淺談煤礦開采沉陷防治和控制的技術

曲經年

摘要：煤炭開采產生的地表沉陷問題越來越嚴重。本文在對煤礦開采中造成開采沉陷的因素進程分析的基礎上，探討了沉陷的防治技術的幾個措施：全部充填開采、條帶開采、覆巖離層帶充填、限厚開采、協調開采等。

關鍵詞：煤礦開采沉陷控制防治技術

1、引言

煤炭開采產生的地表沉陷問題越來越嚴重。煤炭的大規模開采對礦山及其周圍環境造成了嚴重的破壞日益突出，開采沉陷造成的礦區環境災害主要有土地塌陷或積水，農田減產或絕產、道路塌陷、房屋變形破壞等，這都是開采引起的巖層移動，是造成礦區塌陷災害和區域變形的根源，有效控制和減輕地面塌陷程度是解決此問題的根本之路。地表沉陷帶來的破壞已經涉及到了工業、農業、交通運輸、環境保護、生態平衡等各方面，是急待解決的社會問題和環境問題。

2、影響地面變形與沉陷的因素分析

2.1 影響地面變形與沉降的地質因素有四個

(1)自然地質因素，包括煤層厚度、煤層埋藏深度、煤層傾角、松散層厚度、埋藏條件的可靠性。

(2)構造因素，包括斷層、褶皺因素。

(3)巖石物理力學性質，包括巖石強度、力學性質因素、空隙。

(4)水文地質因素，包括松散層水文條件、礦井排水、地面排水。此外，開采方式以及頂板管理、重復采動等其它因素對地面變形及沉降均有影響。

2.2 影響地面變形與沉降的開采因素

地面變形及沉降的程度、范圍與煤層的厚度成正比；煤層埋深與地面變形范圍成正比，與地面變形及沉降的深度成反比；煤層傾角越大，巖層移動沿垂直采空區上方下落變形，另外還沿著煤層方向上的巖層面發生剪切移動和巖石下滑，使地面變形與沉降呈現出不對稱的形態；當松散層的厚度大于75Wm·tgα的時候（Wm為地表最大下沉值、α為煤層傾角），基巖移動產生的水平移動不能夠到達地表。該區第三系底界普遍發育有一層比較厚的粘土巖，其隔水性能好，使松散層形成“二元結構”。隨著礦井和地面排水量的增大，松散層中的孔隙水也大量排出，孔隙被嚴重壓實，容易在井筒上形成“蓬—柱狀結構”，使井筒發生變形或者破壞。

3、沉陷的防治技術途徑

3.1 全部充填開采

在煤炭采出后頂板尚未冒落之前，用固體材料對采空區進行密實充填，使頂板巖層僅產生少量下沉，以減少地表的下沉和變形，達到保護地面建、構筑物或農田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中減少地表下沉效果作好的方法，其次是風力充填和矸石自溜充填。但充填采礦法需要專門的充填設備和設施，還需要有充足的充填材料。礦井初期投資大，噸煤成本相應的增加。

從2003年開始，太平煤礦與中國礦業大學合作開展綠色開采技術即“三下”(建筑物下、鐵路下、水體下)厚煤層高采出率膏體充填開采技術研究。膏體充填開采技術，就是利用泗河河砂、電廠粉煤灰、專用膠結料和水配制成膏狀料漿，用大型充填泵通過管道輸送到井下，充填全部采空區，形成以膏體充填為主體的支撐體系，控制地表采動沉陷。

3.2 條帶開采

根據煤層和上覆巖層組合條件，按一定的采留比，在被開采的煤層中采出一條，保留一條。由于條帶開采僅是部分地采出地下煤炭資源，保留了一部分煤炭以煤柱形支撐上覆巖層。從而減少覆巖移動，控制地表的移動和變形，實現對地面建、構筑物的保護。但該方法采出率低、巷道掘進多，工作面效率低。

3.3 覆巖離層帶充填

根據采空區上方覆巖移動形成三帶的巖移特性，在煤炭采出后一定時間間隔內，用鉆孔往離層帶空間高壓注漿，充填，加固離層帶空間，將采動的砌體梁結構加固為穩定性較好的連續梁結構，使離層帶的下沉空間不再向地表傳遞，以減少或減緩地表下沉，保護地面建、構筑物或農田。但該技術難度大，再近一步研究。

3.4 限厚開采

根據礦區地形、水文地質條件和建、構筑物抗變形能力，以不產生地表積水和滿足建筑物所要求的保護等級為依據，確定可開采的煤層厚度，開采是僅回采這一厚度的煤，其余各煤層均不開采，以實現減少下沉保護地面建、構筑物及土地的目的。但該技術采出率低，僅在薄煤層中應用有一定的使用價值。

3.5 協調開采

厚煤層分層開采時，合理設計各工作面的開采間距，相互位置與開采順序，使開采一個煤層（工作面）所產生的地表變形和開采另一個煤層（工作面）所產生的地表變形相互抵消或抵消一部分，以減少采動引起的地表變形，保護地面建、構筑物。但該技術要保持一定的錯距，因此組織生產難度較大。我國尚未開展這種工業性實驗。

3.6“采-注-采”三步法開采

充分利用覆巖結構對巖層移動的控制作用，應用荷載置換的原理，進行小條帶開采-注漿充填固結采空區-剩余條帶開采的三步法開采，有效的對巖層移動和地表沉陷的控制，解決了大面積開采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率，保護了地面建、構筑物，但也存在工藝復雜，成本較大等缺點。

4、結語

開采沉陷是造成礦區環境地質災害的直接原因，有效控制和減輕地面沉陷程度是避免開采沉陷環境災害的基本途徑。充填采煤法是減少地表下沉效果作好的方法，近年在山東有些礦區正在做膏體充填的實驗，這種方法可使采場沒有或減少垮落帶，能更好的減少地表下沉。但它的技術含量很大，輸送倍線大，管路易阻塞，如果成功那將是煤礦開采的一次技術革命。

開采沉陷對土地資源的影響和破壞是難以避免的，所以各個煤礦應該應用根據自己的實際情況和條件合理應用防止和控制開采沉陷技術和土地復墾技術，礦區生態復墾技術等多學科知識，對地表塌陷進行綜合治理和開發利用，才能更好地保護地表、礦區的環境、農民的利益。

參考文獻

[1]梁洪有,陳俊杰.煤礦開采對土地資源的破壞及對策研究[J].煤炭技術,2006,06．

[2]劉國志.礦區開采沉陷系統的開發及其在三道溝煤礦中的應用[D].西安科技大學,2009,05．