随着煤矿开采的不断发展，开采面积不断扩大，使得一些地区出现了地面塌陷的问题，还出现了生态环境的污染问题。本文主要探讨煤窑对环境的危害及措施。
《煤矿开采》煤矿技术期刊，创刊于1991年，是国家煤矿安全监察局主管，由煤炭科学研究总院主办，向国内外公开发行的采矿专业综合性技术期刊，是煤炭行业新技术、新产品发布的主要媒体之一。栏目设置：综述、应用基础、开采与设计、特殊采煤与矿区环境治理、巷道工程、开采装备、矿压与灾害控制、技术经济管理。
1引发地面裂缝、地面塌陷
当地下煤层开采形成采空区后,采空区顶板岩层在自身重力及上覆岩层压力的作用下,产生变形、移动。当顶板岩层内部产生的拉张应力超过该岩层的抗拉强度时,直接顶板首先断裂和破碎,并相继垮塌、冒落、侧帮压垮、片帮。接着上覆岩层开始变形移动,进而发生断裂离层。
随着采煤工作面向前推进,受采动影响的范围也不断扩大,形成较采空区大得多的变形区。表现形式主要有地表裂缝、地面塌陷。地表塌陷主要表现在建筑物变形破坏,造成村民受灾,房屋开裂成为危房,无法居住。采空区的地表塌陷,对地面上的房屋、道路、水利设施、农田、林地等设施造成巨大的破坏,严重影响当地居民的生产生活。
2破坏当地生态环境
由于采空区造成的地表塌陷,引发上部水源枯竭,水土流失严重,土壤保湿能力受到破坏,原有上部植被大量枯死。另外,采空区内存在着大量的有毒有害气体,当地表塌陷后,这些有毒有害气体通过塌陷缝隙外泄到地表,造成严重的环境污染。土体、水体、大气的污染,使得矿区生态环境不断下降,大量土地被荒废,当地居民赖以生存的土地无法进行耕种,大量居民外迁,矿区经济得不到有效可持续的发展。
3露天回采小煤窑的必要性及所面临的问题
3.1小煤窑残煤回采的必要性
1)消除采空区的地表裂缝、塌陷和残煤自燃的安全隐患。原有井工小煤窑开采后形成的采空区,通过露天开采方式进行剥离,采出残煤,再进行回填覆土,土地复垦,可从根本上消除地表塌陷、残煤自燃的安全隐患。
2)减少煤炭资源的浪费。小煤窑通过房柱式开采,资源回采率仅为20%~40%,造成资源的极大浪费,通过对边角煤炭资源及采空区残留煤炭的回收,可减少煤炭资源的浪费。
3)保障下组煤炭开采的安全。对于同一区域含有多个可采煤层的矿井,通过采空区的塌陷治理,可为下阶段底部煤层的开采,消除不安全隐患,确保资源的有序开采。
4)带动区域经济发展。通过回收采空区残留煤及边角煤,创造一定的经济效益,给煤炭企业、当地居民带来一定的经济收入,促进地方的经济增长,同时可吸收大量社会劳动力,解决地方居民的就业问题。
5)保护环境、恢复生态系统的可持续发展。对火灾隐患区的治理,能够从根本上杜绝煤炭自燃的发生,消除有毒有害气体外泄对环境的污染;通过土地复垦,恢复植被,可减少当地的水土流失,改善当地生态环境,达到生态治理的目的。
3.2小煤窑露天回采所面临的问题
1)图纸、技术资料缺乏。由于小煤窑多为民营煤矿,盲目开采,图纸技术资料不全,或图纸与实际巷道存在较大的误差;另外现有小煤窑多已关闭废弃多年,相关技术人员多已无法找寻,煤矿资料丢失严重,难以掌握小煤窑详细情况,使露天回采时开采情况不明,生产存在许多不确定、不安全因素。
2)采空区勘探难度大。采空区资料不全,勘探范围较大,地质钻探成本较高,耗时长,短期内无法准确的完成采空区勘探任务。实际生产中常采用以物探为主,以地质钻探为辅并作验证。用露天矿已有的钻机边钻孔边探测,直接影响到露天矿正常的生产作业[1]。
3)采空区顶板垮塌陷落危及设备及人员安全。在采空区上部台阶,露天矿的大型钻机、电铲、运输车辆、辅助车辆及现场现场作业人员,经常在上面作业、行走,如采空区顶板突然垮塌,可能会造成设备损坏及人员伤亡。
4)影响露天矿爆破作业安全。采空区煤层多有自燃现象,存在许多高温孔,爆破作业中,采空区煤层自燃所产生的高温可能引起已装药充填的炮孔发生早爆,造成现场作业设备损坏及人员伤亡[3]。
5)采空区空巷积水。由于缺乏原有的工程技术资料,对空巷的具体位置,积水水量及分布情况难以详细掌握,在生产作业过程可能积水突然涌出,造成淹没工作面或者人员伤亡、设备损坏[2]。
4开采技术措施
4.1确定采空区的范围
为保证露天矿的产量,先进行采空区处理,再进行露天生产是不现实的,必须在露天采矿的同时处理采空区。现在采空区探测以物探为主,以地质钻探为辅并作验证,常用的方法有重力法、直流电法、瞬变电磁法、高密度电法、钻探探测法等。各个露天矿根据实际情况选择探测方法,确定采空区的位置及范围,以便于指导生产[3]。
4.2采空区顶部安全厚度的确定
1)岩石抗压强度与机重的关系。岩石在自然状态下的单轴抗压强度为σ1,露天设备机重为W,设备履带长度为L,履带宽度为B,接地面积(L×B×2)m3,2)采空区顶部岩层的最小厚度的确定。从安全厚度分析:空巷岩层重量+机体重量<该面积内岩石最大承重,计算如下:根据每个矿井岩石特性及设备的重量,可得到相应的采空区顶部岩层的最小厚度,便于指导实际生产[2]。
4.3采空区露天回采技术措施
1)要高度重视采空区的安全问题,在生产中制定切实可行的采空区生产技术措施。成立采空区作业技术小组,实行分岗分工制,责任到人,职责明确,保证各项技术措施的贯彻执行。 2)确定采空区的位置,做到先探测后生产,不留任何死角,坚决排除生产中存在的安全隐患。作业过程中发现塌陷、冒烟、明火等现象,及时汇报,停止作业,组织技术部门进行现场核实,做到不安全不生产。
3)爆破作业时要适当加大炸药单耗,确保采空区岩层完全垮塌。装药前必须仔细检查各炮孔内温度,对于有明火及高温孔(高于60℃),必须经过灭火降温处理,温度降至60℃以下采取措施后方可装药爆破,否则严禁装药。
4)在旧巷及采空区上部进行剥离作业时,采剥、运输及辅助设备不得横垮旧巷及采空区,必须由挖掘机站立在旧巷及采空区暴露端头的一帮进行挖掘,使旧巷及采空区顶板冒落充实后,挖掘机及其它设备方可横垮旧巷和采空区进行作业。
5总结
在煤炭市场价格合理下、煤层赋存条件合适的情况下对采空区遗留的煤炭资源可以考虑采用露天方式进行回采。这样既可以从根本上消除采空区煤炭自燃,减少环境污染,减少资源浪费,恢复当地生态环境,又可以通过回收的资源出售,取得可观的经济效益,带动区域经济的发展,增加地方财政,增加就业,改善当地居民的生活状况。
