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元宝山露天煤矿采空区治理方案

更新时间:2009-03-28

1 工程背景

元宝山露天煤矿位于内蒙古自治区赤峰市境内,于1997年底投入试生产,核定生产能力为800万t/a,主采煤层为5#煤和6#煤,采用连续与半连续相结合的综合开采工艺,表土剥离采用轮斗挖掘机-带式输送机-排土机的连续开采工艺,含煤地层采用单斗挖掘机-自卸卡车-半固定破碎站-带式输送机-排土机/选煤厂的半连续开采工艺。

2016年末元宝山露天煤矿发现位于矿区西部的宝马矿业采用房柱式炮采、长壁炮采、掘进机巷采、综合机械化放顶煤等开采方式越界盗采元宝山露天煤矿北部煤炭资源,经初步调查已经在露天煤矿境界内形成总面积约为1.49 km2的采空区,主要涉及煤层为6#煤和8#煤2个煤层,这些采空区位置不明、开采程度和采动深度不详,不但给元宝山露天煤矿带来了巨大的经济损失,同时随着采场不断向北推进,将涉及到露天采场与采空区交叉的问题,给露天矿安全生产带来巨大的安全隐患。因此为了保证露天矿高效、安全生产,制定详细治理方案是十分有必要。

2 采空区对露天矿的危害

2.1 对作业设备的危害

1)当轮斗挖掘机、电铲、钻机、自卸卡车、大型液压反铲等作业设备正处于采空区上部作业、通过或停留检修时,如果空区上覆岩层突然垮塌或垮落,设备会倾覆或陷落于采空区(火区),造成司机伤亡、设备损坏等事故灾难。元宝山露天煤矿作为大型现代化露天矿山,所使用的设备均为重型装备,其中轮斗挖掘机自重 2 475 t,WK-12C电铲自质量 190 t,TR-100矿用自卸卡车自质量69 t,DM45钻机自重41 t,一旦陷落于采空区,对设备和人员都会造成极大的伤害。

2)当电铲、钻机、自卸卡车、大型液压反铲等作业设备正处于采空区水平方向作业、通过或停留检修时,如果采空区水平岩层承压力不能满足积水压力要求时,会发生采空区积水突然泄露,使设备发生倾覆,造成司机伤亡、设备损坏等事故灾难。元宝山露天煤矿是特大型富水露天矿,地下水丰富,采空区空腔内充满大量积水,随着工作帮不断向采空区方向推进,一旦水平岩层承压力不能满足积水压力时,造成采空区去积水泄露,不但对人员和设备造成损伤,还有淹坑的危险,对露天矿生产造成极大的影响。

2.2 对作业人员的危害

1)在穿孔爆破装药过程中,由于采空区内煤层自燃引起的高温可能导致已填充炸药发生早爆,造成人身伤亡和设备损坏。

朝堂之上,七八位大臣对皇上说,你再不把秀容月明调回来,秀容兵就拥他为王了。皇上说,我要听你们的,就是中了胡人的离间之计。

2)在穿孔爆破爆破过程中,采空区积聚的可燃气体可能被同时引爆,使爆炸能量增大,造成人员伤亡和设备损坏。

4)在采装运输环节中,地面指挥人员可能会跌落到由于采空区内煤层自燃造成的火区内,造成指挥人员造成人身伤害[1-4]

3)如果采空区空腔内聚集着有毒有害气体,在钻孔或塌落时逸出,可能对作业人员造成人身伤害。

2.3 对露天矿正常生产的危害

1)采空区如果位于露天矿重要的运输通道附近,运输道路的中断对露天矿正常生产带来极大的危害。

2)采空区如果位于露天矿边坡下会造成边坡失稳,对采矿中作业的设备人员造成极大的安全隐患。

3)采空区沉陷导致地表构筑物破坏。根据宝马矿业提供的图纸,在采空区上方分布着元宝山露天煤矿疏干管路和供电线路,一旦采空区发生不均匀沉降,造成疏干管路断裂、供电架线杆倾斜,将直接影响露天煤矿的正常生产。

3 处理采空区面临的难题

6)采用深孔爆破的方法处理采空区空腔。随着工作帮不断向采空区推进,当工作平盘距离采空区空腔的距离邻近于极限安全距离时,需要对其进行处理。目前常见处理采空区空洞方法主要有4种,即深孔爆破法、封闭法、充填法、小孔径崩落矿柱法[7-11]

2)采空区的积水情况不明确。由于元宝山露天煤矿地下水丰富,采空区的空腔内必然会充满大量的积水,积水区域以及静水压力不能明确,将对下一步露天生产带来极大的影响。

五星组滑坡坡度较陡,坡度达30°~35°,相对高差30 m左右,滑坡前缘由于修建房屋形成临空面,前缘陡坎2~4 m高,边坡土体为含碎石粉质粘土和破碎的强风化泥灰岩,结构松散,易失稳。

充填法是指用填充材料将空腔填实,不让其发生塌陷、沉降,该方法技术上可行,但对露天开采来说,填充物需要进行二次剥离,增加开采成本,同时也会造成煤质贫化,经济上不合理。

另一方面教师在教学过程中大量采用项目化与“基于工作过程”的项目化教学改革,通过教学方式的改革将课堂教学模式变得活跃,同时让学生参与度提高,也能让学生体验到将来工作岗位所需要完成的工作任务,对比传统教学在教学效果上有较大提高。但在实施过程中仍然会出现部分学生学习积极性较差以及各课程课外任务繁重,最后学生失去完成课程项目任务耐性的现象。

4)采空区地表沉陷规律的掌握。采空区治理是一个复杂而又漫长的工作,为了保证人员与设备安全作业,必须掌握采空区地表沉陷规律,提前对采空区沉陷进行预测预报。

4 采空区治理方案

封闭法适用于处理孤立的、小范围、既不再进行开采又可以任其自然塌落的采空区空腔,该方法不适于开采境界内采空区空腔。

为帮助大家更好地理解主题学习模式,介绍一个案例——“宠物与我”[3],关注人和动物之间的关系(主要是关于宠物的豢养)。学习者从不同角度观察动物,从动物在艺术形式中是如何被表现的去探索,包括艺术、文学、音乐、电视和广告,探索宠物在主人那里得到了什么,人又在它们那里中得到了什么,以及他们之间的关系;宠物又是如何生活的。这种从不同角度和不同学科领域考虑并整合教学资源的方法,同时激发学习者观察、推理、解释、创造、思维等不同能力的发展。具体学习内容可以整合成三大类,如表1所示。

河南种猪和仔猪以外调为主,压栏严重。据对养殖企业调研,河南整体二元母猪产能在400多万头,商品猪产能在1.1亿头左右,其中60%左右的产能需要外调。河南的育肥猪外调主要运往浙江、上海和四川,10月份都是大猪运往四川行情最旺的时候,而且越大的猪价格越高,但今年受疫情影响,生猪外调受阻。仔猪外调在河南外调中占比也较大,主要运往山西、河北和甘肃等西北和北部地区,其中一家种猪企业70%调往陕西和山西,当前只能以省内销售,压栏严重,仔猪压栏率达到40%。

1)建立预测预防地表沉降变形监测系统。利用GPS全球定位系统和变形监测桩为工具,在采空区地表建立点距为100 m的地表监测系统,并每天对监测数据进行提取、分析,从而达到对采空区进行实时监测,数据积累总结地表变形规律,判断沉降阶段,提前预测预防采空区塌陷的目的。

2)利用综合物探手段,明确采空区的范围,排除周边的疑似采空区区域,补充现有资料不全、精度差等缺陷。目前常用的采空区物探方法包括瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法、三维地震法、音频大地电磁法、高密度电法、地质雷达等,每种方法都有不同的适应条件和优缺点[5-6]

本系统规划主要从“业务引领技术、大交通多维度、大情报小行动扁平勤务、系统级的精细管控、精准实时信息服务”5个方面考虑.

由于采场采区内存在大型作业机械、车辆乃至爆破等强震动干扰源,并且采场原为英金河老河道,赋存着砾石层等强震波吸收层,地震法在此难以取得好的效果。

其中, 最优化权dr={0.05, 0.45, 0.45, 0.05}, 是一种6阶线性中心格式; 整数q=4, 正常数Cq=103, 且ε=1/ χ=10-8. 关于WENO方法以及计算β3,r, β3,ave, τ6的细节, 可参见文献[15,17].

如东县自2006年开展听力筛查工作以来,认真落实国家卫生部《新生儿疾病筛查技术规范》及《江苏省新生儿疾病筛查质量控制标准》,结合我县实际情况,利用县、镇、村三级保健网络,加强听力筛查初筛与复筛动员工作,由镇卫生所和村保健医生做好初筛动员工作,对未复诊的阳性儿童由镇卫生所儿保医生追访复筛、确诊和治疗结果。本县听力筛查初筛率和复筛率均呈逐年稳步上升趋势,六年间,初筛率由82.64%逐年上升到96.89%,复筛率由53.19%逐年上升到75.86%,年度间差异有统计学意义。

采空区距离地表较远,平均深度为180 m,而地质雷达探测深度较浅,该种方法也可以排除。

物探区域内地形起伏较大、且砾石层对高密度电法也是一种高阻屏蔽层,不适合进行高密度电法探测。

综上分析,考虑到物探施工的效率、探测效果,以及经济效益,本方案物探采用瞬变电磁法和可控源音频大地电磁法相结合,探明露天采场内采空区的空间形态和积水程度。

3)对重点位置钻探,并进行三维精细化探测。基于综合物探结果,在重点区域实施采空区钻探,并全孔取芯,进行岩体物理力学性质试验,为确定采空区极限厚度提供科学数据。同时以穿透采空区顶板的钻探孔为媒介,通过便携式多功能钻孔探测仪、钻孔式三维激光扫描仪以及声呐等工具,对重点区域的采空区进行三维精细化探测,查清采空区的三维空间形态以及采空区“三带”发育状况,并准确掌握含水采空区的形态及分布特征。对于无积水的采空区空腔采用采用钻孔式三维激光扫描仪进行三维勘探,而对于积水空腔则采用声呐探测,根据声波在水中的传播速度、发射声信号和接收声信号的时间间隔、声信号返回的方向可以确定水下目标的距离和方位。

4)采用数值分析和相似材料模拟实验的方法,确定采空区垂直和水平方向极限厚度。采用FLAC3D数值分析软件和相似材料模拟实验相结合的方法,根据三维精细化探测结果确定的采空区的形状、面积、高度、跨度、积水情况以及埋藏深度,围绕地质条件及岩体力学性质、地质构造情况、岩体节理裂隙发育情况以及露天开采活动(运输荷载、爆破震动以及设备对地比压)等方面,研究各因素对露天煤矿采空区稳定性的影响规律及多因素影响下采空区的变形失稳机理,最终确定采空区垂直和水平方向极限厚度。

5)采用疏干井和水平放水孔相结合的方法处理采空区空腔积水。在处理采空区前需要提前将积水排空,为一步治理工程打下安全基础。根据元宝山露天煤矿近30 a的疏干经验,计划用疏干井与水平放水孔相结合,以疏干井为主、水平放水孔为辅的方式处理空腔积水。先期用疏干井将空腔积水水位降至开采标高以下,在治理前以通过水平放水孔将空腔剩余积水放出,同时检验推进方向的剩余积水情况,确保采掘设备在空腔积水区安全作业。

1)没有准确的采空区平面位置及空间形态。由于马宝矿业为地方小煤矿,日常生产组织不规范,提供的采掘平面图准确性和可靠性无法确定。如果没有明确的采空区区域边界,将直接影响下一步的监测和治理。

采用SPSS 21.0统计学软件对本组研究对象的临床数据进行分析统计工作,以均数±标准差表示计量数据,以t检验;计数资料采用[n(%)]表示,采用卡方检验。若p<0.05,则表示组间数据对比差异显著,有统计学意义。

元宝山露天煤矿通过采空区期间,将会遇到空腔、水、火、瓦斯等多种隐蔽致灾因素的影响,任何一种因素都会对安全生产构成极大的威胁,因此必须始终坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则,结合生产实际,分阶段按步骤有计划地开展勘查、评价及治理工作,具体方案如下:

3)采空区顶板及水平极限安全厚度不能确定。水平及垂直方向极限厚度的确定,直接影响下一步生产组织及采空区治理方案的实施,必须明确不同岩性、不同设备的极限安全厚度。

小孔径崩落矿柱法,实施起来难度相当大,实施周期长、效率低,工程投资大,主要用于露天开采境界内井工回采所留煤柱以及采空区顶板岩石破碎严重的采空区处理。

露天采场深孔爆破法与上述几种处理方法相比较,投资少、施工工艺和露天采场生产工艺相一致、施工技术简单,能和露天采场生产紧密结合,有利于矿山生产经营管理,且安全可靠,因此本方案采用该方法处理采空区空腔。

5 结 语

元宝山露天煤矿已按照编制的治理方案开始进行治理,目前处于综合勘探阶段,最大限度地降低采空区对露天矿日常生产的影响,为员工提供一个安全、良好的作业环境,确保露天矿安全、高效生产,同时也为国内类似露天矿山采空区治理提供借鉴和指导。

参考文献:

[1]赵建军.安太堡露天矿采空区作业措施探讨[J].露天采矿技术,2013(5):32-35.

[2]王加权,王丽萍.采空区、火区爆破作业的安全管理[J].露天采矿技术,2012(S1):110-111.

[3]刘建明.采空区上部露天采剥安全作业与火区防治[J].露天采煤技术,2009(5):81-83.

[4]刘记鹏,尚涛,赵俊,等.露天矿采空区分析处理[J].露天采矿技术,2012(3):4-6.

[5]王春毅,王永红,程秀升.露天矿境界内采空区探测方法实践[J].采矿技术,2008(6):11-13.

[6]韩进,蔡光琪,刘永刚.东露天矿采空区勘探与治理[J].露天采矿技术,2014(12):33-35.

单县是一个人口大县,市场分散,给食品安全抽检工作带来较大的困难。检验检测中心发扬奉献、吃苦、团结精神,坚持问题导向,积极排查风险隐患,整合监测数据,把抽检监测和日常监管有机地结合起来,形成前后相联、相互指导、有序衔接的工作机制。运用监测数据,主动探索、开发、完善数据汇总、处理、分析、转化等工作,不断提高信息的整合能力和使用价值,确保数据科学。同时强化部门协作,保证检验检测工作有序进行。

[7]王宏达.露天矿采空区与火区作业环节安全控制与监管[J].露天采矿技术,2016,31(9):119-121.

实施“保水渔业”20年来,在保护水环境的前提下,淳安不断丰富“保水渔业”的新内涵,探索渔业经营的更多可能性。

[8]靳同增.东河湾铁矿采空区治理方案[J].科技创新导报,2015(23):103-104.

[9]郭炯,吕建洲,赵俊,等.平朔东露天矿采空区治理措施[J].露天采矿技术,2016,31(5):20-23.

[10]王建鑫.宝利露天煤矿空巷、采空区及火区处理的技术方案[J].露天采矿技术,2013(1):82-85.

[11]刘勇,刘峰,蔡光琪.平朔东露天矿采空区治理研究及成果评价[J].露天采矿技术,2015,46(11):63-66.

 
白羽
《露天采矿技术》 2018年第02期
《露天采矿技术》2018年第02期文献

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