1 三下压煤条件下的开采特点分析
“三下”开采是指对构建筑物、水体以及铁路下的压煤进行开采活动的总称。作为煤炭资源大国,我国的三下压煤量巨大(达近140亿t),其中建筑物下压煤量所占的比例最高,约占全部压煤总量的60%以上,并广泛分布于各城市村镇之中。随着我国经济生产的迅速发展,建筑下压煤还呈现出增加的趋势。然而,三下压煤条件下的开采往往面临各种技术和环境问题,首先,三下开采将造成地表沉陷和积水,进而导致土地退化,甚至可能引发地质灾害。其次,开采可能对堤坝、桥涵、公路、铁路等构建筑物的稳定性和安全性构成不利影响,并使地下供暖、给排水、通信等管道线路遭受破坏。再次,三下条件会直接导致回采工作面接续紧张,矿井生产寿命缩短,使矿区提前进入报废期,不但严重浪费了国家资源,给煤炭企业造成巨大的经济损失,更可能给环境保护及能源利用的可持续发展造成极其恶劣地影响。有鉴于此,开采过程中就必须以开采沉陷理论为基础,结合采矿学、测量学、建筑学以及岩石力学等专业知识,科学利用各种特殊采煤技术,在提高开采效率的同时做好加固和保护工作,从而有效地减少开采对原有建筑及自然环境的破坏。
2 填充开采方法在三下压煤条件下的具体应用
一般而言,要保护三下压煤条件下煤层上公路、铁路、建构筑物以及水体的安全,通常可采取减少地表变形或减少地表沉降的开采策略,其中前者是通过控制相对位置来降低开采引起的影响形变,具体包括协调开采、全柱开采、分层开采等几种方法,而后者则主要以充填开采、条带开采和限厚开采等方法对地表沉降加以控制,其中填充法因其具有的施工速度快、效果好、适应性高、技术成熟等众多优点,最常见于建筑下压煤的开采中。填充采煤可依据其输送形式的不同分为水力、风力及矸石自溜等方式,又可根据其不同的填料而分为矸石填充、土壤填充、胶结填充等。具体的填充材质与输送方法应结合实际的赋存状态、质地情况、及其水文、气候、生产条件等进行选择,并以最大限度地采出压煤且不破坏原有的构建筑物及自然环境为标准。下面仅就实践中常见的干式固体填充、水力填充、胶结填充进行介绍。
2.1 干式固体填充方式
固体填充开采需要利用矸石、粉煤灰等固体废弃物,按照一定比例混合后,添加粘结料,通过地面投料系统投放到井下,对采煤支架后方的采空区进行充填,以体积换体积的方式,把煤炭资源置换出来。而作为应用最早、也最为传统的填充方式,干式填充通常是指用人力、重力或机械设备经地面运输和井下运输到达充填井或采空区,进行溜放或贮存充填,形成可压缩松散充填体的开采技术。使用干式充填采矿法回采作业时,为了把采下矿石与其下面的充填材料隔开,其间需要有一层隔离材料,以减少采矿损失和贫化。填充材料则应具备强度高、成本低及可重复使用等特点。干式固体填充有效地利用了矿山生产过程产出的垃圾和废物,符合当今绿色煤矿的开采理念,但由于该方式作业环节多,充填能力低,且充填体不够致密,常有施工粉尘等问题出现,因而现已逐渐被更加成熟、环保的水力填充或胶结填充等方式取代,目前除小型矿山外,干式固体填充开采法已经较少被应用于三下压煤条件下的煤矿生产中。
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