關于煤田采煤沉陷地質災害規律研究

孟令偉

(內蒙古自治區煤田地質局，內蒙古 呼和浩特 010000)

?

關于煤田采煤沉陷地質災害規律研究

孟令偉

(內蒙古自治區煤田地質局，內蒙古 呼和浩特 010000)

對煤田采煤沉陷地質災害進行詳細的分析研究，對采煤地質災害的預防有一定的借鑒意義。找到科學合理的解決方式，促進煤炭開采的可持續發展。

采煤；沉陷地質；規律

煤炭對我國的經濟發展和社會發展有重要的作用，是我國重要的資源之一。但是煤炭的開采對自然環境有嚴重的破壞，采煤沉陷地質災害是重要的災害之一，嚴重制約礦區的經濟發展，因此要對采煤沉陷地質災害規律進行研究，找到科學合理的解決方式，促進煤炭開采的可持續發展。

1 煤田采煤區沉陷地質災害的影響

近年來，隨著煤炭的不斷開采，采煤區沉陷的表現主要包括兩種：一種是地面沉降，表現為地面的連續性下沉；另一種是地表塌陷，表現為地表的非連續性下沉[1]。地表沉陷災害對環境的影響比較突出和嚴重，對地面的建筑物、墓地、交通設施以及輸電設施等建筑物等有嚴重的破壞。對地表植物的破壞也比較明顯，造成采礦區周邊環境遭到嚴重的破壞。樹木大量枯死，農耕用地不斷減少，降低了當地人們的收入，對人們的生產和生活有嚴重的影響，當地的經濟發展和社會穩定也受到一定的影響。

2 煤田采煤沉陷地質災害規律

由于采煤的沉陷災害比較嚴重，只要全面的掌握地表沉陷的整個過程，才能在開采的過程中根據地表的地質特點，合理的開展煤炭開采的工作，確定正確的開采面，控制地表的變形。根據對煤田采煤沉陷地質災害規律的研究，采煤沉陷地質災害的規律可以根據地表沉陷變形的過程分為3個階段：初始下沉階段、活躍下沉階段和衰減下沉階段[2]。

2.1 初始下沉階段

在開采工作開始時，地表的下沉比較輕微，還沒有形成地質災害。但是隨著開采工作的不斷推進，巖石的彎曲沉降會波及地表，導致地表出現下沉的現象。隨著地表開采的工作面不斷推進，地表下沉的也會不斷的增加。因此初始下沉階段的規律是隨著開采工作面的不斷推進，地面的下沉量也在不斷的增加。

影響初始下沉階段的因素主要包括：煤層開采的深度、巖層的性質、開采面的工作進度、采煤的方式和地表傾斜發展的規律。地表傾斜發展的規律對初始下沉階段有直接的影響，當地表下沉到一定的程度后，會出現盆地，開切眼和開采工作面對地表盆地的下沉有直接的影響。

2.2 活躍下沉階段

活躍下沉階段是在初始下沉階段上發展而來的，當開采的工作面達到一定程度時，才能由初始下沉階段轉變為活躍下沉階段。在勻速開采的過程中，開采工作面會不斷的推進，下沉盆地的動態移動不會出現變化，對地表下沉的影響比較小。隨著煤炭開采工作的不斷進展，開采的深度不斷增加，對地表的傷害也就越來越大。加劇了地表沉陷的速度，導致地表下沉處于活躍的階段。

2.3 衰減下沉階段

隨著煤炭的不斷開采，開采的工作面也在不斷增大，推進的距離保持不變，下沉盆地向前移動的范圍也比較小了，因此導致下沉的速度也會出現衰減。這時采煤下沉就會處于衰減階段，容易出現地表下沉的危險，造成地質災害。

以上就是采煤沉陷的地質災害的規律，在開采過程中要充分把握沉陷地質形成的規律，才能更好的開采煤炭開采工作。

2.4 影響煤田沉陷地質災害的原因

2.4.1 上覆巖和表土層的物理力學性質

在煤炭開采的過程中，如果開采的條件相同，巖土層的堅硬性和完整性對坍塌的影響比較大，出現的坍塌面積會比較多，但是這種地形的地表移動與變形的可能性比較小，與之相反的就會增強地表的破壞程度。

2.4.2 條件和地層構造

地層的構造對煤田的沉陷有一定的影響，地表的條件也是重要的因素之一，如果地表的含水量比較大，會增加沉陷的面積。如果地表已經出現了沉陷，形成了一定的沉陷區域，容易出現加大的斷裂構造，對地表形成較大的破壞和移動。

2.4.3 地形與地貌特征

在很多煤田的開采過程中出現很多傾斜的地表，傾斜的地表容易出現移滑的現象，山體的下坡方向一般會產生滑移，主要是因為上體的下坡位置容易產生水平方向的拉伸變形。如果煤礦位于地質不平，地理環境復雜的丘陵地區，會增加移滑的現象，嚴重的還會引起地表裂縫。

2.4.4 煤層開采條件的影響

在煤炭開采的過程中煤層的條件對煤田的沉陷有密切的影響。開采的深度、厚度和煤層的傾斜角度等多種因素都會影響地質的沉陷和變形，煤炭開采的深度越深，地質沉陷與變形的情況就會越嚴重；煤炭的傾角對于采空區的影響比較大，如果在開采的過程中采用水平開采的方式，采空區容易出現地表沉陷的現象，傾斜開采時，會在下山的方向引起塌陷，甚至還會增加變形的程度。

2.4.5 采煤與頂板管理方法的影響

在煤炭的開采過程中，煤炭的開采條件相同的情況下，地表塌陷的范圍與地表的移動、變形和破壞程度都有密不可分的關系。煤炭的開采方式也是影響塌陷的重要因素。在開采過程中采用長壁開采對地表的沉陷的影響比較大，而條帶式和刀柱式的開采方式可以減輕地面沉陷的影響，很多煤田的采空區的回采率比較高，因此對地表的損害也比較大。

3 采煤區沉陷的特殊性

在開采煤炭的過程中受到礦區地質、采礦和開采技術等多方面的影響，導致采煤區采煤沉陷具有特殊性，主要體現在以下幾點。

很多地區受到煤層層數的影響，導致沉陷地質災害的發生。如很多地區的煤層比較多，開采的方式也與普通煤田有一定的差異，會進行多煤層的開采，從而增加了對地表的影響。不斷擴大淺層煤田形成沉陷區，進一步增加地表的沉陷程度，造成嚴重的影響。

有一些地區的煤層深度比較淺，開采深度比較淺，大多屬淺埋煤層，因而對地表的破壞表現的更加明顯，具體顯現為多地表的不連續變形，從而形成較多的開采裂縫，形成塌陷盆地。

還有一些煤田屬于煤系上覆巖層多為強烈風化剝蝕后殘留下來的地層，這樣的煤層地質會受到風化的影響，導致土質疏松。在煤炭開采的過程中，巖層的結構比較松散，如果頂部出現垮塌，采煤區很容易受到影響，從而形成地表沉陷，還有一些采煤區屬于半沙漠丘陵地帶，風沙活動頻繁而劇烈，在開采過程中形成的裂縫，容易被風沙掩蓋，形成安全隱患。

4 煤田開采沉陷地質災害的防治措施

4.1 控制地表沉陷的途徑

由于采煤沉陷地質災害對于人們的生產和生活有嚴重的影響，因此要找到合理的控制途徑。控制地表沉陷的途徑主要有：填充開采、部分開采和協調開采。采空區充填主要是對已形成的采空區按照不同的方法進行填充。主要包括水力填充和風力填充，想要提高填充的效果，就要充分了解采空區頂板的具體情況，要在頂板沒有垮塌之前進行填充，從而控制對覆巖的破壞。在控制覆巖破壞的過程中要控制好壓力，就可以實現填空開采[3]。

覆巖離層注漿充填技術是一種新興的填充技術，在填充之前要對開采覆巖破壞的情況進行全面的了解，從而掌握破壞的規律，充分利用覆巖破壞產生的能源在傳播過程中的離層空間，準確地掌握離層空間。然后通過地面鉆孔向離層空間中注入相關的充填材料，從而有效的控制對覆巖層的破壞，有效控制巖層移動，避免出現地表沉陷。其中最主要的技術是利用覆巖過程中形成的動態規律，控制離層的注漿，從而有效避免地表的沉陷。

4.2 條帶開采技術和房柱石開采

條帶開采技術是應用比較廣泛的，在全國各個采煤區進行了實踐。自20世紀60年代開始試驗，至今已產生“地層結構控制假說”、“托板假說”來控制地表的沉陷。

房柱式開采，可以有效控制煤炭開采過程中形成的地表沉陷，在煤炭開采的過程中煤柱支撐覆巖，從而達到防止下沉的目的，覆巖破壞得到了有效的控制，但是房柱式開采技術在我國并沒有得到廣泛的應用。

4.3 覆巖離層注漿與優化工作的結合

在煤炭開采的過程中，容易引起覆巖破壞，從而導致地表移動變形。這樣對覆巖的破壞比較嚴重，地表移動比較明顯，形成劇烈的變形運動，對地表的設施也會產生嚴重的影響，因此在開采的過程中采用覆巖離層注漿的方式，可以減輕對地表的傷害，避免地表的變形移動，降低對地標建筑物和相關設施的傷害。在開采的過程中還要充分考慮到地表的建筑物，不斷優化井下的工作布置，充分協調開采方式，避免沉陷地質災害，從而保證人們的生產和生活。

4.4 冒裂帶注漿填充與優化工作面相結合

工作面的填充是控制地表沉陷的最直接的方式，采用注漿填充的方式來填補出現的斷裂帶，從而控制地表的沉陷，保護好地面的生態環境。這種方式可以有效地控制地面沉陷，保證工作面的穩定。

除此之外，煤田區域要積極配合政府的政策，在煤炭開采的過程中做好植樹工作，利用植被的優勢保護好煤區的地表，避免煤炭的沉陷。大的塌陷坑的填充治理應利用固體廢棄物矸石填充塌陷區造地，如利用現存的矸石，采用平翻方式充填塌陷區，營造出多處綠化和建設用地。

5 結 語

綜上所述，煤炭的開采對地表的植物和建筑物有嚴重的影響，因此在煤田的開采過程中要對采煤沉陷地質災害的規律進行研究。只有充分掌握了沉陷規律，才能找到合理的解決途徑。結合相關的技術措施，盡量避免地表的沉陷情況。根據采煤沉陷的起因、規律等因地制宜的提出預防措施，有效避免煤區采煤沉陷地質災害的發生，保證人們的生產和生活。帶動當地經濟的發展，滿足社會發展對煤炭的需要，促進我國煤炭開采的可持續發展。

[1] 侯瑋, 姜福興, 霍海鷹. 深部煤層沖擊礦壓防治技術研究[J]. 煤炭工程, 2008(8)：63-64.

[2] 劉大勇, 宋建潮, 王恩德, 等. 撫順煤田斷裂活化與地質災害衍生關系[J]. 遼寧工程技術大學學報(自然科學版), 2008，27(4)：496-499.

[3] 江平晉. 論煤礦采空區積水的綜合利用[J]. 科技情報開發與經濟, 2005，15(2)：282-283.

A Research on Geological Hazards of Coal Mining Subsidence

MENG Lingwei

(InnerMongoliaBureauofCoalGeologicalExploration,Huhehaote,InnerMongolia010000,China)

In this paper, we have made an analysis of the coal mining subsidence of geological disasters. We know this research of coal geological disaster prevention will have certain reference significance. A scientific and reasonable way to promote the sustainable development of coal mining will be found.

Coal mining; Subsidence geological; Regular

2016-10-11

孟令偉(1962-)，男，山東龍口市人，高級工程師，研究方向：煤田地質勘查與研究，手機：15904819974，E-mail：Mlw80122@2008.sina.com.

TD327

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.007