煤礦開采沉陷分析及其防治措施研究

吳尋云

摘 要：目前，國家大力推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因此，煤礦應(yīng)重視開采引發(fā)的環(huán)境問題，并積極研究、推廣煤礦開采沉陷防治措施。在實(shí)際工作中，煤礦應(yīng)該針對各個(gè)礦區(qū)的實(shí)際情況，采取合理的沉陷防治措施?；诖?，簡要分析了煤礦開采沉陷及其防治措施。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；生態(tài)環(huán)境；開采沉陷；充填方法

中圖分類號(hào)：TD325 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.107

煤炭資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)條件，我國雖然是煤炭大國，但是煤炭開采技術(shù)還有待提高。煤炭資源不可再生，隨著其不斷開采，煤炭資源將日益減少，甚至?xí)l(fā)資源枯竭。目前，我國的煤炭資源開采逐漸向“三下”開采和深部開采發(fā)展。煤炭開采不當(dāng)不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)問題，例如過度開采煤礦容易破壞周圍的生態(tài)環(huán)境，還可能引發(fā)建筑變形，道路塌陷、積水和土地塌陷等礦區(qū)災(zāi)害，造成礦區(qū)不穩(wěn)定。煤礦開采不當(dāng)是造成礦區(qū)地面變形、塌陷災(zāi)害的根源，而且災(zāi)害治理成本高。對于當(dāng)前的煤炭行業(yè)來說，開采沉陷的治理是一個(gè)需要重點(diǎn)思考的問題，必須重視對煤礦開采沉陷的治理。

1 煤礦開采沉陷分析

煤礦資源在能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，但是現(xiàn)階段煤礦開采中的問題較為突出。煤礦開采會(huì)破壞礦山周圍的生態(tài)環(huán)境，其中，開采沉陷問題較為嚴(yán)重。在長期大面積的開采中，煤礦采空區(qū)的面積越來越大，采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶和地面塌陷范圍隨之?dāng)U大。開采沉陷會(huì)導(dǎo)致土壤退化，土地?zé)o法耕種，還會(huì)對周圍建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

煤礦開采沉陷主要有以下幾種形式：①裂縫和臺(tái)階。煤礦開采所產(chǎn)生的裂縫一般位于沉陷盆地的外邊緣，深度可達(dá)幾十米，寬度為幾毫米至幾十厘米。②沉陷盆地。煤層被開采后，采面上覆巖層就會(huì)出現(xiàn)彎曲、斷裂、垮落的現(xiàn)象，從而在地表形成沉陷盆地。沉陷盆地會(huì)改變原來的水平位置、坡度和高度，還會(huì)對沉陷區(qū)域中的生態(tài)環(huán)境和建筑物產(chǎn)生不利影響。③沉陷坑。在開采淺部的傾斜煤層、急傾斜煤層時(shí)，如果采用行水力采煤或立柱式采煤方式，很有可能會(huì)因采厚不均勻而導(dǎo)致覆巖破壞的高度不一致。

正是由于煤礦開采沉陷問題會(huì)引發(fā)多種不良后果，所以煤礦要積極研究和推廣合理的控制措施，應(yīng)用先進(jìn)的采礦工藝，有效解決地表沉陷問題。此外，還要合理制訂采煤工作面的各個(gè)參數(shù)，對采空區(qū)進(jìn)行充填處理；利用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)分析地表下沉趨勢，進(jìn)而控制地表下沉速度和影響范圍。

2 煤礦開采沉陷防治措施

2.1 充填開采方法

充填開采方法通常被運(yùn)用于“三下”開采中，其關(guān)鍵是膠結(jié)充填工藝，具有良好的充填效果，可以有效緩解充填區(qū)的地表沉陷問題。需要注意是，充填開采方法適用于采高為3～6 m煤層的開采中。當(dāng)采場推進(jìn)一定距離后，在頂板未垮落之前，要密實(shí)充填采空區(qū)，同時(shí)提高充填材料的強(qiáng)度。在工作面推進(jìn)很長距離后，如果頂板只是稍微變形和下沉，就不會(huì)波及到地表。在諸多類型的充填材料里，水沙充填是較為合適的充填方法，但是需要大量的資金投入，無形中提高了噸煤成本。對此，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)進(jìn)行綜合比較。

2.2 離層帶注漿充填

隨著煤礦采場范圍的擴(kuò)張，采空區(qū)的規(guī)模逐漸變大，這時(shí)上覆巖層中就會(huì)出現(xiàn)離層帶。如果離層帶的面積不斷增加，就會(huì)延伸到地表，引發(fā)地表沉陷問題，所以要采用對離層帶鉆孔注漿的方法。使用該方法不僅能有效填充離層帶，還能與出現(xiàn)破碎的巖層相聯(lián)系，發(fā)揮傳遞梁的作用，這樣就可以支撐采空區(qū)遺留空間，減輕地表沉陷。需要注意的是，使用該方法時(shí)，要求上覆巖層達(dá)到一定的厚度，選擇的離層層位以下能留有大于導(dǎo)水裂隙帶厚度的巖層，其目的是為了防止?jié){液在高壓作用下流入礦井下，影響井下安全生產(chǎn)。當(dāng)煤層開采了一定時(shí)間后，離層就開始形成了，此時(shí)就是最好的注漿時(shí)機(jī)。覆巖離層注漿減緩地表沉降技術(shù)作為控制地層變形和移動(dòng)的一種方法，已在多個(gè)礦區(qū)的薄煤層和中厚煤層中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 “采—注—采”開采方式

“采—注—采”開采方式是將條帶開采和注漿充填技術(shù)綜合運(yùn)用。在工作面開采過程中，預(yù)先形成小條帶開采，然后注漿充填加固采空區(qū)，待填充體達(dá)到一定強(qiáng)度后，將剩下的條帶再開采出來。具體步驟是先開采窄條帶工作面，然后對窄條帶采空區(qū)的斷裂帶、垮落帶破裂巖體進(jìn)行注漿固結(jié)、充填，最后再開采剩余的寬條帶煤柱。該方法巧妙地利用了置換荷載方法，嚴(yán)格控制了上覆巖層的作用力，有效緩解了地表下沉?！安伞ⅰ伞遍_采方式包含了多種技術(shù)，對技術(shù)具有很高的要求，且工藝十分復(fù)雜，成本較高，但采煤效率并不高。

2.4 條帶開采技術(shù)

條帶開采技術(shù)是指在開采煤炭資源的時(shí)候，設(shè)定科學(xué)的采留比，留取一定寬度的煤柱，運(yùn)用條帶煤柱起到間隔支撐的作用，從而有效防止地面發(fā)生沉降，有利于開采出更多的煤炭資源。但使用條帶開采方法的煤礦采出率并不高，還會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，影響生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此需要慎重選擇。

2.5 沉陷區(qū)的恢復(fù)和整治

有些地面塌陷區(qū)可建設(shè)游樂場所、發(fā)展水產(chǎn)、興修池塘，有些地面塌陷區(qū)可整平土地，然后充填粉煤灰、矸石來建設(shè)道路、文化場所、工人新村和工業(yè)企業(yè)等。這樣一來，既能減少粉煤灰、矸石和尾礦的污染，也能使土地保持原來的肥力和土質(zhì)。如果塌陷區(qū)的積水比較深，而且存在復(fù)墾充填材料短缺等問題，那么就可以利用塌陷區(qū)的地形特征，將部分積水區(qū)挖深，用來養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等。積水較淺區(qū)可利用矸石修路做成塘埂或堤壩，并選擇合適樹種進(jìn)行綠化，也可建成配套畜牧場，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。

3 結(jié)束語

綜上所述，煤礦資源對社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展十分重要，而且與人們的生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系。合理地開采煤炭資源是關(guān)系煤礦業(yè)發(fā)展和國計(jì)民生的大事。在煤炭開采工作中，需要特別注意開采方法的合理性，降低對周圍環(huán)境的破壞，同時(shí)積極治理地表沉陷等問題。此外，煤礦開采地面沉陷也是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，所以要采用各種方法綜合治理開采沉陷問題，例如推廣使用充填開采方法、離層帶注漿充填方法、“采—注—采”法、沉陷區(qū)的恢復(fù)和整治等技術(shù)方法。這樣可以取得較明顯的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對我們子孫后代的生存發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都具有極為重要的意義和作用。同時(shí)，還要積極研發(fā)新的沉陷控制技術(shù)，提高煤炭開采技術(shù)水平，促進(jìn)煤礦開采業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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〔編輯：王霞〕