煤矿环境治理论文
1国内采空区采煤沉陷及火烧隐患治理经验
多年来，国内很多煤矿和建设工程开展了煤矿采空区治理工作，取得了大量的相关经验。20世纪60年代，辽宁抚顺矿区采用伪倾斜上行水砂充填长壁采煤法成功地开采了保护煤柱，同时对采空区进行了治理。山东新汶矿务局孙村、良庄、协庄等矿也开展过水砂充填试验。阜新、辽源、鹤岗、鸡西、淮南等矿区都曾使用水力充填法成功解决了“三下”采煤问题。1978―1979年山东新汶矿务局对张庄煤矿进行了高浓度粉煤灰胶结充填随采随充试验，解决了粉煤灰脱水、流失、压缩沉降等关键问题，系统充填能力与河沙充填相比提高50%，且无堵漏事故。2008年，河北冀中能源集团进行集中技术攻关，成功创造出两种充填开采技术方法。一种是利用原地面矸石回填井下。如邢台矿就是按照“以矸石换煤炭，以体积换体积”的思路，将矸石和粉煤灰进行合理配比,投放到井下对采空区进行充填。另一种是矸石不升井直接充填。如对邢东矿通过在建筑物下挖掘充填巷道,把地下开采产生的矸石直接充填到建筑物下的永久煤柱里，以实现矸石不升井，同时置换出原来用常规方法不可能采出的煤炭资源。目前，河北省已大力推广煤矿采空区充填技术。2001―2002年，河南郑少高速公路采用注浆充填法对下伏采空区进行了治理。2002年,江苏省京福国道主干线徐州东绕城公路东段煤矿采空区，用注浆工艺进行采空区治理，治理后采空区路基能满足公路工程建设要求。2005年建成的山西太长高速公路采用注浆法对下伏采空区进行了治理。2009年，徐州市贾汪区江南科技创新中心采用加固注浆施工工艺对地下采空区进行治理,通过采用新型注浆材料，节约成本35%，充填效果良好。内蒙古是我国煤炭探明储量最大的省份，20世纪80年代初期，由于小煤矿大量无序开采，形成众多采空区和老塘火。目前全区共有着火区235处，火点600多处，燃烧面积达70多平方千米。由于煤层自燃，不仅严重影响和污染了环境,而且对煤矿安全生产也造成了极大的安全隐患，同时浅表火区的存在影响着下部煤层的开采，形成资源呆滞，每年烧损资源量约2000多万吨,造成了巨大的资源浪费。面对严峻的形势，内蒙古各地按照因地制宜、科学施治、分类治理的原则，对煤矿火区采取以下措施：由业主限期治理;对煤田火区由政府统一组织招标，明确主体，集中治理；对具备连片治理条件的，采取集中连片治理。在具体的灭火方法上，煤层露头火区主要以剥离挖除火源为主，煤层深部火区则采取灌浆、隔离、沙土覆盖碾压、井下密闭等综合治理方法进行灭火，以达到肃清火源、杜绝复燃、标本兼治的目标。如鄂托克旗宏斌煤矿，采用火区剥离坑分层回填、碾压平整、表层进行黄土覆盖、治理区植树绿化等方法进行综合治理，取得了良好的社会、经济效益，2010年11月30日至12月2日，经过自治区煤炭工业局组织国土资源、环保、水利、林业、煤监等部门和鄂尔多斯市、鄂托克旗煤炭局及有关专家组织验收，认为灭火效果符合《煤田火灾灭火规范》熄灭标准，火区治理达到了预期目标。同时治理区复垦的土地将纳入当地政府土地开发使用规划，永续利用。截至2011年9月，内蒙古全区已基本完成煤矿火区治理102处，正在施工治理的107处，完成治理面积约42km2，其中复垦绿化面积达21km2，完成火区治理总工程量的60%。到2011年年底，内蒙古除鄂尔多斯市、乌海市、阿拉善盟之外各盟市将全部完成治理任务，到2012年末，内蒙古将全面完成自治区政府确定的煤田、煤矿火区治理任务。
2采煤沉陷及火烧隐患治理技术进展
通过上述介绍，可以看出充填法、注浆法和剥采法及复垦绿化是我国煤矿目前采取最多的采空区、火烧区治理方法。
2.1充填法
传统的煤矿采空区充填工艺有水力充填、粉煤灰充填、风力充填、矸石自溜充填、矸石带状充填等。
(1)水力充填。是采用水力输送方式，通过充填管路将充填料浆送入采空区进行充填的方法。其是特厚煤层开采、"三下”开采、极易自燃煤层开采的较好方法，其地表减沉效果好于风力充填和矸石自溜充填，可以减轻煤炭开采对地面建筑和设施的损害。但由于水力充填需要有专门的充填设备及足够的充填材料，从而使井下回采工序复杂、工作强度大及吨煤成本增高。
(2)粉煤灰充填。存在强度低、井下脱水、粉煤灰压缩率较大、井下排水污染环境等问题。
(3)风力充填。是利用压缩空气的风压，将充填材料通过垂直管路输送到井下贮料仓，然后由普通输送机输送到采空区风力充填机，风力充填机利用风压，通过充填管道将充填材料输送到采空区进行充填的方法。其充填系统较为简单，没有排水、排泥系统，利用矿井掘进矸石充填，可做到矸石不出井。但要求设备费用高，管路磨损快,耗电量大，充填密度不及水力充填，地表减沉效果不如水力充填。
(4)矸石自溜充填。是当煤层倾角较大时适用的一种充填方法。其充填设备简单，不需要专用设备，对充填材料的要求也不高，可就地取材，一般可将井下矸石或地面砂石材料直接送人采空区。充填后，采场压力降低，工作面可不采用密集支柱和木垛支护，可不留护煤柱、采空区隔离煤柱，并且不因煤厚变化而丢煤。但增加了采、运矸石系统和设备，充填成本高、降低回采工效，充填能力低，减沉效果不明显。
(5)矸石带状充填。是沿工作面开切眼或推进方向，每隔一定距离垒砌一个矸石带来支撑顶板，以达到减少地表下沉的目的。其适用于采用炮采工艺的薄煤层工作面、交通不便的边远地区及缺煤地区或煤层小于0.8m的缓倾斜煤层以及不稳定煤层。但其在充填过程中如遇矸石料不足的情况，需要挑顶取料，会减弱顶板岩层稳定性，易造成直接顶、老顶离层下沉。近年来河北省大力推广的原地面矸石回填井下及矸石不升井直接充填，是一种废石干式充填采空区的方法。通过将矸石和粉煤灰迸行合理配比，把地下开采产生的矸石直接充填到采空区或建筑物下的永久煤柱里，以实现矸石不升井，同时置换出原来用常规方法不可能采出的煤炭资源，还治理采空区的目的。
2.2注浆法
注浆法利用气压、液压或电化学原理,把某些能固化的浆液注人到土层、岩层的裂隙或孔洞中，使浆液和岩层一起固化凝为一体，从而改善地基的物理力学性质，增强地基承载力，确保采空区上建筑物整体稳定。采空区地基处理一般采用注浆法。利用注浆法对采空区地基进行处理可起到防渗、防漏、加固和纠偏等作用。注浆法具有施工相对简单、安全性高、易于管理的特点，但缺点是材料用量较大，施工过程中注浆量的多少不仅直接关系到投资大小，更关系到治理效果的好坏，必须严格控制注浆量。同时，施工过程中由于采空区冒落带经沉降挤压，造成地层破碎、塌陷。钻进中部分钻孔卡钻、缩径现象十分严重。最后，由于采煤区地面沉陷对地形地貌景观、土地资源等破坏严重，采用上述方法进行治理后，采空区沉陷灾害及隐患得到防治，但其对地面的影响破坏还需利用复垦绿化等生物措施进行治理，使采空区地质环境得到恢复
2.3剥离回填法
就是揭开覆盖土层和岩层，把着火源挖出来，浇灭，之后进行回填、复垦和绿化。这种方法简单易行，采用这种方法可以彻底治理煤矿存在的采煤沉陷及火烧隐患，减少煤炭资源的浪费，并使煤炭资源得到最大限度的回收利用。其缺点在于治理所需水源和地表恢复所需土壤量大。该方法适用于浅部开采的中小型煤矿沉陷区及火区治理。
2.4生态恢复措施
复垦绿化生物措施是实现破坏土地植被恢复的关键环节，适用于全部矿区的地质环境恢复。可结合神木县当地城乡一体化建设规划，因地制宜改善生态环境。山水田林路一体化建设。直接利用法即对大面积的塌陷特别是大面积积水或积水很深的水体以及未稳定塌陷地或暂难复垦的塌陷地，常根据塌陷地现状因地制宜地直接加以利用。如网箱养鱼、养鸭等。采空塌陷地复垦利用方向可以为:“耕地+水产养殖用地”复垦模式、“建设用地+养殖用地”复垦模式或“养殖用地+林地”复垦模式。兴建矿山公园。矿山公园是矿山地质环境治理恢复后，国家鼓励开发的以展示矿产地质遗迹和矿业生产过程中探、采、选、冶、加工等活动的遗迹、遗址和史迹等矿业遗迹景观为主体，体现矿业发展历史内涵，具备研究价值和教育功能，可供人们游览观赏、科学考察的特定空间地域。
3结语
采煤沉陷及煤层自燃是一个严重的经济、社会和环境问题,是当前政府和企业不得不面对的难题。在今后很长一段时间煤炭作为我省主要的能源是不会改变的，煤炭的大量开采还将继续，因此，加强科学研究，探索科学的采矿方式，提高采煤技术水平，完善采煤沉陷及煤层自燃的治理技术，并不断地探索新的治理模式是今后防治的主要途径。
作者：王宁 王明海 单位：陕西省地质矿产勘查开发总公司 陕西省矿产资源勘查与综合利用重点实验室
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