采空区综合治理实施方案

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第一章治理方案
第一节治理方案
新圪崂煤矿井工开采已完成并关闭，形成大面积采空区，对矿区人民的生产生活及环境构成了极大的安全隐患。

此次治理方案应新煤矿委托，要求针对采空区域进行彻底治理。

经过详细的调查访问查阅，对区域地形地貌、煤层埋藏特征、开采现状、采空区分布情况进行深入的现场调查与了解，并结合神木县历年治理采空区的经验，设计提出两种治理方案，分别为充填法治理方案和露天剥挖治理方案。

方案一：充填法治理方案
要彻底根除采空区带来的安全隐患，目前国内研究显示比较可行的手段是”充填”。

用充填料（废石，尾砂或充填骨料）充填采空区，用充填料支撑围岩，
可以减缓或阻止围岩的变形，以保持其相对的稳定，因为充填材料可对矿柱施以侧向力，有助于提高其强度；常用的充填法有:干石充填法、尾砂充填法、胶结充填法等。

用充填法处理采空区，一方面要求对采空区或采空区巷道的位置、大小以及与相邻采空区的所有通道了解清楚，以便对采空区进行封闭，加设隔离墙，进行充填脱水或防止充填料流失；另一方面，采空区中必须能有钻孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接进入采空区，达到密实、充填采空区的目的。

充填法用于采空区处理，具有效果好，见效快，充填密实等优点，但是充填法存在施工难度大，成本高，作业安全性差等缺点，在采用充填法处理采空区时一方面要从安全生产的角度，另一方面要从经济的角度加以考虑，选用合理的充填材料和研究经济可行的工艺技术。

方案二：露天剥挖治理方案
本次采空区治理范围位于矿区内5-2煤层顶板破碎区域，区内地表剥蚀严重，且治理区周边综合环境比较复杂。

区域内煤层覆盖层较薄，覆盖层主要由新生界松散层和中生界基岩两部分组成，治理区的平均覆盖层厚度在49.99m。

剥挖方法的特点是治理效果彻底。

经过对以往治理的工作效果参照对比，认为新圪崂煤矿采空区的治理比较适宜于采用剥挖的治理方式。

即在治理区范围内自上而下分台阶露天剥挖，挖出采空区上部的黄土、岩石定点堆放后，挖除残留的煤炭，用黄土覆盖煤层露头，用开挖的剥离物回填开挖坑，平整、再覆盖黄土，并复垦绿化。

残煤销售收入补偿采空区施工费用，减少治理成本
方案一虽然可以治理采空区，但投资大，没有产出，没有经济效益，企业治理积极性不大，且治理不彻底，部分地段在降雨等因素下可能活化，产生新的隐
患。

方案二不需要国家投资，企业利用回收的残煤价值，补偿治理采空区的费用，且有盈余，治理彻底，覆土造田效果好，利国利民利企业利第三方。

经过经济技术方案的比较和论证，方案建议采用露天剥挖的方式进行采空区治理，以达到彻底根除采空区带来的灾害。

故确定新圪崂煤矿拟采用露天剥挖的治理方案。

本治理区剥挖条件从煤层厚度、赋存条件等方面论述：
1、煤层厚度
治理区残留5-2煤层，采用煤厚为各见煤点直接测量的煤层厚度（不含夹矸），如块段内或旁侧有多个钻孔，则均匀取点，用算术平均求得块段平均煤厚2.68m。

5-2煤层残留煤柱面积为：；5-2煤层庙宇压覆残留煤柱储量为：×××58%=×58%=万吨；5-2煤层残留煤柱储量为：×××58%=×58%=万吨。

考虑98%的露天回收率，实际可回收煤量为：×98%=万吨。

可回收的资源量大。

5-2煤层厚度等值线见图1-1-1。

图1-1-1 5-2煤层厚度等值线图
2、覆盖层厚度
本区地貌单元属黄土丘陵沟壑区，区内大部分被第四系风积沙、冲积层，黄土所覆盖。

治理区总体地形为南部高北部低，最高处位于煤矿的南部（标高1227m），最低处位于煤矿东北部边缘的灰昌沟沟口与西沟交汇处（标高1015m），相对高差212m。

5-2煤层位于延安组第一段的上部，埋深在0m到100m。

5-2煤层上覆岩土等
厚线图见图1-1-2。

图1-1-2 5-2煤层上覆岩土等厚线图
3、剥采比
新圪崂治理区总剥挖量万m3。

其中，5-2煤松散层剥挖量万m3，岩石剥挖量万m3，残煤回收量万m3，煤岩比例为%，平均剥采比为19.06m3/t，境界剥采比为18.65m3/t。

剥采比等值线见图1-1-3；剥挖量剥挖量计算结果图见图1-1-4；具体剥挖参数见表1-1-1。

图1-1-3 5-2煤剥采比等值线
表1-1-1 治理区剥挖参数表
4、初始剥挖条件及剥离境界
治理区范围内地势西北高东南低，分布2条NW-SE向沟道，其中东南部沟谷可作为初始开挖位置。

剥挖由东南部地势低处向西、向北推进，直到剥挖最终边界。

剥离物初期全部运往东南部的外排土场，后期全部内排。

5、具备外排条件
在治理区东北部，该区域发育较长沟谷灰昌沟，地势低洼，是初始临时外排的良好外排弃场地。

6、水文地质条件
本区主要含水层有第四系全新统风积沙层含水层、第四系全新统冲积层含
水层、侏罗系中统延安组上部风化岩段含水层、延安组第二段砂岩裂隙潜水含水层。

上述含水层均为富水性弱。

其中，延安组第二段砂岩裂隙潜水含水层为5-2煤层的直接充水含水层，其涌水量～0.454 L/S，单位涌水量～0.0236 L/S·m。

7、工程地质条件
治理区位于陕北侏罗纪煤田位于鄂尔多斯台向斜东翼—陕北斜坡上。

据区域资料，基底中主要存在吴堡—靖边EW向、保德—吴旗NE向、榆林西—神木西NE向构造带。

榆神矿区位于陕北侏罗纪煤田东部，地层总体为NWW向缓倾斜、倾角不足1°的单斜构造。

第二节治理流程
治理实施工序：
清表——腐殖土收集——注水降温——上覆土岩层的剥挖——排渣——火烧区残煤的回收及运输——开挖坑底部边界煤层露头黄土封堵、覆盖——开挖坑回填、整平——黄土覆盖（以备绿化复垦）——绿化。

第二章治理范围
第一节批复范围
一、煤矿概况
神木县西沟乡新屹崂煤矿位于陕北侏罗纪煤田榆（北）神（西）大保当普查区东北部，矿区南与鑫轮煤矿相邻，西为大砭窖井田，东、北邻为无矿权设置区及火烧区。

本矿井田范围与相邻矿井的开采无压茬关系。

矿权设置见图2-1-1。

根据采矿许可证（证号：C3），新疙崂煤矿开采深度：由1080m至1115m标高，共有9个拐点圈定，南北宽2.32km，东西长2.67km，面积约4.2491km2。

开采5-2、5-3煤层，拐点坐标见表2-1-1。

图2-1-1 新圪崂煤矿矿权设置示意图
表2-1-1 新圪崂煤矿井田范围拐点坐标（西安80坐标系）
第二节治理范围
依据批复的治理范围，深度为5-2煤层底板的批准境界，整体边坡角度45°左右，剥挖境界见图2-2-1，确定的剥挖地表境界面积0.20km2，深度境界面积0.11km2，剥挖地表境界拐点坐标见表2-2-1，剥挖深部境界拐点坐标见表2-2-1。

图2-2-1 治理区剥挖境界
表2-2-1 剥挖地表境界拐点坐标表
表2-2-2 剥挖深部境界拐点坐标表
第三章治理工艺及设备
第一节剥挖工艺
一、工艺选择原则及考虑因素
①考虑地形特点，气候条件、治理区煤层埋藏条件及煤岩性质；
②设备类型、规格及能力；
③优先选择先进设备；
④考虑社会力量；
⑤技术先进、性能可靠；
⑥设备规格匹配合理；
⑦考虑境界几何形状。

二、选择结果
考虑开挖工程主要采用自购设备，也可设备租赁或剥挖外包机制，充分利用社会力量进行剥挖的前提下，单斗--卡车工艺更显其优越性，所以本治理工程选用单斗--卡车工艺作为该剥挖工程的工艺，设计暂按外包设备考虑。

第二节设备选型
一、概况
依据其它自燃隐患区和火区的治理经验，结合本治理区的具体条件，设计将采用小型挖掘机、前装机和自卸卡车，配合推土机这种常用的方法进行治理。

经过实地调研，1.6m3～3.0m3液压铲属常用设备，广泛应用于公路、建筑、小型采矿业等领域，设备性能可靠，技术成熟，便于选采，从社会上即可组织配件。

开挖工程主要采用自购设备，也可设备租赁或剥挖外包机制，设计暂按外包设备计算，施工设备选型主要考虑社会上常用的机械。

本治理区地层抗压强度变化较大，岩层各向异性系数较大，岩性较为复杂。

除上部剥离的松散层比较松软，用液压挖掘机可直接彩妆，可回收残煤。

残煤和大部分演示比较坚硬，须进行穿孔爆破。

1、主要设备用途如下：
钻机：用于岩石及残煤的钻孔。

液压挖掘机：用于挖掘残煤之上的松散层和基岩。

前装机：用于回采残煤、液压挖掘机辅助工作。

自卸卡车：用于倒运液压挖掘机、前装机不能就近会谈处理的岩石、松散层和残煤。

2、其他治理设备及用途
杂作业车：用于炸药、雷管、等爆破材料的运输及其他运输。

履带推土机：用于覆土造田、液压挖掘机工作面清理、运输道路修筑、维护等。

洒水车用于治理工作面、运输道路洒水降尘，用黄泥封堵煤层暴露面供水。

加油车：为采空区治理的各种设备提供油料。

小型自卸卡车：运输零星无聊、筑路材料等。

生产指挥车：为采空区治理管理人员生产指挥使用。

二、设备选型
经过实地调研，当地外包队伍采掘设备主要以 1.6m3～3.0m3液压铲为主，运输设备以15t～32t自卸汽车为主。

考虑到年剥离量较大，外排运距较远，如选用小型设备，会导致设备数量众多，正常采掘、运输作业无法进行。

如自购较大型设备，又由于本项目地形条件复杂，工作线长度不稳定而导致大型设备无法发挥效率，因此本次方案选用一下设备型号：
1、挖掘机
根据所选定的单斗——卡车间断式工艺，可提供选择的设备主要有电铲、液压挖掘机、电动液压挖掘机、转载机、铲运机等，按勺斗形式可分为正铲和反铲两种。

按照社会化、通用性考虑，挖掘机选择3.0m3液压铲作为该项目主要采掘设备，作业参数见表3-2-1。

2、自卸卡车
根据生产情况，确定选用35t自卸汽车作为该项目主要运输设备。

35t自卸卡车参数见表3-2-2。

表3-2-1 液压挖掘机主要技术参数
表3-2-2 自卸卡车规格表
第三节设备数量一、设备效率
液压挖掘机生产能力计算见表3-3-1。

35t自卸卡车生产能力计算见表3-3-2。

二、设备数量
主要施工设备数量见表3-3-3。

表3-3-1 3m3液压铲生产能力计算表
表3-3-2 35t自卸卡车能力计算表
表3-3-3 主要设备数量
第四章治理程序
第一节拉沟位置
治理区范围内地势西北高东南低，分布1条NW-SE向沟道，可作为初始开挖位置。

拉沟位置见图4-1-1。

图4-1-1 剥挖区拉沟位置图
第二节开采程序
剥挖由东南部地势低处向西北推进，直到剥挖最终边界，再进行西北侧的
开挖。

第五章剥挖方式
第一节残煤回收方法
根据确定的剥挖工艺及运输方式，煤层须先穿孔爆破，采装由液压挖掘机完成，并辅以前装机采装。

残煤由液压挖掘机及前装机在工作面装入自卸汽车，由自卸汽车运往地面。

为了彻底治理采空区残留煤自燃造成的污染，设计确定以推土机进行底板清理、尽可能多的回收煤炭资源。

各煤层台阶采用煤层自然厚度分层。

煤层的回采方法为残煤均有液压挖掘机装自卸车，煤由自卸卡车装载经工作面移动坑线及地面运煤干线运往地面，采掘台阶均实行跟踪式开挖。

第二节残煤采煤方法
为了节省运煤设备投资以及减少储煤场占地，减少储煤对于露天坑附近环境的污染，设计采用25t自卸卡车从露天坑采煤工作面直接运出。

在生产中应该严格按照《煤矿安全规程》和《煤炭工业露天设计规范》的要求，对于进入露天采坑进行煤炭运输的车辆统一采用20t矿山型卡车，并且必须满足安全要求，同时对于卡车司机进行安全培训，并且进行持证上岗。

采煤设备选择柴油驱动的液压挖掘机并配备一定数量的前装机进行采装。

煤层采用顶板露煤单独分层，挖掘机一次采全高开采方式进行开采，当遇到煤层中的夹层岩石时，采用前装机将较大矸石倒入采空的方式进行选采。

采煤采用液压挖掘机配25t自卸汽车运至出。

第三节开采参数
治理区露天治理采用水平划分台阶的方式。

上覆第四系松散层厚度不等，根据其厚度划分为2个台阶，基岩划分3台阶，煤层划分为一个独立台阶，其开采参数可参考表5-3-1。

表5-3-1 煤矿治理区剥挖参数
1、台阶高度
根据剥挖物和煤的物理力学性质与其埋藏条件，依照采掘设备规格，设计确定标准台阶高度为10m，设计考虑挖掘和运输的需要，根据其厚度划分为6
个台阶。

煤层按其自燃厚度划分一个台阶。

2、采掘带宽度
综合考虑作业设备的规格、采装作业条件等因素，确定剥挖、采煤采掘带宽度均为15m。

3、最小工作平盘宽度
平盘宽度的选取主要考虑以下因素：采掘带宽度，爆堆伸出宽度，运输通道宽度，运输通道离下一台阶坡顶线的安全距离等。

最小工作平盘要素示意图见图5-3-1。

各参数见表5-3-2。

图5-3-1 最小工作平盘要素示意图
4、工作台阶坡面角
工作帮松散层新生界黄土台阶坡面角确定为40~45°，岩石台阶坡面角确定为65~70°，煤台阶坡面角确定为70°。

5、帮坡角
①工作帮坡角
根据上述开采参数以及煤层赋存条件，正常生产时，剥挖治理区的工作帮坡角约10°左右。

②端帮帮坡角
正常端帮帮坡角均为35°左右。

表5-3-2 工作平盘要素表
第四节工作面作业方式
1.剥离台阶作业方式
根据推荐的开采工艺，治理剥挖主要采用自营为主，自营设备一般采用小型挖掘机挖掘，采用端工作面平装车或上装车，用自卸卡车运输，台阶水平分层。

设计推荐的挖掘机型号为3m3液压铲，自卸卡车吨位为35t。

当采用平装车时为了提高单斗挖掘机利用效率，其装车方式一般均采用双面装车，只有在工作面工作平盘宽度较小时采用单面装车。

上部松散层以及风化岩由液压铲直接采挖，煤层顶板岩石、煤层整台阶穿爆；自卸汽车运输，推土机完成平整、清扫工作面和运输通道等辅助作业。

剥离运输通路采用工作帮移动坑线。

自卸汽车自剥离工作面经工作平盘运输通道、工作帮移动坑线，升坑到地面矿山公路去外排土场排弃。

实现内排后通过端帮台阶至内排土场。

2.残煤采煤方法
为了节省运煤设备投资以及减少储煤场占地，减少储煤对露天矿附近环境的污染，提高经济效益，设计采用20t级自卸车从露天坑采煤工作面直接运出。

在生产中应该严格按照《煤矿安全规程》和《煤炭工业露天设计规范》的要求，对于进入露天采坑进行煤炭运输的车辆统一采用20t级矿山型卡车，并且必须满足安全要求，同时对于卡车司机进行安全培训，并且进行持证上岗。

采煤设备选择柴油驱动的液压挖掘机并配备一定数量的前装机进行采装。

煤层采用顶板露煤单独分层，挖掘机一次采全高开采方式进行开采，当遇到煤层中的夹层岩石时，采用前装机将较大矸石倒入采空的方式进行选采。

第六章爆破工程
第一节穿孔方式，穿孔机类型
本治理区剥离屋多为层状碎屑岩，抗压强度变化大，岩层各向异性系数较大，岩性较为复杂，且力学强度较低。

为提高治理工程的铲装的工作效率，对所有未风化得岩石和煤层进行爆破。

依据选定的工艺设备，设计决定采用深孔爆破方法，进行煤、岩石松动处理。

选用150mm孔径的浅孔型钻机作为本工程的钻孔设备。

第二节爆破方法
岩石、残煤设计确定采用多排、深孔微差松动的爆破方法。

主炸药选用铵油炸药，起爆采用起爆弹起爆，采用汽车运药，人工装药，小型液压铲充填炮孔。

穿孔机在有老空的工作面钻孔时，必须制定安全措施，并在专业人员的指挥下进行。

在煤及半煤岩等温度异常的自然发火区进行爆破作业时，必须测试孔内温度。

在明火的炮孔或孔内温度在80℃以上的高温炮孔必须采取灭火，降温措施。

高温孔经降温处理合格后，应迅速装药起爆。

高温孔应采用热感度低的炸药，或将炸药雷管作隔热包装。

第三节爆破参数的确定
岩石、残煤爆破设计参数见表6-3-1。

表6-3-1 爆破参数表
第四节二次破碎1、确定最大允许块度及工艺要求
依据装载设备的不同，3.0m3前装机允许最大块度1.1m。

2、不合格大块发生及二次破碎方法
本露天矿作业场所较小，设计针对不合格大块，采用液压碎石机进行二次破碎的方式。

第五节起爆方式
岩石与煤台阶起爆方法及爆破顺序与煤台阶的起爆方法及起爆顺序相同。

1）本设计采用非电力毫秒微差的起爆方法。

2）起爆顺序：
起爆装置——导爆管——间隔器——瞬发雷管——起爆弹——主炸药。

第六节爆破材料消耗量
治理期间，各年度爆破材料消耗估算见表6-6-1。

表6-6-1 年度爆破材料消耗量
第七章运输系统
第一节运输方式
本治理区工程全部采用公路运输，通过矿山公路与外部公路完成回采残煤与剥离物的运输。

本治理工程运输分为三个部分：
1、剥离物运输
在初期治理区内的土、岩采用自卸汽车由水平工作线经移动坑线，通过矿山道路运往临时外排土场，内排条件形成后，个水平土、岩经各自运输平台及端帮运输平台运至内排土场相应水平排弃。

2、回采残煤运输
治理区的回采残煤经坑内采煤工作面装入运煤车辆，经坑内移动坑线，地面运煤公路，直接外运。

3、治理工程杂作业车、材料及人员等运输均由矿山道路及采坑移动线运至各个工作面。

第二节运输系统
第八章剥离物存放
第一节排弃方式
根据剥挖区及其周围的地质地形条件，开拓方式，近距离排土以及环保的要求选择外排土场地。

因露天剥挖量大，本次治理方案未选用临时排土场。

初期将表土集中堆放在的排土场一处，以供后期土地复垦时使用。

有火的残煤和高温岩土必须洒水降温后排弃，残煤必须用黄土覆盖，以防自燃。

受剥挖深度及剥挖最终坡比的限制，本矿区剥挖初期的全部剥离物除表土外全部排至外排土场，待剥挖区工作面宽度达80m后，开始内排，内排高度52m，最终采坑标高回填至1155m标高，余下剥挖土石方堆放至矿区排土场。

见图5-4-1、图5-4-2。

第二节排土工艺
1、外排土工艺
①采用台阶式堆放，每个台阶高度5m，外边坡坡比1:，中部设3m宽平台一处。

②排土堆填顺序为，先排放岩石，后排放风沙土，最后将粘土层覆盖其上。

排土过程中要分层摊平压实。

③粘土集中堆放工艺：为将粘土层做为外排土场的终场覆土之用，须先在远离采掘作业带平坦处做集中堆放处理，待外排土场渣石和风沙土填埋结束后，运至治理区平摊覆土。

2、内排土工艺
①台阶高度：考虑环保及排土安全，排土为三个台阶。

一个为粘土及沙土排土台阶，高度为5m，稳定角度为30°。

另两个为岩石台阶，台阶高度为10m，稳定角度为50°。

②台阶宽度：初始排土时，台阶宽度为20m，随着工作面的推进，排弃物增加，台阶宽度也逐渐扩大，投产时可达到40m。

排土台阶不受空间限制，随着下部台阶的推进，上部台阶进一步扩展。

③排土工作线长度：推土机排土，同时考虑3台车同时作业，确定排土线长度为100m；排土线采用直线式。

④回填顺序设计：排土堆填顺序为，先排放岩石，后排放风沙土，最后将粘土层覆盖其上。

排土过程中要分层摊平压实。

为保证灭火场剥离的有序回填，本方案对回填和倒堆顺序设计如下：
建设前期，先将区域内的沙土、岩石全部剥离，运往外排土场作集中堆放。

建设期，先将煤台阶剥采，再将向北开拓的剥离物按照岩石在下、沙土在上的顺序在治理区南部的排土场回填处置。

剥采完毕后，会在最后一个工作区形成一个大坑，需对外排土场的土方采取回运的方式，回填至最后的坑道中，同时，根据地形资料，治理区北高南低，设计将该区高地势沙丘剥离后，集中堆放，最后一并填充至最后的坑道中，基本实现土石方的平衡调动利用。

第三节回填
内排土场内排的过程即为回填的过程，汽车沿端帮到非工作帮排弃，两个非工作帮台阶并为一个排土台阶，排弃顺序为由下至上。

剥挖结束后利用临近的土岩将剥挖坑填平。

回填注意事项：
①残煤需要彻底清除。

②黄土覆盖煤层露头黄土覆盖5～6m，并留设监测管。

③坑底覆土时，可采用车辆在煤层台阶上方向下倾泻，或在煤层露头处堆弃的方法，再用挖掘机铲斗捣实。

排土参数见表8-3-1。

表8-3-1 排土参数表。