充填采煤技术在解决煤矿中敏感环境问题的应用探讨

摘要：指出了充填采煤技术作为一项绿色环保采煤技术已经在国内煤矿中有较多应用，通过充填开采不仅能减缓采煤地表下沉对地面环境的破坏程度，同时可以消耗大量煤矸石、粉煤灰等固体废弃物，减少固体废弃物对土地资源的占用。近些年来，水源地、城镇村庄、土地资源和河流等重要敏感环境问题与煤矿建设的冲突日益突出，以矿区环境影响评价为例，对充填采煤技术在解决煤矿环境制约因素问题的应用进行了探讨。

关键词：充填采煤；技术；环境影响评价；环境保护

中图分类号：TD82文献标识码：A文章编号：16749944（2013）08019603

1充填采煤技术应用现状

充填采煤技术在采煤过程中利用矿井等固体废弃物充填采空区，从而抑制地表沉陷[1]。充填采煤技术在我国已经有了较为广泛的应用，山东鲁泰煤业公司太平煤矿、山东能源淄博矿业集团岱庄煤矿、峰峰集团小屯矿等均已经有建成的工程实例。充填采煤技术的出现最早的初衷是解决煤炭资源枯竭问题。我国“三下（建筑物、水体、铁路）”压煤数量巨大，尽管条带开采等技术能够回收部分压煤资源，但采出率仅有30%左右[2]。我国华北、东北地区煤炭资源相对紧张，不少企业面临资源枯竭问题，为了最大限度地回收煤炭资源、维持后续生产，充填开采是最具潜力的采煤技术，而《产业结构调整指导目录》（2011年本）也将矿井采空区矸石回填技术开发与应用，建筑物下、铁路等基础设施下、水体下采用煤矸石等物质充填采煤技术开发与应用类项目列为鼓励类项目。

2煤矿建设的环境制约因素和解决新思路

随着国家对环境保护的重视程度增加，煤矿建设与环境保护的问题也日益突出，除了早期煤矿建设所关注的“三下”采煤问题之外，目前煤矿建设往往会涉及到浅层地下水、水源地、森林公园、自然保护区、文物、风景名胜区、城市城镇村庄、高速公路、湿地、水库、河流、基本农田（草原）等重要敏感环境保护目标。采煤会对这类敏感环境目标造成影响，这通常是由于采煤后引起地表塌陷、从而造成对地表物的破坏所引起，尤其在生态环境脆弱区、敏感目标集中区、浅层地下水丰富、多厚煤层区采煤，形成的破坏程度更加严重。以往在环境影响评价工作中或煤矿工程设计工作中对环保目标的保护措施通常为留设保护煤柱，这虽然能够确保采煤不对煤柱留设区内的环保目标造成较大影响，但留设煤柱占用了大量煤炭资源，这对于开采稀缺煤种将造成较大浪费、同时对于敏感环境保护目标数量多或分布分散的情况下也无法实施。

充填采煤在建筑物下的研究相对较多，如利用膏体充填法在保护建筑物的同时进行建筑物下采煤[3]，而在平原区农田大面积分布地区利用充填法采煤来保护农田的方法也开始出现[4]，在水资源紧张的西北地区，为了保护宝贵水资源，充填保水采煤法也开始作为一类重要保护水资源的措施而提出[5]。充填采煤技术通过将充填料充填至采空区，在回收煤炭资源的同时也达到了减缓地表下沉，消耗大量煤矸石、粉煤灰等充填料的目的，同时减少了固废对土地资源的占压，具有极大的环境效益，而这给环境影响评价工作中解决敏感环境问题提供了新的思路。

3充填采煤在煤矿环境影响评价中的应用

本文以内蒙古自治区呼伦贝尔市牙克石五九矿区为例，对充填开采解决矿区规划实施中的环境制约问题进行介绍。

3.1五九矿区概况

五九矿区地处大兴安岭林区腹地，矿区分为东、西两区，各规划矿井均为多煤层开采矿井，各区可采煤层都在10层以上。全区煤层都显示为薄～中厚煤层，少数煤层达到了厚煤层。矿区西区规划矿井3个，东区规划矿井1个，规模各1.2Mt/年，矿区总规模为4.8Mt/年，面积234.17km2。

3.2矿区存在的环境制约问题

五九矿区的东区位于山地区，西区有海拉尔河干流穿过。整个西区位于海拉尔河冲积平原区，地势平缓。海拉尔河是区域的重要河流，流域上游分布有重要野生鱼类繁殖地，下游分布有越冬场，矿区位于重要鱼类的洄游通道内。此外，在河流两侧分布有湿地和基本农田。该区域地下水资源丰富，潜水含水层埋深1.56～4.1m之间。总体而言东区环境敏感程度较低、西区高。五九矿区各矿井为多煤层开采，累计开采深度均在10m以上，结合西区的环境条件，采煤塌陷后将形成较大的沉陷盆地，不仅会导致浅层地下水出露破坏基本农田、湿地，也会某种程度地引起水文情势变化对重要鱼类生境造成不确定影响。

由于矿区所在区域涉及基本农田数量较多，同时地势平坦采煤易引起地下水出露，实施禁采措施将导致矿区规划无法实施，因此在矿区环境影响评价工作中提出了充填开采的方法解决采煤导致的环境问题。

3.3充填采煤方案效果对比

充填开采的技术方法较多，在五九矿区环评工作中推荐采用膏体、似膏体充填式开采方法，膏体充填多用于建筑物下采煤以避免村庄搬迁，该充填方法具有代表性和可靠性，下沉系数小。在五九矿区环境影响评价工作中分别设定不充填开采和充填开采两种情况下对采煤后的地表下沉情况进行预测：充填前后下沉深度随开采时间对比结果见图1、出现积水对比情况见图2，充填前后地面下沉深度、积水区面积及环境破坏程度分析对比情况见表1。

从图2中可以对比出充填采煤前后采煤沉陷对地面的破坏情况：其中在未实施充填开采时积水区大面积出现，积水破坏了土地资源（包括农田、湿地、草地），也将形成沉陷盆地造成大面积水面，对海拉尔河的水文情势造成一定影响；在实施充填开采后积水区仅在个别潜水水位埋深的区域出现，该影响可以通过工程措施进行治理，同时也不会对海拉尔河造成显著影响，影响程度显著降低。

综合来看，在未实施充填开采时由于采煤沉陷出现大面积积水，将破坏大量基本农田，改变区域生态系统的功能，对生态影响程度较大，而在实施了充填开采后，该影响可显著减缓，从而使矿区规划实施环境可行。同时由于实施充填开采需要大量的充填原料，因此不但五九矿区的矸石可以完全消耗，还需要从西部的大雁矿区外调矸石来支持五九矿区充填采煤的实施，为其他矿区固体废物的综合利用提供了途径。

4存在问题和展望

充填采煤技术对环境保护的效果十分显著，但在某些特定条件下仍限制了该技术的推广。实施充填采煤需要增加一定的成本，包括增加充填站等一次性的建设投资和运行成本。运营成本与采煤规模、充填工艺、地质条件等因素有关。根据充填采煤工艺的不同，固体充填成本相对较低，膏体充填法成本相对较高，增加成本在60～260元/t之间，这在某种程度上制约了该技术的普及。此外，在某些法律法规规定的区域，如自然保护区、风景名胜区等，尽管实施充填开采能够保证不会对生态环境造成重大影响，但仍不能采煤。

综合看来，在现阶段情况下，充填采煤技术可主要用于解决法律法规允许范围内，且煤炭资源受生态敏感问题制约较大无法实施禁采的情况。但随着技术的进步、运营成本的降低和技术的推广与普及，未来充填采煤将成为解决煤炭项目与环境保护的重要手段之一。参考文献：

[1]郭惟嘉，张新国，史俊伟，等.煤矿充填法开采技术研究现状及应用前景[J].山东科技大学学报：自然科学版，2010，29（4）：24～29.

[2]董涛，张道平，赵红超.浅析我国煤矸石充填采煤法研究现状及发展前景[J].山东煤炭科技，2010（1）：65～66.

[3]张洪军.建筑物下开采采空区膏体充填技术及应用[J].煤炭技术，2010，29（6）：90～91.

[4]王磊，郭广礼，刘元旭.东部平原矿区矸石充填开采保护耕地研究[J].煤矿安全，2012，43（6）：4～8.

[5]简煊祥，李云飞，杨永均.煤矿保水开采技术现状及发展[J].煤田地质与勘探，2012，40（1）：47～50.

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