伴隨我國煤炭工業開采深度及廣度的明顯加劇，礦區生態環境破壞現象日益顯著，其中，又以地表沉陷而導致的水土流失、植被破壞、土地沙漠化問題及工業生產伴隨出現的廢水、廢氣、固體廢物的治理問題顯得尤為迫切和重要[1-2]。可以說，治理礦區生態環境，應尋找發生源頭，從產生機理入手提出礦區地表沉陷及工業廢棄物的綜合治理技術。礦區地表沉陷問題是由于采煤活動致使工作面上覆巖層運移破碎，覆巖自下而上伴隨出現垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶的“上三帶”分布，其中的彎曲下沉帶發育直至地表而產生[3]。故此，地表沉陷治理重點應從提高采空區充填效果、裂隙帶發育程度控制、采煤工作面技術參數優化等方面入手，緩解彎曲下沉帶運移趨勢，實現礦區地表沉陷治理。工業廢棄物的治理問題集中體現在包括掘進活動產生的大量矸石，選煤廠洗選煤炭后的煤泥、矸石，以及發電廠排放的焦渣廢物在內的固體廢物治理。可以說，地表沉陷控制及工業廢棄物治理是礦區生態環境治理的關鍵要素，為此，本文提出二項耦合滲流填充工藝，從處理成本、治理效果、不產生二次環境破壞入手，將工業固體廢物配合活化膠結技術，實現向采空區、裂隙帶的滲流充填，既提高采空區、裂隙帶的充填控制效果、輔助地表沉陷控制，亦解決礦山固體廢物的治理難題。

　　1技術背景

　　本文研究的領域類屬煤礦綠色開采技術，針對礦區生態環境提出綜合治理技術，解決當前迫切的礦區環境保護問題，以及由于覆巖移動造成的礦壓顯現、頂板事故治理難題[4-5];降低工業固體廢棄物處理成本，服務地方區域經濟，提高礦山經濟效益，增進礦區社會效益。本文的關鍵技術是二項耦合滲流填充裝置，裝置設計思路是通過地面充填物處理系統配合井下充填管路，實現將地面工業廢棄物(選煤廠的煤泥、煤矸石)二次活化處理后有針對性地送到井下采空區及圍巖裂隙帶，有效控制地表沉陷，從根源上治理由于地表沉陷而導致的礦區水土流失、植被破壞、土地沙漠化問題，同時處理礦區地面工業廢棄物，實現礦區環境綜合治理。

　　2二項耦合滲流填充工藝

　　該工藝的關鍵路線:一是在開展正交實驗、對比實驗的基礎上對填充物開展強度校核，確定煤泥、矸石、浮選尾礦與粘結藥劑、水、黃泥砂漿的合理配比;二是通過實驗室小試，制作填充管路物理模型，進而在模擬加壓環境對滲流填充物做流體力學實驗，驗證填充物流動性能;三是模擬地面PM泵打壓效果，確定地面PM泵的合理技術參數，以此優化滲流填充效果。

　　2.1采空區充填材料

　　在開展填充物實驗時發現，如若將發電廠及選煤廠產生的煤泥、煤矸石、浮選尾礦依據3∶4∶3的比例混合，所形成的復合材料的粘結狀強度，可以滿足采空區頂板控制要求。依據上述配比制作復合材料，配合黃泥砂漿設計材料的流動性能，驗證在實際管路中的流動能力時發現，如若依據3∶4∶3的比例混合，材料強度達標，但流動性能較差，出現下放順暢、粘管的現象。故此，在煤泥3份、煤矸石4份、浮選尾礦3份的基礎上加大煤泥比例，驗證未降低強度指標的前提下，確定煤泥3.5份、煤矸石3.5份、浮選尾礦3份的材料配比方案。為得到黃泥砂漿的用料比例，設計開展對比實驗，在確定的材料配比方案基礎上，將黃泥砂漿用量設計了與固態材料質量比為1∶11、1∶10、1∶9三次流動性對比，綜合考慮用料成本、流動性能，將黃泥砂漿的用料比例定為與固體材料1∶10投放，水砂比控制在8∶1至12∶1。

　　2.2裂隙帶充填材料

　　為實現采空區、裂隙帶通過填充裝置同步回填的目的，采用材料強度實驗、流動性能驗證、充填效果對比論證等手段，發現將煤矸石二次破碎，配合煤泥、黃泥砂漿，即可實現裂隙帶回填目的，為驗證實驗設想，將破碎煤矸石、煤泥、黃泥砂漿按不同比例混合，待干結后驗證其強度，通過不同份數的對比實驗，確定破碎煤矸石1.5份、煤泥5.5份、黃泥砂漿3份(水砂比控制在8∶1至12∶1。)的配比方案是技術上最可行、經濟上最優越的最優方案。此外，綜合考慮混合材料的流動性能及送至裂隙帶后的粘結能力和裂隙封堵效果，應在上述配比基礎上增添粘結劑組分，實現粘結效果，通過數據采集、實驗對比，考慮粘結能力、制備成本、材料不可有二次污染等因素，選擇懸砂稠化劑作為粘結劑。懸砂稠化劑具有以下技術優勢:①具有較強脫水能力，當回填材料進入裂隙帶后，在懸砂稠化劑的作用下可加快脫水速率，以此提高裂隙帶的封堵效果;②作為粘結劑，可將破碎煤矸石、煤泥、黃泥砂漿形成包裹效果，降低粘管、堵管的情況;③加大了復合回填材料的整體強度。

　　2.3裝置設計

　　2.3.1地面裝置設計依據采空區、裂隙帶的充填材料，設計地面充填裝置，該裝置將采空區充填、裂隙帶充填同步考慮，設計破碎機實現裂隙帶破碎矸石制備，破碎機通過膠帶輸送機連接一級攪拌站。在一級攪拌站中可實現采空區回填材料的一級攪拌，并連接一級PM泵站將混合材料送至二級攪拌站，在二級攪拌站中通過與其相連的黃泥泵站向混合材料中注入一定量黃泥砂漿，攪拌完成后通過二級PM泵站由井下充填管道投放至采空區。在進行裂隙帶回填時，破碎煤矸石、煤泥先由膠帶輸送機送至一級攪拌站，通過一級PM泵站將混合材料送至二級攪拌站，在二級攪拌站中通過與其相連的黃泥泵站向混合材料中注入一定量黃泥砂漿，并在二級攪拌站中人工投放懸砂稠化劑，通過二級PM泵站由充填管道滲流至裂隙帶，完成充填。2.3.2井下充填管路設計充填管道設計為套管，內外套管在裂隙帶位置設計有孔洞，通過內外套管的轉動，可實現孔洞的開合，關閉孔洞即可實現采空區回填，反之，可實現裂隙帶回填。在管道靠裂隙帶下方設計有數控閉合開關，為控制數控閉合開關，在二級攪拌站設計有控制臺，裝置設計示意見圖1所示。

　　3結語

　　本文設計的目的在于提供解決礦山環境治理難題的裝置技術，在分析采空區及裂隙帶充填材料的基礎上，通過地面裝置設計，實現制備采空區充填材料及裂隙帶充填材料，通過井下充填管路設計并連接地面控制臺，實現采空區及裂隙帶充填材料的獨立投料，提高礦區地面沉陷治理效果，并有效治理地面工業廢棄物。本研究可以達到以下三方面效果:①控制采空區覆巖運移及應力集中導致的工作面礦壓問題;②控制覆巖裂隙帶發育，輔助地表沉陷控制;③解決地面工業廢棄物治理。

　　參考文獻:

　　[1]劉超，劉聰.前混合磨料水射流技術在煤礦井下的應用前景分析[J].煤礦機械，2016(8):3-6.

　　[2]張俊文.覆巖“三帶”高度的相似模擬試驗研究[J].煤炭技術，2016(11):63-64.

　　[3]余學義，張恩強.開采損害學[M].北京:煤炭工業出版社，2010.

　　[4]吳海.采動影響下工作面礦壓顯現規律相似模擬研究[J].中州煤炭，2014(4):1-3.

　　[5]張軍，王建鵬.采動覆巖“三帶”高度相似模擬及實證研究[J].采礦與安全工業學報，2014，31(2):249-253.

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