煤矿开采沉陷充填开采技术应用研究

张宏远

摘 要：减少煤炭开采中发生的沉降问题是煤炭开采中的关键，需要实施有效的处理计划。 受矿井开采的影响，导致破坏了地表水位，降低地下水位，造成山体滑坡，影响煤矿开采和周围的环境，并紧急对其进行改善。 在此基础上，本文结合矿山开采控制沉降的措施，详细分析了部分填充技术的原理，并考察了该技术的具体应用。

关键词：煤矿开采；沉陷充填；开采技术

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0151-02

0 引言

近年来，煤炭已被视作社会各个领域的重要资源，并得到了广泛的应用。然而，在煤矿中，这经常导致采矿区域的地质沉降，这不仅影响整个岩石表面结构的稳定性，而且还影响环境。随着煤炭需求的增长，加强对煤矿坍塌的控制至关重要。在实践中，可以使用部分填充技术将注意力集中在整个采煤过程中，避免恶性情况的发生，并不断提高采矿效率。因此，加强对这一主题的研究具有重要的现实意义。

1 部分填充开采技术原理

填充采矿是通过适当的配置，满足开采浆液的要求，填补矿区的沉降，从而消除沉降，确保采煤安全。结合大量实际分析，结果表明填充开采涉及大量技术过程。目前应用最常见的填充方法，例如使用膏体和胶结体，并且实现控制沉降范围的目标。如果在处理期间使用填充物填充采空区，则可以进行胶体填充并且需要确保胶体的浓度。在存在采空的情况下，必须实施注浆碎石的手段并选择低浓度的非胶体以完成填充。这里需要说明一下，不同的填充模式适用于不同的沉降环境。由于胶体的相对浓度不高，它可以适应分离区的基本需要。结合填料量与开采的煤量之间的关系，填充模式可分为两种类型的填充模式：一种是一切都在采矿后发生，进行了采空区处理，达到了填充目标，避免了沉降的发生。另一种是部分填充包括在采空层中添加一定量的填料以帮助形成岩石的支撑并控制和防止通过基岩的主要结构的下沉。基于上述分析，可以在填料量和开采煤量水平之间建立联系：有必要结合实际采矿量并选择适当的填料和填料技术开采煤矿并确保煤矿开采过程中尽可能减少出现安全问题。所有填充技术旨在确保采空区的填充和控制，以避免出现任何沉降。对于更高完整性的煤层，需要关键结构的可靠性更好，然后可以实施部分填充以控制填充水平并且可以实现采空區降低控制。此外，在使用部分填充矿物技术时，必须使用岩层运动规律和控制理论作为确保合理使用该技术的主要依据。减少煤炭开采的问题是煤炭开采中的关键问题，需要实施有效的处理计划。受矿井沉降影响，可能会破坏地表水位，降低地下水位，造成山体滑坡，影响煤矿开采和周围环境，需要紧急对其进行改善。

2 煤矿充填开采技术的基本现状

一般而言，填充技术适用于金属矿开采。因此，该技术的发展运用比较成熟。然而，在煤炭开采方面，填充技术仍处于学习阶段。实际上煤矿部分属于层状岩石层，这将导致开采煤矿的过程中不可避免的发生岩石的位移以及破坏的结构，使填充和其解决的最终目标是因该金属矿石而发生不同。有研究表明，中国在沉降区的开采填充方法仍然是20世纪60年代。抚顺胜利矿通过倾斜沙子并填充煤矿，成功地开采了工厂的保护煤柱。后期中国学习了国外的一些经验，即使用离层注浆来进行开采，从而优化了中国填充技术，有效减缓中国采矿活动造成的大规模沉降。此外，在20世纪80年代的技术发展过程中，德国开发了一种填充技术，以进一步解决水砂填充中出现的问题和复杂而困难排水系统的建设问题。此技术的优点在于，用于填充沉降部分的填充材料被科学地转换成非疏水性牙膏状悬浮液。提高填充效率还有效地减少了填充材料的凝结时间。然而，随着对煤矿的需求增加，国内煤矿开采造成的沉陷程度也在增加。除了不同的地质条件外，对混合填充方法的要求也各不相同。如果使用单一相同的填充物。该方法将无法满足沉陷区的填充要求，并且可能无法达到预期的填充目标。

3 煤矿沉陷充填开采技术的应用

采煤填充技术在煤矿中的应用可以有效地解决资源破坏问题，但使用该技术的成本高，一般难以推广。在这种情况下，必须充分考虑使用填充技术的成本，特别是必须充分考虑对煤矿运行开采的补偿。调查表明，采矿的技术成本仍然是一个非常严重的问题，在这种情况下，国家应公布有关文件，以便为采矿补偿提供具体的政策支持，以扩大采矿填充技术的应用范围，从而得以对环境资源达到保护的目的。

3.1 条带采空区膏体充填技术

采空区条带膏体技术主要用于在屋顶顶部的煤层耗尽时用膏体状材料填充采空区，填充条带用于支撑覆盖层。为了控制表面的沉降，未填充的采空区的宽度必须小于初始覆盖层发生故障的宽度，由此填充条带的长期性和稳定性能够得到保障。这种填充技术的原理如图1所示。该技术主要控制采煤过程中的沉陷的部分，并且存在两种类型：一种是条带必须被布置在适当位置，以使煤开采期间被布置为短壁条带开采，然后开采完一个工作表面后进行填充，再填充该第三个工作面。换句话说，填充过程由单个工作间隔分开进行填充，并且该模式的填充操作相对简单。另一种是在完成工作面开采完成后，使用长壁条带开采模式来构造长壁填充条带，并且在这段时间内必须控制好条带之间的间隔。

3.2 注浆充填技术

该项技术主要是为了补充条带开采技术。由于使用条带采矿技术，采空区将有采空区域，随着这些采空区域的承载能力降低，这些区域上所产生的压力将转移到煤岩柱，导致煤岩柱变形，出现坍塌的问题。此时，采用注浆填充技术，相关工作人员可以使用钻孔将注浆注入采空区，从而增加其承载能力，并减少了煤柱上的负荷，从而降低煤柱的变形速率并减缓沉降。

3.3 膏体充填技术及应用

膏体填充技术是一种基于全尾砂充填技术的技术，对全尾砂的总浓度提出了很高的要求。为了保证填充质量，矿井对全尾砂的填充水平提出了更高的要求，使其浓度大于85%。但是，从运输的全尾砂角度来看，浓度必须保持在78%以下。这两个不同的数字出现了矛盾。为了解决这个问题，全尾砂只能通过分级脱泥的方式来处理。在运输之前，全尾砂浓度设定在78%以下以满足运输需求。一旦将填充物输送到采矿区域，必须将其脱水至85%或更高的浓度。然而，这种方法显著降低了全尾砂的利用率，导致水泥减少并且还降低了填料的强度。因此，为了同时解决填充强度的问题和运输条件的合理化，只能使用用于运输全尾砂的特殊装置。在运输之前将全尾砂脱水至所需浓度，以便在进入采矿区域后不需要进一步纯化。这不仅减少了材料浪费，还减少了释放到当地土壤中的水所造成的污染。同时，膏体尾砂含有较少的水，这有效地减少了凝固时间，并间接地减少了工作循环。该技术在实际生产中的应用带来了非常显著的成果。然而，由于运输过程中全尾砂的高浓度，泵送功率也需要更高的要求，这导致成本增加和运输过程中的频繁堵塞，十分会影响运输过程。因此，需要进一步研究以解决上述问题并提高往返运输全尾砂的效率。

3.4 块石胶结充填技术

块石胶结充填技术具有良好的填充结果和填充能力，并且工艺简单易行。通过充分利用矿山尾矿来确保填充的强度和弹性，而且还可以减少水泥用量。然而，该技术对应用技能的要求非常高，并且通常用于含有更多废石的采矿区域。这主要是因为矿井中的岩石可以与胶结料混合并用作填充骨料。在水泥砂浆的作用下，骨料很容易凝结，从而使得不仅仅是填充沉降区，也避免了地表的下沉。此外，块石胶结充填技术降低了生产成本和对于水泥的需求，从而降低了施工成本，降低了环境影响并加强了填充体的稳定性。现如今，该技术已经广泛用于国内的煤矿开采工程中。

3.5 全尾砂充填胶结技术及应用

随着相关技术的发展和进一步的研究，在尾渣厂采用全尾砂胶结充填技术，有效提高了尾砂的利用率。全尾砂胶结充填技术在20世纪80年代进入试验阶段，并在尾砂处理之前取得了一些成果。对于全尾砂胶结充填技术主要是基于胶体化学和物理化学：当尾砂处理中，尾砂被分为两个部分，其中，使用真空过滤器和高性能的增稠剂，以保持砂浆脱水后浓度超过70%。选择少量水并与适量的水泥和脱水后的残留物混合以使搅拌更均匀。为了搅拌更加均匀，可以使用强力搅拌装置。一旦混合物凝结成均匀的凝胶，它就可以通过管道移到矿井。但是全尾砂胶结充填技术在开发阶段，除了研究填充性和材料利用率，有必要研究岩石层之间的相互作用和填充体的稳定性。同时，该领域的研究技术人员已经研究了辅助剂的使用以改善填充体的性能。总之，该技术的开发和应用极大地缓解了原料资源的瓶颈，从而促进了对生态环境的保护。然而，该技术对相关工艺过程提出了很高的要求：例如，脱水过程需要相对复杂的过程，这不可避免地增加了工程设计成本。因此，关于脱水工艺过程，需要进一步研究以尽可能简化脱水过程，从而降低成本。

4 结语

随着煤炭需求的增加，煤炭开采将不可避免地增加，同样也不可避免地造成生态环境的进一步破坏。在鼓励煤炭工业发展的同时，相关研究人员必须优化各种填充开采的解决方案，以减少煤炭开采造成的损害，并在一定程度上降低沉陷引发的风险，更好地保护周围的环境。

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