“三下一上”采煤與開采沉陷關系分析

【摘要】開采沉陷破壞礦區環境，造成地表建筑物（如房屋、鐵路、橋梁、高速公路等）的損壞，使巖層和地表產生連續的移動、變形和非連續的破壞（開裂、冒落等），通過對“三下一上”采煤特點分析，提出開采沉陷的預防保護措施放法。

【關鍵詞】三下一上；開采沉陷

礦山地下開采引起的覆巖及地表沉陷，稱為開采沉陷。“三下一上”采煤是指在建筑物下、鐵路下、水體下和承壓水體上采煤。建筑物包括工業與民用建筑物、城鎮村莊等。鐵路也是地面建筑物，但由于它的特殊性，我國習慣上把鐵路單獨作為一種研究對象來處理。水體則指地面江河、湖泊、海洋、蓄水庫、灌溉渠等。承壓水體是指在開采煤層底板中，存在高壓力、對煤層開采有威脅的含水層。

在建筑物下和鐵路下采煤時，既要保證建筑物和鐵路不會受到開采影響而破壞，又要盡量多采出煤炭。在水體下采煤和承壓水體上采煤時，則要防止礦井發生突水事故，保證礦井安全生產，還要保證地面水庫、運河等不受開采影響而破壞。

1.建筑物下采煤與開采沉陷關系分析

地下煤層采出之后，采空區周圍巖層的原始應力平衡狀態遭到破壞，從而發生移動、變形和破壞，這一過程稱巖層移動。地面建筑物在采動影響下所遭受的破壞程度主要取決于地表移動和變形的大小和建筑物抵抗變形的能力。因此，在建筑物下采煤，除應設法減少地表移動和變形對建筑物的影響外，還要注重建筑物本身的設計和加固措施。

為了減少開采引起的地表下沉，可采用房式采煤法。也可采用條帶式采煤法，即在開采范圍內，沿煤層走向或傾斜方向將煤層劃分為若干個條帶，采出一條，保留一條，相間排列。依靠保留的條帶煤柱支撐上覆巖層的載荷，以控制巖層移動，使地表移動變形減小，達到保護建筑物的目的。條帶式采煤法可沿煤層傾斜劃分條帶，稱為走向條帶，也可沿煤層走向劃分條帶，稱為傾斜條帶。走向條帶和傾斜條帶的選擇，應根據煤層賦存條件、掘進工程量的大小及工作面搬家次數等因素確定。

對于緩傾斜及急傾斜厚煤層開采，采用分層分采方案可以減小地表一次下沉對地面建筑物的影響。

當幾個煤層（分層）或同一煤層的幾個工作面同時開采時，應選擇合理的開采順序，控制各煤層（分層）工作面之間錯距，以減小不同煤層（分層）不同工作面同時開采造成地表變形的疊加。

當地面有建筑物群時，工作面應平行于大多數建筑物的長軸布置，以使大多數建筑物具有較強的抗變形能力。

2.鐵路下采煤與開采沉陷關系分析

鐵路下采煤包括在鐵道線路、橋涵、隧道下的采煤。我國有不少礦區在礦區專用鐵路、國家鐵路干線和鐵路支線下采煤。目前我國大多數礦區鐵路線下已不留設安全保護煤柱。

鐵路是一種特殊的構筑物，在鐵路下采煤必須保證安全和正常行車。地下開采首先要保證不會導致鐵路線路發生突然變化，如路基的突然坍塌等。同時還要通過正常的維修及時清除開采引起的線路各部分的變形。使線路始終符合國家規定的技術指標。為了保證鐵路暢通無阻，安全正常運行，應從兩方面采取必要的措施：一方面應保證開采所引起的地表移動和變形是連續、平緩發展的，使鐵路的變形處于漸變的狀態下，而不出現突變現象，并應盡量減少地表的變形程度，以減少線路的維修工程量。另一方面，必須及時維修和調整線路，以消除開采引起的變形。

為了保證安全、正常行車，開采急傾斜煤層時。在露頭處要留有足夠尺寸的煤柱，防止采區上部煤柱的抽冒。淺部非正規采過的老空區，要嚴防受到重復采動或水文地質條件變化時，地面線路突然出現坍塌。可采用房式采煤法或條帶式采煤法，以減小地表下沉。

3.水體下采煤與開采沉陷關系分析

礦區水體包括地表水體，第四紀、第三紀松散含水層及基巖含水層。在水體下采煤時，開采引起的上覆巖層破壞可能造成水和流沙涌入井下，威脅礦井安全生產。

開采時可采用房式采煤法、條帶式采煤法或全部充填法處理采空區，以減少頂板垮落范圍或開采裂隙將水導入井下。

4.承壓水體上采煤特點與開采沉陷關系分析

在我國許多產煤地區，開采石炭二疊系煤層。煤層的基底為厚度很大、巖溶裂隙發育、含水量極大的奧陶系石灰巖。當遇有構造裂隙時，與上部的巖層聯通，而發生水力聯系，造成底板突水事故。

承壓水體上采煤時，首先要查清開采區域內的水文地質情況，如含水層與隔水層的賦存特征及巖溶發育分布規律，承壓水的徑流、賦存及補給能源，然后對受承壓水威脅的煤層進行全面規劃，劃分成不同的水文地質單元進行開采。開采過程中應采取必要的安全技術措施，如采區巷道應盡可能少穿過斷層，減小巷道交岔點，在采區間要留設隔離煤柱；可采用充填開采或部分開采，以減小支承壓力對底板的破壞作用；開采過程中應堅持超前探水，并設置井上下水文工程設施，隨時掌握承壓水的動態和變化規律。必要時，通過鉆孔進行注漿，堵塞石灰巖溶洞。

參考文獻

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[2]胡貴祥.礦井巷道布置[M].北京：煤炭工業出版社，2006.

[3]郭文兵，柴華彬.煤礦開采損害與保護[M].北京：煤炭工業出版社，2008.

作者簡介：張繼周（1973—），男，陜西合陽人，徐州機電工程高等職業學校高級講師。