煤礦開采沉陷區的防治技術與應用

王麗靜

（同煤集團地質勘測處，山西大同 037003）

煤礦開采沉陷區的防治技術與應用

王麗靜

（同煤集團地質勘測處，山西大同 037003）

煤礦開采沉陷是造成礦區環境地質災害的直接原因，有效控制和減輕地面沉陷程度是避免煤礦開采沉陷環境災害的基本途徑。通過系統的資料收集、整理分析，制定礦區地質環境治理總體方案，針對不同類型的地質災害，采取針對性的治理措施，從而為礦井安全生產提供指導。

開采沉陷；地質災害；治理措施

1 概述

1）煤炭的開發為山西經濟發展提供了基本保證，然而煤炭的大規模開采對礦山及其周圍環境造成了嚴重的破壞日益突出，開采沉陷不僅導致土壤退化，土地無法耕種，同時煤層長期大面積開采，還會導致采空區面積不斷擴大，采空區導水裂隙帶和地面塌陷范圍隨之擴大，使地表水與地下水、礦坑水發生了直接聯系，造成沙川徑流大量滲漏、徑流量明顯減少，從而部分開采沉陷過程與煤礦開采掘進過程同時發生，一旦出現貫通裂隙可能導致地表水或地下水倒灌，進入工作面造成井下突水事故。因此，有效控制和減輕地面塌陷程度是解決此問題的根本途徑。

2）開采沉陷導致的地層裂隙導水是引起煤礦水害的主要原因之一，正確認識煤礦地面塌陷現狀，研究其成因、預測發展趨勢，評價其對煤礦生產安全的風險，提出切實有效的防治對策，對避免和減少地面塌陷區水害的發生，保證煤礦生產順利進行并促進經濟發展具有重大意義[1]。同煤集團煤礦埋深相對較淺、煤層較厚，容易引起開采沉陷并形成貫通性裂隙，產生地表水入滲的礦井水害風險較大，因此，本文課題有重要意義。

2 治理區域采取的治理途徑

煤礦水災事故只有三個必要條件同時具備，才會發生水災事故。1）水源。包括地表水、洪水、松散層水、巖溶裂隙水、砂巖裂隙水、采空區水等。造成重大或特別重大事故的水源往往是巖溶裂隙水和采空區水。2）導水通道。它包括自然通道和人工通道兩類。自然通道主要有斷層、裂隙、陷落柱等，人工通道有鉆孔、煤炭開采后導水裂隙帶等。3）釋放水空間。礦井開采產生人空間，包括井筒、巷道、峒室、采空區等。因此，根據某礦區生產補充地質勘探報告可知5號煤層煤系裂隙水對礦井生產影響小，然而5號煤層開采后，導水裂隙帶將達地表，地表水經過地表裂隙縫進入礦井，是礦井的主要充水因素。因此，防治方案的設計以地表源頭治理為主，輔以地下采空區隔水處理，同時加強地下水位監測，使礦區水災害風險下降到最低水平。

3 治理區域概況及治理方法

本文討論的治理區屬丘陵地區，根據地表沉陷狀況可分為塌陷坑體和周邊裂隙群兩類，采空區塌陷坑圖片，見圖1。由于塌陷坑的形成，阻斷了原季節性排水溝的排水路徑，同時塌陷坑內存在大量裂隙，雨季易造成積水，并通過裂隙入滲工作面；塌陷坑以東沿掘進方向形成了大面積裂隙，工作面兩側處裂隙較為發育，呈明顯的“馬鞍型”[2]。工作面上方沿掘進方向均出現不同程度的沉陷，其表土層為粉砂壤，滲水性能較強、機械強度低、支撐力較弱，隨著開采時間的延續，尤其是一次較強降水后很有可能形成新的塌陷坑，造成新的安全隱患。

圖1 采空區塌陷坑

地表塌陷坑的治理目標：平整坑體，坑底和坑側進行防滲處理，并進行部分覆土，種植草本類植被，在原季節性排水溝下游處理挖開山體導流，防止一次性大量降水入滲地下工作面。地表裂隙群的治理目標：平整山體，淺度裂隙和中度裂隙用三七土充填壓實，深度裂隙進行三七土充填處理，保障井下開采的安全，同時利用山勢將降水導出沉陷區。

淺度和中度裂隙（裂縫寬0～0.5 m）夯填方法，見圖2，先挖出50 cm×150 cm的溝槽，然后用三七土進行人工夯填，至少每20 cm分層夯實一次，壓密后的三七土厚度不得小于0.5 m，密實度不得小于93%（注：三七土中熟化石灰顆粒粒徑不得大于5 mm，熟化石灰與黃土按2∶1的比例攪拌均勻，顆粒粒徑不得大于15 mm；三七土必須進行含水量試驗，確保良好的防滲性能）。三七土夯實后進行黃土回填，進行夯實找平。

圖2 中淺度裂隙夯填方法

深度裂隙（裂縫寬0.5～2 m）夯填方法，見圖3，先挖出100 cm×200 cm的溝槽，然后用麻袋土充填裂隙，防止夯填的三七土下漏，再將三七土進行人工夯填，至少每20 cm分層夯實一次，壓密后的三七土厚度不得小于1.0 m，密實度不得小于93%（注：三七土中熟化石灰顆粒粒徑不得大于5 mm，熟化石灰與黃土按2∶1的比例攪拌均勻，顆粒粒徑不得大于15 mm；三七土必須進行含水量試驗，確保良好的防滲性能）。三七土夯實后進行黃土回填，黃土層回填高度至少高出地表0.5 m，形成梯形形狀。

圖3 深度裂隙夯填方法

塌陷坑（直徑大于3 m）邊坡先挖出60°角，塌陷坑經防滲處理后進行復土回填，回填高度為3 m，在塌陷坑周圍挖出錨固坑。防滲工程設計圖，見圖4。

圖4 防滲工程設計圖

4 其他防治措施

1）地下水位監測系統建設：利用GPRS無線網絡平臺，將觀測站的水位、溫度數據發送到水位監控中心，通過監控軟件，對水位、溫度等數據進行實時監控，實現現場參數的采集、超水位報警等多項功能。

2）地表塌陷坑的治理：平整坑體，坑底和坑側進行防滲處理，并進行部分覆土，種植草本類植被，在原季節性排水溝下游處理挖開山體導流，防止一次性大量降水入滲地下工作面。

3）地表裂隙群的治理：平整山體，淺度裂隙和中度裂隙用三七土充填壓實；深度裂隙進行三七土充填或巖體灌漿處理，保障井下開采的安全，同時利用山勢將降水導入塌陷坑。

4）采空區治理：在采空區設置防水閘門，使礦井與采空區隔離開來，一旦發生水患，礦井分區隔離，可以縮小災情影響范圍，控制水勢危害，確保礦井安全，同時加大井下應急排水能力，可以進一步減少水災風險。

通過以上環境治理工程，可以實時監控降水對地下水位的影響，對工作面突水進行預警；地表塌陷區內裂隙得以充填，坑體入滲得到較好的處理，同時通過植被，進一步提高了上覆土層的持水能力，加強了地表防滲層的防滲能力；采空區設置防水閘門，加大了井下應急排水能力，可以減少工作面突水事故風險。

5 結束語

經過現場裂縫長期觀測，雖然表面治理達到了理想的效果，但還不能治本，發現還有變化塌陷，經過研究決定，需對采空區所對應的地面施工注漿孔，從根本上解決地表的塌陷問題，經過長期的觀測通過這兩種方法的聯合作業，達到預期的效果，實現礦井的安全生產。

本次項目的研究與實施，在治理區建立了一套完整的開采沉陷區水害防治方法，不僅可以保障沉陷區的生產和人員安全，目前本治理礦區受影響工作面已安全度過汛期，保障了生產安全，截止到年底受影響工作面共采出原煤302萬t，實現總產值8.45億元，利潤達到1.5億元。通過沉陷區地面治理，改善了沉陷區的生態環境，恢復了當地土地的生態和農業功能，取得了良好的社會效益和環境效益。項目的研究和實施為巨厚煤層開采沉陷條件下煤層的安全、高效生產開辟了新的技術途徑，為沉陷區水害治理提供了依據，積累了經驗，減少了資源損失，具有積極的推廣價值。

[1]劉占魁，劉冰蕾，王瑞智，等.國內礦山開采沉陷的主要研究方法及應用情況[J].西部探礦工程，2011（1）：176-178.

[2]韓光勝，程健維，易光旺.國外礦山開采沉陷預計技術研究及應用概述[J].中國安全生產科學技術，2011（7）：41-45.

Control Technology and Its Application in Mining Subsidence Areas in Mine

WANG Lijing
(Geological Survey Section,Datong Coal Mine Group,Datong 037003,China)

Mining subsidence could directly cause geological disaster of coal field environment. Effective control and reduction of the surface subsidence are essential to avoid the disaster.By data collection and analysis,an overall plan for geological environment treatment was established.For different geological disasters,targeted control measures should be adopted to guide the safety production in the mine.

mining subsidence;geological disaster;control measures

TD88

A

1672-5050（2015）03-0019-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.007

（編輯：劉新光）

2015-03-05

王麗靜（1984-），女，山西平遙人，大學本科，助理工程師，從事煤田地質勘測工作。