An integrated treatment technology for ground fissures of shallow coal seam mining in the mountainous area of southwestern China: a typical case study

This article is the result of treatments on ground fissures for environmental protection and scientific shallow coal seam mining. In the southwestern mining area of China, the traditional longwall mining method has caused a large area of surface sinkhole, ground fissures, vegetation deterioration and disorderly coal gangue. To solve these problems, an integrated treatment technology that includes ground fissure treatment technology and underground backfilled technology was proposed as a solution. The technical principle and technical process were explained in detail; the ground fissure treatment technology involves a “three-step treatment method”, and the underground backfilled technology adopted a strip mining method with backfilling technology. The compression mechanical behavior of backfilled material, including coal gangue, fly ash and ordinary Portland cement, was studied; the mixed ratio of 1:0.3:0.18 was selected. In addition, the vertical stress, vertical displacement and plastic zone of the coal pillar were determined by FLAC3D numerical simulation, and a rational mining scheme of “11 m mining width, 2 m coal pillar width” was determined to be appropriate because of the lower vertical stress, smaller vertical displacement and better supporting capacity of the coal pillar. The monitoring results of ground sinkhole indicated that the maximal ground sinkhole deformation was 17.3 cm, and the deformation showed few changes after this technology was implemented. The treatment capacity of coal gangue and fly ash reached 821.150 t per year, and the vegetation survival rate of the ground fissure treatment area reached 85%. This integrated treatment technology could effectively control ground fissures and surface sinkhole as well as protect the environment.

Artykuł jest opisem zapobiegania pęknięciom gruntu w celu ochrony środowiska, jak również naukowego podejścia do wydobywania płytko zalegających pokładów węgla. W południowo-zachodniej części górniczej Chin tradycyjna, ścianowa metoda wydobywania węgla, powodowała duży obszar powierzchniowego zapadliska, pęknięcia gruntu, pogorszenie stanu wegetacji roślin. W celu rozwiązania tych problemów zaproponowano zintegrowaną technologię zapobiegania, która obejmuje technologię zapobiegania pęknięciom gruntu i podziemną technologię podsadzki. Zasada i proces techniczny zostały szczegółowo opisane; technologia zapobiegania pęknięciom gruntu obejmuje „trójstopniową metodę zabiegu”, a technologia podsadzki zaadoptowała metodę wydobywania węgla pasami. Badano ściśliwość podsadzki, w tym odpadów węglowych, popiołu lotnego i zwykłego cementu portlandzkiego; wybrano mieszaninę o stosunku 1: 0,3: 0,18. Ponadto pionowe naprężenie, pionowe przemieszczenie i strefa plastyczności filaru węglowego zostały określone za pomocą symulacji numerycznej FLAC 3D. Racjonalny schemat wydobycia „szerokość wydobycia 11 m, szerokość filaru węglowego 2 m” był odpowiedni ze względu na niższą wartość naprężenia pionowego, mniejsze pionowe przemieszczenie i lepszą nośność filaru węglowego. Wyniki monitoringu pęknięć gruntu wskazują, że maksymalna deformacja gruntu wynosiła 17,3 cm i wykazała kilka zmian po wdrożeniu tej technologii. Ilość zagospodarowanych odpadów węglowych i popiołu lotnego wynosiła 821 150 Mg na rok, a wskaźnik przeżycia roślinności w obszarze zapobiegania pęknięciom gruntu osiągnął poziom 85%. Ta zintegrowana technologia zapobiegania może skutecznie kontrolować pęknięcia gruntu i deformację powierzchni, a także chronić środowisko.