以達到肅清火源、杜絕復燃、標本兼治的目標。如鄂托克旗宏斌煤礦，采用火區剝離坑分層回填、碾壓平整、表層進行黃土覆蓋、治理區植樹綠化等方法進行綜合治理，取得了良好的社會、經濟效益，2010年11月30日至12月2日，經過自治區煤炭工業局組織國土資源、環保、水利、林業、煤監等部門和鄂爾多斯市、鄂托克旗煤炭局及有關專家組織驗收，認為滅火效果符合《煤田火災滅火規范》熄滅標準，火區治理達到了預期目標。同時治理區復墾的土地將納入當地政府土地開發使用規劃，永續利用。截至2011年9月，內蒙古全區已基本完成煤礦火區治理102處，正在施工治理的107處，完成治理面積約42km2，其中復墾綠化面積達21km2，完成火區治理總工程量的60%。到2011年年底，內蒙古除鄂爾多斯市、烏海市、阿拉善盟之外各盟市將全部完成治理任務，到2012年末，內蒙古將全面完成自治區政府確定的煤田、煤礦火區治理任務。

2采煤沉陷及火燒隱患治理技術進展

通過上述介紹，可以看出充填法、注漿法和剝采法及復墾綠化是我國煤礦目前采取最多的采空區、火燒區治理方法。

2.1充填法

傳統的煤礦采空區充填工藝有水力充填、粉煤灰充填、風力充填、矸石自溜充填、矸石帶狀充填等。

(1)水力充填。是采用水力輸送方式，通過充填管路將充填料漿送入采空區進行充填的方法。其是特厚煤層開采、"三下”開采、極易自燃煤層開采的較好方法，其地表減沉效果好于風力充填和矸石自溜充填，可以減輕煤炭開采對地面建筑和設施的損害。但由于水力充填需要有專門的充填設備及足夠的充填材料，從而使井下回采工序復雜、工作強度大及噸煤成本增高。

(2)粉煤灰充填。存在強度低、井下脫水、粉煤灰壓縮率較大、井下排水污染環境等問題。

(3)風力充填。是利用壓縮空氣的風壓，將充填材料通過垂直管路輸送到井下貯料倉，然后由普通輸送機輸送到采空區風力充填機，風力充填機利用風壓，通過充填管道將充填材料輸送到采空區進行充填的方法。其充填系統較為簡單，沒有排水、排泥系統，利用礦井掘進矸石充填，可做到矸石不出井。但要求設備費用高，管路磨損快,耗電量大，充填密度不及水力充填，地表減沉效果不如水力充填。

(4)矸石自溜充填。是當煤層傾角較大時適用的一種充填方法。其充填設備簡單，不需要專用設備，對充填材料的要求也不高，可就地取材，一般可將井下矸石或地面砂石材料直接送人采空區。充填后，采場壓力降低，工作面可不采用密集支柱和木垛支護，可不留護煤柱、采空區隔離煤柱，并且不因煤厚變化而丟煤。但增加了采、運矸石系統和設備，充填成本高、降低回采工效，充填能力低，減沉效果不明顯。

(5)矸石帶狀充填。是沿工作面開切眼或推進方向，每隔一定距離壘砌一個矸石帶來支撐頂板，以達到減少地表下沉的目的。其適用于采用炮采工藝的薄煤層工作面、交通不便的邊遠地區及缺煤地區或煤層小于0.8m的緩傾斜煤層以及不穩定煤層。但其在充填過程中如遇矸石料不足的情況，需要挑頂取料，會減弱頂板巖層穩定性，易造成直接頂、老頂離層下沉。近年來河北省大力推廣的原地面矸石回填井下及矸石不升井直接充填，是一種廢石干式充填采空區的方法。通過將矸石和粉煤灰迸行合理配比，把地下開采產生的矸石直接充填到采空區或建筑物下的永久煤柱里，以實現矸石不升井，同時置換出原來用常規方法不可能采出的煤炭資源，還治理采空區的目的。

2.2注漿法

注漿法利用氣壓、液壓或電化學原理,把某些能固化的漿液注人到土層、巖層的裂隙或孔洞中，使漿液和巖層一起固化凝為一體，從而改善地基的物理力學性質，增強地基承載力，確保采空區上建筑物整體穩定。采空區地基處理一般采用注漿法。利用注漿法對采空區地基進行處理可起到防滲、防漏、加固和糾偏等作用。注漿法具有施工相對簡單、安全性高、易于管理的特點，但缺點是材料用量較大，施工過程中注漿量的多少不僅直接關系到投資大小，更關系到治理效果的好壞，必須嚴格控制注漿量。同時，施工過程中由于采空區冒落帶經沉降擠壓，造成地層破碎、塌陷。鉆進中部分鉆孔卡鉆、縮徑現象十分嚴重。最后，由于采煤區地面沉陷對地形地貌景觀、土地資源等破壞嚴重，采用上述方法進行治理后，采空區沉陷災害及隱患得到防治，但其對地面的影響破壞還需利用復墾綠化等生物措施進行治理，使采空區地質環境得到恢復 

2.3剝離回填法

就是揭開覆蓋土層和巖層，把著火源挖出來，澆滅，之后進行回填、復墾和綠化。這種方法簡單易行，采用這種方法可以徹底治理煤礦存在的采煤沉陷及火燒隱患，減少煤炭資源的浪費，并使煤炭資源得到最大限度的回收利用。其缺點在于治理所需水源和地表恢復所需土壤量大。該方法適用于淺部開采的中小型煤礦沉陷區及火區治理。

2.4生態恢復措施

復墾綠化生物措施是實現破壞土地植被恢復的關鍵環節，適用于全部礦區的地質環境恢復。可結合神木縣當地城鄉一體化建設規劃，因地制宜改善生態環境。山水田林路一體化建設。直接利用法即對大面積的塌陷特別是大面積積水或積水很深的水體以及未穩定塌陷地或暫難復墾的塌陷地，常根據塌陷地現狀因地制宜地直接加以利用。如網箱養魚、養鴨等。采空塌陷地復墾利用方向可以為:“耕地+水產養殖用地”復墾模式、“建設用地+養殖用地”復墾模式或“養殖用地+林地”復墾模式。興建礦山公園。礦山公園是礦山地質環境治理恢復后，國家鼓勵開發的以展示礦產地質遺跡和礦業生產過程中探、采、選、冶、加工等活動的遺跡、遺址和史跡等礦業遺跡景觀為主體，體現礦業發展歷史內涵，具備研究價值和教育功能，可供人們游覽觀賞、科學考察的特定空間地域。

3結語

采煤沉陷及煤層自燃是一個嚴重的經濟、社會和環境問題,是當前政府和企業不得不面對的難題。在今后很長一段時間煤炭作為我省主要的能源是不會改變的，煤炭的大量開采還將繼續，因此，加強科學研究，探索科學的采礦方式，提高采煤技術水平，完善采煤沉陷及煤層自燃的治理技術，并不斷地探索新的治理模式是今后防治的主要途徑。

作者：王寧 王明海 單位：陜西省地質礦產勘查開發總公司 陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室