煤礦地質(zhì)研究中的土地沉陷預(yù)測(cè)

張克學(xué)

摘 要：在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，有一個(gè)非常大的支撐就是我國(guó)煤炭資源的不斷供給，通過煤炭資源的不斷供給，最大限度的提升了我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。因此在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，煤礦開采行業(yè)的貢獻(xiàn)非常大。在我國(guó)煤礦開采的過程中，煤炭地質(zhì)的研究工作是一項(xiàng)非常重要的工作。本文主要針對(duì)煤礦地質(zhì)研究中的土地沉陷預(yù)測(cè)進(jìn)行詳細(xì)的闡述以及分析，希望通過本文的闡述以及分析能夠有效地提升我國(guó)煤礦地質(zhì)研究工作中關(guān)于土地沉陷預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度，同時(shí)也為我國(guó)煤礦地質(zhì)研究工作進(jìn)一步的提升以及發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：煤礦地質(zhì)研究；土地沉陷；預(yù)測(cè)研究；可持續(xù)發(fā)展；預(yù)測(cè)模型

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐點(diǎn)之一，我國(guó)的煤礦開采工作已經(jīng)變得越來越重要。伴隨著我國(guó)煤礦開采工作的不斷創(chuàng)新以及發(fā)展，我國(guó)越來越重視在煤礦開采過程中的煤礦地質(zhì)研究。這一項(xiàng)工作逐漸受到重視，主要是由于隨著我國(guó)煤礦開采時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，在這一過程中會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的煤礦地質(zhì)問題，嚴(yán)重的情況會(huì)出現(xiàn)土地沉陷的危險(xiǎn)。一旦出現(xiàn)了煤礦區(qū)土地沉陷就會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，不僅煤礦企業(yè)會(huì)受到生產(chǎn)以及安全受到嚴(yán)重的影響，同時(shí)煤礦周邊的居民以及周邊的生態(tài)環(huán)境也會(huì)受到嚴(yán)重的影響。因此在我國(guó)煤礦行業(yè)中，進(jìn)行煤礦地質(zhì)研究工作已經(jīng)成為一種常規(guī)性以及強(qiáng)制性的工作之一。只有在煤礦開采作業(yè)前，進(jìn)行縝密的煤礦地質(zhì)研究中的土地沉陷的相關(guān)預(yù)測(cè)，會(huì)讓后續(xù)的煤礦開采工作安全進(jìn)行并且順利進(jìn)行，同時(shí)也能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)煤礦區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。在煤礦地質(zhì)研究工作中重點(diǎn)針對(duì)土地沉陷問題進(jìn)行有效以及科學(xué)的預(yù)測(cè)能夠最大限度地保障煤礦區(qū)的環(huán)境不遭受破壞，正符合我國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求。因此我國(guó)的煤礦行業(yè)中一項(xiàng)必不可少的工作就是針對(duì)土地沉陷進(jìn)行煤礦地質(zhì)的研究以及預(yù)測(cè)。

1 煤礦地質(zhì)研究中礦區(qū)預(yù)測(cè)土地沉陷的基本模型

在煤礦地質(zhì)研究以及預(yù)測(cè)的過程中，針對(duì)土地沉陷問題的預(yù)測(cè)基本模型主要是通過概率積分的方式來進(jìn)行模型建立，同時(shí)根據(jù)模型得出的結(jié)果針對(duì)土地的開采復(fù)墾進(jìn)行相關(guān)問題以及要求的具體提出。

首先，我們?cè)谶M(jìn)行土地沉陷預(yù)測(cè)模型建立的過程中要采用疊加的方式進(jìn)行，主要的疊加數(shù)據(jù)包括了煤礦開采過程中每一個(gè)工作表面。我們?cè)谶M(jìn)行預(yù)測(cè)模型建立的過程中要分析每一個(gè)煤礦開采工作表面可能引起土地沉陷問題的概率，將每一個(gè)工作表面發(fā)生沉陷的概率進(jìn)行有序的疊加。在疊加的過程中，我們要分別針對(duì)每一個(gè)工作表面的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，然后根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)來進(jìn)行下沉量的最終疊加處理。

其次是我們要對(duì)不規(guī)則存在的開采表面進(jìn)行沉降量的統(tǒng)計(jì)以及疊加。在每一個(gè)煤礦地質(zhì)開采的過程中并不是所有的工作表面都是規(guī)則存在的，因此針對(duì)不規(guī)則的開采工作表面我們也要進(jìn)行沉降量的統(tǒng)計(jì)以及分析，在進(jìn)行不規(guī)則表面統(tǒng)計(jì)的過程中，我們采用的統(tǒng)計(jì)以及分析方法是按照表面煤層的實(shí)際走向進(jìn)行沉陷量的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)；

還有一種方法就是將不規(guī)則的開采工作表面人工分隔成為多個(gè)規(guī)則的開采工作表面，這樣能夠通過預(yù)測(cè)以及分析每一個(gè)小的工作表面來對(duì)不規(guī)則的開采工作表面進(jìn)行替代，這樣得出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)同整體預(yù)測(cè)不規(guī)則開采工作表面的數(shù)據(jù)相差不大，在實(shí)際的煤礦地質(zhì)工作中也是較為常見的一種土地沉陷預(yù)測(cè)模型建立形式。

2 在煤礦地質(zhì)研究工作進(jìn)行的過程中對(duì)土體裂縫地質(zhì)問題的有效預(yù)測(cè)

在我國(guó)煤礦開采工作進(jìn)行的過程中，由于煤炭能源儲(chǔ)量不斷地減少，會(huì)導(dǎo)致開采過程中出現(xiàn)地下放空量增大，這樣就會(huì)導(dǎo)致土地沉陷的安全隱患。在煤礦區(qū)域出現(xiàn)地質(zhì)土地沉陷的時(shí)候，由于每一個(gè)沉陷點(diǎn)的受力情況以及沉降的實(shí)際量都不盡相同，因此礦區(qū)的土地地質(zhì)沉陷對(duì)于礦區(qū)的地表生態(tài)環(huán)境破壞非常嚴(yán)重，會(huì)嚴(yán)重的導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境平衡破壞。正是由于這樣的原因，在礦區(qū)表面出現(xiàn)地質(zhì)沉陷的過程中，特別是沉陷中心海拔較低的區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)一定程度上的移動(dòng)以及沉陷，這種移動(dòng)主要以水平方向的移動(dòng)為主。由于水平方向移動(dòng)以及沉陷情況的存在，會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)的地表出現(xiàn)較為嚴(yán)重的土地裂縫。礦區(qū)土地初夏你裂縫雖然會(huì)隨著礦區(qū)地表沉陷的加劇而變得嚴(yán)重，但是需要指出的是，礦區(qū)地面裂縫并不是在地表沉陷過程中出現(xiàn)的。礦區(qū)地表裂縫是隨著煤礦開采的不斷進(jìn)行，地表下部的開挖量不斷增多，地下空虛造成的。但是由于地表沉陷的存在會(huì)導(dǎo)致地面裂縫不斷地加劇和惡化。

較為正式的一種說法就是當(dāng)煤礦開采的過程中，由于地下的煤資源開采，導(dǎo)致了地面的受力發(fā)生變化，當(dāng)某一個(gè)區(qū)域的受力超出了極限受力時(shí)，礦區(qū)的地面就會(huì)出現(xiàn)裂縫問題。在煤礦開采過程中，有一個(gè)名詞叫作裂縫開采臨界面積。這是一個(gè)非常常用的地質(zhì)名詞，尤其是在我國(guó)煤礦地質(zhì)研究工作中，這一名詞的具體含義為在煤礦開采的過程中，地表出現(xiàn)的第一個(gè)裂縫的臨界面積。這一面積主要是針對(duì)開采面積來說的。裂縫開采臨界面積主要有3個(gè)影響因素，首先是煤礦開采過程中的深度，其次是煤礦開采過程中的煤炭覆蓋層的厚度，最后是煤礦的具體地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的煤礦地質(zhì)工作中，除了上述的3種因素之外，還有很多的影響因素能夠?qū)α芽p開采臨界面積造成影響。準(zhǔn)確地說，煤礦開采過程中出現(xiàn)了表面裂縫主要是由于受到外界的物理外力造成的。一旦這種物理外力達(dá)到了煤礦地面的某一個(gè)臨界點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)礦區(qū)的地表裂縫，一旦這種裂縫出現(xiàn)，就會(huì)不可恢復(fù)的損害，通常情況下，出現(xiàn)裂縫的礦區(qū)表面，這一裂縫就會(huì)成為一種永久性的裂縫。因此我們?cè)诿旱V地質(zhì)的研究工作進(jìn)行的過程中，針對(duì)土地沉陷的預(yù)測(cè)要根據(jù)這一臨界數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。因此在進(jìn)行煤礦地質(zhì)研究中的地面沉陷和地表裂縫有很大的關(guān)聯(lián)，需要將上述兩種研究工作結(jié)合起來進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)。

我們以山區(qū)的礦區(qū)煤礦開采作為例子進(jìn)行分析。通常情況下，礦區(qū)的下坡地表方向是礦區(qū)開采的主要滑移方位，同時(shí)這一方位會(huì)隨著礦區(qū)地表的實(shí)際滑移量進(jìn)行變化，當(dāng)坡度變大就會(huì)導(dǎo)致滑移量變大。因此我們可以得出的一個(gè)結(jié)論就是礦區(qū)坡度的大小直接影響著礦區(qū)地表的水平方向的拉伸變形。但是這種影響在凹處會(huì)形成正好相反的作用和效果，一方面受到了水平方向的拉伸，另一個(gè)方面受到了水平方向的壓縮，這兩種外力的作用下就會(huì)使礦區(qū)地表出現(xiàn)裂縫，一旦出現(xiàn)地表面沉陷問題，地表裂縫會(huì)不斷地變大。

3 在煤礦地質(zhì)研究工作中針對(duì)土地裂縫地質(zhì)問題的具體影響

煤礦開采過程中產(chǎn)生的裂縫大小不一，有的地表裂縫非常大，深度甚至達(dá)到20m，裂縫上口寬度在20cm～30cm，例如，在黃土高原等地表被黃土覆蓋的區(qū)域裂縫的深度有的可以達(dá)到10m，有的地表上方的裂縫則非常的細(xì)小。裂縫產(chǎn)生之后，裂縫處的土體暴露在空氣中，將會(huì)相對(duì)比較容易受到自然界中風(fēng)吹日曬等自然力量的作用，對(duì)土壤的侵蝕作用加快，致使土壤、水以及母質(zhì)在侵蝕作用中損失，土壤的肥力嚴(yán)重下降，不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量造成不利影響。

參考文獻(xiàn)

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