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(山東華源礦業(yè)集團(tuán)有限公司,山東泰安 271200)

減少地表下沉和變形的采煤方法探討

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(山東華源礦業(yè)集團(tuán)有限公司,山東泰安 271200)

在我國(guó),隨著煤炭能源被過(guò)度的開發(fā)和挖掘,地表下沉甚至變形已經(jīng)成為我國(guó)眾多煤礦企業(yè)無(wú)法回避的問(wèn)題,選擇不同的采煤方法會(huì)引起不同程度的地表下沉,而且地表下沉和變形與煤礦所處的地理位置也有關(guān)系。本文對(duì)不同地質(zhì)條件下的煤礦地表下沉和變形的不同要求做了相應(yīng)的對(duì)比,有針對(duì)性的提出了多種減小地表下沉和變形的采煤方法,并且對(duì)我國(guó)目前多數(shù)煤礦企業(yè)采用減少地表沉陷的采煤方法的優(yōu)缺點(diǎn)做了闡述,希望對(duì)我國(guó)煤炭能源的開采起到一些參考價(jià)值。

地表下沉 地表變形 煤礦開采

21世紀(jì)以來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)煤炭能源的需求急劇增加，我國(guó)煤礦企業(yè)在不斷發(fā)展的過(guò)程中，面臨的地表下沉和變形的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，因此如何減小和避免由于煤層開采引發(fā)的地表下沉及變形已經(jīng)成為眾多煤礦企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題，也可以把它稱之為現(xiàn)代煤礦企業(yè)追求的目標(biāo)[1]。從開采技術(shù)上尋求改變或者對(duì)采空的區(qū)域加以填充都可以相應(yīng)的減少地表下沉和變形的程度，但是這樣的方案是否符合企業(yè)的經(jīng)濟(jì)追求依然有待考證。本文針對(duì)不同地質(zhì)條件且有著不同地表沉陷要求的煤礦所使用的各種采煤方法做了對(duì)比，對(duì)不同方法的適用條件做了說(shuō)明，希望對(duì)我國(guó)煤礦企業(yè)在減小地表沉陷方面有所幫助。

1 減小地表下沉和地表變形的采煤方法

目前在我國(guó)并不是所有的煤礦企業(yè)都需要嚴(yán)格控制地表下沉和變形，需要控制的依據(jù)主要是根據(jù)煤礦所處的地理位置，如果是靠近居民區(qū)、大型水庫(kù)、河道以及鐵路沿線那就需要對(duì)地表出下沉和變形做出嚴(yán)格的要求和精準(zhǔn)控制[2]，下面對(duì)減少地表下沉和變形的采煤方法做一些介紹。

1.1 房柱式采煤方法

房柱式采煤方法能夠有效的防止因煤炭開采引起的地表下沉，而且經(jīng)濟(jì)適用性較好，在我國(guó)煤礦企業(yè)中應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是：

第一、房柱式采煤法引起的地表移動(dòng)和變形數(shù)值大約只占到長(zhǎng)壁工作面的四分之一，地表移動(dòng)持續(xù)的時(shí)間也相對(duì)減短了一半以上。

第二、房柱式采煤法對(duì)礦井的投資很少，并且能夠較快的投入生產(chǎn)，單位煤量的生產(chǎn)成本也很低。

但是這種方法與傳統(tǒng)的采煤方法相比存在了一些缺點(diǎn)：開采的回收率較低，這也影響了礦井的使用壽命，在很大程度上造成了資源浪費(fèi)，因此在選用這一種采煤方法時(shí)企業(yè)要考慮到煤炭的低回收率所造成的經(jīng)濟(jì)損失和減小的地表下沉所帶了的經(jīng)濟(jì)收益，在對(duì)兩者研究分析之后再確定是否合適選用[3]。

1.2 條帶采煤法

條帶采煤法與房柱式采煤法有些類似，這兩種方法都能夠有效的減小地表的下沉和變形，條帶采煤法對(duì)減小地表下沉量效果十分明顯可達(dá)百分之九十左右，但是它的采煤出產(chǎn)率只有百分之五十左右，對(duì)煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益影響較大，因此這種開采方法主要應(yīng)用在地表有建筑時(shí)對(duì)地下煤炭資源進(jìn)行局部開采。

1.3 采空區(qū)使用充填法處理

對(duì)地下煤礦采空區(qū)使用充填的方法處理可以有效的減小地表的下沉，充填的方法可分為風(fēng)力充填或者水砂充填，減小地表下沉和變形的最好辦法就是水砂充填，如果對(duì)采空區(qū)域填充的水砂很密實(shí)且均勻，這樣地表的下沉最大值只有百分之八左右，而且水砂填充能夠避免礦井中的自燃和煤塵長(zhǎng)期積累引發(fā)的爆炸。

但是選擇水砂充填法要在煤礦中增加專門的充填設(shè)備和充足的材料，這從另一方增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本，有研究報(bào)告指出這種填充法的單位煤量開采成本比傳統(tǒng)的垮落法管理頂板要高出百分之二十左右，基于經(jīng)濟(jì)效益的考慮我國(guó)的煤礦企業(yè)已經(jīng)不再采用這種方法。而風(fēng)力充填法對(duì)煤井的回采工作面的環(huán)境產(chǎn)生影響，因此筆者建議在實(shí)踐中需找合適的凝膠質(zhì)充填材料，并且要確?；靥畹墓ぷ髅媾c回采的工作面彼此分開，這樣的填充法既不影響煤礦

的回采工作也能夠有效的控制地表的下沉和變形。

1.4 離層中高壓注漿處理采空區(qū)

在井下煤層開采之后由于上層的沉降速度不同，在巖石層之間就會(huì)出現(xiàn)裂縫，針對(duì)這種情況可以對(duì)上層巖石的離層帶內(nèi)打孔并注入泥漿，這樣能夠在一定程度上減緩地表的下沉速度，這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是充填的材料可以使用火力電廠的粉煤灰，不但可以實(shí)現(xiàn)廢物利用，而且也減少了粉煤灰的排放，保護(hù)了自然環(huán)境。

雖然這一技術(shù)在我國(guó)實(shí)驗(yàn)獲得了成功，但是從目前我國(guó)部分煤礦對(duì)該技術(shù)的使用情況來(lái)看，這種技術(shù)還需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

2 減小地表變形的采煤技術(shù)

2.1 限制采煤厚度的采煤技術(shù)

研究表明地表的下沉程度與一次性采煤的厚度成正比關(guān)系，因此較少一次采煤的厚度對(duì)緩解地表下沉沒(méi)有明顯的效果，但是可以有效的防止地表的變形。限厚采煤技術(shù)主要應(yīng)用在對(duì)厚煤層的開采中，根據(jù)地質(zhì)情況允許的變形數(shù)值實(shí)施一次開采，這樣不但可以將煤炭資源采出也減小了地表的變形。

2.2 分層間歇的采煤技術(shù)

當(dāng)?shù)叵碌暮衩簩映尸F(xiàn)傾斜分層或者水平分層時(shí)，使用間歇采煤技術(shù)能夠?qū)⒚簩又g的開采時(shí)間加長(zhǎng)，這樣上層的巖石破壞程度較小，減小地表的變形進(jìn)而有效的減輕了對(duì)地表建筑或者水庫(kù)的影響。

2.3 布置較長(zhǎng)的采煤工作面

利用地表下沉形成盆地中間的平地變形特點(diǎn)，使建筑位于才開后移動(dòng)盆地的平整部分，這樣建筑物在承受動(dòng)態(tài)變形之后只承受較小的靜態(tài)變形，如果一個(gè)工作面無(wú)法達(dá)到這樣效果可以使用長(zhǎng)工作與階段工作面聯(lián)合的方法向一個(gè)方向不斷的推進(jìn)。

2.4 協(xié)調(diào)采煤技術(shù)

對(duì)上下煤層同時(shí)開采時(shí)要將煤層的工作面按照一定的距離錯(cuò)開，這樣后開采的煤層產(chǎn)生的地表變形就會(huì)出現(xiàn)在先開采的變形區(qū)內(nèi)，由于受到煤層開采巷道布置系統(tǒng)的限制，能夠使地表形成的拉伸變形與壓縮變形相互抵消，這樣就有效的減少了地表的變形程度。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于我國(guó)各個(gè)煤礦的實(shí)際情況各不相同，因此要根據(jù)自己開采的地質(zhì)條件和煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)條件，結(jié)合減少地表下沉和變形開采方法的特點(diǎn)，選擇經(jīng)濟(jì)適用的方法，有效的減小地表下沉和變形帶來(lái)的人力和物力等方面的損失。

[1]易四海.特厚急傾斜煤層水平分層開采地表陷沉規(guī)律研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2009,(04)：42-45.

[2]張?jiān)?策底鎮(zhèn)建筑物下安全開采研究[J].西安科技大學(xué),2013,(06)：31-34.

[3]黃艷利.固體密實(shí)充填采煤的礦壓控制理論與應(yīng)用研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2012,(10)：18-21.