摘要：矿产资源开发利用明显具有正负价值的两面性。尤其象同煤集团，在以前将近60年时间内，由于在“两硬”条件下开采，又缺乏环保意识，形成了现如今独特的矿区生态环境问题，如造成农田以及建筑物破坏；山体开裂；有害气体外泄；村庄迁徙；矸石堆积如山；水土流失；植被破坏。 显然从科学发展观出发,在开发煤炭同时必须注意环境保护。实现煤炭资源绿色开采。

关键词: 煤炭资源，环保型，冲击地压，地面塌陷，综合治理

资源型企业的普遍发展规律，即是“勘探—前期开采—扩大生产—鼎盛—衰退—枯竭”过程。为此原来的煤炭企业基地除了生产煤炭没有其它经济优势，相当一些因煤炭开发而出名的企业，因为长久的开发造成地面沉陷、矸石堆积如山、地下水系破坏，现在又由于进入资源枯竭更难以转变为优势。这些企业随着经济的发展，绿色GDP系统的构造，不仅要面临着人员、安全的压力，还进一步面临对环境保护的压力。

在市场经济条件下，使原有的企业，尤其是资源即将枯竭的企业处境十分不利。在煤炭的供不应求情况下，矛盾不突出，一旦供大于求，企业自身没有任何协调能力，又将陷于困境。象同煤集团同家梁矿现就处于这种情况。

为此对于今后的煤炭开采，煤炭企业必须转变理念，以经济、安全、环保三大原则促进煤炭工业得到健康、可持续发展。虽然提高煤炭生产经济性是煤炭企业提升竞争力和必然选择，但要想提高煤炭生产经济性，就必须逐步完善煤炭生产的绿色GDP系统，使企业、社会、环境进入和谐发展的轨道。不管是新建井，还是资源接近枯竭井，都必须本着煤炭资源绿色开采的原则，来提升企业的可持续发展空间。

下面就以同煤集团同家梁矿作为实例，对煤炭资源环保型开采以及冲击地压和地表塌陷综合治理的技术进行一些简单探讨。

1、矿井概况

同家梁井田位于大同市西南部南郊区境内，地理坐标为：东经112°58′29″-113°06′41″，北纬40°00′02″-40°03′11″。井田面积28.882km2。井田东北与永定庄矿相邻，南与四老沟矿及白洞矿为界，西北与燕子山矿及四台矿相连。

1.1矿井生产建设概况

同家梁矿开采历史久远，经过几次技术改造，矿井设计生产能力达到3000 kt。该矿批准开采所有侏罗系可采煤层，现已采动过7-3、8、9、11、12、14、15号煤层。目前，一水平1080水平报废，1040水平也基本结束，现全部转入二水平1035和1013水平。现主采11、12、14号煤层。开采方式为前进式开采。

1.2 以往开采情况

我矿是一个有60多年开采历史的老矿，开采煤层为侏罗系大同组，主要开采11^#、12^#和14^#层煤，井田位于大同煤田向斜轴部的东南部。为近水平煤层，煤层厚1.7～3.6M, 层间距8～27M。煤层结构简单, 开采埋深300～400米。80年代以来均为综合机械化长臂大冒顶开采方法，工作面倾斜长150M左右，间隔煤柱15～20M。采用盘区前进式，双翼开采方式。

东部主要以刀柱和仓房开采为主；中部主要以短壁和长壁开采，长壁开采数量不大且走向长度较短；西部主要以长壁开采。

1.3地质灾害破坏情况

(1)、对水系破坏

第四纪含水层现大部分已遭到破坏，井田范围内井、泉已多年干枯，同时造成地表植被大面积枯死。

(2)、对村庄、耕地、公路等的破坏。

(3)、有害气体外泄

通过地表裂缝井下有害气体外泄，破坏了地表植被和生态平衡；矸石山自燃，造成空气污染，并形成各种对人体有害的有害气体。

2、对以后煤炭资源环保型开采的几点建议

2.1 随采随治

(1)在水系下开采，尽量采用仓房式开采，并及时对开采部分进行充填。

(2)利用综采开采时，应做到对采空区用煤矸石及时进行充填，并采用深孔注液方法，来减轻裂隙延伸长度。目前，利用煤矸石和废旧石料作为充填，是比较合理的一种选择。

同时在地面种植大量植被，形成大面积保水工程。

2.2 洗煤与废水处理

(1)要对所有采出煤炭进行洗选，并且要逐步提升洗煤工艺。这不仅能提高煤炭的品牌和知名度，更是提高煤炭经济性的必须选择。

(2)井下水现已全部经过井下淡化泵房进行循环利用；对于井上废水要全部通过废水处理系统进行处理，减少外排，这同时也是节能减耗的一项重要途经。

2.3 矸石的再利用

(1)作为土地复垦和充填地面塌陷的材料。

(2)作为制砖或其它工艺品材料。$Page_Split$

3、对冲击地压和地表塌陷的综合治理技术探讨

3.1 经验数据分析

我矿开采煤层均为细砂岩和中粗砂岩顶板，岩石坚硬，整体性强，一般采取强制放顶措施，但限于生产技术条件，一般处理冒落高度在4～5M左右，即处理了坚硬的直接顶的下位岩层。而10M厚老顶没有很好处理，相邻煤柱也较宽（20M），这就使临空巷两侧煤柱形成高应力，并且随着开采深度加深形成复杂的应力叠加条件。当达一定极限时，老顶会形成突然切冒，造成地表整体下沉。下沉量为累计采厚的1/10左右，并且随着近距离煤层联合开采，下沉量还将不断增加。

由于东部主要以刀柱和仓房开采为主，所以地表沉陷并不明显，也无规律可循，地表裂缝较发育；中部主要以短壁和长壁开采，长壁开采数量不大且走向长度较短，所以现阶段已在307、309盘区出现地表与工作面布置相似的沉陷范围，但沉陷量不大；西部主要以长壁开采，由于开采年代较短，所以现无明显地面沉陷。

从开采309盘区时，开始出现顶板整体压力，当时采用了强支强放的措施，一直到开采11^#层311盘区81114-81120工作面时，才确定为冲击地压。

在开采过程中和开采后对地表的观察分析结果看，在断层破碎带及顶板整体性不强的地段，冲击地压和地表沉陷并不明显。

目前我们对冲击地压治理主要采取“支”、“放”、“卸”等综合的防治措施有效地治理有重大危害性的冲击压力；对地裂缝主要采取地表填充方式进行初步治理；对受地表沉陷危险的居民住宅，仅采取避让搬迁措施。

3.2岩层移动特点

    (1)、地表变形明显

侏罗系煤层全部采完后地表移动变形最大下沉深度可达10m左右；单层地表移动变形值远大于建筑物的地表允许变形值，叠加后变形值更大。

(2)、地表沉陷十分复杂。

我矿开采历史长，采空区分布非常复杂。主要原因有二，一者为上部煤层古窑采空区的分布和大小，无详尽的历史记录，另一者是在60多年的历史中，曾多次变更井田边界。采空区分布的复杂性、采煤方法和顶板管理的多样化、覆岩构造和厚度的差异性，使得地表沉陷具有复杂性。

(3)、地表沉陷具突发性

我矿的煤层、顶板和覆岩坚硬且整体性好，顶板和覆岩的破坏形式绝大多数为切冒，仅是有一次性整体切冒或分层切冒区别而已，所以地表沉陷变形具突发性或阵发性。

(4)、地表沉陷具滞后性

地表沉陷具滞后性，且沉陷时间无规律可循，有可能是开采过后数年甚至数十年后产生。

(5)、地表沉陷受重复采动影响产生叠加

下部煤层的重复开采，特别是采用长壁式综采工作面开采，会使上部采空区本来已经趋于比较稳定的煤柱及顶板又不同程度地多次遭到破坏，与此同时地表也发生多次移动变形，地表变形叠加后，对地面的破坏回更加严重。

(6)、地表沉陷不充分

地表沉陷后还遗留着难以估算的悬顶和空洞，下伏煤层还要继续开采，因此，地表沉陷还会继续。

回顾我矿的煤炭开采历史，可以看到多种多样的开拓方式、开采方法和顶板管理方法，可以看到地面沉陷诸多的表现形式，也可以看到其诸多的特殊性。

3.3 治理方案提出及费用

(1)改变开采方式

我们首先从开采设计方案上着手，采用合理的配采方式，把刀柱、仓房和长壁开采相结合，并且采用错位开采，减少顶板整体下沉量，来减轻地面下沉。

这种方案虽然投资小，见效快，但这种方法却与提高回采率、尽量增加资源回收力度不相符，尤其是会造成的顶板弹性能积聚，从而引发冲击地压发生。所以这种方法并不可取。

(2)加强放顶深度和缩小放顶间距

针对顶板特性，强化放顶工作。我们制定了工作面浅孔和两顺槽及工作面中部深孔爆破相结合的放顶方案。工作面浅孔是破坏直接顶，分台阶放顶，破坏老顶在煤柱侧的悬顶。深孔爆破是为了断顶，以降弱老顶的传递支承压力，并且破坏其一次整体性下沉量，从而减轻地表沉陷量。

这种方案能减轻冲击地压，减缓地表下沉量。但投资较大，且放顶布眼准确度不高。对于整体治理大约需要费用600万元左右。

(3)地面打钻进行充填

利用物探与钻探相结合，利用钻孔窥视仪和数据分析系统，对采空塌冒的空间进行科学分析，根据采动时间，利用地面钻孔逐步对这些空间进行充填，减小地表下沉量。

这种方案对于一次性治理成功率较大，担投资较大，且科学含量较高。对于数据分析尤其重要。并且由于充填，将对后期下部煤层开采的防治水治理造成很多不稳定因素。对于整体治理大约需要费用1000万元左右。

(4) 加强放顶深度和缩小放顶间距与地面打钻进行充填相结合

上述(2)、(3)方法相结合，开始先进行强化放顶工作，后从地面对空间进行充填，达到综合治理效果。

这种方案是相辅相成地对顶板整体来压及地表沉陷进行综合治理，既能对采动中的冲击地压进行预防，又能对采动后的严重冲出地压进行治理，并且对地表沉陷及地裂缝起到良好效果。对于整体治理大约需要费用1500万元左右。

4、结束语

    煤炭资源的绿色开采和对地表沉陷等因采煤而发的地质灾害进行综合治理，本就是的互为一体的综合发展方向，也是煤炭企业逐步向绿色GDP系统靠近的方向。

上述仅仅是我们对煤炭资源的绿色开采以及对冲击地压和地表沉陷综合治理的一个初步构想，需要进一步的科学数据分析及科技力量的支持。

作者：谢焕锁   苗连江

单位：同家梁矿地质科