矿山开采防沉降及绿色开采技术的要点

赵 勇

（矿冶科技集团有限公司，北京 100070）

防沉降技术和绿色开采技术是矿山开采过程中具有十分重要意义的两项技术，通过研究和分析对防沉降和绿色开采技术的应用方法进行探讨，找到其最合理的掌控力度，对整体措施进行合理化调整，使开采工作的整体效果越来越好[1，2]。

1 现阶段我国矿山开采工作的状况

现阶段我国运用的矿产资源开采模式还比较传统和粗放，这会给自然环境带来很大的污染，排放的污染气体会对生态环境产生破坏，很多矿产开采企业都只注重短期的利益，没有对环境进行保护的意识[3]。特别是在行业处于低迷状态时，大部分矿产开发单位更加不会注意对环境的保护，而只注重自身利益如何提高。另一方面由于生产过程中管理疏忽，矿产开采过程中具有很多不合理的问题，比如，应用不合理的开采方式，这会对矿山环境造成破坏，使环境条件越来越恶劣[4，5]。这种情况大大增加周边环境发生地质灾害的概率。由于矿山开采过程中应用了不合理的技术，并且缺乏对环境保护的意识，使得泥石流、山体滑坡等自然灾害的发生率越来越高。矿山开采过程中通过进行露天作业和井下作业，一个矿山每年从地表或地表深处开采出的矿产和岩石多达几百甚至上千万吨，这会造成了地面坍塌问题的出现，使土地资源劣化，影响土地中原有水循环系统的自主运行，加剧了土地的荒漠化程度。

2 矿产开采中运用防沉降及绿色开采技术的重要性

现阶段防沉降及绿色开采技术在矿山开采过程中受到了很多业内人士的关注。在开采过程中，为了废弃矸石的排放，对原有地形作出保护，维护生态平衡，就要运用防沉降及绿色开采技术，避免地面发生坍塌发生地质灾害，危害人们的人身安全[6]。

3 防沉降技术的分析

3.1 应用防尘降技术的具体内容

（1）在应用防沉降技术时，可以运用全部充填的方式。矿产开采工作结束后可以通过固体材料充填采空区，尽量减少顶板岩层发生下沉的情况出现，从而解决地表变形的问题，并对地表层的建筑和农田做好保护。现阶段填充时可以运用水沙进行填充，对防止地表下沉很有效果，另一方面还可以运用分类填充等方式。不过，在填充过程中需要运用专业的填充设备，并时刻检查充填材料是否充分，所以这种方法在应用时要在采矿投资成本控制上花大量时间做预算，所以很多矿产开发企业认为，这种方式在实际操作过程中较为麻烦，会消耗大量的时间，因此很少采取。

（2）条带式开采方式，在进行矿产开采的过程中，需要严格遵循上覆岩层和矿层的组合方式，依据采留比例进行开展，为了减少覆岩的移动，还需要做适当的保留。在开展地下矿层开采时，保留矿柱从而对上覆岩层进行支撑，可以很好的避免地表变形问题以及地表发生移动情况的出现，对地表面的建筑物和植被等作出保护。不过应用这种开采方式，开采出的矿产数量相对较少，所以大多数企业不会选择这种开采效率较低的开采方式。

（3）覆岩离层带式填充。覆岩在采空区上方的移动会形成冒落、离层以及弯曲带，所以在开采工作结束之后，可以运用钻孔的方式，在地面进行注浆和浇筑，对采区空及上覆岩层离层进行加固。即使离层发生下降，也不会传递到地表上方，在此基础上避免地表下沉，对地面的建筑物和农田作出保护。这种填充方式对技术的要求相对较高，在实际应用过程中具有很大的难度，因此在发展过程中，研究人员还需要对这种开采方式进行不断的研究。

（4）协调开采。在对厚矿层进行开采时，设计人员需要设计开采的顺序、间距以及位置等。通过设计在开采过程中让地表变形的力度相互抵消。减少因采动而使地表发生变形情况的出现，对地面的建筑物作出保护。不过在实际应用过程中运用这种方式需要明确错距信息，所以也具有很大的应用难度。

（5）限制厚度开采，矿山企业在开采厚度加大矿层时，要根据水文地质条件、建筑物抵抗变形的能力以及开采区的地质条件等进行数据信息进行开采设计，与此同时还要对地表的建筑物进行保护。地表不能积水，要在符合建筑物保护范围的区域外进行开采工作，开采过程中只开采所需厚度的矿层，而不对其余的矿层进行开采，可以减少地表下沉问题的出现。

（6）三步法开采。运用这种方法时，首先进行小条带的开采，在完成小条带注浆填充后，再进行采空区其他部位的填充。通过这种方式对表面沉降问题进行预防，避免岩层发生位移，另一方面还能够使回采率不断提高，对地面的建筑物做出保护。不过这种方式在利用时需要较高的成本，而且应用的工艺流程相对也比较复杂。

3.2 防沉降技术在应用过程中需要注意的问题

在进行矿层开采工作时，可以运用的填充材料有废石和尾矿石。废石主要在进行井下开采时产生，将这些材料用于采空区的填充，既节约材料，而且还能够满足冲击气浪缓冲层的要求。分析研究表明，进行填充处理可以使采空区变得更加稳定，而且这是最常用、最简单的采空区处理方式。第二，通过对浅孔留矿采框的结构参数进行分析，可以更加准确的计算间柱和顶柱的尺寸，根据开采工艺流程进行严格的顺序控制，找到巷道断面大小与形状的准确值。第三，可以在开展过程中运用锚杆支护的方式提高井巷围岩以及采场的稳定度，锚杆主要起到加固作用，特别是在采空区的高度在10m以上时可以运用锚杆支护顶柱，提高下部留足支撑矿柱的稳定性。

4 绿色开采技术的分析

4.1 充填式开采

地面沉降的问题也可以运用充填的开展方式进行解决，在矿产开采结束后进行填充时可以运用矸石或者粉煤灰作为原材料进行回填，不仅可以使资源得到反复的运用，而且还可以有效的解决地面沉降的问题。这一过程是一个废物利用的过程，能够大量消耗矿产开采过程中产生的建筑垃圾和废弃物，保护自然环境的同时完成了工作内容。现阶段在进行填充工作时，可以运用水沙、膏体等等，但是运用水沙进行填充，需要消耗大量的资金成本，而且填充过程中应用的工艺流程相对较为复杂，很多矿产企业都不会选用这种填充方式，运用矸石代替水沙，可以得到很好的填充效果，不过这会增加矿产的综合生产成本。膏体由于具有很好的流动性，广泛应用于填充工作，而且凝结速度快，受到很多矿产开发企业的青睐。

4.2 矿层巷道支护技术

这一项技术可以在矿山产能以后对产能作出保障，现阶段这项技术是研究领域的重点，通过运用这一项技术进行无矿柱形式的开采工作，能够使回采的效率不断提高。

4.3 地下气化开采技术

这一项技术是利用热化学反应将地下气体转化成可燃性的气体，并进行气体收集的一个过程。不过气体在燃烧时会产生很多副产物，目前还不能对这些副产物进行合理的解决，而且现阶段气体收集过程的技术手段还不够成熟，这一项技术还处于研发阶段，需要解决地下气化过程中容易出现的很多问题以后再进行推广和应用。

4.4 矸石的处理

为了保证矿山产能的高效性，可以将矸石应用于矿层掘进巷道的支护，通过矿层巷道代替岩巷。现阶段开挖的深度不断增加，预应力越来越大，以软弱破碎的围岩或者快速成巷特征的动压巷道作为巷道支护受到了越来越多研究人员的关注，在这一过程中还需要对提高巷道的支护方法进行探索。在矿石采取的过程中，岩石巷道里很容易出现突发问题，因此需要在不同的情形下，设计不同的处理方案。现阶段可以运用岩空留巷技术方法对矿产资源进行开采，在此基础上实现的无矿柱开采方式，也是绿色开采方式的一种。

5 总结

综上所述，在进行矿产开采时，很容易对周围环境以及土地资源造成破坏，对自然环境的生态平衡产生影响。所以采取有效的措施处理开采过程中的沉降问题势在必行。除了运用常规方法解决沉降问题以外，还可以运用绿色开采技术进行矿产的开采，实现能源的重复利用，顺应可持续发展战略，对周围的环境作出保护。