煤礦環(huán)境治理論文

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1國內(nèi)采空區(qū)采煤沉陷及火燒隱患治理經(jīng)驗(yàn)

多年來，國內(nèi)很多煤礦和建設(shè)工程開展了煤礦采空區(qū)治理工作，取得了大量的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)60年代，遼寧撫順礦區(qū)采用偽傾斜上行水砂充填長壁采煤法成功地開采了保護(hù)煤柱，同時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了治理。山東新汶礦務(wù)局孫村、良莊、協(xié)莊等礦也開展過水砂充填試驗(yàn)。阜新、遼源、鶴崗、雞西、淮南等礦區(qū)都曾使用水力充填法成功解決了“三下”采煤問題。1978—1979年山東新汶礦務(wù)局對(duì)張莊煤礦進(jìn)行了高濃度粉煤灰膠結(jié)充填隨采隨充試驗(yàn)，解決了粉煤灰脫水、流失、壓縮沉降等關(guān)鍵問題，系統(tǒng)充填能力與河沙充填相比提高50%，且無堵漏事故。2008年，河北冀中能源集團(tuán)進(jìn)行集中技術(shù)攻關(guān)，成功創(chuàng)造出兩種充填開采技術(shù)方法。一種是利用原地面矸石回填井下。如邢臺(tái)礦就是按照“以矸石換煤炭，以體積換體積”的思路，將矸石和粉煤灰進(jìn)行合理配比,投放到井下對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填。另一種是矸石不升井直接充填。如對(duì)邢東礦通過在建筑物下挖掘充填巷道,把地下開采產(chǎn)生的矸石直接充填到建筑物下的永久煤柱里，以實(shí)現(xiàn)矸石不升井，同時(shí)置換出原來用常規(guī)方法不可能采出的煤炭資源。目前，河北省已大力推廣煤礦采空區(qū)充填技術(shù)。2001—2002年，河南鄭少高速公路采用注漿充填法對(duì)下伏采空區(qū)進(jìn)行了治理。2002年,江蘇省京福國道主干線徐州東繞城公路東段煤礦采空區(qū)，釆用注漿工藝進(jìn)行采空區(qū)治理，治理后采空區(qū)路基能滿足公路工程建設(shè)要求。2005年建成的山西太長高速公路采用注漿法對(duì)下伏采空區(qū)進(jìn)行了治理。2009年，徐州市賈汪區(qū)江南科技創(chuàng)新中心采用加固注漿施工工藝對(duì)地下采空區(qū)進(jìn)行治理,通過采用新型注漿材料，節(jié)約成本35%，充填效果良好。內(nèi)蒙古是我國煤炭探明儲(chǔ)量最大的省份，20世紀(jì)80年代初期，由于小煤礦大量無序開采，形成眾多采空區(qū)和老塘火。目前全區(qū)共有著火區(qū)235處，火點(diǎn)600多處，燃燒面積達(dá)70多平方千米。由于煤層自燃，不僅嚴(yán)重影響和污染了環(huán)境,而且對(duì)煤礦安全生產(chǎn)也造成了極大的安全隱患，同時(shí)淺表火區(qū)的存在影響著下部煤層的開采，形成資源呆滯，每年燒損資源量約2000多萬噸,造成了巨大的資源浪費(fèi)。面對(duì)嚴(yán)峻的形勢(shì)，內(nèi)蒙古各地按照因地制宜、科學(xué)施治、分類治理的原則，對(duì)煤礦火區(qū)采取以下措施：由業(yè)主限期治理;對(duì)煤田火區(qū)由政府統(tǒng)一組織招標(biāo)，明確主體，集中治理；對(duì)具備連片治理?xiàng)l件的，采取集中連片治理。在具體的滅火方法上，煤層露頭火區(qū)主要以剝離挖除火源為主，煤層深部火區(qū)則采取灌漿、隔離、沙土覆蓋碾壓、井下密閉等綜合治理方法進(jìn)行滅火，以達(dá)到肅清火源、杜絕復(fù)燃、標(biāo)本兼治的目標(biāo)。如鄂托克旗宏斌煤礦，采用火區(qū)剝離坑分層回填、碾壓平整、表層進(jìn)行黃土覆蓋、治理區(qū)植樹綠化等方法進(jìn)行綜合治理，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，2010年11月30日至12月2日，經(jīng)過自治區(qū)煤炭工業(yè)局組織國土資源、環(huán)保、水利、林業(yè)、煤監(jiān)等部門和鄂爾多斯市、鄂托克旗煤炭局及有關(guān)專家組織驗(yàn)收，認(rèn)為滅火效果符合《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范》熄滅標(biāo)準(zhǔn)，火區(qū)治理達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)治理區(qū)復(fù)墾的土地將納入當(dāng)?shù)卣恋亻_發(fā)使用規(guī)劃，永續(xù)利用。截至2011年9月，內(nèi)蒙古全區(qū)已基本完成煤礦火區(qū)治理102處，正在施工治理的107處，完成治理面積約42km2，其中復(fù)墾綠化面積達(dá)21km2，完成火區(qū)治理總工程量的60%。到2011年年底，內(nèi)蒙古除鄂爾多斯市、烏海市、阿拉善盟之外各盟市將全部完成治理任務(wù)，到2012年末，內(nèi)蒙古將全面完成自治區(qū)政府確定的煤田、煤礦火區(qū)治理任務(wù)。

2采煤沉陷及火燒隱患治理技術(shù)進(jìn)展

通過上述介紹，可以看出充填法、注漿法和剝采法及復(fù)墾綠化是我國煤礦目前采取最多的采空區(qū)、火燒區(qū)治理方法。

2.1充填法

傳統(tǒng)的煤礦采空區(qū)充填工藝有水力充填、粉煤灰充填、風(fēng)力充填、矸石自溜充填、矸石帶狀充填等。

(1)水力充填。是采用水力輸送方式，通過充填管路將充填料漿送入采空區(qū)進(jìn)行充填的方法。其是特厚煤層開采、"三下”開采、極易自燃煤層開采的較好方法，其地表減沉效果好于風(fēng)力充填和矸石自溜充填，可以減輕煤炭開采對(duì)地面建筑和設(shè)施的損害。但由于水力充填需要有專門的充填設(shè)備及足夠的充填材料，從而使井下回采工序復(fù)雜、工作強(qiáng)度大及噸煤成本增高。

(2)粉煤灰充填。存在強(qiáng)度低、井下脫水、粉煤灰壓縮率較大、井下排水污染環(huán)境等問題。

(3)風(fēng)力充填。是利用壓縮空氣的風(fēng)壓，將充填材料通過垂直管路輸送到井下貯料倉，然后由普通輸送機(jī)輸送到采空區(qū)風(fēng)力充填機(jī)，風(fēng)力充填機(jī)利用風(fēng)壓，通過充填管道將充填材料輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填的方法。其充填系統(tǒng)較為簡單，沒有排水、排泥系統(tǒng)，利用礦井掘進(jìn)矸石充填，可做到矸石不出井。但要求設(shè)備費(fèi)用高，管路磨損快,耗電量大，充填密度不及水力充填，地表減沉效果不如水力充填。

(4)矸石自溜充填。是當(dāng)煤層傾角較大時(shí)適用的一種充填方法。其充填設(shè)備簡單，不需要專用設(shè)備，對(duì)充填材料的要求也不高，可就地取材，一般可將井下矸石或地面砂石材料直接送人采空區(qū)。充填后，采場(chǎng)壓力降低，工作面可不采用密集支柱和木垛支護(hù)，可不留護(hù)煤柱、采空區(qū)隔離煤柱，并且不因煤厚變化而丟煤。但增加了采、運(yùn)矸石系統(tǒng)和設(shè)備，充填成本高、降低回采工效，充填能力低，減沉效果不明顯。

(5)矸石帶狀充填。是沿工作面開切眼或推進(jìn)方向，每隔一定距離壘砌一個(gè)矸石帶來支撐頂板，以達(dá)到減少地表下沉的目的。其適用于采用炮采工藝的薄煤層工作面、交通不便的邊遠(yuǎn)地區(qū)及缺煤地區(qū)或煤層小于0.8m的緩傾斜煤層以及不穩(wěn)定煤層。但其在充填過程中如遇矸石料不足的情況，需要挑頂取料，會(huì)減弱頂板巖層穩(wěn)定性，易造成直接頂、老頂離層下沉。近年來河北省大力推廣的原地面矸石回填井下及矸石不升井直接充填，是一種廢石干式充填采空區(qū)的方法。通過將矸石和粉煤灰迸行合理配比，把地下開采產(chǎn)生的矸石直接充填到采空區(qū)或建筑物下的永久煤柱里，以實(shí)現(xiàn)矸石不升井，同時(shí)置換出原來用常規(guī)方法不可能采出的煤炭資源，還治理采空區(qū)的目的。

2.2注漿法

注漿法利用氣壓、液壓或電化學(xué)原理,把某些能固化的漿液注人到土層、巖層的裂隙或孔洞中，使?jié){液和巖層一起固化凝為一體，從而改善地基的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)地基承載力，確保采空區(qū)上建筑物整體穩(wěn)定。采空區(qū)地基處理一般采用注漿法。利用注漿法對(duì)采空區(qū)地基進(jìn)行處理可起到防滲、防漏、加固和糾偏等作用。注漿法具有施工相對(duì)簡單、安全性高、易于管理的特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是材料用量較大，施工過程中注漿量的多少不僅直接關(guān)系到投資大小，更關(guān)系到治理效果的好壞，必須嚴(yán)格控制注漿量。同時(shí)，施工過程中由于采空區(qū)冒落帶經(jīng)沉降擠壓，造成地層破碎、塌陷。鉆進(jìn)中部分鉆孔卡鉆、縮徑現(xiàn)象十分嚴(yán)重。最后，由于采煤區(qū)地面沉陷對(duì)地形地貌景觀、土地資源等破壞嚴(yán)重，采用上述方法進(jìn)行治理后，采空區(qū)沉陷災(zāi)害及隱患得到防治，但其對(duì)地面的影響破壞還需利用復(fù)墾綠化等生物措施進(jìn)行治理，使采空區(qū)地質(zhì)環(huán)境得到恢復(fù) 

2.3剝離回填法

就是揭開覆蓋土層和巖層，把著火源挖出來，澆滅，之后進(jìn)行回填、復(fù)墾和綠化。這種方法簡單易行，采用這種方法可以徹底治理煤礦存在的采煤沉陷及火燒隱患，減少煤炭資源的浪費(fèi)，并使煤炭資源得到最大限度的回收利用。其缺點(diǎn)在于治理所需水源和地表恢復(fù)所需土壤量大。該方法適用于淺部開采的中小型煤礦沉陷區(qū)及火區(qū)治理。

2.4生態(tài)恢復(fù)措施

復(fù)墾綠化生物措施是實(shí)現(xiàn)破壞土地植被恢復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，適用于全部礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)?？山Y(jié)合神木縣當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)一體化建設(shè)規(guī)劃，因地制宜改善生態(tài)環(huán)境。山水田林路一體化建設(shè)。直接利用法即對(duì)大面積的塌陷特別是大面積積水或積水很深的水體以及未穩(wěn)定塌陷地或暫難復(fù)墾的塌陷地，常根據(jù)塌陷地現(xiàn)狀因地制宜地直接加以利用。如網(wǎng)箱養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等。采空塌陷地復(fù)墾利用方向可以為:“耕地+水產(chǎn)養(yǎng)殖用地”復(fù)墾模式、“建設(shè)用地+養(yǎng)殖用地”復(fù)墾模式或“養(yǎng)殖用地+林地”復(fù)墾模式。興建礦山公園。礦山公園是礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)后，國家鼓勵(lì)開發(fā)的以展示礦產(chǎn)地質(zhì)遺跡和礦業(yè)生產(chǎn)過程中探、采、選、冶、加工等活動(dòng)的遺跡、遺址和史跡等礦業(yè)遺跡景觀為主體，體現(xiàn)礦業(yè)發(fā)展歷史內(nèi)涵，具備研究價(jià)值和教育功能，可供人們游覽觀賞、科學(xué)考察的特定空間地域。

3結(jié)語

采煤沉陷及煤層自燃是一個(gè)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境問題,是當(dāng)前政府和企業(yè)不得不面對(duì)的難題。在今后很長一段時(shí)間煤炭作為我省主要的能源是不會(huì)改變的，煤炭的大量開采還將繼續(xù)，因此，加強(qiáng)科學(xué)研究，探索科學(xué)的采礦方式，提高采煤技術(shù)水平，完善采煤沉陷及煤層自燃的治理技術(shù)，并不斷地探索新的治理模式是今后防治的主要途徑。

作者：王寧 王明海 單位：陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司 陜西省礦產(chǎn)資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室