礦區(qū)地面沉陷控制與防治技術研究

馬柳　秦志嬌

摘要：地面沉陷是煤礦開采危害之一，開采沉陷造成的礦區(qū)環(huán)境災害日益突出，必須采取措施進行治理。簡要論述了開采引起地面沉陷的控制技術，并進行了某煤礦地面沉陷治理工程設計，有效的控制和減輕地面沉陷程度，避免造成進一步的開采沉陷環(huán)境災害。

關鍵詞：煤礦開采;地面沉陷;控制技術

煤礦開采引起的地面沉陷問題越來越受到人們的關注，因此對礦區(qū)地面沉陷控制與防治技術的研究也急不可待。地面沉陷的治理方法主要有可以從兩方面進行考慮：即對開采引起地面沉陷的控制和地面沉陷破壞的恢復、整治。其中恢復整治僅僅是對開采引起地面沉陷后的地表進行修復、綠化等，不能從根本上對開采引起地面沉陷進行控制。而對開采引起地面沉陷的控制是靠改變采空區(qū)上覆巖土層的受力狀態(tài)來達到減少沉陷的目的，因而可以從根源上減少開采引起地面沉陷，達到保護地面建筑物，減小土地破壞的效果。

1對開采引起地面沉陷的控制技術

對開采引起地面沉陷的控制主要有以下方法。

（1）崩落法：崩落空區(qū)是采用爆破崩落采空區(qū)上盤圍巖，使巖石充滿采空區(qū)或形成緩沖巖石墊層，以改變圍巖應力分布狀態(tài)，達到有效控制地壓的目的。

（2）加固法：加固法一般是對采空區(qū)圍巖進行加固，改變圍巖力學狀態(tài)，從而達到治理效果，屬于被動支護。該方法減緩頂板冒落時造成的沖擊，有效地控制了地壓。

（3）采空區(qū)充填法：當其他條件不變時，開采厚度與地表的變形、移動值成正比。對采空區(qū)進行充填減小采空區(qū)的高度，相當于減小了礦產的開采厚度。該方法支撐上覆巖層的部分重力和抵抗采空區(qū)圍巖的閉合的作用，從而能根本性的減小開采引起地面沉陷問題。

（4）注漿加固法：注漿法是對土層界面或巖層的空隙或采空區(qū)的垮落帶注入漿液材料，改善巖土結構的力學性能如硬度、滲透性，恢復和提高其整體性，確保地表建筑安全使用。

2某煤礦地面沉陷防治工程設計

2.1治理原則

某露天礦局部區(qū)域采空區(qū)未進入穩(wěn)定時期，地面沉陷區(qū)域存在不穩(wěn)定高陡邊坡，其對邊坡穩(wěn)定性有較大影響，為消除不穩(wěn)定邊坡破壞（崩塌或滑坡）對坑內公路、行人造成的威脅，需設置控制技術防治工程。治理的思路根據(jù)分析區(qū)域不同考慮采用邊坡整形及注漿加固。治理方案的原則是：科學、經濟、合理、美觀并且便于施工。

2.2邊坡整形工程

邊坡整形是削掉非穩(wěn)定邊坡的部分巖土體，以減緩坡度，削減助滑力，從而保持坡體穩(wěn)定。由于該露天煤礦地下采空區(qū)部分已進入穩(wěn)定時期，因此應需要針對具體的局部不穩(wěn)定區(qū)開展治理，不宜采用大范圍大體積削坡工程。

初步確定邊坡整形設計參數(shù)為：邊坡垂直坡高5-14m，水平臺階寬3-30m，坡角25-35°之間。平盤采用反坡式平盤，平盤內側傾斜5%，這樣不僅可以減少其蓄水量，還可以當發(fā)生暴雨時，積攢過多的雨水由平盤內側安全排至附近豎向排水溝，減少對臺階坡面的直接沖刷。如左圖所示。

2.3注漿加固工程

該礦采空區(qū)未進入穩(wěn)定時期的地面沉陷區(qū)，引起地表多處變形和采空區(qū)塌陷，影響路基穩(wěn)定，危害人民生命財產安全，引發(fā)后果嚴重。此外該礦地面沉陷區(qū)可能引起邊坡大面積滑坡和泥石流，嚴重威脅礦坑安全。因此應針對于局部重點保護區(qū)域，開展注漿加固工程，通過治理，可消除采空區(qū)對路基穩(wěn)定性的隱患，確保車輛行駛安全。

具體技術要求如下：

（1）注漿材料。采空區(qū)注漿用水pH值大于4。水泥標號不應低于32.5號，應優(yōu)先選用礦渣水泥。注漿用的水泥必須符合國家質量標準。粉煤灰應符合國家二、三級的質量標準。骨料中的砂應為質地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于25mm，有機物含量不宜大于3%，石屑或礦渣最大粒徑一般情況下不宜大于1.0cm，有機物含量不宜大于3%。

（2）鉆孔結構。注漿孔或帷幕孔應鉆至采空區(qū)（或煤層）底板以下3m處。鉆孔開孔孔徑宜控制在130-150mm之間，變徑后，終孔孔徑不應小于91mm，鉆孔每50m測斜一次，每百米孔斜不應超過2°。應選用直徑不小于φ50mm或φ127mm的鋼管，需投入骨料時，管徑不應小于φ89mm。

（3）鉆孔布置。注漿孔（或帷幕孔）的排距、孔距一般經現(xiàn)場試驗確定。當無法進行試驗時，宜根據(jù)覆巖地層結構及巖性、煤層采出率、垮落帶和斷裂帶的空隙、裂隙之間的連通性等，并參照經驗值設計。當煤層采出率大、頂板堅硬、垮落帶和斷裂帶的演示空隙、裂隙間連通性好，可取大值，反之則取小值。當采空垮落帶和斷裂帶吸漿較大，取大值，否則取小值。當采空區(qū)位于一般路段時，可取大值，反之則取小值。

3結論

此次進行地陷防治的煤礦及周邊的井工礦數(shù)量眾多，開采歷史較久，采空區(qū)及巷道錯綜復雜，因此采用對開采引起地面沉陷的控制較為困難，主要以開采引起地面沉陷破壞的恢復和整治技術為主。此次治理的思路根據(jù)分析區(qū)域不同考慮采用邊坡整形及注漿加固，采取措施后的效果如何還需要后續(xù)進行論證。

參考文獻：

[1]陳云鵬.水平煤層開采引起地面沉陷預測及控制效果研究[D].長安大學，2012.

[2]黃寶柱.注漿技術在地面沉陷控制中的研究與應用[J].礦山測量，2015（06）：30-33.

[3]張艷文.煤礦開采引起地面沉陷的綜合治理[J].能源與節(jié)能，2015（03）：26-28.

[4]郝偉.某選煤廠中煤倉地基變形分析[D].長安大學，2014.

[5]郭海名.淺談煤礦開采沉陷防治和控制技術[J].黑龍江科技信息，2015（33）：57.

[6]魯忠和.煤礦開采沉陷防治與控制技術[J].科技資訊，2008（29）：77.