王龍 黃圣超 常新

山東能源新礦集團(tuán)華豐煤礦 山東泰安 271412

煤礦開采是一個(gè)難度較大的過程，實(shí)施中最常見的可能是發(fā)生塌陷。另外，對(duì)煤礦的局部過渡開發(fā)，也會(huì)使原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，從而影響了本地的生態(tài)平衡[1]。面對(duì)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對(duì)能源的大量需求，停止開采是不可行的。為此，做好對(duì)地表塌陷的有效控制勢在必行。充填開采技術(shù)的應(yīng)用，取得了較為可靠的地表穩(wěn)定效果，在確保了礦工安全的同時(shí)降低了對(duì)環(huán)境的破壞。

1 煤礦開采沉陷帶來的危害

煤礦開采過程發(fā)生在地下，它是對(duì)地下礦產(chǎn)資源挖掘和搬運(yùn)的過程。也是對(duì)地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾和破壞的過程，其比較明顯的表現(xiàn)就是地表塌陷。這會(huì)對(duì)處在上方或者周邊的建筑物帶來干擾，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生安全事故，危機(jī)建筑物的使用安全[2]。長期的地下煤礦開采還會(huì)使得本地的生態(tài)平衡遭到破壞，可能誘發(fā)地面下沉及地裂等自然災(zāi)害。對(duì)開采過后的地表進(jìn)行修復(fù)需要投入大量的人力和物力，不利于煤礦開采的綜合經(jīng)濟(jì)效益的提升。所以，在煤礦開采中，國家和開采企業(yè)必須采取有力的措施，做好對(duì)煤礦開采區(qū)域的有效填充，避免沉陷導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和生命傷亡。

2 什么是充填開采技術(shù)

充填開采技術(shù)是多項(xiàng)技術(shù)的統(tǒng)稱。它是對(duì)煤礦開采過程所產(chǎn)生的地質(zhì)干擾進(jìn)行的一種并行處理方式，能夠確保地表結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免過渡開采導(dǎo)致的不良地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。在具體的充填開采中，需要結(jié)合地質(zhì)情況進(jìn)行分析從而確定具體的充填開采形式。當(dāng)前用于煤礦沉陷的充填技術(shù)中，常見的有注漿填充、尾砂膠結(jié)填充、石塊膠結(jié)填充等[3]。對(duì)于每種充填技術(shù)的實(shí)施，需要結(jié)合開采要求，進(jìn)行充填技術(shù)實(shí)施成本的分析和工藝流程的判斷。只有確保充填開采技術(shù)符合煤礦開采要求，能夠有效的避免安全事故的出現(xiàn)，才能確保煤礦開采的經(jīng)濟(jì)效益。

3 充填開采技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前充填開采技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但相對(duì)于金屬礦開采而言，將其用于煤礦開采中的頻率還不是太高。這是因?yàn)槊旱V所處的地形一般呈現(xiàn)巖層狀，一旦遭到人為的挖掘和干擾，很容易出現(xiàn)塌陷和不同程度的下沉[4]。所以，煤礦開采中進(jìn)行充填開采技術(shù)的應(yīng)用更加復(fù)雜。但尾砂充填和注漿充填已經(jīng)在煤礦沉陷控制方面取得了較好的成果。所以，我國相關(guān)的煤礦開采部門也逐漸的重視了此項(xiàng)技術(shù)的研究，在充分的吸取國外先進(jìn)充填開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了技術(shù)實(shí)施細(xì)則，將煤礦開采對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞進(jìn)一步降低。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國還有較多的煤炭資源有待開采，但這可能會(huì)降低可利用土地面積，同時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)也非常不利。所以，在未來的煤礦充填開采技術(shù)的研究中，需要通過綠色開采理念的指引，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)實(shí)施的工藝改善，在確保煤炭資源高效開采的同時(shí)，能夠從綠色生態(tài)角度進(jìn)行更好的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)。

4 煤礦開采中常見的幾種充填開采技術(shù)應(yīng)用分析

4.1 注漿充填開采技術(shù)應(yīng)用

注漿填充一方面是針對(duì)煤礦開采的條帶冒落區(qū)，當(dāng)這個(gè)區(qū)域承載力降低后，處在上方的巖層荷載會(huì)向煤巖柱發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而會(huì)導(dǎo)致煤巖柱的變形而引起地表塌陷。通過鉆孔對(duì)冒落區(qū)進(jìn)行注漿并填充碎石，可以提升冒落區(qū)的荷載能力，降低煤柱的變形，從而起到塌陷避免作用。另一方面針對(duì)沉陷區(qū)域的覆巖離層分區(qū)，[2]通過向移動(dòng)的巖層地帶鉆孔注漿，可以對(duì)覆巖形成結(jié)構(gòu)支撐，降低其運(yùn)行速度，從而避免地表運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致的沉陷。在注漿技術(shù)的實(shí)施中，需要對(duì)覆巖的離層位置和量變進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，同時(shí)要做好對(duì)離層的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析，選擇合適的時(shí)間進(jìn)行注漿填充。

4.2 利用塊石膠結(jié)來進(jìn)行開采充填

塊石膠結(jié)是充分的利用廢棄的石頭來做填充原料，其不會(huì)用較多的水泥，且能夠取得較為可靠的填充效果。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)施較為簡便可行，能夠達(dá)到較為可靠的填充強(qiáng)度。該填充技術(shù)對(duì)煤礦開產(chǎn)中產(chǎn)生較多的廢石區(qū)域進(jìn)行沉陷填充是非常有效的。它利用井內(nèi)產(chǎn)生的石塊與膠水的充分結(jié)合，生成填充骨料。將骨料與適當(dāng)?shù)乃噙M(jìn)行結(jié)合，能夠形成快速的凝結(jié)塊，具有較為牢固的填充效果[3]。石塊膠結(jié)除了起到填充作用外，還能夠提升路面的牢固性，避免塌陷。塊石膠結(jié)的開采填充技術(shù)具有較為可靠的成本節(jié)約和填充效果，已經(jīng)在國內(nèi)煤礦開采中得到了較為廣泛的認(rèn)可，它在保障煤礦開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益方面起到了積極的作用。

4.3 全尾砂的充填開采技術(shù)應(yīng)用

這種技術(shù)主要是針對(duì)尾砂的處理應(yīng)用，可以充分的將尾砂進(jìn)行有效的填充。尾砂的膠結(jié)充填技術(shù)實(shí)施主要分兩個(gè)步驟：先進(jìn)行真空過濾再做尾砂脫水處理，這樣來確保尾砂的漿液濃度保持在70%以上。再通過固定比例的水、水泥及尾砂充分均勻攪拌，直到漿液呈現(xiàn)了膠質(zhì)狀后，將其運(yùn)輸?shù)叫枰畛涞膱龅剡M(jìn)行對(duì)應(yīng)的塌陷區(qū)域填充。全尾砂式的充填開采技術(shù)目前尚處于研究階段，技術(shù)實(shí)施所用材料雖然已經(jīng)較為穩(wěn)定，但是對(duì)填充后的巖層性能方面還需要進(jìn)一步的研究確認(rèn)。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)施需要很多工藝綜合，特別是尾砂的脫水處理，可能會(huì)不利于施工成本的控制。所以，其技術(shù)應(yīng)用前提是對(duì)脫水工藝再做進(jìn)一步的優(yōu)化，將其成本能夠有效的降低。

總而言之，充填開采能夠有效的保護(hù)煤礦開采區(qū)域的地質(zhì)。就當(dāng)前使用比較廣泛的各種礦井填充技術(shù)應(yīng)用來看，各有優(yōu)勢，必須結(jié)合不同的煤礦類型進(jìn)行技術(shù)的應(yīng)用分析，同時(shí)在技術(shù)實(shí)施之前做好完全的方案規(guī)劃。通過降低填充成本和提升填充質(zhì)量，確保煤礦開采區(qū)域具有更加穩(wěn)定的生態(tài)地質(zhì)系統(tǒng)。