煤礦采空塌陷災(zāi)害防治

趙子浩 劉文 賈傳席

摘要：本文主要介紹采空區(qū)塌陷的危害，概括煤礦采空區(qū)塌陷防治現(xiàn)狀與技術(shù)，并對(duì)今后的發(fā)展趨勢(shì)做出分析。

關(guān)鍵詞：煤礦;采空區(qū);塌陷;防治

0.??? 采空區(qū)塌陷

采空塌陷指由于地下挖掘形成空間，造成上部巖土層在自重作用下失穩(wěn)而引起的地面塌陷現(xiàn)象。對(duì)生產(chǎn)礦井、地面建（構(gòu)）筑物、土地資源及生態(tài)環(huán)境造成不同程度的危害與破壞。采空區(qū)上方頂板垮落動(dòng)載現(xiàn)象會(huì)有一定概率對(duì)礦井造成壓架事故，甚至誘發(fā)沖擊地壓、瓦斯突出等事故。有的采空區(qū)塌陷之前征兆并不明顯，突然塌陷會(huì)給地面造成無(wú)法避免的傷害，采空區(qū)塌陷也會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐慕ǎ?gòu)）筑物，對(duì)地表水地下水等生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一定的影響甚至永久性破壞，大量水涌入地下會(huì)引起礦井透水事故。[1]

1.??? 煤礦采空區(qū)塌陷災(zāi)害處理方式

目前處理采空區(qū)塌陷的方式可以總結(jié)為兩種，一是對(duì)已經(jīng)造成塌陷的土地進(jìn)行勘察評(píng)估合理利用，二是在煤礦開采初期就進(jìn)行處理，減少或消除采空區(qū)塌陷造成的不良影響。

1.1? 合理利用采空塌陷區(qū)

目前可以根據(jù)塌陷區(qū)的不同程度的危害對(duì)土地進(jìn)行不同的利用，有些地區(qū)可以通過疏排法、就地取土法、挖深墊淺法和固體廢物充填法等技術(shù)對(duì)已經(jīng)遭受破壞的土地進(jìn)行處理，使一些土地能夠達(dá)到農(nóng)業(yè)土地復(fù)墾的效果。有些地區(qū)針對(duì)塌陷區(qū)的特殊環(huán)境，除了種植業(yè)、漁業(yè)、家禽養(yǎng)殖業(yè)為一體的農(nóng)業(yè)復(fù)墾之外，還引入各種昆蟲、鳥、魚，合理規(guī)劃生態(tài)基地，發(fā)展垂釣、劃船、觀景等休閑娛樂旅游項(xiàng)目。還有些地區(qū)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行勘探評(píng)估之后，利用建（構(gòu)）筑物抗變形技術(shù)，在其上開發(fā)為建設(shè)用地。

1.2? 防止采空區(qū)塌陷或合理利用采空區(qū)

利用煤礦產(chǎn)生的矸石、當(dāng)?shù)氐乃啊⒌蜐舛雀邼舛饶z結(jié)物、膏體、超高水材料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填[2]，合理的規(guī)劃采煤方法，如條帶開采都可以有效防止采空區(qū)塌陷。有些缺水地區(qū)可以在煤礦開采時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行有效處理，形成地下水庫(kù)，不但沒有破壞生態(tài)環(huán)境，還有效利用了采空區(qū)，緩解了當(dāng)?shù)厝彼畣栴}，經(jīng)過自然沉淀過濾后的水可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水，經(jīng)過處理可以為當(dāng)?shù)氐某鞘刑峁┥钣盟甗3]。

2.??? 煤礦采空區(qū)塌陷勘察技術(shù)

由于煤礦采空區(qū)塌陷會(huì)造成如此大的不良影響，因此有些礦井會(huì)對(duì)地表塌陷進(jìn)行勘察。勘察的方式主要有工程地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪，地球物理勘探，鉆孔探查，采動(dòng)巖體物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，地表位移監(jiān)測(cè)等。勘察的過程主要是煤礦委托有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行勘察，相關(guān)機(jī)構(gòu)接受委托，通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，編寫勘察技術(shù)方案，通過各種勘察技術(shù)獲取大量數(shù)據(jù)，建立采空區(qū)三維工程地質(zhì)模型，對(duì)采空區(qū)失穩(wěn)與破壞進(jìn)行模擬分析，進(jìn)而預(yù)測(cè)地表殘余變形量、殘余空洞并進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，最后制定其防治措施。

3.??? 煤礦采空區(qū)塌陷治理技術(shù)

當(dāng)?shù)V井已經(jīng)開采，井下已經(jīng)形成采空區(qū)之后，處理采空區(qū)塌陷的方式主要有注漿充填、開挖回填、樁基穿越/ 跨越、井下砌筑等技術(shù)。

3.1? 注漿充填法

注漿充填是通過水泥、粉煤灰、添加劑、骨料和水等材料，經(jīng)過鉆孔直接注入到采空區(qū)，一般是采空區(qū)地基處理范圍邊緣部位設(shè)置好帷幕孔，帷幕孔之間設(shè)置若干注漿孔，按照先帷幕孔后注漿孔的順序進(jìn)行注漿，一般帷幕孔的漿液需要加入速凝劑，當(dāng)需要注漿區(qū)域的邊緣部位快速凝結(jié)之后再進(jìn)行注漿，并且鉆孔孔徑隨著深度將增加而逐漸減小。通過注漿充填保護(hù)建（構(gòu)）筑物時(shí)，首先要明確輪廓寬度、維護(hù)帶寬度、覆巖影響寬度，然后根據(jù)漿液損耗系數(shù)，治理面積，采高，回采率，剩余變形量，充填系數(shù)，結(jié)石率等要素計(jì)算注漿量。通過注漿充填法適用于各類型煤礦采空區(qū)的地基處理，該方法治理工藝成熟治理效果好，但治理費(fèi)用一般較高。

3.2? 開挖回填法

當(dāng)采空區(qū)埋深較淺時(shí)，可以使用開挖回填法進(jìn)行處理采空區(qū)。開挖時(shí)應(yīng)按基坑設(shè)計(jì)要求，從中間向兩翼擴(kuò)展，自上而下分層分段進(jìn)行，回填時(shí)要及時(shí)將基坑里的水排出，回填材料應(yīng)按不同的材料搭配回填并且需要壓實(shí)，一般就地取材，使用開挖時(shí)土石材料，但基底一般使用灰土或黏性土。該方法還可以回收開采時(shí)遺留在井下的煤柱，但工程量大，并且深基坑存在安全隱患，回填質(zhì)量對(duì)后期地基沉降也影響較大。

3.3? 樁基穿越/跨越法

樁基穿越/ 跨越法方法就是通過人為的制造樁基，使其支撐在采空區(qū)以下的堅(jiān)硬的底板上，當(dāng)建（構(gòu)）筑物建立在樁基上后，采空區(qū)塌陷時(shí)因?yàn)榻ǎ?gòu)）筑物有樁基支撐而不會(huì)受到塌陷影響。該方法需要探明采空區(qū)底板深度、采空區(qū)“三帶”發(fā)育特征，并且需要根據(jù)樁型選擇適當(dāng)?shù)你@機(jī)進(jìn)行施工。該方法施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，但無(wú)法控制采空塌陷水平變形。

3.4? 井下砌筑法

井下砌筑法就是直接將毛料石或磚等砌筑材料按照交錯(cuò)順序砌筑在采空區(qū)，一般分為干砌和漿砌兩種。該方法的準(zhǔn)備階段就要核實(shí)采空區(qū)位置、范圍等煤礦采空區(qū)基礎(chǔ)特征資料，并且砌筑材料要滿足強(qiáng)度要求和尺寸要求，施工時(shí)，必須清除頂板的危巖及垮落堆積物。該方法施工簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制，但施工材料進(jìn)入工作面困難，施工過程隱患大，施工通風(fēng)、排水等輔助工程費(fèi)用較高。

4.??? 總結(jié)

采空區(qū)塌陷的危害較大，并且還會(huì)誘發(fā)其他危害。煤礦開采時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)礦業(yè)安全評(píng)價(jià)，摸清煤礦采空區(qū)帶來(lái)的危害與影響范圍，對(duì)已經(jīng)破壞的地區(qū)要綜合治理，未遭到破壞的地區(qū)要提前預(yù)防。隨著我國(guó)環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)與技術(shù)的提高，將會(huì)從治理采空區(qū)塌陷到預(yù)防塌陷過渡，合理利用采空區(qū)與充填開采技術(shù)將會(huì)成為礦山綠色開采的主要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 曹吉林.煤礦采空區(qū)塌陷的原因分析及預(yù)防處理措施[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2017（17）：92-93.

[2]?? 趙子浩，趙新泉，張培磊.煤礦充填開采技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2017（23）：20-21.

[3]?? 趙子浩，趙強(qiáng)，魏雅晴.煤礦保水開采技術(shù)方法[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（30）：68.

作者簡(jiǎn)介：

趙子浩（1991-），男，山東聊城人，助理工程師，礦業(yè)工程專業(yè)碩士研究生，工程碩士專業(yè)學(xué)位，研究方向：綠色開采方法。