论文部分内容阅读
摘要： 首先研究煤矿开采沉陷技术现状，针对煤矿开采对矿区环境、地表破坏的影响，以减轻危害程度为目标，分析影响矿山开采沉陷技术的因素，最后提出防治和控制开采沉陷的技术措施。
中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310024－01
煤矿的开发为经济快速持续发展打下了坚实的基础，然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出，开采沉陷造成的煤矿环境灾害主要有土地塌陷或积水，农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等，这都是开采引起的岩层移动，是造成煤矿塌陷灾害和区域变形的根源，有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。进入21世纪以来，由于我国经济的快速发展，政府部门加大了环境的防治和治理，这很大程度上促进我国煤炭经济的发展。
1 煤矿开采沉陷控制技术现状
煤矿开采在金属矿应用广泛，技术相对先进，可以为煤矿的煤矿开采提供参考。然而煤炭地层属于层状岩层，与一般金属矿岩层产状根本不相同，采后岩层移动与破坏规律也不尽一致，煤矿的目的也不完全一样。所以，煤矿开采技术的研究与发展必须适应煤系岩层活动规律与控制要求，形成符合开采特点的煤矿开采沉陷控制理论与技术。
煤矿开采沉陷控制技术广泛应用于膏体煤矿采煤，固体废物膏体煤矿是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，它是一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时煤矿采空区的开采沉陷技术。膏体煤矿分胶结膏体煤矿、非胶结膏体煤矿。这种煤矿开采沉陷技术具有高采出率、环保、高安全性等优点，管道运输，材料选择广泛，目前已在多个矿井应用，在炮采工作面应用较多，综采膏体煤矿技术正在研究；煤矿材料是由煤矸石、水泥、粉煤灰、减水剂组成。煤矿骨料为破碎后的煤矸石，胶凝材料为普通硅酸盐水泥，管道输送性能改良剂为粉煤灰和减水剂。这样形成的煤矿岩层浓度高，流动性能好，呈膏体状态；各料在搅拌桶中加水进行高速搅拌，形成高浓度的浆体沿煤矿钻孔和管道自流输送至待煤矿采空区进行煤矿。进入21世纪以来，美国存在15座矿山采用煤矿开采沉陷控制技术，其他几座矿山也正在考虑采用煤矿开采沉陷控制技术。
2 煤旷开采沉陷控制技术对矿区环境、地表破坏的影响
煤矿开采沉陷对土地资源的影响和破坏是无法避免的，所以各个煤矿应该应用根据自己的实际情况和条件合理应用防止和控制开采沉陷技术和土地复垦技术，矿区生态复垦技术等多学科知识，对地表塌陷进行综合治理和开发利用，才能更好地保护地表、矿区的环境、农民的利益。
虽然开采煤炭为国家获得了能源，为我国经济发展奠定了可靠的基础。然而煤炭开采同时却对自然环境造成了破坏，很多煤矿企业只看到眼前利益，但是利益背后的负面影响是巨大的，当前很多煤矿存在过度开采带来的“三废”污染、土地破坏、水资源破坏、动力地质问题等等，这些问题没有合理解决的话，我国煤炭工业将受到致命打击。综上所述，我们研究煤矿开采沉陷技术，不断更新完善，提倡绿色开采，采取煤矿开采沉陷控制技术，这对环境保护、减少浪费、高效可持续发展具有举足轻重的作用，同时，对我国煤炭事业的未来具有积极的推动作用和科学意义。
3 影响煤矿开采沉陷控制技术的因素
3.1 影响煤矿开采沉陷控制技术的自然因素。包括煤层的地质构造、煤藏深度、煤化程度、煤层瓦斯含量、煤矿所处的地点、煤的灰分、水分、挥发分、煤的结构水文地质条件及煤中的矿物成分[3]。这些因素都是自然形成的，它在使用煤矿开采沉陷控制技术进行开采中起着决定性作用，可以说，自然条件的好坏直接影响着矿山能否实施煤矿开采沉陷控制技术。
3.2 影响煤矿开采沉陷控制技术的人为因素。包括开采规模、采煤方法、开拓方式、通风系统的选择、采空区的处理、机械化程度及人员素质。煤矿技术工人的技术水平是关系到生产系统能否发挥最大效能的重要因素，是煤矿开采沉陷控制技术发展的关键。从一般程度上说，煤矿开采沉陷控制技术主要包括以下内容：首先是水资源保护－形成“保水开采”技术；其次是瓦斯抽放－形成“煤与瓦斯共采”技术；然后是煤层巷道支护技术与减少歼石排放技术；再次是土地与建筑物保护－形成离层注浆、煤矿与条带开采技术；最后就是地下气化技术。
4 煤旷开采沉陷控制技术的发展趋势
4.1 采用煤矿沉陷区复垦与生态恢复相结合的技术模式。开采沉陷控制和采煤沉陷区的综合治理是一个复杂的社会与自然的工程体系，属于矿区生产、矿区社会和矿区环境整个大系统的重要构成。我们应综合研究进行系统规划和决策，从被动的沉陷以后治理转变为主动地进行开采沉陷控制，安全采煤沉陷区综合利用的系统综合模式，实现投资成本低、效益高，实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。
4.2 使用煤层巷道支护技术与减少矿石排放技术。矿井下大量排出的矿石往往堆积形成矿石山，既占用了大量的土地资源，也会对周围环境产生污染。煤矿开采沉陷控制技术中的少出矿石技术强调多布置煤巷，少布置岩巷，或多开煤巷以储存井下矿石的矿石井下处理技术，尽量减少矿石出井量，甚至做到矿石不出井。煤矿支护的最核心技术在于采用高性能锚杆支护技术，这种技术能有效控制软散、动压及高应力区域等复杂地质条件下的围岩稳定性现阶段的研究成果如下：系统研究和揭示了深部、动压巷道围岩塑性区的发生、发展过程，以及松脱型和挤压型冒顶的实质，科学地解释了动压巷道底鼓过程、冒顶及其原理。
4.3 在薄煤层中的粉煤灰煤矿进行重复开垦。地下开采产生的大量煤矿石运到地表排放，不仅占地有污染环境，利用煤矿石作为煤矿材料，也可使采煤破坏的土地得到恢复，能减少矿石的额占地。利用电厂的废弃物——粉煤灰煤矿沉陷区复垦土地，可以化两害（沉陷区、粉煤灰）为三利（电厂、煤矿、农民三方面有利）。对煤矿采用限厚开采，再根据煤矿矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力，以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据，明确可开采的煤层厚度，开采是仅回采这一厚度的煤，其余各煤层都不开采，以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。然而这种开采沉陷控制技术采出率低，只有在薄煤层中应用有一定的使用价值。
5 结束语
煤矿开采沉陷是造成煤矿环境地质灾害的一个最主要原因，有效控制和减轻地面沉陷程度是避免开采沉陷环境灾害的基本途径。进入21世纪以来，一直采用煤矿开采沉陷控制技术，是减少地表下沉效果作好的方法。这种控制技术含量比较大，运输路线比较长，管路容易堵塞，在未来的开采道路上，要不断进行完善开采沉陷控制技术。
参考文献：
[1]于荣光，煤矿企业污染防治与环境保护强制性标准执行手册[M].北京大地出版社，2009.
[2]董平、汪理全，煤矿特殊开采方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.
[3]刘斌伟，采矿新技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010.
[4]郭广、王健、马占国，煤炭开采沉陷有效控制的新途径[J].中国矿业大学报，2010（3）：152-155.
中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310024－01
煤矿的开发为经济快速持续发展打下了坚实的基础，然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出，开采沉陷造成的煤矿环境灾害主要有土地塌陷或积水，农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等，这都是开采引起的岩层移动，是造成煤矿塌陷灾害和区域变形的根源，有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。进入21世纪以来，由于我国经济的快速发展，政府部门加大了环境的防治和治理，这很大程度上促进我国煤炭经济的发展。
1 煤矿开采沉陷控制技术现状
煤矿开采在金属矿应用广泛，技术相对先进，可以为煤矿的煤矿开采提供参考。然而煤炭地层属于层状岩层，与一般金属矿岩层产状根本不相同，采后岩层移动与破坏规律也不尽一致，煤矿的目的也不完全一样。所以，煤矿开采技术的研究与发展必须适应煤系岩层活动规律与控制要求，形成符合开采特点的煤矿开采沉陷控制理论与技术。
煤矿开采沉陷控制技术广泛应用于膏体煤矿采煤，固体废物膏体煤矿是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，它是一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时煤矿采空区的开采沉陷技术。膏体煤矿分胶结膏体煤矿、非胶结膏体煤矿。这种煤矿开采沉陷技术具有高采出率、环保、高安全性等优点，管道运输，材料选择广泛，目前已在多个矿井应用，在炮采工作面应用较多，综采膏体煤矿技术正在研究；煤矿材料是由煤矸石、水泥、粉煤灰、减水剂组成。煤矿骨料为破碎后的煤矸石，胶凝材料为普通硅酸盐水泥，管道输送性能改良剂为粉煤灰和减水剂。这样形成的煤矿岩层浓度高，流动性能好，呈膏体状态；各料在搅拌桶中加水进行高速搅拌，形成高浓度的浆体沿煤矿钻孔和管道自流输送至待煤矿采空区进行煤矿。进入21世纪以来，美国存在15座矿山采用煤矿开采沉陷控制技术，其他几座矿山也正在考虑采用煤矿开采沉陷控制技术。
2 煤旷开采沉陷控制技术对矿区环境、地表破坏的影响
煤矿开采沉陷对土地资源的影响和破坏是无法避免的，所以各个煤矿应该应用根据自己的实际情况和条件合理应用防止和控制开采沉陷技术和土地复垦技术，矿区生态复垦技术等多学科知识，对地表塌陷进行综合治理和开发利用，才能更好地保护地表、矿区的环境、农民的利益。
虽然开采煤炭为国家获得了能源，为我国经济发展奠定了可靠的基础。然而煤炭开采同时却对自然环境造成了破坏，很多煤矿企业只看到眼前利益，但是利益背后的负面影响是巨大的，当前很多煤矿存在过度开采带来的“三废”污染、土地破坏、水资源破坏、动力地质问题等等，这些问题没有合理解决的话，我国煤炭工业将受到致命打击。综上所述，我们研究煤矿开采沉陷技术，不断更新完善，提倡绿色开采，采取煤矿开采沉陷控制技术，这对环境保护、减少浪费、高效可持续发展具有举足轻重的作用，同时，对我国煤炭事业的未来具有积极的推动作用和科学意义。
3 影响煤矿开采沉陷控制技术的因素
3.1 影响煤矿开采沉陷控制技术的自然因素。包括煤层的地质构造、煤藏深度、煤化程度、煤层瓦斯含量、煤矿所处的地点、煤的灰分、水分、挥发分、煤的结构水文地质条件及煤中的矿物成分[3]。这些因素都是自然形成的，它在使用煤矿开采沉陷控制技术进行开采中起着决定性作用，可以说，自然条件的好坏直接影响着矿山能否实施煤矿开采沉陷控制技术。
3.2 影响煤矿开采沉陷控制技术的人为因素。包括开采规模、采煤方法、开拓方式、通风系统的选择、采空区的处理、机械化程度及人员素质。煤矿技术工人的技术水平是关系到生产系统能否发挥最大效能的重要因素，是煤矿开采沉陷控制技术发展的关键。从一般程度上说，煤矿开采沉陷控制技术主要包括以下内容：首先是水资源保护－形成“保水开采”技术；其次是瓦斯抽放－形成“煤与瓦斯共采”技术；然后是煤层巷道支护技术与减少歼石排放技术；再次是土地与建筑物保护－形成离层注浆、煤矿与条带开采技术；最后就是地下气化技术。
4 煤旷开采沉陷控制技术的发展趋势
4.1 采用煤矿沉陷区复垦与生态恢复相结合的技术模式。开采沉陷控制和采煤沉陷区的综合治理是一个复杂的社会与自然的工程体系，属于矿区生产、矿区社会和矿区环境整个大系统的重要构成。我们应综合研究进行系统规划和决策，从被动的沉陷以后治理转变为主动地进行开采沉陷控制，安全采煤沉陷区综合利用的系统综合模式，实现投资成本低、效益高，实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。
4.2 使用煤层巷道支护技术与减少矿石排放技术。矿井下大量排出的矿石往往堆积形成矿石山，既占用了大量的土地资源，也会对周围环境产生污染。煤矿开采沉陷控制技术中的少出矿石技术强调多布置煤巷，少布置岩巷，或多开煤巷以储存井下矿石的矿石井下处理技术，尽量减少矿石出井量，甚至做到矿石不出井。煤矿支护的最核心技术在于采用高性能锚杆支护技术，这种技术能有效控制软散、动压及高应力区域等复杂地质条件下的围岩稳定性现阶段的研究成果如下：系统研究和揭示了深部、动压巷道围岩塑性区的发生、发展过程，以及松脱型和挤压型冒顶的实质，科学地解释了动压巷道底鼓过程、冒顶及其原理。
4.3 在薄煤层中的粉煤灰煤矿进行重复开垦。地下开采产生的大量煤矿石运到地表排放，不仅占地有污染环境，利用煤矿石作为煤矿材料，也可使采煤破坏的土地得到恢复，能减少矿石的额占地。利用电厂的废弃物——粉煤灰煤矿沉陷区复垦土地，可以化两害（沉陷区、粉煤灰）为三利（电厂、煤矿、农民三方面有利）。对煤矿采用限厚开采，再根据煤矿矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力，以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据，明确可开采的煤层厚度，开采是仅回采这一厚度的煤，其余各煤层都不开采，以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。然而这种开采沉陷控制技术采出率低，只有在薄煤层中应用有一定的使用价值。
5 结束语
煤矿开采沉陷是造成煤矿环境地质灾害的一个最主要原因，有效控制和减轻地面沉陷程度是避免开采沉陷环境灾害的基本途径。进入21世纪以来，一直采用煤矿开采沉陷控制技术，是减少地表下沉效果作好的方法。这种控制技术含量比较大，运输路线比较长，管路容易堵塞，在未来的开采道路上，要不断进行完善开采沉陷控制技术。
参考文献：
[1]于荣光，煤矿企业污染防治与环境保护强制性标准执行手册[M].北京大地出版社，2009.
[2]董平、汪理全，煤矿特殊开采方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.
[3]刘斌伟，采矿新技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010.
[4]郭广、王健、马占国，煤炭开采沉陷有效控制的新途径[J].中国矿业大学报，2010（3）：152-155.