减少地表下沉和变形的采煤方法探讨

王立明 岳龙坦

(山东华源矿业集团有限公司,山东泰安 271200)

减少地表下沉和变形的采煤方法探讨

王立明 岳龙坦

(山东华源矿业集团有限公司,山东泰安 271200)

在我国,随着煤炭能源被过度的开发和挖掘,地表下沉甚至变形已经成为我国众多煤矿企业无法回避的问题,选择不同的采煤方法会引起不同程度的地表下沉,而且地表下沉和变形与煤矿所处的地理位置也有关系。本文对不同地质条件下的煤矿地表下沉和变形的不同要求做了相应的对比,有针对性的提出了多种减小地表下沉和变形的采煤方法,并且对我国目前多数煤矿企业采用减少地表沉陷的采煤方法的优缺点做了阐述,希望对我国煤炭能源的开采起到一些参考价值。

地表下沉 地表变形 煤矿开采

21世纪以来，随着全球经济的高速发展，世界各国对煤炭能源的需求急剧增加，我国煤矿企业在不断发展的过程中，面临的地表下沉和变形的问题越来越严峻，因此如何减小和避免由于煤层开采引发的地表下沉及变形已经成为众多煤矿企业迫切需要解决的问题，也可以把它称之为现代煤矿企业追求的目标[1]。从开采技术上寻求改变或者对采空的区域加以填充都可以相应的减少地表下沉和变形的程度，但是这样的方案是否符合企业的经济追求依然有待考证。本文针对不同地质条件且有着不同地表沉陷要求的煤矿所使用的各种采煤方法做了对比，对不同方法的适用条件做了说明，希望对我国煤矿企业在减小地表沉陷方面有所帮助。

1 减小地表下沉和地表变形的采煤方法

目前在我国并不是所有的煤矿企业都需要严格控制地表下沉和变形，需要控制的依据主要是根据煤矿所处的地理位置，如果是靠近居民区、大型水库、河道以及铁路沿线那就需要对地表出下沉和变形做出严格的要求和精准控制[2]，下面对减少地表下沉和变形的采煤方法做一些介绍。

1.1 房柱式采煤方法

房柱式采煤方法能够有效的防止因煤炭开采引起的地表下沉，而且经济适用性较好，在我国煤矿企业中应用广泛，其优点是：

第一、房柱式采煤法引起的地表移动和变形数值大约只占到长壁工作面的四分之一，地表移动持续的时间也相对减短了一半以上。

第二、房柱式采煤法对矿井的投资很少，并且能够较快的投入生产，单位煤量的生产成本也很低。

但是这种方法与传统的采煤方法相比存在了一些缺点：开采的回收率较低，这也影响了矿井的使用寿命，在很大程度上造成了资源浪费，因此在选用这一种采煤方法时企业要考虑到煤炭的低回收率所造成的经济损失和减小的地表下沉所带了的经济收益，在对两者研究分析之后再确定是否合适选用[3]。

1.2 条带采煤法

条带采煤法与房柱式采煤法有些类似，这两种方法都能够有效的减小地表的下沉和变形，条带采煤法对减小地表下沉量效果十分明显可达百分之九十左右，但是它的采煤出产率只有百分之五十左右，对煤炭企业的经济效益影响较大，因此这种开采方法主要应用在地表有建筑时对地下煤炭资源进行局部开采。

1.3 采空区使用充填法处理

对地下煤矿采空区使用充填的方法处理可以有效的减小地表的下沉，充填的方法可分为风力充填或者水砂充填，减小地表下沉和变形的最好办法就是水砂充填，如果对采空区域填充的水砂很密实且均匀，这样地表的下沉最大值只有百分之八左右，而且水砂填充能够避免矿井中的自燃和煤尘长期积累引发的爆炸。

但是选择水砂充填法要在煤矿中增加专门的充填设备和充足的材料，这从另一方增加了煤矿企业的生产成本，有研究报告指出这种填充法的单位煤量开采成本比传统的垮落法管理顶板要高出百分之二十左右，基于经济效益的考虑我国的煤矿企业已经不再采用这种方法。而风力充填法对煤井的回采工作面的环境产生影响，因此笔者建议在实践中需找合适的凝胶质充填材料，并且要确保回填的工作面与回采的工作面彼此分开，这样的填充法既不影响煤矿

的回采工作也能够有效的控制地表的下沉和变形。

1.4 离层中高压注浆处理采空区

在井下煤层开采之后由于上层的沉降速度不同，在岩石层之间就会出现裂缝，针对这种情况可以对上层岩石的离层带内打孔并注入泥浆，这样能够在一定程度上减缓地表的下沉速度，这种方法的优点就是充填的材料可以使用火力电厂的粉煤灰，不但可以实现废物利用，而且也减少了粉煤灰的排放，保护了自然环境。

虽然这一技术在我国实验获得了成功，但是从目前我国部分煤矿对该技术的使用情况来看，这种技术还需要进一步的研究和改进。

2 减小地表变形的采煤技术

2.1 限制采煤厚度的采煤技术

研究表明地表的下沉程度与一次性采煤的厚度成正比关系，因此较少一次采煤的厚度对缓解地表下沉没有明显的效果，但是可以有效的防止地表的变形。限厚采煤技术主要应用在对厚煤层的开采中，根据地质情况允许的变形数值实施一次开采，这样不但可以将煤炭资源采出也减小了地表的变形。

2.2 分层间歇的采煤技术

当地下的厚煤层呈现倾斜分层或者水平分层时，使用间歇采煤技术能够将煤层之间的开采时间加长，这样上层的岩石破坏程度较小，减小地表的变形进而有效的减轻了对地表建筑或者水库的影响。

2.3 布置较长的采煤工作面

利用地表下沉形成盆地中间的平地变形特点，使建筑位于才开后移动盆地的平整部分，这样建筑物在承受动态变形之后只承受较小的静态变形，如果一个工作面无法达到这样效果可以使用长工作与阶段工作面联合的方法向一个方向不断的推进。

2.4 协调采煤技术

对上下煤层同时开采时要将煤层的工作面按照一定的距离错开，这样后开采的煤层产生的地表变形就会出现在先开采的变形区内，由于受到煤层开采巷道布置系统的限制，能够使地表形成的拉伸变形与压缩变形相互抵消，这样就有效的减少了地表的变形程度。

3 结语

综上所述，由于我国各个煤矿的实际情况各不相同，因此要根据自己开采的地质条件和煤矿企业的经济条件，结合减少地表下沉和变形开采方法的特点，选择经济适用的方法，有效的减小地表下沉和变形带来的人力和物力等方面的损失。

[1]易四海.特厚急倾斜煤层水平分层开采地表陷沉规律研究[J].中国矿业大学,2009,(04)：42-45.

[2]张元振.策底镇建筑物下安全开采研究[J].西安科技大学,2013,(06)：31-34.

[3]黄艳利.固体密实充填采煤的矿压控制理论与应用研究[J].中国矿业大学,2012,(10)：18-21.