减轻煤炭开采中地表沉陷的技术浅析

作者:侯巍;王庆义;邓成伟 刊名:科技信息 上传者:闵娟

【摘要】采煤引起的覆岩破坏和地表沉陷对煤矿生产安全和环境破坏的威胁是非常严重和无法回避的问题。开采过程式的沉陷导致地表下沉变形,从而对矿区范围内村庄房屋等建筑物交通道路、河流、土地、植被等产生不同程的影响。因此,采用可以有效控制地表沉陷产生的煤炭开采方法十分必要。

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开采沉陷是造成矿区环境地质灾害的直接原因,通过合理的开采技术。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。一、开采沉陷的危害地下有用矿物被采出后,破坏了采区周围岩体内部的原始应力平衡状态,使岩层产生移动、变形和破坏。当开采面积达到一定范围后,起始于采场附近的移动将扩展到地表,引起地表下沉,在地表形成一定范围的下沉区(在平原地区形成明显的“洼地”),这种下沉区俗称塌陷区,一般称之谓“下沉盆地”。矿区开采的实践说明,在大多数情况下,由于矿山开采的影响可使移动岩体内的井筒、巷道及其它井下工程遭到破坏。矿山开采引起的地表移动和变形将影响位于下沉盆地范围内的房屋建筑、河流、铁路、管道及其它构筑物,改变它们的原有状态,甚至破坏。地表沉陷将引起地形、地貌产生变化和破坏,影响农业耕种、影响景观,影响矿区地面生态环境。总之,开采地下宝藏可以造福于人类,但同时矿山开采也给人类带来不少危害,人们一般称之谓开采损害。对开采造成的损害必须采取措施治理。二、煤炭开采中控制地表沉陷的开采方法从开采技术上,或者减少煤炭开采量,或者对采空区加以充填,这都是可以减少或控制地表开采沉陷的。下面介绍几种在开采过程中控制开采沉陷的方法。1.房柱式采煤方法房柱式开采是保护地面建筑物的一种有效的开采技术,它所引起的地表移动与变形值,大体上相当于长壁工作面采煤的1/61/4,地表移动持续的时间也缩短一半左右。波兰、英国、前苏联、日本等国采用这种方法在大型钢铁厂及其他重要建筑物下进行了卓有成效的开采。我国抚顺、阜新、蚊河、南通、鹤壁、峰峰等矿区,也在工业及民用建筑、铁路隧道下采用了局部的房柱式开采,均收到了预期的效果。房柱式采煤方法被美国、澳大利亚煤矿多年来普遍采用,配有连续采煤机、转载机、梭车等成套机械化设备,生产效率也比较高。20世纪80年代末在美国曾对房柱式开采与长壁工作面开采的矿井做过比较,以同是年产136万t为基准,房柱式开采的矿井投资少、投产快,基建吨煤投资加上吨煤生产成本,房柱式开采的矿井为20.07美元/t,比长壁工作面开采矿井的91.03美元/t略低。但由于房柱式开采回收率低,矿井服务年限短,从最终的效益上看,长壁式优于房柱式开采。为了减轻地表沉陷所造成的损失而采用房柱式开采时,则应考虑煤炭回收率降低所造成的经济损失和减轻地表沉陷所带来的收益,加以对比分析后进行取舍。2.条带开采方法条带开采方法是将被开采的煤层划分成若干个条带,采一条、留一条,与房式、房柱式开采相似,都是部分地采出地下煤炭资源,而保留的一部分煤炭资源以煤柱的形式支撑上覆岩层,可以控制地表沉陷。条带开采可以减轻和控制地表沉陷,但造成较大的煤炭资源损失并给工作面生产带来一些困难,所以目前主要用于保护地面建筑物时的局部地下煤炭开采。我国自1973年以来已有10个省15个矿务局进行了近40个条带开采试验和研究,取得了较好的效果。采用冒落条带法开采的,采深一般小于400m,采厚为6m以下,回采率一般在40%78%之间,地表下沉系数一般小于0.2(0.0240.2)。采用水砂充填条带法的抚顺胜利矿,开采城市、工厂下深度500m、厚度10m以上的煤层,成功地控制了地表沉陷,其下沉系数小于0.04。目前既能控制地表沉陷,又能使回收率尽量提高的条带宽度优化理论已基本形成。3.充填法管理顶板向采空区内充填废石或河砂抵制煤层顶板和上覆岩层的冒落和下沉,是大幅度减轻地表沉陷的最有效方法。采用充填法在建筑物下采煤的国家很多,其中波兰的充填法采煤技术在世界上处于领先地位。20世纪5060年代我国抚顺、革新、新汶、扎费诺尔等

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