煤礦開采沉陷的預(yù)測方法、治理和監(jiān)測對策研究

孫善研

(黑龍江龍煤礦業(yè)工程設(shè)計研究院有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

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煤礦開采沉陷的預(yù)測方法、治理和監(jiān)測對策研究

孫善研

(黑龍江龍煤礦業(yè)工程設(shè)計研究院有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

煤礦開采沉陷學(xué)科應(yīng)重點研究采煤沉陷的預(yù)測方法、建(構(gòu))筑物下采煤、水體下采煤、采煤沉陷的監(jiān)測，采煤沉陷區(qū)治理等技術(shù)。主要研究采煤沉陷的預(yù)測理論、建(構(gòu))筑物下采煤方法、水體下(上)采煤方法、采煤沉陷的控制措施、采煤沉陷的監(jiān)測方法、采煤沉陷區(qū)的治理等問題。

采煤沉陷；預(yù)測方法；預(yù)測理論

1 采煤沉陷的預(yù)測理論方法

對煤礦開采沉陷的預(yù)測理論和預(yù)測方法的研究，一般是針對簡單的地質(zhì)采礦條件工作面較規(guī)則、采厚變化較小、緩傾斜或傾斜礦層、沒有太大的地質(zhì)構(gòu)造斷層和褶曲、采深較淺的全部垮落法開采情況下進行的，對于復(fù)雜地質(zhì)采礦條件的開采，地表移動預(yù)測理論還不能滿足上述的要求，如對急傾斜礦層、山地、斷層帶、不規(guī)則礦層開采條件下等的開采預(yù)測難以滿足采煤生產(chǎn)需要，還需進一步研究。而這些研究是無法靠經(jīng)驗統(tǒng)計的方法來完成的，必須研究恰當(dāng)?shù)膸r體力學(xué)理論，以在準(zhǔn)確的巖體力學(xué)理論基礎(chǔ)上建立恰當(dāng)?shù)念A(yù)測理論和預(yù)測方法。

近年來，我國各礦區(qū)有大量的小煤窯開采，遺留下了很大的隱患，這是采礦研究人員今后必須面對和解決的重要問題。

2 建(構(gòu))筑物下的采煤方法

目前，對于建(構(gòu))筑物下采礦的理論和方法研究已經(jīng)取得了較大的成果，但還不能完全滿足建(構(gòu))筑物下采煤的需要，尚存在以下問題需要進一步研究。

2.1 采動區(qū)建(構(gòu))筑物的設(shè)計理論和方法研究不足

如采動區(qū)建(構(gòu))筑物地基反力和附加內(nèi)力計算方法與生產(chǎn)實際存在很大差異，使得按現(xiàn)行理論和方法計算出的建(構(gòu))筑物加固配筋過大。其主要原因是未考慮建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)與地基的協(xié)同作用，過高地估計了建(構(gòu))筑物的地基反力和附加內(nèi)力，因而，建立符合實際的采動區(qū)建(構(gòu))筑物地基、上部結(jié)構(gòu)協(xié)同作用理論和附加內(nèi)力計算方法是非常必要的。只有這樣，才能合理地設(shè)計采動區(qū)建(構(gòu))筑物和進行采動區(qū)建(構(gòu))筑物加固，使建(構(gòu))筑物下采煤方法邁上新的臺階。

2.2 新型建筑材料的研究

目前，我國的建筑材料比較單一，大多是磚石結(jié)構(gòu)建(構(gòu))筑物，其抗變形能力較弱，尤其是抗拉伸變形的能力較弱，采煤過程中可能發(fā)生裂縫，因而，研究價廉、抗變形能力強的新型建筑材料成為提高建(構(gòu))筑物下采煤水平的關(guān)鍵。

2.3 大型工業(yè)及民用建筑物的抗變形結(jié)構(gòu)研究

大型工業(yè)建筑物由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、平面尺寸較大、要求較高等原因，其抗變形能力相對較弱，目前，國內(nèi)開采技術(shù)研究人員對此項目的研究尚不足。隨著煤炭礦區(qū)的發(fā)展，今后會面臨大型工業(yè)及民用建(構(gòu))筑物下采煤及在塌陷區(qū)上方興建大型工業(yè)園區(qū)的問題，下一步我國煤炭礦區(qū)各科研單位、學(xué)會將在該方面進行理論和實踐的深入研究。

2.4 抗變形結(jié)構(gòu)措施的研究

目前的抗變形結(jié)構(gòu)措施有剛性措施和柔性措施兩種：剛性措施主要有頂?shù)兹α?、?gòu)造柱、聯(lián)系梁、雙板基礎(chǔ)等；柔性措施主要是設(shè)置沉降縫和滑動層?，F(xiàn)在，人們對其他抗變形結(jié)構(gòu)的措施研究較少。

2.5 農(nóng)村城鎮(zhèn)化研究

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化已成為一種趨勢。建立抗變形房屋，進行村莊遷建的合理優(yōu)化、組合成為必然。因此，結(jié)合村莊搬遷，研究礦區(qū)農(nóng)村城鎮(zhèn)化的相關(guān)問題已成為開采沉陷研究的一項重要任務(wù)和方向。

3 水體下(上)采煤的方法

目前，水體下(上)采煤理論和方法的研究現(xiàn)狀是對于地質(zhì)構(gòu)造較小、覆巖巖性均勻、無巖溶分布等簡單地質(zhì)采煤條件下的覆巖破壞高度預(yù)測可以達(dá)到較高的精度，而對于復(fù)雜地質(zhì)采煤條件下的覆巖破壞高度的預(yù)測尚不能滿足采煤生產(chǎn)的需要。水體下(上)采煤理論和方法研究的重點仍是覆巖破壞規(guī)律和預(yù)測方法的研究。

3.1 覆巖破壞規(guī)律和預(yù)測方法的研究

重點研究復(fù)雜地質(zhì)采煤條件下的覆巖破壞規(guī)律，尤其是斷層影響下、急傾斜礦層開采條件下、特殊采煤條件下(條帶開采、房柱式開采、放頂煤開采、水力開采等)的覆巖破壞規(guī)律和預(yù)測方法，研究露頭區(qū)開采覆巖破壞規(guī)律和預(yù)測方法，研究采動底板巖體的破裂規(guī)律和預(yù)測方法。

3.2 裂隙巖體應(yīng)力滲流耦合關(guān)系的研究

研究裂隙巖體應(yīng)力滲流耦合關(guān)系，建立符合實際的滲流計算理論和方法，為水體下(上)采煤提供理論基礎(chǔ)。

3.3 對水體下(上)采煤措施的研究

研究合理水體下(上)采煤的措施和防護措施，為水體下(上)的安全生產(chǎn)提供可行方法。

4 關(guān)于采煤沉陷控制措施的研究

控制開采沉陷措施，“三下一上” 是采煤的關(guān)鍵，是減輕地表環(huán)境損壞的有效途徑，目前的地表沉陷控制措施較為單一，應(yīng)加強綜合減沉措施的研究。

4.1 地表綜合減沉措施的研究

如大采寬條帶與離層注漿的結(jié)合、條帶開采與冒落空洞充填的結(jié)合，等等。

4.2 離層注漿減沉的相關(guān)理論、工藝和參數(shù)研究

如離層裂縫發(fā)育規(guī)律、注漿材料、注漿工藝、漿液擴散半徑、鉆孔布置方式和間距以及最佳開采工作面長度的研究，等等。

4.3 完善現(xiàn)有的開采沉陷控制理論和方法

條帶開采設(shè)計中條帶尺寸與覆巖結(jié)構(gòu)的關(guān)系、深部條帶開采的設(shè)計理論和方法、房柱式開采的設(shè)計理論和方法等，力爭建立與覆巖結(jié)構(gòu)、開采方法相結(jié)合的設(shè)計理論和方法。

4.4 加強新的控制措施的研究

如冒落空洞充填的相關(guān)理論、方法、工藝流程、減沉效果評價等。

5 采煤沉陷的監(jiān)測方法

監(jiān)測手段的優(yōu)劣是獲取準(zhǔn)確相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。目前的監(jiān)測手段還難以滿足采煤沉陷研究的需要，應(yīng)努力提高采煤沉陷的監(jiān)測手段，為采煤沉陷研究提供準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。

5.1 建立礦區(qū)開采沉陷和環(huán)境損壞的實時監(jiān)測系統(tǒng)

借助遙感、GPS等先進監(jiān)測手段和方法對煤炭礦區(qū)實施實時動態(tài)監(jiān)測，獲取大量信息，為發(fā)展采煤沉陷理論、控制礦區(qū)環(huán)境提供準(zhǔn)確資料。

5.2 研究新的巖體內(nèi)部移動監(jiān)測系統(tǒng)

現(xiàn)有的巖體內(nèi)部移動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測精度較低、費用較高，難以滿足采煤沉陷研究的要求，發(fā)展價廉、精度高的監(jiān)測儀器和監(jiān)測方法是采煤沉陷學(xué)科發(fā)展的一項艱巨任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與提高，這些問題必將得到解決。

5.3 確定老采空區(qū)、小煤窯、溶洞位置和空間分布形態(tài)

準(zhǔn)確確定老采空區(qū)、小煤窯、溶洞位置、空間分布形態(tài)是防止老采空區(qū)造成災(zāi)害性的關(guān)鍵，在這方面，目前我國的監(jiān)測手段缺乏，需要加強探測方法和手段的研究。

6 采煤沉陷區(qū)的治理

采煤沉陷區(qū)的治理是恢復(fù)礦區(qū)環(huán)境的唯一途徑。目前，我們對礦區(qū)環(huán)境的治理方法比較單一，綜合治理方法研究較少，生物復(fù)墾技術(shù)剛起步，建筑復(fù)墾技術(shù)尚不完善，這些都是應(yīng)重點解決的問題。

[1] 鄒友峰，鄧喀中，馬偉民. 礦山開采沉陷工程[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2] 張宏偉，郭忠平. 礦區(qū)綠色開采技術(shù)[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

Study on forecasting methods, control and monitoring countermeasures of coal mining subsidence

SUN Shan-yan

(Heilongjiang Longmey Coal Mining Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Qitaihe 154600, China)

The discipline of coal mining subsidence should focus on the prediction method, the mining under the building, the mining under the water body, the monitoring of coal mining subsidence and the treatment of mining subsidence area. This paper made main research on prediction theory, method of mining under the building, method of mining under the water body, control measures of coal mining subsidence, monitoring methods of coal mining subsidence, and the governance in mining subsidence area.

Coal mining subsidence; Prediction method; Prediction theory

2016-10-24

孫善研(1984-)，男，工程師。

TD

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