煤層開采后，煤層的上覆巖層會移動，導(dǎo)致巖層 原有的平衡被破壞。當(dāng)巖層達(dá)到新的平衡時，會有很 長一段時間處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在煤層開采過程中，巖 層移動會形成采礦工程中常說的“三帶”。在垮落帶和斷裂帶內(nèi)有大量裂隙發(fā)育，巖層的密 封性被破壞，因此，此處便是導(dǎo)水裂隙帶的范圍。如果導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)有含水層，則可判斷巖層中的含水層 被破壞。

值得注意的是，在很多情況下，導(dǎo)水裂隙帶會貫 穿到地表，這會導(dǎo)致礦區(qū)所在的地下水?dāng)嗔?。地下?的斷流會造成地表植被退化，農(nóng)作物減產(chǎn)且病蟲害嚴(yán) 重，同時，還會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境變得十分脆弱。如果礦區(qū) 內(nèi)有村莊，遇到這種情況很容易導(dǎo)致居民面臨用水困難 的情況。此外，當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶貫穿到地表時，地表上的污染物可以隨著雨水流入地下水，導(dǎo)致地下水被嚴(yán) 重污染。巖層移動的宏觀表現(xiàn)就是地表發(fā)生沉降，這是采礦 工程引起的重要地質(zhì)災(zāi)害。煤層開采后，采空區(qū)上方會 形成一個下沉盆地，如圖 2 所示。在盆地的中心，地表 下沉值最大，這個最大值需要很長時間才能達(dá)到。地表下沉盆地的范圍要比采空區(qū)的范圍 大，這要求在防治地表下沉災(zāi)害時要考慮其邊界。由于 地表下沉的不均勻性，導(dǎo)致處于地表沉陷影響區(qū)內(nèi)的建 筑物很容易發(fā)生不均勻變形進(jìn)而被破壞。與此同時，如 果一些公共基礎(chǔ)設(shè)施位于采空區(qū)影響范圍內(nèi)，例如公路、鐵路以及供電線路塔等，也會受到影響。

2 充填采礦技術(shù)的原理及優(yōu)勢

2.1 充填采礦技術(shù)應(yīng)用原理

煤礦開采引起環(huán)境問題，主要是因?yàn)槊簩娱_采后 的巖層移動，而解決這一問題的關(guān)鍵就是控制巖層的 運(yùn)動。對于煤礦開采的矸石山問題，最有效和經(jīng)濟(jì)的 方法是將矸石回填到采空區(qū)中。充填采礦技術(shù)是同時 解決巖層運(yùn)動和矸石山問題的有效方法。 充填采礦技術(shù)起源于“三下”開采，即建筑物下 采煤，是由波蘭傳入中國的。采用水砂作為充填物， 波蘭將建筑物下的煤炭資源全部開采出。這項(xiàng)技術(shù)在 早些年并未受到重視，但隨著中國對環(huán)境質(zhì)量的要求 越來越高，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢逐漸被開發(fā)。充填采礦技 術(shù)是在工作面回采后采用充填物充填采礦區(qū)，從而有 效控制煤層開采引起的巖層移動，其實(shí)施的關(guān)鍵在于 充填材料的成本控制。 充填采空區(qū)后，可以有效控制巖層的運(yùn)動，減輕 地表的下沉。有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，采用水砂充填采礦 技術(shù)后，地表下沉值可以降低 70%，減輕了地表沉陷 對地表一些建筑物的破壞。充填采空區(qū)，可以改變巖 層的運(yùn)動規(guī)律，使得導(dǎo)水裂隙帶的高度大幅度降低甚 至為零，這有助于實(shí)現(xiàn)保水開采。保水開采的實(shí)現(xiàn)有 助于保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)，減輕對礦區(qū)地下水的污染。從 長遠(yuǎn)情況來看，充填采礦技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在一些礦區(qū)，采用矸石進(jìn)行充填開采， 實(shí)現(xiàn)了矸石的零排放，滿足了綠色采礦的基本要求。

2.2 充填采礦技術(shù)的發(fā)展

根據(jù)充填物的類型，充填采礦技術(shù)可以分為水砂 充填、干式充填和膠體充填。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水 砂充填的效果最好，但是成本非常高。水砂主要是河 砂和水按照一定的成分形成的，在充填時通過管道注 入到采空區(qū)中，水砂在采空區(qū)中脫水后會對巖層的頂 板起到支撐作用。使用水砂充填技術(shù)存在一個問題， 即河砂的用量非常大，很多礦區(qū)并不具備這樣的條件， 尤其是政府對河砂的管控越來越嚴(yán)，所以，這項(xiàng)技術(shù) 只在特殊情況下才會使用。鑒于此，現(xiàn)在很多礦區(qū)多 采用干式充填采礦技術(shù)和膠體充填采礦技術(shù)。 干式充填采礦技術(shù)是以固體物質(zhì)直接充填采礦區(qū)， 這種方式不需要對充填材料進(jìn)行特殊的處理。常用的 干式充填物質(zhì)有粉煤灰、固體廢棄物和矸等，但是 這種物質(zhì)的強(qiáng)度非常低。由于采礦中充填物的需求量 非常大，干式充填物很難滿足充填的要求。干式充填 有助于以非常低的成本處理一些垃圾物質(zhì)，例如矸石、 粉煤灰等，有利于實(shí)現(xiàn)煤炭的綠色開采。 鑒于干式充填形成的充填物強(qiáng)度低的問題，特提 出了膠體充填采礦技術(shù)。這種技術(shù)是將 2 種水溶性物 質(zhì)按照一定的比例配置成膠體，然后充填到采空區(qū)中， 凝固后可以對采空區(qū)進(jìn)行有效的支撐。這種膠體的凝 固時間和強(qiáng)度可以通過控制 2 種混合物質(zhì)的濃度來實(shí) 現(xiàn)，它可以滿足不同回采條件的需求。這種充填材料 的生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，而且在井下運(yùn)輸方便，具 有很好的推廣前景。 目前，充填采礦技術(shù)正處于發(fā)展階段，在某些礦 區(qū)得到了很好的應(yīng)用，但并未在全國推廣起來。出現(xiàn) 這種情況的原因有 2 點(diǎn)：a) 充填采礦技術(shù)的成本難以 得到有效控制，采用的充填物質(zhì)的成本有的已經(jīng)超過 了煤炭本身的價值;b) 充填采礦技術(shù)的效率受到充填 效率的限制，難以有效提高，這十分不利于煤炭的高 產(chǎn)高效。

3 結(jié)語

針對煤礦開采過程中出現(xiàn)的環(huán)境問題，充填采礦 技術(shù)提供了一種有效的解決思路。煤礦開采過程中出 現(xiàn)的環(huán)境問題主要有矸石山污染、地下水?dāng)嗔骱偷乇? 沉陷。煤礦開采引發(fā)的環(huán)境問題主要是由煤層開采后 的巖層移動導(dǎo)致的，而解決這一問題的關(guān)鍵就是控制 巖層的運(yùn)動。而對于煤礦開采中遇到的矸石山問題， 最有效和經(jīng)濟(jì)的方法是將矸石回填到采空區(qū)中去。充 填采礦技術(shù)是能同時解決巖層運(yùn)動和矸石山問題的有 效方法。根據(jù)充填物的類型，充填采礦技術(shù)可以分為 水砂充填、干式充填和膠體充填?，F(xiàn)在很多礦區(qū)多采 用的是干式充填采礦技術(shù)和膠體充填采礦技術(shù)。