张国桥;周朋朋;张立欣
【摘 要】介绍了我国煤矸石回填采空区的利用现状,论述了水力充填、风力充填工艺流程以及所用煤矸石的条件和采空区的位置、形态、上覆岩层性质等问题,对煤矸石回填技术提出了几点建议. 【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》
【年(卷),期】2009(000)004
【总页数】3页(P45-47)
【关键词】煤矸石;采空区;回填;建议
【作 者】张国桥;周朋朋;张立欣
【作者单位】神华乌海煤焦化有限公司,内蒙古,乌海,016013;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083
【正文语种】中 文
【中图分类】X53
据调查统计，50多年来我国因采矿沉陷的土地面积达950万亩，每开采万吨煤的沉陷面积达4～5亩。其中辽宁形成7个采煤沉陷区，总面积370km2，涉及沈阳、抚顺、本溪、阜新、灯塔、调兵山、北票、南票等8个城区。吉林因采煤沉陷区总面积157.47km2，涉及辽源、珲春(含蛟河)、九台(含舒兰)、白山(含通化)等4个矿区。黑龙江因采煤沉陷总面积384.67km2，涉及鸡西、双鸭山、鹤岗、七台河等4个矿区。山西9大国有重点煤矿形成采煤沉陷区1000多km2，受损居民17余万户，受损医院71所，受损学校312所，涉及近60万人[1]。目前，开采沉陷的防治措施主要有以下两点。 紫花针茅(1)开采沉陷控制。通过选择合理的采矿技术和充填工艺，合理布置开采工作面，采取井下充填法、层带空间充填法等措施， 以减轻地表下沉。
(2)开采沉陷区的恢复和整治，运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术，对开采沉陷破坏区进行整治和利用[2-3]。
软件发布
1 我国煤矸石回填现状及工艺
多年来的高强度开采，我国已累计排放煤矸石46～50亿t，形成煤矸石山2800余座，积存煤矸石36亿t，占地6.5万ha，另外，露天矿挖损土地1125万亩，总计占全国耕地保有面积的6.79%[4]。由此可以看出，一方面煤矸石大量堆存，另一方面随着煤炭开采不断增加，形成的采空区甚至塌陷区也在不断扩大。把煤矸石回填采空区，不仅可以保护耕地，而且可以最大限度的利用矿业固体废弃物，保持矿业生产持续稳定发展。
煤矸石回填技术包括采空区回填、低洼地充填、煤矿塌陷区复垦、路基充填等[5]。据统计，回填用煤矸石约占其总利用量的70%[6]。例如，新汶矿业集团实施煤矸石回填工程，仅1a时间就回填矸石15万m3，回填面积达1.9万m2，有效改善了矿区环境[7]。京西采煤区老窑采空区有近5km2经常发生塌陷和沉降灾害，为此，矿区开展了利用煤矸石充填塌陷区的试验，结果表明煤矸石回填塌陷区所需费用比直接排矸石费用还要低，回填后的土地已经复垦植树，并且建设了住宅楼和电厂等重型建筑[8]。晋城煤业集团实行煤矸石回填采空区，5a内共回填煤矸石、炉渣等固体废弃物1.2Mt，覆土造田7ha以上。而且，煤矸石中的氮、磷、钾等还为作物生长提供了很好的营养成分，回填使煤矸石与空气隔离，避免了煤
矸石自燃，经济效益和社会效益显著[9]。至2001年，张双楼煤矿因采煤塌陷面积达336ha，给工农业生产、生态环境和社会造成了严重影响，该矿利用煤矸石回填塌陷区作为新村用地，使用煤矸石112万t，按每万吨煤矸石平均占地400m2计算，可节约用地4.5ha[10]。皖北煤电公司在2001-2005年间，每年采煤沉陷土地面积306ha、积水面积91.5ha，利用煤矸石回填，不仅消耗了大量煤矸石，而且极大地改善了矿区生态环境，避免了二次污染[11]。由此可见，煤矸石回填采空区，不仅利用量大、利用面广、不易产生二次污染，而且显著改善了生态环境，因此，具有很好的应用前景。
煤矸石回填方式主要有如下几种：
(1)全部充填开采。即在煤炭采出后顶板尚未冒落前，用固体材料对采空区进行密实充填，使顶板岩层不产生或仅产生少量下沉，以减少地表下沉和变形，达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中多采用水沙充填，其次是风力充填和矸石自溜充填等。但是，该法需要专门的充填设备以及配套设施，使得初期的投资相对较大、吨煤成本相应提高。
(2)覆岩离层带充填。根据采空区上方覆岩移动会形成三带的岩移特性，在煤炭采出后一定时间内，通过钻孔高压注浆方式，充填和加固离层带，将采动的砌体梁结构加固为稳定的增量式光电编码器
连续梁结构，使离层带下沉空间不再向地表推进，减少或减缓地表下沉，保护地面建、构筑物或农田。但是，该技术的难度较大。
(3)采—注—采三步法开采。充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用，应用荷载置换原理，进行小条带开采—注浆充填固结采空区—剩余条带开采的三步法开采工艺，有效控制岩层移动和地表沉陷，解决大面积开采造成的地表沉陷，提高煤炭回采率，保护地面建、构筑物。但是，该法也存在着工艺复杂，成本较高等问题。
gps信号转发器2 煤矸石填充方法及相关问题
2.1 煤矸石回填采空区常用的填充方法
煤矸石回填采空区的填充方法主要有水力充填、风力充填和机械充填等方式，由于机械填充的充填能力较低、质量较差，因此通常采用水力和风力填充。
水力充填是最常用的方法之一，其工艺流程见图1。一般是将破碎到约12mm的煤矸石、砂、碎石、炉渣或其他固体废弃物混合后，加入一定量的水搅拌成泥浆，然后用泵送到井下充填，填料干燥后，即可均匀紧密的留在矿井内充填采空区，以支撑围岩、防止或减少光触媒仿真花
围岩跨落或变形[12]为目的，排出的水则由泵抽出，循环使用。水力填充可以阻止空气和水进入填充层，因此煤矸石发生自燃的可能性就会减少，对周围造成污染的机率会大大降低[10-12]。
图1 水力充填采空区流程图
应当注意的是，当填充用煤矸石主要为砂岩和石灰岩时，需要向填充材料里加入适量粘土、粉煤灰等粘结材料，以增强填充料的粘结性和惰性。当煤矸石主要为泥岩和碳质岩类时，需要添加适量沙子，以增强充填料的骨架结构强度和惰性。
风力回填采用压缩空气将磨至一定粒度的煤矸石粉及粘结材料、惰性材料和骨架材料一起送至采空区中，这些填充材料在采空区内均匀分布、紧密结合，随着注入量增多，就会形成密实的填料体充填整个采空区。风力填充的主要特点是运输简单、适应性强、充填能力强，但对充填料的要求比较严格，而且动力消耗较大、管路磨损快。
2.2 煤矸石回填采空区常见的问题
煤矸石回填采空区，目的是利用矿业固体废弃物，改善矿区环境。但是，在进行煤矸石回
填时，也需要结合煤矸石自身的特点，因地制宜、避免千篇一律，特别需要注意如下一些问题。
2.2.1 对充填材料的要求
煤矸石作充填材料应当满足如下条件。
(1)含水率低、不易泥化。
(2)有机可燃组分含量尽可能低。
(3)透水性良好。
(4)破碎和磨矿性能较好、容易破碎。这是因为填充材料通常需要一定的粒度级配，硬度较高、强度较大的煤矸石，破碎和磨矿过程需要的能耗过高，必然提高填充成本。
(5)毒害性的重金属含量较低。煤矸石充填后，经常要受到地下水的渗透和淋滤，这些组分过高，淋滤后容易引起地下水污染。因此，在回填采空区之前，应该认真分析所用煤矸石的热值、化学成分、所含微量元素等指标。由于充填采空区后煤矸石在地表下，受到雨水
渗透或地下水浸泡后煤矸石中的溶出物会直接作用在周围土壤和所生长的作物上，若对回填煤矸石的成分不严格控制，对可能造成的环境污染缺乏系统评价和风险分析，那么回填所带来的潜在和长远的危害将是巨大的。因此应根据当地煤矸石的化学组分，进行必要的试验研究和科学论证，合理设计充填方案，减少有害元素的迁移。
2.2.2 采空区的特性
并不是所有的采空区都适合用回填方法进行治理。采空区的位置、形态、上覆岩层的性质各异，对其处理的方法也各不相同。目前国内主要采用封闭、崩落、加固和充填等方法进行处理。充填法是采用充填材料对采空区进行处理，使充填体与围岩共同作用，以改变围岩的应力分布状态，达到有效控制地压，并防止地表塌陷的目的。充填法适用于处理地表没有大面积塌陷或上部有建筑物的采空区，其特点是对相邻矿体的开采影响较小，可以保证回采过程中矿石的损失和贫化较小[11]。
3 结论和建议
利用煤矸石回填采空区，可以大量使用煤矸石，从而减少因矸石堆放而占用土地以及因其
自燃和扬尘等造成的空气污染；当然也可以抑制因矸石淋滤对水体造成的污染和破坏。同时，矸石回填可以避免采空区上覆岩层的变形和产生裂缝，以及由此所引起的生态破坏和土地退化，具有很大的经济效益和社会效益。但是，煤矸石回填采空区是一个系统工程，涉及多个学科和专业，十分有必要开展煤矸石回填工程学和环境影响评价分析与研究。
