浅谈煤矿开采沉陷防治和控制的技术,陕西榆阳

来源:http://www.immobiLien-boersen.com 作者:企业文化 人气:156 发布时间:2019-11-01
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必赢手机登录网址,“挖了一山煤,流了一河水”,这是很多煤炭开采集中地区的现状写照,大规模、高强度地开采煤炭资源,也给当地的地下水资源带来巨大破坏。如何减少采煤过程中对生态环境的破坏,保护地下水资源是一个重要课题。

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必赢手机版,必赢手机,山西是煤炭大省,煤炭的开发为山西经济快速持续发展提供了基本保证,然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出,开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水,农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等,这都是开采引起的岩层移动,是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源,有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。随着煤炭形式的好转,各集团公司都加大了环境的防治和治理,对煤炭事业来说,功在当代,利在千秋。 一.沉陷的防治技术途径 沉陷破坏的防治技术途径可以从两方面考虑;对开采沉陷的控制,即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施,来减少地表下沉,控制地表下沉速度和范围,达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。开采沉陷破坏的恢复和整治,运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术,对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。 1.1.1全部充填开采 在煤炭采出后顶板尚未冒落之前,用固体材料对采空区进行密实充填,使顶板岩层仅产生少量下沉,以减少地表的下沉和变形,达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法,其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施,还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大,吨煤成本相应的增加。 1.1.2条带开采 根据煤层和上覆岩层组合条件,按一定的采留比,在被开采的煤层中采出一条,保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动,控制地表的移动和变形,实现对地面建、构筑物的保护。但该方法采出率低、巷道掘进多,工作面效率低。 1.1.3覆岩离层带充填 根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性,在煤炭采出后一定时间间隔内,用钻孔往离层带空间高压注浆,充填,加固离层带空间,将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构,使离层带的下沉空间不再向地表传递,以减少或减缓地表下沉,保护地面建、构筑物或农田。但该技术难度大,再近一步研究。 1.1.4限厚开采 根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力,以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据,确定可开采的煤层厚度,开采是仅回采这一厚度的煤,其余各煤层均不开采,以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低,仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。 1.1.5协调开采 厚煤层分层开采时,合理设计各工作面的开采间距,相互位置与开采顺序,使开采一个煤层(工作面)所产生的地表变形和开采另一个煤层(工作面)所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分,以减少采动引起的地表变形,保护地面建、构筑物。但该技术要保持一定的错距,因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。 1.1.6“采-注-采“三步法开采 充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用,应用荷载置换的原理,进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采,有效的对岩层移动和地表沉陷的控制,解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率,保护了地面建、构筑物,但也存在工艺复杂,成本较大等缺点。 二.土地复垦技术 2.2.1煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦 地下开采产生的大量煤矸石运到地表排放,既占地有污染环境。利用煤矸石作为充填材料,即可使采煤破坏的土地得到恢复,又能减少矸石的额占地。 利用电厂的废弃物--粉煤灰充填沉陷区复垦土地,可以化两害(沉陷区、粉煤灰)为三利(电厂、煤矿、农民三放面有利)。 2.2.2平地和修建梯田复垦 对积水沉陷区、潜水位较低的边坡地带,可采取平整土地、改造成梯田的方法复垦利用。梯田的水平宽度和梯坎高度,应根据地面坡度抖缓、土层薄厚、工程量大小、作物种类、耕种机械化程度综合考虑确定,田间坡度的大小和坡向,应根据原始坡度的大小、有无灌溉条件、复垦土地用途来决定。 2.2.3输排法复垦 开挖排水渠道,将沉陷区浅积水引入河流、湖泊、坑塘、水库等,作为蓄水用,是沉陷水淹地重新得到耕种。 2.2.4深挖垫浅复垦 运用人工或机械方法,将局部积水或季节性积水沉陷区下沉大区域挖深,适合养鱼、蓄水灌溉等,用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区,使其成为可种植的耕地。 2.2.5积水区综合利用技术 对地面大面积积水和积水深度很大的沉陷区,科学的综合利用,发展网箱养鱼、围栏养鱼、蓄洪作灌溉水源、建造水上公园等。 2.2.6固体微生物复垦技术 煤矸石添加适量微生物活化剂,经过一个植物生长期(约6个月)就可建立起稳固的植物生长层,形成熟化的土壤。 三.结束语 开采沉陷是造成矿区环境地质灾害的直接原因,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。充填采煤法是减少地表下沉效果作好的方法,近年在山东有些矿区正在做膏体充填的实验,这种方法可使采场没有或减少垮落带,能更好的减少地表下沉。但它的技术含量很大,输送倍线大,管路易阻塞,如果成功那将是煤矿开采的一次技术革命。 开采沉陷对土地资源的影响和破坏是难以避免的,所以各个煤矿应该应用根据自己的实际情况和条件合理应用防止和控制开采沉陷技术和土地复垦技术,矿区生态复垦技术等多学科知识,对地表塌陷进行综合治理和开发利用,才能更好地保护地表、矿区的环境、农民的利益。

日前,中国煤炭工业协会组织专家组对中国煤炭科工集团天地科技股份有限公司编制完成的《陕西中能煤田有限公司榆阳煤矿充填开采可行性研究报告》(以下简称《报告》)进行了评审。由中国科学院院士宋振骐担任组长的专家组认为,报告提出采用充填开采的采煤方法对煤矿保水开采的技术应用和发展具有重大意义,有利于保护矿区生态环境,《报告》可作为煤矿充填开采设计的依据。

 陕西中能煤田有限公司地处榆林市榆阳区榆溪河以西小纪汗乡、芹河乡境内,公司主要从事煤炭开采、煤炭深加工、销售等生产经营活动,公司目前下属一个生产矿井——榆阳煤矿,是榆横矿区总体规划中的大型骨干矿井之一。 陕西中能煤田有限公司成立于2003年,是按照现代企业制度组建的股份制企业,主要由陕西煤业化集团、华电煤业集团、悦达集团三大股东组成。公司与2007年~2010年完成产业升级改造工程,目前,中能榆阳煤矿是一个年产300万吨的大型矿井,先后获得“国家级安全质量标准化矿井”、“全国煤炭工业五精管理示范基地”、“榆林市十佳环境友好企业”、“陕西省园林式绿化企业”等荣誉称号。 中能榆阳煤矿目前拥有采矿权井田面积为13.0258平方公里,探矿权井田面积237.32平方公里。主采煤层为3#煤层,煤层平均厚度约3.6米,平均倾角0.6。,埋深160~240米,全部实现机械化开采。 中能榆阳煤矿地处我国东部季风气候和西北半干旱气候的过渡地带,毛乌素沙漠南缘与黄土接壤结合部,地面多为风积砂区和黄土丘陵,土地贫瘠,植被条件差,生态环境十分脆弱。而传统的跨落法开采必将产生上覆岩层的破损和地表沉陷,造成对水资源和生态环境的影响。此外,中能所属的榆阳煤矿井田内地表建筑物众多,地表沉陷制约煤矿生产的发展,造成企地关系紧张,为此,需改变采煤工艺,研究推广实施充填开采技术,成为建设绿色生态环境,实现绿色开采、推动科学发展的当务之急。 奉献社会,率先进行规模化、机械化、自动化绿色充填开采 2011年初,中能榆阳煤矿为了避免能源城市“因煤而兴,因煤而衰”的历史悲剧再现,积极响应陕西省副省长、原榆林市委书记李金柱同志在全国“两会”提出充填式开采的建议,积极引进先进的充填开采技术,与中国煤炭科学院合作解决三下压煤的技术难题,实现地面不塌陷和保水开采,此举得到了榆林市委、市政府的高度重视,并支持中能榆阳煤矿成为陕北充填开采的示范单位。 2011年4月,中能榆阳煤矿与榆林市有关部门组织采矿、机电、材料、环保等专业的工程技术人员组团,实地考察调研了国内山东、河北典型矿区绿色充填开采技术现状、系统工艺及装备、投入、效益情况,到中国煤炭科工集团天地科技股份有限公司等单位了解目前充填开采的最新科研成果和发展方向。通过考察调研,认为在陕北地区进行绿色充填开采技术是可行的,环境和生态效益巨大,经济效益方面还有盈利空间。5月底,中能公司与天地科技股份有限公司签订可《榆阳煤矿“三下”充填开采技术研究框架合作协议》,致力于研发适合榆阳煤矿地质采矿条件的规模化、机械化、自动化充填开采工艺系统、建设绿色充填

榆阳煤矿位于毛乌素沙漠南缘,沙漠覆盖率在70%以上,土地贫瘠,植被条件差,区域内生态系统自身调节能力差,生态环境十分脆弱。据介绍,当地干旱、大风、沙尘暴和霜冻等自然灾害频繁,水资源极为珍贵。榆林市水资源总量只有322.9km3,仅是全国平均水平的43%。当地地下水的蕴藏较浅,一般为数米到数十米,而煤炭开采基本在地面下50~200米处,这种“浅埋深、薄基岩、后风积沙”条件下,进行垮落法开采很容易使地下水均衡系统遭到破坏,导致井泉底漏,对区域生态环境造成严重影响,甚至造成矿井水灾。

开采生产矿井。 2011年6月17日,榆林市能源局邀请的有关专家组织榆林市、榆阳区各相关职能部门的主要负责人听取了中能主要负责人和天地科技股份有限公司相关问题和方案的汇报,经过讨论,同意并通过了《陕西中能煤田有限公司榆阳煤矿综采面的充填开采技术方案》。会议一致认为:该方案在技术上是成熟的、经济上是可行的,陕西中能煤田有限公司在榆林市率先提出开展充填开采,自承费用,保护生态平衡,是好事。通过充填开采,可以有效地实现保水采煤,对于保护地表水,防止地表塌陷,具有深远社会意义。 为确保榆阳煤矿绿色充填开采稳步、安全推进,中能公司委托天地科技股份有限公司进行“陕西中能煤田有限公司榆阳煤矿充填开采可行性研究报告”,及“陕西中能煤田有限公司榆阳煤矿充填开采面设计”对榆阳煤矿实施充填开采技术经济可行性进行论证和设计,并签订了技术合同。 天地科技股份有限公司在当前煤矿充填开采技术及应用情况分析总结的基础上,阐述了榆阳煤矿充填开采的必要性和意义,分析了榆阳煤矿的地质采矿条件,调研了可利用的充填材料,对作为充填开采的主要骨料——风积砂进行了基本的物理力学性能试验。对以风积砂为主要骨料的充填材料进行了流动性和强度及安全等性能指标的试验。根据实验结果,在分析充填开采效率影响因素,充填开采对环境和水的影响程度的基础上,充分论证了榆阳煤矿进行充填开采的可行性,最终形成本可行性报告。 9月4日,由中国煤炭工业协会组织,中科院院士宋振骐担任组长的专家组对《陕西中能煤田有限公司榆阳煤矿充填开采可行性研究报告》(以下简称《报告》)进行了评审。专家组认为,《报告》提出采用充填开采的采煤方法,对煤矿保水开采的技术应用和发展具有重大意义,有利于保护矿区生态环境、促进区域经济协调发展和社会和谐,符合国家法律、法规和方针政策,《报告》可作为煤矿充填开采设计的依据。 为此,陕西中能煤田有限公司与中国煤炭科工集团天地科技股份有限公司合作,拟采用当地广泛存在的风积砂为骨料,因地制宜,共同研发适合榆阳煤矿地质采矿条件的规模化、机械化、自动化充填开采工艺系统,建设充填开采型矿井,这在我国西部规模化生产矿井尚属首次。《报告》评审的通过,标志着充填开采在我国西北环境脆弱地区煤矿的应用正式拉开序幕,必将为我国煤炭工业走新型工业化道路,实现和谐采矿、绿色采矿写下浓墨重彩的一笔。 保护环境,走预防为主的新型工业化道路 中能榆阳煤矿充填开采是利用有效控制地面塌陷的成熟技术。采用充填开采技术,有利于有效控制地质沉陷,有利于生态环境保护,有利于提高煤矿生产 安全度,有利于提高煤炭的采出率,地表沉降的减少将有利于改善地企关系,有助于和谐矿区建设。充填开采技术已为许多国家长期应用,波兰曾用充填技术将部分城市下压煤层成功采出而未使城市受损。我国冶金矿山75%采用充填开采,近些年,新汶、峰峰、淄博等煤矿区约20多个矿也进行了成功应用。因此绿色充填开采技术的应用研究对中能榆阳煤矿保护生态环境、控制开采沉陷、保证水源不受破坏等具有重大意义。 中能榆阳煤矿充填开采是对矿区水资源的保护。充填开采方法是在煤炭采出后,上覆岩层未发生移动之前,在规定的循环周期内用充填材料充填采空区,控制顶板不垮落,老顶不出现周期性破坏,采场相当于移动的开切眼,上覆岩层形成微创和弯曲下沉带。这样就不会有裂隙发育到地表以至于和地表含水层相同,保护了含水层不被破坏,维持了原有的地表——地下水系的循环系统,实现保水开采。 中能榆阳煤矿设计充填所用的水,全部采用矿井废水,做到循环利用。而且,由于利用的矿井废水,减小了煤矿的矿井水处理以及达标排放量,实现绿色生态环境。 中能榆阳煤矿采用充填开采后,地表沉降将明显减少,从而不会对地表水系的循环自主补给造成影响,保护了区域生态环境。因为,水环境是一个地区整体生态环境的根本,无论是矿区的土地复垦、绿化造林还是矿区生态环境的稳定都离不开水环境。通过充填开采,实现矿区的保水开采,维护了矿区的生态稳定性。同时水资源的保护保证了当地居民的用水安全和便利,是当地居民与煤矿和谐发展,从这意义上说,充填开采又有了很好的社会效益。 中能榆阳煤矿充填开采是对矿区环境的保护。充填开采使得矿区从传统的先破坏后复垦的方式变为提前保护为主、边开采边保护为主的新方式,重视初期的保护工作,从而不仅保护了矿区环境,又减少了煤矿在土地复垦及环境保护工作中的投入,而且最终的环境效果要远好于先破坏后治理的传统方法。同时,由于榆阳煤矿充填开采预计使用的材料主要为风积砂,这样在开采的过程中,不仅区内农民的耕地免遭破坏,而且还可以通过适当的土地复垦手段的实施,将风积砂采取之后的地表复垦为可利用的土地,在煤矿生产的同时增加了当地的耕地、林地面积。可见,充填开采对于榆林当地是一件“一举多得”的事,有良好的环境效益及社会效益。 务实创新,用先进的生产力打造塞外绿色矿山 中能榆阳煤矿目前充填开采技术可行性研究暨连采工作面充填开采设计,包括充填方式的确定、充填材料性能试验、充填系统的建立、充填和采煤工艺设计等报告已经通过专家评审。充填开采试验分“可研、试采、优化、达产”四个阶段。现已进入连采工作面充填开采工业性试验的准备阶段,并根据准备情况筹备综采工作面充填试验。随后进行综采充填试采工作面试生产,同时开展地表移动变形观测,井下矿压监测,设备可靠性及工艺观测等工作。最后充填试验工作面稳定达到设计生产能力和充填效果时,进行阶段性成果总结,最终以规模化、机械化、自动化绿色充填开采的经验向全煤行业推广。 陕西中能煤田有限公司已经迈出了绿色充填开采的第一步,他们有信心、有决心让绿色充填开采的技术在毛乌素沙漠上开花结果,打造塞外的绿色矿山,让榆林的山更绿、水更清、天更蓝、人更富、人与自然更和谐。

业内专家告诉记者,在浅埋深、薄基岩的地质条件下进行垮落法开采,必将造成严重的地表塌陷,影响地面建筑物的正常使用,而充填开采是减少地面沉降的有效方式之一。

所谓充填开采是随着回采工作面的推进,向采空区送入矸石、沙或以其为骨料制成的胶结充填材料,以便进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动,并在形成的充填体上或在其保护下进行回采的新型采矿技术,能有效控制地面塌陷,保护地表环境。充填开采技术已被许多国家长期应用,我国冶金矿山中充填开采的应用率达到75%。我国的煤矿在20世纪70年代曾进行了多个充填开采的实践,比如抚顺胜利矿利用密实水砂充填进行城市下巨厚煤层开采,取得了较好的效果。近年来,华东、华北矿区部分煤矿也进行了成功应用,但规模均较小,在生产矿井应用较少。

但是,充填开采最大的缺点就是会提高企业的生产成本。充填成本与选用的充填材料、充填工艺和回收煤量等密切相关。根据目前已有的统计结果,吨煤增加的充填成本为50~120元。

实施充填开采的关键之一就是充填材料,而且充填材料的费用是构成充填成本的主要部分。因此,充填材料的选取应遵循就地取材、大量分布、成本低廉和满足性能要求的原则。通过调研和试验,天地科技股份有限公司决定在榆阳煤矿采用风积砂高水膨胀材料的填充方式。据介绍,在将地表风积砂采取之后,可通过适当的土地复垦手段将这些地方变为可利用的土地,有效增加当地的耕地、林地面积。

专家组通过审议认为,相关方应进一步研究充填材料的配比和性能,同时建议政府相关部门要加大对采煤充填的政策支持力度,在取砂许可、税费减免和土地利用等方面给予政策支持。

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