赤泥胶结充填在煤矿中应用可行性分析研究

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1、1绪论1.1选题依据及研究意义我国能源具有富煤、贫油、少气的结构特点，目前由于我国的经济实力和科学技术水平的不断的发展，决定了在长时间内，对煤炭的需求也伴随的经济的发展不断的增加，所以每年需要大量的煤炭，到2009年，我国煤炭的需要量达到了31.5亿吨（国产30.5亿吨，纯进口1亿吨）。然而在煤炭开采过程中，由于大量的煤炭被采出，就会对地表产生塌陷等现象。目前，我国由于煤炭开采已经造成58.5万公顷的地面塌陷，并且每年有4万公顷的沉陷面积增加，进而造成了严重的生态破坏和环境问题[1]，而塌陷地治理复垦成本高，生态恢复十分艰难。据统计，

2、在我国煤炭储量中有超过30%的煤炭埋藏在“三下一上”等不允许产生开采后塌陷现象的区域。可见，我国煤炭开采与利用引发的环境破坏显著增加了地球环境的负效应，所以有效的解决由于采煤而引起的塌陷问题，已经成为煤炭企业急待解决的问题。由于我国煤炭工业的技术政策没有与时代同步，在煤炭开采过程中，人们通常只着重于煤矿开采的经济活动，很少在煤炭开采过程考虑对自然环境的产生的负效应，往往在出现生态破坏和环境污染之后再进行末端治理，很少结合矿产资源开采与生态环境相协调的理念，把煤炭开采的各个工序作为一个系统，从源头解决矿山环境污染问题。几乎所有的矿区都不

3、可避免的面对由于地下的煤炭被运出而产生的沉陷、塌陷等环境问题[1]。尤其是我国大多数矿山生产规模小，数量众多，技术水平差别大，许多矿山的环境保护工作滞后等都会给当地的生态环境和社会生活带来严重的负面效应[2]。如今我国矿床开采所面对的问题，主要体现在以下几个方面：1.1.1资源的浪费目前我国煤矿的采出率比较低，全国平均采出率只有1/3。若地质条件比较好的地区，煤炭的产出率达到了70%～75%，露天矿可以达到80%～90%，井工矿应该大于等于75%，但是实际上现在国有大矿的开采率一般只有40%～45%，地方矿只有30%，小煤窑最低只有1

4、0%～15%。虽然在“十一五”规划中，我国的小煤窑在政府-1-关闭了一部分之后，仍然有2万多个，有些企业只注重眼前的利益，造成了煤炭资源在开采过程中的惊人浪费。因此，我国矿产资源的开采损失十分严重。另外，在煤炭被采出时，其围岩也许是将来被利用的远景资源。但是在现有的科学技术水平下是不能被利用的或者说是认识不到它将来的价值。因而在当代采矿中几乎不考虑在未来的开发利用这些远景资源。因而，在当代采矿活动中很少考虑这些远景资源在将来的开发利用[3]。因此，在开发资源的过程中，远景资源往往受到极大破坏，很难被再次开采，或者即使能开发也增加了很大

5、的技术难度。大量的资源在开采过程中损失浪费严重，因而进一步加剧了人类可利用资源的紧缺程度。1.1地表塌陷采矿企业在向自然界索取资源的时候，同时也留下了大面积的采空区。当采用崩落法采矿时，从覆盖岩石下面采矿，在回采时需要崩落上部矿岩进行填充，会造成地表塌陷。或者采用强制崩落上部围岩充填采空区即强制放顶，从而造成地表塌陷。因为有采空区的存在，使围岩的应力重新分配，在采空区周围形成了应力集中区从而形成地压，当地压超过一定值时就会使采空区顶板、围岩、煤柱发生变形、破坏、移动，最后发生顶板冒落。无沦是强制放顶，还是采空区顶板失稳塌陷，都会使地表

6、遭受塌陷。因此，由于矿山开采而引发的地面塌陷、滑坡、泥石流等地质灾害已经十分显著。据统计，当今采矿引发土地破坏面积已经达到400多万公顷，由采矿而引起的塌陷面积已经达到11.5万公顷，其中由采矿引起的塌陷城市已经有30多个，从而使生态环境遭受到严重的损坏。如图1.1为地下开采对公路和铁路的破坏情况。-2-图1.1地下开采对公路和铁路的破坏Fig.1.1Theundergroundminingdamagetoroadsandrailways1.1排放废料目前，采矿企业其实是在开采资源的同时也排放了固体废料。环境排放固体废料的主要来源于矿

7、业开发活动。据资料显示，澳大利亚每年就排放了约21亿吨的固体废料，其中80%的来自于矿山工业。据报道，我国在开发资源及利用的同时产生的尾砂、废石、煤矸石、粉煤灰和冶炼渣已经是工业固体废料的主要来源，占我国总固体排放量的85%。目前，现有的煤矿堆筑的矸石山就已经有1500多座了，累积堆积量就达30多亿吨，占地5000公顷以上；全国各类尾砂库2800多座，尾砂累计存量25亿吨以上，并且以每年约3亿t的速度递增。可见，目前的采矿模式已经显著的增加环境的负效应，从而不能满足可持续发展的要求。1.2安全隐患矿床开采留下的采空区、排放的矸石山、废

8、石场带来严重的安全隐患。例如采空区产生或诱发矿区地面塌陷、崩塌、滑坡、地震，井下出现矿井突水、项板冒落等地质灾害。矸石山对矿区造成的危害主要有自燃危害、爆炸、崩塌、滑坡、破坏矿区景观、污染环境、大矸石流放事故等灾害。废石