礦區地面沉陷控制與防治技術研究

馬柳　秦志嬌

摘要：地面沉陷是煤礦開采危害之一，開采沉陷造成的礦區環境災害日益突出，必須采取措施進行治理。簡要論述了開采引起地面沉陷的控制技術，并進行了某煤礦地面沉陷治理工程設計，有效的控制和減輕地面沉陷程度，避免造成進一步的開采沉陷環境災害。

關鍵詞：煤礦開采;地面沉陷;控制技術

煤礦開采引起的地面沉陷問題越來越受到人們的關注，因此對礦區地面沉陷控制與防治技術的研究也急不可待。地面沉陷的治理方法主要有可以從兩方面進行考慮：即對開采引起地面沉陷的控制和地面沉陷破壞的恢復、整治。其中恢復整治僅僅是對開采引起地面沉陷后的地表進行修復、綠化等，不能從根本上對開采引起地面沉陷進行控制。而對開采引起地面沉陷的控制是靠改變采空區上覆巖土層的受力狀態來達到減少沉陷的目的，因而可以從根源上減少開采引起地面沉陷，達到保護地面建筑物，減小土地破壞的效果。

1對開采引起地面沉陷的控制技術

對開采引起地面沉陷的控制主要有以下方法。

（1）崩落法：崩落空區是采用爆破崩落采空區上盤圍巖，使巖石充滿采空區或形成緩沖巖石墊層，以改變圍巖應力分布狀態，達到有效控制地壓的目的。

（2）加固法：加固法一般是對采空區圍巖進行加固，改變圍巖力學狀態，從而達到治理效果，屬于被動支護。該方法減緩頂板冒落時造成的沖擊，有效地控制了地壓。

（3）采空區充填法：當其他條件不變時，開采厚度與地表的變形、移動值成正比。對采空區進行充填減小采空區的高度，相當于減小了礦產的開采厚度。該方法支撐上覆巖層的部分重力和抵抗采空區圍巖的閉合的作用，從而能根本性的減小開采引起地面沉陷問題。

（4）注漿加固法：注漿法是對土層界面或巖層的空隙或采空區的垮落帶注入漿液材料，改善巖土結構的力學性能如硬度、滲透性，恢復和提高其整體性，確保地表建筑安全使用。

2某煤礦地面沉陷防治工程設計

2.1治理原則

某露天礦局部區域采空區未進入穩定時期，地面沉陷區域存在不穩定高陡邊坡，其對邊坡穩定性有較大影響，為消除不穩定邊坡破壞（崩塌或滑坡）對坑內公路、行人造成的威脅，需設置控制技術防治工程。治理的思路根據分析區域不同考慮采用邊坡整形及注漿加固。治理方案的原則是：科學、經濟、合理、美觀并且便于施工。

2.2邊坡整形工程

邊坡整形是削掉非穩定邊坡的部分巖土體，以減緩坡度，削減助滑力，從而保持坡體穩定。由于該露天煤礦地下采空區部分已進入穩定時期，因此應需要針對具體的局部不穩定區開展治理，不宜采用大范圍大體積削坡工程。

初步確定邊坡整形設計參數為：邊坡垂直坡高5-14m，水平臺階寬3-30m，坡角25-35°之間。平盤采用反坡式平盤，平盤內側傾斜5%，這樣不僅可以減少其蓄水量，還可以當發生暴雨時，積攢過多的雨水由平盤內側安全排至附近豎向排水溝，減少對臺階坡面的直接沖刷。如左圖所示。

2.3注漿加固工程

該礦采空區未進入穩定時期的地面沉陷區，引起地表多處變形和采空區塌陷，影響路基穩定，危害人民生命財產安全，引發后果嚴重。此外該礦地面沉陷區可能引起邊坡大面積滑坡和泥石流，嚴重威脅礦坑安全。因此應針對于局部重點保護區域，開展注漿加固工程，通過治理，可消除采空區對路基穩定性的隱患，確保車輛行駛安全。

具體技術要求如下：

（1）注漿材料。采空區注漿用水pH值大于4。水泥標號不應低于32.5號，應優先選用礦渣水泥。注漿用的水泥必須符合國家質量標準。粉煤灰應符合國家二、三級的質量標準。骨料中的砂應為質地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于25mm，有機物含量不宜大于3%，石屑或礦渣最大粒徑一般情況下不宜大于1.0cm，有機物含量不宜大于3%。

（2）鉆孔結構。注漿孔或帷幕孔應鉆至采空區（或煤層）底板以下3m處。鉆孔開孔孔徑宜控制在130-150mm之間，變徑后，終孔孔徑不應小于91mm，鉆孔每50m測斜一次，每百米孔斜不應超過2°。應選用直徑不小于φ50mm或φ127mm的鋼管，需投入骨料時，管徑不應小于φ89mm。

（3）鉆孔布置。注漿孔（或帷幕孔）的排距、孔距一般經現場試驗確定。當無法進行試驗時，宜根據覆巖地層結構及巖性、煤層采出率、垮落帶和斷裂帶的空隙、裂隙之間的連通性等，并參照經驗值設計。當煤層采出率大、頂板堅硬、垮落帶和斷裂帶的演示空隙、裂隙間連通性好，可取大值，反之則取小值。當采空垮落帶和斷裂帶吸漿較大，取大值，否則取小值。當采空區位于一般路段時，可取大值，反之則取小值。

3結論

此次進行地陷防治的煤礦及周邊的井工礦數量眾多，開采歷史較久，采空區及巷道錯綜復雜，因此采用對開采引起地面沉陷的控制較為困難，主要以開采引起地面沉陷破壞的恢復和整治技術為主。此次治理的思路根據分析區域不同考慮采用邊坡整形及注漿加固，采取措施后的效果如何還需要后續進行論證。

參考文獻：

[1]陳云鵬.水平煤層開采引起地面沉陷預測及控制效果研究[D].長安大學，2012.

[2]黃寶柱.注漿技術在地面沉陷控制中的研究與應用[J].礦山測量，2015（06）：30-33.

[3]張艷文.煤礦開采引起地面沉陷的綜合治理[J].能源與節能，2015（03）：26-28.

[4]郝偉.某選煤廠中煤倉地基變形分析[D].長安大學，2014.

[5]郭海名.淺談煤礦開采沉陷防治和控制技術[J].黑龍江科技信息，2015（33）：57.

[6]魯忠和.煤礦開采沉陷防治與控制技術[J].科技資訊，2008（29）：77.