煤礦開采沉陷有效控制的新途徑實踐

楊 澤 李永明

山西大同大學，山西大同 037003

煤炭生產過程中的開采活動會造成地表沉陷問題，對礦山周邊環境影響日益突出，主要的災害包括土地塌陷、積水，農田減產、絕產，道路塌陷，房屋變形等問題。這些由煤礦開采過程引發的巖層移動造成礦區出現沉陷，需要及時進行控制，才能減輕地面塌陷程度。

1 影響地面沉陷的主要因素

1.1 地質方面

首先，煤礦生產過程中的煤層厚度、傾角、埋深、埋藏條件的可靠性，煤層藏度，煤層松散部分的厚度都屬于影響地面沉陷的自然地質因素；其次，開采區域的斷層、褶皺等都屬于地質構造方面的影響因素；再者，巖層強度、力學性質、間隙等都屬于巖石物理性質方面的影響因素；最后，煤層松散部分的水文、地質條件，礦山排水系統狀況、開采方式、頂板管理水平、重復采動等水文地質狀況都是影響地面沉陷的主要因素類型[1]。

1.2 開采方面

地表沉降程度、范圍均與開采煤層厚度有正比關系；地面沉降范圍與開采煤層的埋深有正比關系，而地面沉降深度與其成反比關系。開采煤層傾角越大，巖層會沿垂直采空區上方移動下落，還會沿煤層方向巖層面出現下滑和剪切移動，這些移動狀態會造成地面沉降出現不對稱的形態。而開采煤層的松散部分洪都超過一定數據的時候，基巖的水平移動無法傳遞到地表，但是這部分區域的的孔隙水會隨礦井和地面排水量的增加大量排出，孔隙會逐步被壓實，在開采區域形成蓬柱狀結構，破壞松散區域周邊巖層，造成其發生變形，引發地表沉降問題。

2 煤礦開采沉陷控制新途徑分析

2.1 開采沉陷控制技術需要重點考慮的因素

2.1.1 控制形成煤礦開采沉陷問題的條件

針對煤礦開采沉陷問題，要在其發生前做好相應的預防工作，選擇合理的采礦技術工藝，對開采區域周邊的水文、地質、土壤等因素進行細致勘探，確保開采工作面有效展開，并根據勘探結果，結合不同區域地質條件采取有效的防護措施，以便改善地表沉陷問題出現的條件，直至將其對地表的損害降至最低限度，最低限度的保護地表建筑和礦區周邊生態環境[2]。

2.1.2 恢復和整治開采沉陷區域環境

對于已經出現開采沉陷問題的區域要及時采取相應的補救措施，以土地復墾技術對開采區域周邊環境進行改善，可以重新耕種的要及時恢復農作物種植。已經出現積水區域的要及時采取措施進行二次利用，同時對于地表建筑，要及時進行加固。對開采沉陷區域土地進行綜合整治，采取一切手段恢復開采區域周邊生態環境，保證最大限度恢復生態平衡，降低開采沉陷造成的不利影響。

2.2 煤礦開采沉陷控制的主要途徑

煤礦開采過程中一定要注意細節，開采過程中要根據礦區地質、土壤、建筑物、煤層條件確定相應的開采沉陷控制途徑，在煤礦生產過程中，選擇合理的開采技術方式，謹慎開采，降低開采沉陷造成的危害。并且，要采取有效的培訓教育體系，加強礦山工人的專業技能素質，提高其專業素質和安全意識[3]。

2.2.1 控制形成開采沉陷的主要方式

2.2.1.1 全部填充開采的方式

在煤礦開采生產過程中，煤炭采出后、礦井頂板脫落前，針對采空區進行填充作業，確保礦井開采區域穩定，一般常用的填充方式包括：固體材料、風力、矸石自溜、水沙這幾種類型。固體材料對采空區進行填充可以減少或延緩礦井頂板巖層下沉現象，有效減輕地表下沉現象；風力填充是通過風力作用將地表沙石吹填進采空區形成填充效果；矸石自溜填充是通過礦井與地面存在的傾斜角度，將地面矸石自行滑進采空區，形成自我填充的效果；水沙填充成效顯著，能有效降低地面沉陷，通過向礦井采空區灌入水沙形成支護作用，確保煤礦生產安全。這些全部填充的方式一般都需要專用設備和充足的填充材料，其投入較大，會提升煤礦生產成本，因此，必須根據礦井實際情況進行合理選擇。

2.2.1.2 條帶開采的方式

條帶開采的方式根據煤層、頂層的巖層、覆蓋面組合條件，通過相應的比例調整，在被開采的煤層中預留相應量的煤炭，作為開采時的支護，只開采出條帶狀的煤炭資源。這種方式只開采了部分煤炭，不僅能有效支撐上覆巖層，還能減少其移動空間，能夠有效控制地表開采沉陷問題，但是這種開采方式對于煤炭資源的浪費較大，開采處理的資源數量較少，需要花費大量時間、人力、物力掘進巷道，造成開采工作量和成本的大大增加[4]。

2.2.1.3 覆巖離層帶注漿充填的方式

結合采取區域上方覆巖移動特點，在煤礦開采過程的一定時間內，通過鉆孔向離層空間注入泥漿進行充填。這種方式對比全部充填方式，充填量較小，只需要對離層帶進行部分隔離填充即可，這種充填可以加固離層帶，進而提升整體的空間穩定性；將砌體梁結構加固穩定成連續梁結構，提升離層帶的穩定性和抗壓性；并將離層帶的下沉效果不再傳遞向地表，能夠有效減少或緩解地表下沉問題，針對地表建筑、農田能有效保護。采取這種方式進行充填能夠減少相應的材料和成本，但是這種處理方式的技術不夠成熟，操作風險性較大。

2.2.1.4 限厚開采的方式

采用這種方式的時候需要根據開采區域的自然條件、地表建筑高度、抗壓性能等綜合計算煤層開采厚度。這種方式通過多方面的分析、比較、計算確定了煤層厚度，但是這種方式只能針對特定固定厚度的煤層，不涉及其他厚度煤層。這種開采方式較為謹慎，可以有效減少地面沉陷問題，但是這種開采方式需要大量的前期勘探工作、開采范圍受限，并且只能針對淺層煤炭資源，對于深層較厚煤層，操作難度高，勘探等工作量都很大。

2.2.1.5 協調開采的方式

這種開采方式針對較厚煤層。厚煤層開采一般采用分層方式，根據現場實際狀況、開采設備、開采條件等確定開采順序和步驟，使煤層開采力度形成抵消效果，使煤層開采產生的地表沉陷全部抵消或部分抵消。采用這種方式能夠有效降低煤炭采動引發的地表沉陷問題，針對各方協調形成沉陷程度的抵消。這種開采方式較為方便，但是實施難度較大，無法有效把握煤層間的距離，對于相應的勘探技術要求較高，對于生產組織的要求高，當前我國礦山生產工人的專業素養還存在較大差距。2.2.2 恢復和整治開采沉陷區域環境的方式

在礦井生產過程中會出現大量煤矸石，若輸送到表進行排放，既要占用大量土地資源，又會造成環境污染；而通過向煤矸石當中添加適量的微生物活化劑，在經過一個植物生長期后就可建立起穩固的植物生長層，形成熟化土壤，用于恢復開采沉陷區域的土地，不僅能改善地表環境，還能減少煤矸石的額占地。同時，若煤礦存在電廠，可以利用電廠廢棄物、粉煤灰對開采沉陷區域進行充填，提高開采沉陷區域土地的復墾面積，將沉陷區和粉煤灰造成的危害問題轉變成改善開采沉陷區環境的有利之處[5]。

針對已經出現積水的沉陷區，可根據積水深度進行利用，對于水位較高的區域，若水面面積較大可以采用發展網箱養魚、圍欄養魚、蓄洪作灌溉水源、建造水上公園等二次利用方式進行改善。若水面面積較小或受季節性影響較為顯著，可以采用人工或機械方式將積水沉陷區域挖深，改變成適合養魚、蓄水灌溉等功能的水面區域，將挖出的泥土填充到開采沉陷較小的區域，使其成為可以種植的耕地；對于水位較低的區域，可采用土地平整、改造成田地的方式進行復墾利用，如將水位較低的邊坡地帶改造成梯田，其水平寬度和梯坎高度可根據坡度抖緩、土層薄厚、工程量大小、作物種類、耕種機械化程度綜合考慮來進行確定，對于梯田的田間坡度、坡向可根據原有坡度、灌溉條件、土地用途來進行確定，若整體水量較少，可通過開挖排水渠道，將積水引入河流、湖泊、坑塘、水庫等作蓄水用，而開采沉陷造成的水淹地能夠重新進行復墾。

3 結語

煤礦開采沉陷問題在礦區普遍存在，并且是造成礦區環境出現問題的主要根源，在煤礦開采過程中一定要加以重視，在開采前做好預防工作，開采過程中控制開采技術方式和沉陷問題處理措施，有效減輕地面沉陷程度。雖然煤礦開采沉陷對地表土地資源的影響與破壞是不可避免的，但是不同礦區可以根據自身實際條件，結合日常生產活動安排，通過采用合理技術來防止和控制開采沉陷，提高土地復墾能力，對地表沉陷區域進行綜合治理和開發利用，才能降低對地面建筑的損害，改善礦區生態環境，為企業帶來良好的經濟和社會效益。

[1] 買買提江·買合木提.有效控制煤礦開采沉陷的新途徑[J].內蒙古煤炭經濟，2017（ 7）：9，27.

[2] 王振海.煤礦開采沉陷充填開采技術及其應用[J].技術與市場，2015，22（6）：228，230.

[3] 段正亮.淺談煤礦開采沉陷防治和控制的技術[J].科技創業家，2013（4）：114.

[4] 李秀山，曹忠，柳成懋，等.岱莊煤礦條帶煤柱矸石膏體充填開采地表沉陷研究[J].煤炭工程，2012（ 4）：85-87.

[5] 戈海賓，張玉建，余同勇.煤礦開采沉陷有效控制新途徑的探討[J].礦業安全與環保，2006（ 1）：71-72.