張 猛

(黑龍江省樁基礎(chǔ)工程公司，哈爾濱150036)

目前全國(guó)煤礦的開(kāi)采方式以井口開(kāi)采為主，露天開(kāi)采僅占全國(guó)總儲(chǔ)量的7.5%。由于煤礦開(kāi)采區(qū)的強(qiáng)烈人為擾動(dòng)，特別是采取放炮方式的采煤區(qū)，受劇烈震動(dòng)的影響，極易發(fā)生地下滲漏及巖石塌方危害。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2000 年以前，全國(guó)平均采煤1.2×109t/a，塌陷土地面積2.4×104km2/a。至2000 年以后，每年塌陷土地面積將達(dá)4%～5%的速度增長(zhǎng)，至2020 年土地塌陷面積將達(dá)1.2×106km2。隨著我國(guó)煤炭資源的不斷開(kāi)采，煤礦采煤塌陷區(qū)的不斷擴(kuò)大，塌陷區(qū)環(huán)境治理工作越來(lái)越重要。

1 煤礦采空區(qū)及塌陷影響因素

煤礦采空區(qū)是指在煤礦作業(yè)過(guò)程中，將地下煤炭或煤矸石等開(kāi)采完成后留下的空洞或空腔。一般來(lái)說(shuō)采空區(qū)分布受到煤炭資源分布影響，煤炭資源豐富且容易開(kāi)采的地方在開(kāi)采后將形成大量的地下空洞，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)形成塌陷，如果得不到有效的恢復(fù)治理，會(huì)對(duì)煤礦周邊生態(tài)環(huán)境和生態(tài)地貌造成影響。采空區(qū)塌陷發(fā)生和形成過(guò)程受到采空區(qū)暴露面積、圍巖巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地下水等4 大因素影響。

2 煤礦塌陷治理的方法

不能有效利用塌陷區(qū)域的土地資源及復(fù)墾后的耕地需要一段時(shí)期熟化和改良耕種是目前采煤塌陷采用補(bǔ)償損失、塌陷地閑置、治理的模式主要問(wèn)題。有關(guān)資料測(cè)算，全國(guó)平均每采萬(wàn)噸煤，塌陷土地約0.2 hm2，由于擔(dān)心地表塌陷導(dǎo)致壓煤總量達(dá)到137 億t。煤礦開(kāi)采造成的采空區(qū)的預(yù)防與生態(tài)修復(fù)，目前沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。

2.1 井下采空區(qū)處理技術(shù)簡(jiǎn)述

采空區(qū)的處理工程在國(guó)內(nèi)仍然不多，因此這方面的研究依然是處于摸索階段，還不成熟。用充填的辦法把采礦造成的采空區(qū)填滿(mǎn)是解決塌陷的主要辦法。井下采空區(qū)的填充方法是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。降低充填成本，是充填技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵。煤矸石回填技術(shù)包括采空區(qū)回填、低洼地充填、煤礦塌陷區(qū)復(fù)墾、路基充填等。而且煤矸石中的氮、磷、鉀等還為作物生長(zhǎng)提供了很好的營(yíng)養(yǎng)成分，回填使煤矸石與空氣隔離，避免了煤矸石自燃，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)，回填用煤矸石約占其總利用量的70%。

2.2 采空區(qū)充填方法

1)膏體膠結(jié)填充。利用無(wú)需建立復(fù)雜的隔排水系統(tǒng)的城市生活垃圾綜合處理技術(shù)，將適合作為填充物的工業(yè)爐渣等生活垃圾經(jīng)過(guò)分選進(jìn)行回收利用。通過(guò)充填泵用管道將一般濃度在76%～85%由矸石、粉煤灰、工業(yè)爐渣、河沙等加工成不脫水具有隔絕空氣，避免自燃發(fā)火特點(diǎn)的牙膏狀漿體輸送井下進(jìn)行填充。

2)采空區(qū)冒落矸石空隙注漿充填。由鉆孔利用冒落帶特性在采空區(qū)冒落矸石之間的空隙未被壓實(shí)之前向離層空間灌注具有固化功能能填充離層和冒落空間細(xì)粒級(jí)漿體(粒狀漿材料或化學(xué)漿材料。價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單的水泥是粒狀漿材料的主體)。覆巖層則由細(xì)粒級(jí)漿體在有限的時(shí)間內(nèi)與冒落矸石膠結(jié)后形成的固化體與冒落巖塊共同支撐，起到減緩地表變形作用。

3)煤矸石似膏體充填。配15%～30%的細(xì)粒級(jí)砂，以工業(yè)垃圾或者河砂等做骨料加入膠結(jié)劑(工業(yè)廢渣)，制成重量濃度為74%～76%輔以膠結(jié)材料在地面加工制成無(wú)臨界、不沉淀，外觀似膏體具有良好泵送性能的填充混合漿料，稱(chēng)之為“似膏體填充”。

3 煤礦塌陷防治技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1 實(shí)施填充工程的礦井地質(zhì)情況

對(duì)某煤礦采空區(qū)實(shí)施井下填充工程。某礦井設(shè)計(jì)開(kāi)采91 層，井田最高點(diǎn)+100 m 標(biāo)高，最低點(diǎn)－80 m標(biāo)高，走向長(zhǎng)1 010 m，傾斜寬950 m，礦區(qū)面積1.08 km2。該煤層平均厚度為0.6 m，煤層傾角10°～15°，煤層發(fā)育較穩(wěn)定，煤種屬于1/3JM。煤層頂、底板均為粉砂巖。91 層資源儲(chǔ)量80 萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量70 萬(wàn)t。該礦井主提升井460 m，副井長(zhǎng)度390 m。根據(jù)煤礦具體開(kāi)采技術(shù)條件研究采用工藝簡(jiǎn)單、操作過(guò)程容易管理、管道泵送系統(tǒng)可靠的煤矸石似膏體充填方法［1］。

3.2 采空區(qū)填充工藝

3.2.1 煤矸石似膏體構(gòu)成

1)以普通32.5 硅酸鹽水泥為膠凝材料。由水泥、粉煤灰、粒度為5 mm煤矸石(充填骨料)、減水劑組成基本的填充材料。

2)充填材料技術(shù)參數(shù):質(zhì)量濃度為70%左右的似膏體為上述混合物料加水形成。

3)漿配比參數(shù):①1∶4不含減水劑的填充材料質(zhì)量比為1 ∶413;②骨料為粒徑＜5 mm的煤矸石;③質(zhì)量濃度為70%;④復(fù)合減水劑加量為1.0%～1.4%(水泥與煤炭灰質(zhì)量和的百分比)。

混合漿料具有高懸浮性、低脫水率、低管道磨損率、流動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)滿(mǎn)足填充采空區(qū)的填充要求。煤矸石似膏體充填法其工藝流程見(jiàn)圖1。

3.2.2 充填施工

煤矸石、水泥和粉煤灰進(jìn)行儲(chǔ)藏和輸送方法相同。汽車(chē)將經(jīng)過(guò)破碎分選后5 mm以下煤矸石送至充填站煤矸石場(chǎng);粗碎站的選址定于煤矸石山附近，5 mm以上煤矸石進(jìn)入建材廠中碎工序。充填輸送過(guò)程為由安裝在料倉(cāng)底部的圓盤(pán)式給料機(jī)分次將裝載機(jī)由堆場(chǎng)鏟至料倉(cāng)的媒矸石向皮帶運(yùn)輸機(jī)供料，計(jì)量后送至攪拌桶。為防止揚(yáng)塵污染，水泥、粉煤灰用專(zhuān)用封閉罐車(chē)運(yùn)送，通過(guò)壓氣卸入立式水泥倉(cāng)和粉煤灰倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)插板閥、星形給料機(jī)、沖板流量計(jì)計(jì)量后通過(guò)單螺旋輸送機(jī)送至攪拌桶。減水劑桶中的減水劑由泵計(jì)量后加入攪拌桶中。將高位水池中的充填用水通過(guò)計(jì)量后加其中，通過(guò)強(qiáng)力攪拌形成質(zhì)量濃度約為70%混合物，沿著井下管道自流送至待充采場(chǎng)。

圖1 填充工藝流程圖

3.3 地面防治措施

礦區(qū)上部局部積水對(duì)林地內(nèi)植物生長(zhǎng)影響不大，其地質(zhì)環(huán)境可自然恢復(fù)。局部積水嚴(yán)重區(qū)可采取沿地形坡度在上方挖設(shè)壩高0.4 m的攔水壩，在下方挖設(shè)排水溝疏導(dǎo)排水，用煤矸石及周邊廢棄地荒土回填的方式鋪墊至原地面標(biāo)高。用煤矸石填平推土機(jī)在塌陷區(qū)頂部剝離0.5 m深度的耕植土和黏土至距原有水平地面0.5 m高度后反復(fù)碾壓再將黏土推回壓實(shí)，最后將原有耕植土層覆蓋至原有地面高度，實(shí)現(xiàn)土地重新利用。

4 結(jié) 語(yǔ)

煤礦采空區(qū)充填技術(shù)從礦區(qū)開(kāi)采工藝出發(fā)，以實(shí)現(xiàn)矸石零排放為目標(biāo)變廢為寶。同時(shí)為綜合利用城市生活垃圾提供有效途徑，通過(guò)合理分選回收可以再利用的資源提取填充物質(zhì)，通過(guò)科技不斷降低填充技術(shù)成本，保護(hù)礦區(qū)生態(tài)地貌，減輕煤礦采空區(qū)塌陷對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響。

［1］張發(fā)旺，侯新偉，韓占濤.煤炭開(kāi)發(fā)引起水環(huán)境演化及其控制技術(shù)［J］.地球?qū)W報(bào)，2001，22(04):345－350.