赤泥膠結(jié)充填在煤礦中應(yīng)用可行性分析研究

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1、1緒論1.1選題依據(jù)及研究意義我國能源具有富煤、貧油、少氣的結(jié)構(gòu)特點，目前由于我國的經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的不斷的發(fā)展，決定了在長時間內(nèi)，對煤炭的需求也伴隨的經(jīng)濟的發(fā)展不斷的增加，所以每年需要大量的煤炭，到2009年，我國煤炭的需要量達到了31.5億噸（國產(chǎn)30.5億噸，純進口1億噸）。然而在煤炭開采過程中，由于大量的煤炭被采出，就會對地表產(chǎn)生塌陷等現(xiàn)象。目前，我國由于煤炭開采已經(jīng)造成58.5萬公頃的地面塌陷，并且每年有4萬公頃的沉陷面積增加，進而造成了嚴重的生態(tài)破壞和環(huán)境問題[1]，而塌陷地治理復(fù)墾成本高，生態(tài)恢復(fù)十分艱難。據(jù)統(tǒng)計，

2、在我國煤炭儲量中有超過30%的煤炭埋藏在“三下一上”等不允許產(chǎn)生開采后塌陷現(xiàn)象的區(qū)域。可見，我國煤炭開采與利用引發(fā)的環(huán)境破壞顯著增加了地球環(huán)境的負效應(yīng)，所以有效的解決由于采煤而引起的塌陷問題，已經(jīng)成為煤炭企業(yè)急待解決的問題。由于我國煤炭工業(yè)的技術(shù)政策沒有與時代同步，在煤炭開采過程中，人們通常只著重于煤礦開采的經(jīng)濟活動，很少在煤炭開采過程考慮對自然環(huán)境的產(chǎn)生的負效應(yīng)，往往在出現(xiàn)生態(tài)破壞和環(huán)境污染之后再進行末端治理，很少結(jié)合礦產(chǎn)資源開采與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的理念，把煤炭開采的各個工序作為一個系統(tǒng)，從源頭解決礦山環(huán)境污染問題。幾乎所有的礦區(qū)都不

3、可避免的面對由于地下的煤炭被運出而產(chǎn)生的沉陷、塌陷等環(huán)境問題[1]。尤其是我國大多數(shù)礦山生產(chǎn)規(guī)模小，數(shù)量眾多，技術(shù)水平差別大，許多礦山的環(huán)境保護工作滯后等都會給當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和社會生活帶來嚴重的負面效應(yīng)[2]。如今我國礦床開采所面對的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.1.1資源的浪費目前我國煤礦的采出率比較低，全國平均采出率只有1/3。若地質(zhì)條件比較好的地區(qū)，煤炭的產(chǎn)出率達到了70%～75%，露天礦可以達到80%～90%，井工礦應(yīng)該大于等于75%，但是實際上現(xiàn)在國有大礦的開采率一般只有40%～45%，地方礦只有30%，小煤窯最低只有1

4、0%～15%。雖然在“十一五”規(guī)劃中，我國的小煤窯在政府-1-關(guān)閉了一部分之后，仍然有2萬多個，有些企業(yè)只注重眼前的利益，造成了煤炭資源在開采過程中的驚人浪費。因此，我國礦產(chǎn)資源的開采損失十分嚴重。另外，在煤炭被采出時，其圍巖也許是將來被利用的遠景資源。但是在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)水平下是不能被利用的或者說是認識不到它將來的價值。因而在當代采礦中幾乎不考慮在未來的開發(fā)利用這些遠景資源。因而，在當代采礦活動中很少考慮這些遠景資源在將來的開發(fā)利用[3]。因此，在開發(fā)資源的過程中，遠景資源往往受到極大破壞，很難被再次開采，或者即使能開發(fā)也增加了很大

5、的技術(shù)難度。大量的資源在開采過程中損失浪費嚴重，因而進一步加劇了人類可利用資源的緊缺程度。1.1地表塌陷采礦企業(yè)在向自然界索取資源的時候，同時也留下了大面積的采空區(qū)。當采用崩落法采礦時，從覆蓋巖石下面采礦，在回采時需要崩落上部礦巖進行填充，會造成地表塌陷?；蛘卟捎脧娭票缆渖喜繃鷰r充填采空區(qū)即強制放頂，從而造成地表塌陷。因為有采空區(qū)的存在，使圍巖的應(yīng)力重新分配，在采空區(qū)周圍形成了應(yīng)力集中區(qū)從而形成地壓，當?shù)貕撼^一定值時就會使采空區(qū)頂板、圍巖、煤柱發(fā)生變形、破壞、移動，最后發(fā)生頂板冒落。無淪是強制放頂，還是采空區(qū)頂板失穩(wěn)塌陷，都會使地表

6、遭受塌陷。因此，由于礦山開采而引發(fā)的地面塌陷、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)十分顯著。據(jù)統(tǒng)計，當今采礦引發(fā)土地破壞面積已經(jīng)達到400多萬公頃，由采礦而引起的塌陷面積已經(jīng)達到11.5萬公頃，其中由采礦引起的塌陷城市已經(jīng)有30多個，從而使生態(tài)環(huán)境遭受到嚴重的損壞。如圖1.1為地下開采對公路和鐵路的破壞情況。-2-圖1.1地下開采對公路和鐵路的破壞Fig.1.1Theundergroundminingdamagetoroadsandrailways1.1排放廢料目前，采礦企業(yè)其實是在開采資源的同時也排放了固體廢料。環(huán)境排放固體廢料的主要來源于礦

7、業(yè)開發(fā)活動。據(jù)資料顯示，澳大利亞每年就排放了約21億噸的固體廢料，其中80%的來自于礦山工業(yè)。據(jù)報道，我國在開發(fā)資源及利用的同時產(chǎn)生的尾砂、廢石、煤矸石、粉煤灰和冶煉渣已經(jīng)是工業(yè)固體廢料的主要來源，占我國總固體排放量的85%。目前，現(xiàn)有的煤礦堆筑的矸石山就已經(jīng)有1500多座了，累積堆積量就達30多億噸，占地5000公頃以上；全國各類尾砂庫2800多座，尾砂累計存量25億噸以上，并且以每年約3億t的速度遞增。可見，目前的采礦模式已經(jīng)顯著的增加環(huán)境的負效應(yīng)，從而不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。1.2安全隱患礦床開采留下的采空區(qū)、排放的矸石山、廢

8、石場帶來嚴重的安全隱患。例如采空區(qū)產(chǎn)生或誘發(fā)礦區(qū)地面塌陷、崩塌、滑坡、地震，井下出現(xiàn)礦井突水、項板冒落等地質(zhì)災(zāi)害。矸石山對礦區(qū)造成的危害主要有自燃危害、爆炸、崩塌、滑坡、破壞礦區(qū)景觀、污染環(huán)境、大矸石流放事故等災(zāi)害。廢石