摘要：神木市采煤沉陷及火災(zāi)隱患區(qū)面積大，影響范圍廣，屬典型的礦山地質(zhì)災(zāi)害，是生態(tài)文明建設(shè)的重要一環(huán)。本文通過采空區(qū)治理關(guān)鍵技術(shù)分析，以推動老窯采空區(qū)的實現(xiàn)綠色閉坑。

關(guān)鍵詞：老窯采空區(qū)；礦山地質(zhì)災(zāi)害；綠色閉坑[1]

引言

煤炭開采過程中受生產(chǎn)技術(shù)、開采工藝（主要是房柱式）等因素制約，在2005年以前，煤炭生產(chǎn)工藝落后區(qū)域，煤礦全部采用房柱式開采。由于房采工藝回采率很低，在井下遺留了大量的呆滯煤炭資源，造成了資源的極大浪費。老采空區(qū)派生災(zāi)害隱患巨大，如老采空區(qū)大面積懸頂、浮煤自燃發(fā)火引發(fā)井田火災(zāi)、有毒有害氣體泄漏、老空巷積水或山洪灌井、不可預(yù)測預(yù)見及控制的地表突然塌陷等，不僅成為威脅周邊井工煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患，也造成了環(huán)境污染等次生災(zāi)害，惡化了生態(tài)環(huán)境，給居住地人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

目前，神木市已形成采空沉陷面積324km2[2]，老采空區(qū)內(nèi)殘存煤炭資源量約10億t，導(dǎo)致大量耕地、林草地被損毀，有45km2采空區(qū)存在火燒隱患或正在自燃著火，礦山地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境污染呈蔓延趨勢。神木市自2009年啟動采煤沉陷區(qū)及火災(zāi)隱患區(qū)綜合治理項目，取得一定成效，但仍存在大量項目“批而不建，建而不竣”的現(xiàn)象。本文從綠色開采理論出發(fā)分析具體問題，已達到從技術(shù)角度推動采空區(qū)治理項目的實施。

1煤礦綠色開采理論及采空區(qū)治理方法

煤炭資源綠色開采的內(nèi)涵主要表現(xiàn)在，改革開采技術(shù)，減輕對地表的擾動和水土的破壞，減少廢棄物排放，礦山廢棄物的資源化利用，最終實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟。采空區(qū)治理即采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，消除采空區(qū)安全隱患，在回收資源的同時重建生態(tài)，最終達到人與礦山開采和諧相處的目的。

采空區(qū)治理方案中，常用的方法有封閉、崩落、加固和充填四種類型，針對不同的采空區(qū)條件，選用一種或多種方法共同治理以達到治理目的。伴隨著露天開采技術(shù)及設(shè)備的進步，現(xiàn)階段通過露天剝挖方式進行采空區(qū)治理的方式已經(jīng)逐漸發(fā)展起來。通過露天剝挖的方式，一方面可以回收采空區(qū)殘存的煤炭資源，獲得良好的經(jīng)濟效益，另一方面可以從根本上消除采空區(qū)誘發(fā)新的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害，通過內(nèi)、外排土場復(fù)墾造地，還耕于民，達到良好的社會效益。

2露天剝挖治理思路

針對遺留的采空區(qū)，采用成熟的露天開采技術(shù)，利用采出殘煤的價值抵消治理費用，消除火源，剝挖回填，進行山、水、田、林、路統(tǒng)一規(guī)劃，實施生態(tài)恢復(fù)和復(fù)墾造田。露天剝挖方式治理采空區(qū)的主要步驟為：采空區(qū)火區(qū)探測—安全作業(yè)厚度判斷—表土回收—上覆巖層剝離（安全作業(yè)厚度以上）—滅火降溫—爆破充填—快速采裝—殘煤回收—煤層封堵—回填碾壓—黃土、表土覆蓋—綠化復(fù)墾。采用邊剝挖邊恢復(fù)，實現(xiàn)治理工程與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)。

3工程治理關(guān)鍵技術(shù)

3.1經(jīng)濟剝采比

綜合治理項目不以盈利為目的，但經(jīng)濟效益仍是衡量建設(shè)項目能否有效運作的標(biāo)準(zhǔn)之一?；铍u兔溝相鄰4個綜合治理項目，由于剝采比過高，項目實施過半時因成本超出企業(yè)預(yù)算，項目中止。同時，由于現(xiàn)場措施不到位，誘發(fā)大面積火災(zāi)。

由于綜合治理以殘煤價值抵消治理費用，故引入經(jīng)濟剝采比概念，同時將生態(tài)恢復(fù)、滅火降溫等工程費用折算至噸煤成本之中。評估項目可行性時，以平均剝采比略小于經(jīng)濟剝采比，達到盈虧平衡。

3.2滅火降溫技術(shù)

剝挖治理本身就是徹底治理火區(qū)的一種方案，但是剝挖過程中的高溫爆破是項目實施的難點。按照《爆破安全規(guī)程》，在進行爆破作業(yè)時，高溫炮孔80℃以下稱為低溫孔，可進行一般爆破作業(yè)。所以針對性的選擇快速、經(jīng)濟的滅火降溫技術(shù)，使爆破孔控制低溫孔以下即達到目的。采空區(qū)火區(qū)可分為高溫火區(qū)及次生火區(qū)。

3.2.1 高溫火區(qū)

高溫火區(qū)為采空區(qū)已經(jīng)發(fā)火，濃煙通過裂隙冒出。該類火區(qū)一般采用黃土碾壓封閉裂隙，窒息滅火。剝挖工程先從滿足低溫孔條件處開始實施，采用超前剝離，為快速通過火區(qū)創(chuàng)造條件。隨降深增加，接近火區(qū)時采用鉆孔注水、注漿、液氮、注三相泡沫滅火（由氣（氮氣或空氣）、固（粉煤灰或黃泥等）、液（水）三相經(jīng)發(fā)泡后而形成，具有降溫、阻化、惰化、抑爆等綜合性防滅火性能），以縮短滅火至挖出殘煤的時間。

3.2.2次生火區(qū)

次生火區(qū)具有隱蔽性而易被忽視，發(fā)火源于采空區(qū)浮煤自燃，是伴隨剝挖中頂板垮塌或揭露原井工小煤窯采空區(qū)，漏風(fēng)加大，充分供氧，致使采空區(qū)內(nèi)處于陰燃狀態(tài)的煤體發(fā)生復(fù)燃，自燃火勢沿巷道迅速擴散。次生火區(qū)為埋藏較淺的火區(qū)，一般施工鉆孔即可達到火源點?？梢越梃b安家?guī)X露天煤礦成熟的滅火工藝，即以三相泡沫為主，注水、注漿為輔綜合滅火工藝，通過生產(chǎn)鉆孔注入。充分發(fā)揮三項泡沫降溫速度快、流動性強、易堆積點，對高中低位火點實現(xiàn)快速滅火。

3.3煤層封閉工藝

活雞兔溝部分治理項目實施過程中，內(nèi)排時未對端幫采空區(qū)煤層有效的處理，導(dǎo)致火區(qū)的擴大，故煤層封堵工藝為治理結(jié)束后不引發(fā)次生災(zāi)害的關(guān)鍵一環(huán)。煤層封堵工藝具體作業(yè)為：對于揭露舊巷道，設(shè)置封閉墻兩道，間距20m，采用磚混結(jié)構(gòu)，墻厚不小于500mm，墻面采用噴漿封閉，隔絕氧氣；然后將封閉墻及煤柱采用密實粘土或者黃土覆蓋，高度自煤層底板至煤層頂板6.0m，按30cm分層重型壓實，壓實度達到85%以上。如圖1所示。

3.4排土造地工藝

排土造地須兼顧邊坡穩(wěn)定、減輕非均勻沉降、有害物質(zhì)對土地的影響、及利于植被生長等。具體作業(yè)如下：

a、將大塊、堅硬的巖石排放在底部，可以保證排土場的穩(wěn)定性；采取巖土混排逐層壓實，注意對土壤粗細粒徑的合理搭配，使細顆粒的黃土充填到巖塊的縫隙中，增加單位空間的巖土容量，減輕非均勻沉降。

b、利用黃土對火煤、煤矸石進行包埋在采坑中部，以減少酸性元素對土地的影響。

c、堆狀地面排土，即大型運輸機械在鋪覆黃土?xí)r，排土后不碾壓，堆成蜂窩狀起伏的土堆，再用小型推土機稍推，而后進行人工平整。優(yōu)點在于：土壤容重<1.4g/cm3，土體疏松且可容納大量水分，為植物提供了良好的根系伸展空間；蜂窩狀連續(xù)起伏的土堆，可控制暴雨時的徑流匯集，根治水土流失；虛土很大程度上可自動填補非均勻沉降產(chǎn)生的裂縫。

4結(jié)論及建議

1）采空區(qū)剝挖治理關(guān)鍵技術(shù)成熟，已經(jīng)過實踐證明，可以實現(xiàn)老窯采空區(qū)綠色閉坑。

2）神木市采煤沉陷區(qū)及火災(zāi)隱患區(qū)綜合治理項目已起到示范作用，可進行煤礦礦山地質(zhì)災(zāi)害治理推廣工作。

3）政府應(yīng)完善審批、審查流程，加強實施前、中、后期監(jiān)管。

參考文獻：

[1]陳忠勝關(guān)于礦區(qū)“綠色閉坑”的幾點探討[J].徐州：能源技術(shù)與管理，2010年，01：142-143.

[2]黃博神木推行采空區(qū)治理回收殘煤千萬噸[N].北京：中國青年報，2014-8-15（5）.

[3]張云祥露天礦采空區(qū)火區(qū)發(fā)展規(guī)律及治理技術(shù)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué).

[4]余明高我國煤礦防滅火技術(shù)的最新發(fā)展及應(yīng)用[J].重慶：礦業(yè)安全與環(huán)保.2000，27（1）：21-23.

[5]張杰高溫炮孔爆破的安全處理探討[J]. 北京：工程爆破.2013，19（1）：101-103.

作者簡介：

商德偉（1984-），男，河南寧陵人，工程師，2008年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)就職于中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，從事露天采礦、運輸設(shè)計工作。