基于控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究.pdf

基于控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究刘晶，温忠党（枣庄矿业【集团】有限责任公司,山东枣庄2 7 7 0 0 0)摘要：为保障煤矿开采安全与高效，要重点解决煤矿开采过程中的沉陷问题。以煤矿开采沉陷的控制工作为例，首先分析了控制煤矿开采沉陷的重要性，然后从应用原理、应用优势、充填浆液和充填材料、充填技术及充填方案的角度，对部分充填开采技术进行了简单介绍，重点阐述了膏体充填开采、注浆充填开采、隔离注浆充填开采、全尾砂胶结充填开采和块石胶结充填开采这几种常见的部分充填开采技术的应用路径。关键词：煤矿开采；开采沉降；部分充填；成本控制中图分类号：F406.3;TD823.7近年来，随着社会生产和人民生活水平的不断提高，对于能源的需求越来越大,煤炭作为传统的能源产品，其需求量也越来越大。如何对煤矿进行安全高效的开采,成为众多学者的重点研究课题。在煤矿的开采过程中根据其实际情况选择合适的开采技术，一方面可以提高煤矿的开采效率,降低开采成本,提高经济效益；另一方面可以确保煤矿开采人员的生命健康安全。因此，在煤矿的开采过程中，必须高度重视开采沉陷问题，诸多事故表明，一旦煤矿出现地质沉陷，就会直接影响到井下作业人员的生命安全，同时还会对周边的生态环境造成直接的破坏。为推动煤矿的绿色、安全、可持续发展，应当不断提升煤矿开采沉陷的控制效能。合理运用部分充填开采技术，有效解决煤矿开采的沉陷问题。1控制煤矿开采沉陷的重要性多数煤炭资源储藏于地下空间,在开采井下的煤炭资源时，会对地下的岩层结构产生一定的破坏，而且在煤炭资源开采后会形成大面积的采空区。如果在煤矿巷道作业时产生了一定的地层扰动或地层结构的变化,将会引发地质沉陷问题,对地面建筑物与地下煤炭开采造成巨大的负面影响。为有效规避该事故的发生，在针对煤矿开采沉陷问题的控制时，应当科学采用部分充填开采技术，实现对采空区的有效充填加固，以保证煤矿开采的安全性。2部分充填开采技术概述2.1 应用原理部分充填开采技术是基于开采岩层的移动规律，有效控制覆岩的主关键层，从而避免在开采过程中出28文献标识码：B现沉陷问题，保证煤矿开采作业的安全性2。在煤矿并下开采作业阶段，技术人员可基于煤矿的地质勘探数据，建立三维模型，科学推测煤矿开采过程中可能出现沉陷的位置，从而针对存在沉陷风险的地层结构进行部分充填处理，避免在煤炭开采过程中，由于沉陷问题对周边的生态环境和建筑物造成破坏。2.2应用优势技术人员采用部分充填开采技术可有效控制充填材料的使用量。进行现场充填作业时，工作人员需要基于煤矿开采的具体情况，灵活开展充填工作。基于相关学者对该技术的理论研究结论可知,在实际应用该技术时，矿区周边的地质环境对充填开采技术的应用可行性有直接影响。因此，煤矿在进行井下开采时，为有效控制煤矿开采沉陷问题，应当全面深人地了解矿区周边地质环境，对应用方案做出科学的调整，保证部分充填技术应用的可行性与安全性。2.3充填浆液和充填材料根据充填浆液的浓度，可以分为膏体充填浆液、高浓度充填浆液、低浓度充填浆液；根据充填材料的胶结状态进行分类，可以划分为非胶结充填材料与胶结充填材料。2.4充填技术根据参照区位进行分类，可以划分为采空区部分充填技术与冒落区部分充填技术。其中，采空区部分充填技术是在开采煤矿的过程中，在出现冒顶事故之前，煤矿的井下开采作业面出现采空区，工作人员可采用高浓度的胶结充填材料进行处理。冒落区的部分充填技术是在煤矿开采作业中，出现顶板冒落的特定区文章编号：10 0 8-0 15 5(2 0 2 3)10-0 0 2 8-0 3域后，采用低浓度的非胶体充填材料进行注浆处理。2.5充填方案根据开采煤矿的体积与充填料体积的比例进行分类，可以划分为局部充填方案与整体充填方案“。通过对局部充填方案进行分析可知，该技术方案仅针对采空区的特定空间位置进行充填处理。在具体施工作业时，必须依靠岩体的原有结构，实现对地表沉陷有效控制,以保证局部充填方案应用的有效性与可行性。整体充填方案是在煤矿开采过程中，针对没有出现冒顶事故的采空区进行有效的充填，为避免出现地表沉陷，需要保证充填料的体积与采空区的空间体积一致，保证充填物料对采空区岩层的有效支撑。3基于控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究3.1膏体充填开采条带式采空区是煤矿生产作业中常见的一种情况，在进行部分充填开采时，为实现对煤矿沉陷的有效控制，需要根据条带式采空区的具体情况，选择相应的充填技术方案。如部分煤矿在进行井下开采作业时，为实现对条带式采空区的有效控制，采取膏体部分充填开采技术方案。为保证后续充填工作开展的可行性,需要落实结构支架的处理,精准控制结构支架的尺寸规格，以保证在完成膏体部分充填处理后，膏体能够有效覆盖于岩层表面，避免由于外部环境的影响导致膏体的附着效果变差，无法发挥出膏体部分充填技术的应用优势。在条带式采空区开展膏体部分充填开采时，为保证质量与安全，需要根据膏体充填物料的具体性能，科学灵活地调整短臂条带，有效提升膏体充填作业的质量与效率。鉴于膏体部分充填开采技术方案应用的特殊性，技术人员应当分析膏体充填物料在长期使用后的性能变化以及长壁条带充填结构的变化机理，从施工环节入手，对充填工艺的细节进行管理控制，落实结构支架的布置，实现对充填条带距离的精准控制，使其发挥出更好的作用。通过分析条带式采空区应用的膏体部分充填开采技术方案可知，其主要包含以下两种技术路径：开展长臂条带的充填开采，主要是在煤矿采空作业面进行布置,形成特定的长臂工作面，在实际充填作业时，可沿着煤矿的开采方向进行采空区的充填处理，以保证膏体条带充填工作开展的有效性与可行性；工作人员在基于短臂间隔条带进行处理时，主要基于长臂条带充填作业的实际情况，对充填结构进行合理调整，以保证条带膏体充填工作开展的有效性与可行性。通过应用条带膏体部分充填技术，可有效降低煤矿沉陷问题的发生率，提高煤矿整体开采作业的安全性。3.2注浆充填开采受到多重因素的影响，在煤矿开采作业期间，会产生一定数量的采空区，而采空区可能会演变为冒落区4 。冒落区的承载力被架空后，会导致冒落区上层的应力不断集中，很可能诱发冒顶事故，对煤矿的开采造成巨大的安全影响，如部分条带式开采冒落区可能会出现较为严重的沉陷问题，对周边的生态环境与地面建筑物产生直接的影响，为有效解决冒落区的沉陷安全隐患，在进行部分充填开采时，可采用注浆充填开采技术方案，有效解决上述问题。工作人员进行现场施工作业时，需要构建冒落区的结构承载力和相关空间区域岩层重力的数学模型，计算出冒落区所需的支撑力，为后续注浆充填工作的开展提供依据。工作人员基于数据模型进行推演分析，可以有效规避煤矿并下关键层的断裂问题，充分发挥注浆充填技术的应用优势。如果发现冒落区需要更大的支撑力，为保证冒落区整体的结构安全性，技术人员应当针对条带的预设宽度进行调整，以满足冒落区顶板结构的承载力需求。鉴于注浆充填开采技术应用的特殊性,为发挥该技术的应用优势，应当进行科学精准的地表钻孔处理，便于浆液注人冒落区，为后续的注浆工作提供保障。为有效提升冒落区整体结构的承载力，在实际进行注浆充填作业时，可根据现场施工的具体情况，选择合理粒径的碎石，提升冒落区的结构承载力，避免出现冒顶事故。煤矿在进行井下开采时，为实现对沉陷区域的高效控制，在应用部分充填开采技术时，可遵循就地取材的原则,选择矿区周边的充填材料，多种材料组合形成致密性的充填结构，实现资源的合理利用。通过充填物的支撑作用，不断加大煤柱结构强度，保证煤层整体具备相对稳定的结构，为后续的煤矿开采提供有力保障5 。在现场完成注浆充填作业后，工作人员必须及时检查施工作业的质量，确保冒落区的整体结构得到有效的加固，达到部分充填开采作业的预期要求。若在检查中发现质量问题，需要立即处理，避免埋下安全隐患，保障煤矿的安全生产。3.3隔离注浆充填开采在部分煤矿进行井下作业时，为有效应对覆盖离层分区的沉陷问题,根据该区域沉陷的诱发因素与主要危害，可采取隔离注浆充填开采技术方案。该技术方案主要是在岩层的特定位置进行钻孔，生成特殊的离层孔洞，为后续充填材料的处理做好准备。隔离注浆充填工作可以为覆盖岩层的主体提供一定的支撑力，避免外部环境对岩层产生强烈的冲击，进而影响煤29层结构稳定性。通过合理运用隔离注浆充填开采技术，可有效延缓岩层的移动速度，规避煤矿沉陷问题。通过对该技术的应用案例进行分析比较可知，在应用隔离注浆充填开采技术的过程中，必须落实动态监测工作，准确了解覆盖离层数据,及时对隔离注浆充填工艺做出调整。在对覆盖离层进行隔离注浆充填时，应当选择最佳的注浆时机，以保证注浆工作开展的整体效果。一般情况下，工作人员从孔眼发现岩层出现初次断裂时，要及时进行注浆充填。通过分析覆盖离层的岩层结构可知，当离层量相对较大时，在实际注浆充填工作的开展阶段，要避免因出现非固结现象而导致注浆液无法完成有效充填。在作业现场进行注浆时，应根据岩层的具体结构，设定相应的支护处理装置，提高注浆充填作业的整体有效性。对覆盖离层分区中的关键层进行隔离注浆充填作业时，为保证关键层得到有效的支撑保护，达到采空区部分充填的预期效果。在实际隔离注浆充填开采时，应当分析关键层的荷载问题,并根据开采现场的煤柱宽度,科学合理地设定隔离区,对每个分隔区针对性地进行注浆充填，为煤矿井下的后续开采提供安全保证。由于关键层的结构较为复杂，工作人员必须对注浆液的固态结构进行科学的控制，才可达到预期的隔离注浆充填作业的目标。若浆液的浓度相对较低,在进行实际注浆充填时，可能无法保证下离层得到有效的充填,从而无法达到预期的部分充填开采处理效果。若浆液的浓度相对较高，则无法保证浆液与岩层形成较高的黏合力，不能有效提升岩层结构的整体稳定性。为此，工作人员在现场隔离注浆充填时，应当在离层初步破裂后及时进行注浆处理，实现对岩层的有效注浆，达到隔离注浆充填的预期成效。3.4全尾砂胶结充填开采若煤矿采空沉陷问题较为特殊，工作人员采取部分充填开采技术时，可灵活运用全尾砂胶结充填开采技术方案。该方案可以发挥全尾砂的材料优势，对采空区沉陷区进行有效的充填。为此，在实际充填工作的开展阶段，必须严格控制全尾砂的浓度，工作人员在进行现场充填时，必须对其进行性能检测，若没有达到充填的技术标准，禁止进行充填作业。3.5块石胶结充填开采为有效提升充填工作的效率，保证煤矿开采作业的安全性与可靠性，可采取块石胶结充填开采技术方案。在煤矿采空区进行充填处理时，可合理利用周边的废石,有效提升充填结构的强度。如果在对煤矿部分区域进行开采时产生了大量的废石，为有效处理废石，可利用胶结料与废石结合，制备成充填料。工作人员在现场充填时，为保证充填效果，可在制备充填料时添加一定比例的水泥，使废石、胶结料、水泥等材料快速凝结,达到采空区预期的充填效果。鉴于该技术方案的特殊性，在煤矿采空沉陷控制时，灵活运用该技术，可实现对部分充填开采工作成本的有效控制，提升煤矿整体运营的经济效益。4结语综上所述，在进行煤矿井下开采作业时，为全面提升开采作业的安全性，主动规避地质沉陷事故，要深入研究井下作业的具体情况，制订科学安全的部分充填开采技术方案,实现对采空区的有效处理,有效控制开采沉陷隐患，发挥出部分充填开采技术的作用与价值。参考文献：1马壮，康锋，晋强.煤矿开采沉陷地质灾害及控制措施研究J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 2(0 4）：18 1-18 3.2李励.煤矿开采沉陷的部分充填开采技术J.山西化工,2 0 2 1,4 1(0 5):12 8-130.3吴志涛.煤矿采矿工程中的采煤工艺与技术分析J.当代化工研究,2 0 2 2(2 0):14 1-14 3.4沈传波.新义煤矿覆岩离层注浆充填开采技术研究J.煤炭与化工,2 0 2 2,4 5(10)：31-33+7 0.5贺志宏，郭炯，刘向忠，等.工作面充填开采技术的探索与实践J.中国煤炭工业,2 0 2 2(12）：6 0-6 1.6张吉雄，张强，周楠，等.煤基固废充填开采技术研究进展与展望J.煤炭学报，2 0 2 2,4 7（12）：4 16 7-4 18 1.作者简介：刘晶（19 8 3-），男，山东邹城人，硕士，工程师，研究方向：矿山开采；温忠党（19 8 7），男，山东滕州人，本科，工程师，研究方向：矿山开采。30