煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)防和控制技術(shù)的應(yīng)用解析

馮斌

摘要：煤礦作為我國(guó)最重要的經(jīng)濟(jì)能源材料，它不僅可以為人們的日常生產(chǎn)和生活提供了強(qiáng)有力的保障，而且也促進(jìn)了各行各業(yè)的快速發(fā)展。然而，對(duì)于煤礦的大規(guī)模開(kāi)采會(huì)造成其周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞，其中最為普遍的現(xiàn)象是煤礦開(kāi)采造成的土地沉陷現(xiàn)象。如果對(duì)開(kāi)采后的環(huán)境不進(jìn)行及時(shí)有效的控制和預(yù)防，就會(huì)造成許多嚴(yán)重的危害，例如土地?fù)p壞、土地周邊地區(qū)房屋變形、道路塌陷等造成耕地減少，最終造成生產(chǎn)損失，反而影響了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。造成這些變故主要是由于煤礦開(kāi)采的過(guò)程中會(huì)引起巖層運(yùn)動(dòng)，引起土地沉陷。因此，對(duì)煤礦開(kāi)采所造成的沉陷事故必須及時(shí)加以預(yù)防，為煤礦安全開(kāi)采打好基礎(chǔ)。本文從防治煤礦塌陷的幾種技術(shù)方法模塊進(jìn)行分析，簡(jiǎn)要介紹了土地復(fù)墾技術(shù)，以此希望給讀者一些參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；預(yù)防控制；沉陷；技術(shù)應(yīng)用

作為目前社會(huì)發(fā)展必不可缺的能源，煤炭為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了最基礎(chǔ)的物質(zhì)保障。然而，絕大部分地區(qū)的煤炭大規(guī)模開(kāi)采會(huì)對(duì)煤礦及其周邊環(huán)境造成極其嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞，其中的土地開(kāi)采沉陷是引起環(huán)境災(zāi)害的主要因素。具體所造成的危害主要包含蓄水、耕地減少或絕滅、道路塌陷、房屋變形和破壞等。這些危害所形成的根本原因在于開(kāi)采引起的巖層移動(dòng)，造成開(kāi)采區(qū)土地沉陷，最終導(dǎo)致區(qū)域變形。因此，有效控制和減少地面塌陷程度的根本途徑是提前有效預(yù)防土地坍陷。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和煤炭形勢(shì)的改善，各煤炭企業(yè)集團(tuán)也紛紛對(duì)環(huán)境的防治力度更加關(guān)注了。這些預(yù)防措施對(duì)于煤炭工業(yè)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)當(dāng)代急需解決的工作，也是對(duì)煤炭工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)持久發(fā)展非常有益的[1]。

一、當(dāng)前煤礦開(kāi)采的現(xiàn)狀

目前運(yùn)用充填采礦的技術(shù)于金屬礦山的開(kāi)采中，因?yàn)槟壳皩?duì)該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是相對(duì)成熟，因此，可以為煤礦回填采礦提供參考。但煤礦地底層的巖石是屬于層狀巖層，與一般的金屬礦層的結(jié)構(gòu)是不一樣的，顯然，開(kāi)采所造成的地層的破壞以及該底層的巖石的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，通過(guò)充填的所要達(dá)到的目的也不同。因此，必須根據(jù)不同的煤礦地底的巖石活動(dòng)的規(guī)律以及需要達(dá)到的控制要求對(duì)煤礦充填開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性的研究與開(kāi)發(fā)，通過(guò)與實(shí)際情況相結(jié)合最終形成具有煤礦開(kāi)采特點(diǎn)的、針對(duì)性強(qiáng)的充填采礦理論與技術(shù)。在波蘭和德國(guó)通過(guò)充填采礦的方式進(jìn)行采礦的技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。充填使用的材料有河砂，電廠粉煤灰等[2]。其中，使用河沙進(jìn)行充填的方式應(yīng)用得最為廣泛。波蘭通過(guò)在城市地下水砂充填條帶法，成功地將城市下的許多煤炭資源都開(kāi)發(fā)出來(lái)了。我國(guó)在上世紀(jì)60年代也成功利用該種技術(shù)開(kāi)發(fā)了撫順勝利鎮(zhèn)的煤礦資源，成功的保護(hù)了煤柱。在撫順礦成功的使用了水砂填充技術(shù)后，許多其他地方也在陸續(xù)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，例如新韓礦業(yè)局孫村、梁壯、謝壯等。但是由于其操作過(guò)程比較復(fù)雜同時(shí)操作成本比較高，因而在我國(guó)的煤礦開(kāi)采中并未得到廣泛的應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代撫順礦首次利用國(guó)外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成功采集出煤礦資源以來(lái)，大多都通過(guò)采用注漿到地面來(lái)分離和減緩煤礦區(qū)對(duì)應(yīng)地表的沉陷。在我國(guó)的煤炭開(kāi)采的過(guò)程中，許多從事開(kāi)采煤礦和防止沉陷專家和工程技術(shù)人員大多已經(jīng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)[3]。目前許多的中國(guó)學(xué)者以及相關(guān)的工程人員在水砂充填的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)了膏體充填的方式。目前已經(jīng)在試驗(yàn)如何將膏體充填技術(shù)與我國(guó)實(shí)際煤礦開(kāi)采相結(jié)合。

二、煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)防和控制技術(shù)的一般方法

（一）充填開(kāi)采

為了在煤礦開(kāi)采中防止耕地和地面建筑物的塌陷，一般是在頂板塌陷前選用固體材料充填采空區(qū)從而有效的使其地表的形變和沉降得到有效的控制。其中在各種充填采礦方法中防止地面沉降的最佳的技術(shù)方法是充填水砂法。然而，對(duì)于不同的煤礦充填方法對(duì)于應(yīng)所需的灌裝設(shè)施和充填材料也是各不相同[4]。

（二）條帶開(kāi)采

同時(shí)考慮到煤礦底層內(nèi)部構(gòu)造與上覆巖層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照規(guī)定的開(kāi)采預(yù)留率，在煤層內(nèi)部開(kāi)采的同時(shí)打通巷道并保留巷道。由于采用條帶開(kāi)采的目的僅僅是為了開(kāi)采煤礦內(nèi)的一部分煤炭資源，因此，為了防止煤礦覆地層塌陷，可以通過(guò)保留部分煤炭資源形成煤柱對(duì)其表面產(chǎn)生支撐作用的方式。如此，不僅有效地減少煤礦上覆地層的移動(dòng)，同時(shí)也能有效控制煤礦上次層地表的巖石產(chǎn)生變形和移動(dòng)，最終能夠有效的保護(hù)地面上的耕地和建筑物。然而，通過(guò)此種方法的最大的缺點(diǎn)在于需要挖掘多條巷道，導(dǎo)致工作效率很低，煤礦采集效率低[5]。

（三）覆巖離層帶充填

在采煤過(guò)程中，為了加強(qiáng)砌體梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止分離帶分離。技術(shù)人員需要對(duì)煤礦采空區(qū)域的上覆巖層的結(jié)構(gòu)特征以及運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析，才能有效的將注漿在合適的時(shí)間與地方充填至煤礦采空區(qū)域，擴(kuò)大分離帶的空間，最終形成較穩(wěn)定的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。當(dāng)煤礦內(nèi)層下沉空間被傳輸?shù)降孛鏁r(shí)，可以有效地防止地面發(fā)生塌陷與形變，從而保護(hù)地面上的農(nóng)田和建筑物不被破壞。然而，目前對(duì)于該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還不夠成熟，需要進(jìn)一步的研究。

（四）限厚開(kāi)采

通過(guò)科學(xué)計(jì)算和分析當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，地面建筑物和農(nóng)田的抗變形能力以及具體地理特征，從而最終確定煤層開(kāi)采的最佳深度，進(jìn)而防止地面產(chǎn)生裂縫，對(duì)地表的農(nóng)田和建筑物產(chǎn)生損害。在開(kāi)采過(guò)程中，要求時(shí)刻記錄煤層的開(kāi)采厚度，堅(jiān)決不能開(kāi)采計(jì)算厚度范圍以外的煤層，如此才能有效地控制開(kāi)采時(shí)造成的地面沉陷，保護(hù)地表農(nóng)田和建筑物。但是，由于此種開(kāi)采方式的回收率比較低，因此對(duì)于薄煤層開(kāi)采是比較有效的[6]。

三、土地復(fù)墾技術(shù)

（一）粉煤灰充填復(fù)墾和煤矸石充填復(fù)墾

在煤炭開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)有大量煤矸石產(chǎn)出，如果將這些煤矸石直接排放到地表，不僅會(huì)占用大量土地，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此可以利用煤矸石作為充填材料對(duì)煤礦地層進(jìn)行填充，如此不僅恢復(fù)了受損土地有效防止塌陷，也能夠減少煤矸石對(duì)于土地的占用。

（二）平地和修建梯田復(fù)墾

在進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)地面和梯田等地表會(huì)出現(xiàn)沉降，此時(shí)可以在蓄水量和較低的潛水水位區(qū)通過(guò)土地平整和梯田建設(shè)等方法來(lái)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行復(fù)墾。建設(shè)梯田時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖魑镱?lèi)型、沉降區(qū)的土層厚度、工程量大小等綜合因素進(jìn)行考慮確定梯田的階梯高度和水平寬度。

（三）積水區(qū)綜合利用技術(shù)

根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況科學(xué)地利用蓄水區(qū)的綜合技術(shù)，通過(guò)科學(xué)的保水方法來(lái)建設(shè)大面積的蓄水區(qū)。可以建設(shè)水上公園。

結(jié)束語(yǔ)：本文總結(jié)了煤礦開(kāi)采所造成的地表沉陷現(xiàn)象以及對(duì)礦區(qū)農(nóng)田和建筑物造成不同程度的破壞。對(duì)煤礦開(kāi)采區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成十分嚴(yán)重危害。如果我們不及時(shí)采取有效的預(yù)防和控制措施，會(huì)導(dǎo)致極大的環(huán)境問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題，并且會(huì)給后代帶來(lái)更大的災(zāi)難。因此，對(duì)采煤所造成塌陷問(wèn)題的防治技術(shù)，安全開(kāi)采技術(shù)的研究我們應(yīng)該給予充分的利用。最終保證采煤與生態(tài)環(huán)境，社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]任興祎.煤礦開(kāi)采沉陷的防控方法[J].山西能源與節(jié)能，2008（02）

[2]荊海波.淺談煤礦開(kāi)采沉陷防治的控制技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2008（08）

[3]郭廣禮，王悅漢，馬占國(guó).煤礦開(kāi)采沉陷有效控制的新途徑[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（02） [4]劉慶吉.關(guān)于加強(qiáng)煤礦開(kāi)采沉陷控制與預(yù)防[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011（02）

[4]喬振峰，煤礦開(kāi)采沉陷防治及控制措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008 （14）

[5]楊真，淺談煤礦開(kāi)采沉陷防治和控制的技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2008，（35）

[6]荊海波，淺談煤礦開(kāi)采沉陷防治的控制技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品2008，（08）