纳林庙煤矿老采空区集中连片综合治理方法

纳林庙煤矿老采空区集中连片综合治理方法
杨斌
【摘要】井工开采不仅回收率低,而且把矿区的边角煤遗留在地下造成资源浪费,残留煤体容易引起自燃,危害矿山生产安全.由于采场上方“上三带”的存在导致内蒙古大草原上有限的地下水资源向采空区流泻,对地层的稳定性造成影响.综上所述,在进行纳林庙老采空区灾害治理过程中,根据现场实际地质资料进行比较,选择露天剥离的方式对灾害治理区进行治理,并选择合理的治理方案,为以后类似老采空区的灾害治理提供借鉴.
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2014(000)007
【总页数】3页(P31-33)
【关键词】井工开采;露天剥离;灾害治理
【作者】杨斌
【作者单位】内蒙古伊泰煤炭股份有限公司,内蒙古鄂尔多斯017000
【正文语种】中文
【中图分类】TD327
1 老采空区灾害分析及治理必要性
1.1 老采空区灾害分析
鄂尔多斯地区是新兴煤炭主产区。

在2005年以前，煤炭生产工艺落后，辖区的地
方煤矿全部采用房柱式开采（简称“房采”）。

由于房采工艺回采率很低，在井下遗留了大量的呆滞煤炭资源，造成了资源的极大浪费。

目前，鄂尔多斯市境内的老采空区面积约307.61 km2，遗留于老采空区内的煤炭资源量约为1845.66 Mt，其中有52.22 km2井田约 313.32 Mt煤炭正在自燃着火。

虽然采取了一些措施，但灾害事故时有发生，环境污染等次生灾害也呈蔓延趋势，曾多次发生井工煤矿老窑采空区气体泄露引发的人员伤亡事故。

同时，老采空区派生灾害隐患巨大，如采空区大面积悬顶、浮煤自燃发火引发井田火灾、有毒有害气体泄漏、老空巷积水或山洪灌井、不可预测预见及控制的地表突然塌陷等，不仅成为威胁周边井工煤矿安全生产的重大隐患，也造成了环境污染等次生灾害，恶化了生态环境，给当地居民的生命财产安全构成了严重威胁。

1.2 老采空区治理必要性
老采空区内残留有大量优质煤炭资源，将这部分不可再生资源回收，可极大提高资源回收率和综合利用水平，缓解周边煤炭产品供应紧张形势，从而为煤炭资源的可持续发展做出应有的贡献。

对纳林庙煤矿一号井、纳林庙煤矿二号井统筹考虑，综合治理，可将2个井田边界相邻处保安煤柱进行统一回收，进一步提高资源回收率[1-2]。

老采空区具有引发多重次生地质灾害的危险性，无需政府投入且企业在微利的情况下进行灾害治理，既可减轻政府负担，又可从根本上消除前述各种隐患、改善矿区生态环境，实现灾害治理区的生态重建。

对纳林庙煤矿一号井、纳林庙煤矿二号井集中连片的老采空区统筹治理，利于生态恢复的整体性与持续性，符合我国大力推进生态文明建设的相关政策要求。

2 露天剥离方式治理灾害方法的确定
井工开采对环境的影响是隐性、持续的。

随着时间推移，由于地表的移动与变形，已导致治理区内出现地面塌陷、大面积顶板突发跨落引发的地质灾害，对周边现有
井工矿井影响巨大。

煤矿开采形成的“三带”致使地下水向采空区流泄，破坏了地下水资源，使地下水逐渐减少甚至枯竭。

同时，导致采空区内淤存大量积水，对地层稳定性造成了一定影响；井下积聚的有毒有害气体泄露，也给煤矿的安全生产带来了巨大隐患、对周边环境形成了隐性危害。

由于井下煤层富集，造成各煤层煤尘存在爆炸性危险；同时由于煤层的易自燃属性，使得井工开采成为了引发矿田火区的主要诱因。

井下弃煤自燃发火不但导致环境的严重污染，还将对人民生命财产安全造成巨大威胁。

由于老采空区采掘不规范，采空区分布情况不明，顶板基岩赋存不稳定、井下设施不完善、通风条件差等诸多不利因素，使得采用对采空区进行充填，然后以综合机械化开采方式回收边角残留资源和老采空区呆滞煤炭资源的方法进行灾害治理实施较为困难，而且对呆滞资源的回收也不够彻底。

本工程不宜采用该治理方法。

以露天剥离方式对灾害治理区进行残煤回收，能从根本上解决呆滞煤柱在矿压作用下大面积顶板突发跨落引发的地质灾害问题，消除井下弃煤自燃发火导致的污染环境和破坏生态平衡问题。

同时，以露天剥离方式对灾害治理区进行残煤回收后，通过整治土地再造良田，原有的丘陵地段变为平地；通过对小流域进行综合治理，可以彻底改善水环境；通过绿化措施美化环境、净化空气，可以从根本上改善灾害治理区周边生态环境[3-5]。

经过实地调查，灾害治理区为丘陵地貌，耕种条件差，交通不便，适宜进行大规模露天剥离和生态恢复建设，故本工程采用露天剥离的方式进行灾害治理并回收老采空区残煤资源，同时，治理区岩层经过开挖、外排、内排、重新压实，地貌得以重塑后，进行土地复垦等生态恢复工程。

3 灾害治理工艺分析
3.1 治理条件概述
治理区位于东胜煤田的东部，地形总体为西北高东南低。

地表大部分被第四系及第三系松散层覆盖,形成典型的堆积地貌，只在沟谷地形切割较深处有基岩出露。

由
于强烈的向源侵蚀作用，致使区内冲沟极为发育，多呈树枝状分布。

本区属半干旱大陆性气候，夏季炎热，冬季寒冷，昼夜温差较大，年蒸发量大于降水量。

治理区基本构造形态与东胜煤田整体构造形态基本一致，为一向南西倾斜的单斜构造，地层倾角1°～3°，具有宽缓的波状起伏，褶曲与断层均不发育，无岩浆活动。

治理区内大部被风积沙及黄土覆盖，主要以第四系风积砂、表土及第三系红土为主，厚度分布极不均匀。

治理区内露天剥采对象自上而下分为3个层段，分述如下:
1）第四纪与第三纪地层。

厚度分布极不均匀，为0～75.62 m，一般为24 m左右。

2）基岩层。

平均厚度71 m，大部分岩石抗压强度小于30 MPa。

3）4-1、4-2、6-2上、6-2共 4层煤可回收。

由上述煤、岩赋存状况及厚度可见，治理工程剥采条件相对简单，煤层赋存稳定，利于治理工艺的选择与确定。

3.2 治理工艺选择的原则
1）充分考虑治理区所处的区域地形地貌、地质情况及煤层赋存状态，优先选择与本工程规模相适应的露天剥离设备，以实现最佳的治理成果。

2）应适合治理区的特殊条件，如冬季严寒、风大、干旱，冻结期长等不利因素，同时也应充分考虑到煤层赋存稳定，近于水平等有利因素，因此治理工艺的选择必须是趋利避害、当前与长远相结合。

3）应遵循市场经济的原则，力求投资少、成本低、赢得最佳的经济效益。

3.3 治理工艺方案论证
依据治理工艺选择的原则并结合治理区具体条件，可能选用的治理工艺如下:
1）轮斗工艺。

轮斗连续工艺自动化程度高、生产连续、效率高、开采强度大、生产成本低。

但根据治理区地形地貌条件，本区有较大冲沟，地表不够平坦，最大地形标高差为240 m，区内枝状沟谷十分发育，地形较为复杂，对轮斗工艺的应用造成极大影响；此外，鉴于治理区内剥离物抗压强度一般较大，轮斗挖掘机不能直接采掘这样的硬岩类，已超过轮斗挖掘机应用的经济界限。

因此，轮斗连续工艺不适合于本工程，不予选用。

2）拉斗铲倒堆工艺。

拉斗铲倒堆工艺是集采、运、排于一体的剥离物开采工艺，该工艺在简化生产环节的同时，也大大降低了剥离成本，但因本治理区为老采空区残煤回收，治理年限较短。

拉斗铲前期投资很难收回；同时，由于存在老采空区，在工艺实施上存在一定的困难和不安全因素。

因此拉斗铲倒堆工艺也不适合于本工程，不予选用。

3）单斗-卡车工艺。

单斗-卡车工艺虽然有燃油耗量大、卡车维修费用高、运输成本较高和卡车使用年限较短等不利因素，但该工艺机动灵活、工作线长度短、推进强度大、能适应各种复杂的地质条件；同时，设备组装周期短、具有成熟的生产管理经验等。

结合本治理区具体条件，外排土场与露天剥离区紧邻，且治理期第1年就可开始内排，治理期第3年基本实现全部内排，运距较近，单斗-卡车工艺适合这种井工矿老采空区残煤回收、地表起伏较大的复杂地质条件使用，因此单斗-卡车工艺较适合本灾害综合治理工程使用。

4）单斗-卡车+半移动式破碎站-带式输送机工艺。

本工艺即可发挥卡车运输机动灵活的优点，又可发挥带式运输机爬坡能力大的优点，本工艺的提出主要是为了解决卡车运距远，生产成本高的缺点。

该工艺缺点是设备投资较大、工艺环节较多、设备组装周期较长，投资回收期长。

针对本工程实际情况，卡车运距在合理运距范围内，所以胶带运输对比卡车运输在运费方面没有明显的优势，且由于本工程年限短，在短期内回收不了投资，所以半
移动破碎站及胶带运输机等设备在本工程中不适合。

通过以上治理工艺论证，结论如下:①轮斗工艺不宜在本工程采用；②拉斗铲倒堆工艺不适用本工程；③单斗-卡车间断工艺适合本工程；④单斗-卡车+半移动式破碎站工艺，虽在技术上可行，但对比卡车运输没有明显的优势，所以本工程也不采用。

最终选择岩层剥离方法为:单斗-卡车工艺。

残煤回收工艺为:单斗-卡车工艺。

4 薄煤层回收方法
本工程回收煤层为4-1、4-2、6-2上、6-2共 4个煤层，除6-2上煤层外，其余煤层均含一定厚度的1～2层夹矸，为了减少矸石混入量、降低毛煤含矸率、提高回收残煤质量,需对薄煤层提出选采方法[6]。

露天剥离过程中，回收煤层单独划分台阶，岩台阶、煤台阶单独穿爆，以达到从生产源头控制回收残煤煤质的目的。

根据国内外露天矿生产经验,较成熟的工艺一般采用液压挖掘机、采矿机、地平王再配合大马力推土机、前装机等辅助设备进行选采。

根据该工程煤岩赋存的具体条件,结合治理工程的剥离与残煤回收全部采用外委合作方式的实际情况以及选用的单斗-卡车治理工艺，确定采用液压挖掘机工艺进行薄煤层的回收。

液压挖掘机挖掘力大,机动灵活,不存在死角,配合推土机、前装机，可以满足该工程煤层选采要求。

液压铲选采工艺在我国很多矿山中得到了很好的应用,积累了丰富的经验，应用较为成熟。

5 结语
露天剥离法处理地下采空区适用于地下不具备采空区处理施工条件的情况，尤其是当地表存在冲沟、露天坑、洼地或其他下凹地形等有利于揭露采空区的地形时，该法更可大大降低劳动强度，减少空区治理费用。

参考文献:
［1］李俊，钱新明，郑兆强.采空场处理的研究进展［J］.中国钼业，2002，26（3）:10-15.
［2］陈庆发.隐患资源开采与采空区治理协同研究［D］.长沙:中南大学，2009. ［3］张东方.露天空区处理工艺技术方法探索［J］.金属矿山，2009（7）:24-26. ［4］郑茂兴.薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术研究［D］.青岛:山东科技大学，2010.
［5］彭欣.复杂采空区稳定性及近区开采安全性研究［D］.长沙:中南大学，2008. ［6］陆富龙，李芬芳.露天采矿场下部采空区顶板安全厚度的确定［D］.采矿技术，2004，4（3）:34-36.。