关于煤田采煤沉陷地质灾害规律研究

孟令伟

(内蒙古自治区煤田地质局，内蒙古 呼和浩特 010000)



关于煤田采煤沉陷地质灾害规律研究

孟令伟

(内蒙古自治区煤田地质局，内蒙古 呼和浩特 010000)

对煤田采煤沉陷地质灾害进行详细的分析研究，对采煤地质灾害的预防有一定的借鉴意义。找到科学合理的解决方式，促进煤炭开采的可持续发展。

采煤；沉陷地质；规律

煤炭对我国的经济发展和社会发展有重要的作用，是我国重要的资源之一。但是煤炭的开采对自然环境有严重的破坏，采煤沉陷地质灾害是重要的灾害之一，严重制约矿区的经济发展，因此要对采煤沉陷地质灾害规律进行研究，找到科学合理的解决方式，促进煤炭开采的可持续发展。

1 煤田采煤区沉陷地质灾害的影响

近年来，随着煤炭的不断开采，采煤区沉陷的表现主要包括两种：一种是地面沉降，表现为地面的连续性下沉；另一种是地表塌陷，表现为地表的非连续性下沉[1]。地表沉陷灾害对环境的影响比较突出和严重，对地面的建筑物、墓地、交通设施以及输电设施等建筑物等有严重的破坏。对地表植物的破坏也比较明显，造成采矿区周边环境遭到严重的破坏。树木大量枯死，农耕用地不断减少，降低了当地人们的收入，对人们的生产和生活有严重的影响，当地的经济发展和社会稳定也受到一定的影响。

2 煤田采煤沉陷地质灾害规律

由于采煤的沉陷灾害比较严重，只要全面的掌握地表沉陷的整个过程，才能在开采的过程中根据地表的地质特点，合理的开展煤炭开采的工作，确定正确的开采面，控制地表的变形。根据对煤田采煤沉陷地质灾害规律的研究，采煤沉陷地质灾害的规律可以根据地表沉陷变形的过程分为3个阶段：初始下沉阶段、活跃下沉阶段和衰减下沉阶段[2]。

2.1 初始下沉阶段

在开采工作开始时，地表的下沉比较轻微，还没有形成地质灾害。但是随着开采工作的不断推进，岩石的弯曲沉降会波及地表，导致地表出现下沉的现象。随着地表开采的工作面不断推进，地表下沉的也会不断的增加。因此初始下沉阶段的规律是随着开采工作面的不断推进，地面的下沉量也在不断的增加。

影响初始下沉阶段的因素主要包括：煤层开采的深度、岩层的性质、开采面的工作进度、采煤的方式和地表倾斜发展的规律。地表倾斜发展的规律对初始下沉阶段有直接的影响，当地表下沉到一定的程度后，会出现盆地，开切眼和开采工作面对地表盆地的下沉有直接的影响。

2.2 活跃下沉阶段

活跃下沉阶段是在初始下沉阶段上发展而来的，当开采的工作面达到一定程度时，才能由初始下沉阶段转变为活跃下沉阶段。在匀速开采的过程中，开采工作面会不断的推进，下沉盆地的动态移动不会出现变化，对地表下沉的影响比较小。随着煤炭开采工作的不断进展，开采的深度不断增加，对地表的伤害也就越来越大。加剧了地表沉陷的速度，导致地表下沉处于活跃的阶段。

2.3 衰减下沉阶段

随着煤炭的不断开采，开采的工作面也在不断增大，推进的距离保持不变，下沉盆地向前移动的范围也比较小了，因此导致下沉的速度也会出现衰减。这时采煤下沉就会处于衰减阶段，容易出现地表下沉的危险，造成地质灾害。

以上就是采煤沉陷的地质灾害的规律，在开采过程中要充分把握沉陷地质形成的规律，才能更好的开采煤炭开采工作。

2.4 影响煤田沉陷地质灾害的原因

2.4.1 上覆岩和表土层的物理力学性质

在煤炭开采的过程中，如果开采的条件相同，岩土层的坚硬性和完整性对坍塌的影响比较大，出现的坍塌面积会比较多，但是这种地形的地表移动与变形的可能性比较小，与之相反的就会增强地表的破坏程度。

2.4.2 条件和地层构造

地层的构造对煤田的沉陷有一定的影响，地表的条件也是重要的因素之一，如果地表的含水量比较大，会增加沉陷的面积。如果地表已经出现了沉陷，形成了一定的沉陷区域，容易出现加大的断裂构造，对地表形成较大的破坏和移动。

2.4.3 地形与地貌特征

在很多煤田的开采过程中出现很多倾斜的地表，倾斜的地表容易出现移滑的现象，山体的下坡方向一般会产生滑移，主要是因为上体的下坡位置容易产生水平方向的拉伸变形。如果煤矿位于地质不平，地理环境复杂的丘陵地区，会增加移滑的现象，严重的还会引起地表裂缝。

2.4.4 煤层开采条件的影响

在煤炭开采的过程中煤层的条件对煤田的沉陷有密切的影响。开采的深度、厚度和煤层的倾斜角度等多种因素都会影响地质的沉陷和变形，煤炭开采的深度越深，地质沉陷与变形的情况就会越严重；煤炭的倾角对于采空区的影响比较大，如果在开采的过程中采用水平开采的方式，采空区容易出现地表沉陷的现象，倾斜开采时，会在下山的方向引起塌陷，甚至还会增加变形的程度。

2.4.5 采煤与顶板管理方法的影响

在煤炭的开采过程中，煤炭的开采条件相同的情况下，地表塌陷的范围与地表的移动、变形和破坏程度都有密不可分的关系。煤炭的开采方式也是影响塌陷的重要因素。在开采过程中采用长壁开采对地表的沉陷的影响比较大，而条带式和刀柱式的开采方式可以减轻地面沉陷的影响，很多煤田的采空区的回采率比较高，因此对地表的损害也比较大。

3 采煤区沉陷的特殊性

在开采煤炭的过程中受到矿区地质、采矿和开采技术等多方面的影响，导致采煤区采煤沉陷具有特殊性，主要体现在以下几点。

很多地区受到煤层层数的影响，导致沉陷地质灾害的发生。如很多地区的煤层比较多，开采的方式也与普通煤田有一定的差异，会进行多煤层的开采，从而增加了对地表的影响。不断扩大浅层煤田形成沉陷区，进一步增加地表的沉陷程度，造成严重的影响。

有一些地区的煤层深度比较浅，开采深度比较浅，大多属浅埋煤层，因而对地表的破坏表现的更加明显，具体显现为多地表的不连续变形，从而形成较多的开采裂缝，形成塌陷盆地。

还有一些煤田属于煤系上覆岩层多为强烈风化剥蚀后残留下来的地层，这样的煤层地质会受到风化的影响，导致土质疏松。在煤炭开采的过程中，岩层的结构比较松散，如果顶部出现垮塌，采煤区很容易受到影响，从而形成地表沉陷，还有一些采煤区属于半沙漠丘陵地带，风沙活动频繁而剧烈，在开采过程中形成的裂缝，容易被风沙掩盖，形成安全隐患。

4 煤田开采沉陷地质灾害的防治措施

4.1 控制地表沉陷的途径

由于采煤沉陷地质灾害对于人们的生产和生活有严重的影响，因此要找到合理的控制途径。控制地表沉陷的途径主要有：填充开采、部分开采和协调开采。采空区充填主要是对已形成的采空区按照不同的方法进行填充。主要包括水力填充和风力填充，想要提高填充的效果，就要充分了解采空区顶板的具体情况，要在顶板没有垮塌之前进行填充，从而控制对覆岩的破坏。在控制覆岩破坏的过程中要控制好压力，就可以实现填空开采[3]。

覆岩离层注浆充填技术是一种新兴的填充技术，在填充之前要对开采覆岩破坏的情况进行全面的了解，从而掌握破坏的规律，充分利用覆岩破坏产生的能源在传播过程中的离层空间，准确地掌握离层空间。然后通过地面钻孔向离层空间中注入相关的充填材料，从而有效的控制对覆岩层的破坏，有效控制岩层移动，避免出现地表沉陷。其中最主要的技术是利用覆岩过程中形成的动态规律，控制离层的注浆，从而有效避免地表的沉陷。

4.2 条带开采技术和房柱石开采

条带开采技术是应用比较广泛的，在全国各个采煤区进行了实践。自20世纪60年代开始试验，至今已产生“地层结构控制假说”、“托板假说”来控制地表的沉陷。

房柱式开采，可以有效控制煤炭开采过程中形成的地表沉陷，在煤炭开采的过程中煤柱支撑覆岩，从而达到防止下沉的目的，覆岩破坏得到了有效的控制，但是房柱式开采技术在我国并没有得到广泛的应用。

4.3 覆岩离层注浆与优化工作的结合

在煤炭开采的过程中，容易引起覆岩破坏，从而导致地表移动变形。这样对覆岩的破坏比较严重，地表移动比较明显，形成剧烈的变形运动，对地表的设施也会产生严重的影响，因此在开采的过程中采用覆岩离层注浆的方式，可以减轻对地表的伤害，避免地表的变形移动，降低对地标建筑物和相关设施的伤害。在开采的过程中还要充分考虑到地表的建筑物，不断优化井下的工作布置，充分协调开采方式，避免沉陷地质灾害，从而保证人们的生产和生活。

4.4 冒裂带注浆填充与优化工作面相结合

工作面的填充是控制地表沉陷的最直接的方式，采用注浆填充的方式来填补出现的断裂带，从而控制地表的沉陷，保护好地面的生态环境。这种方式可以有效地控制地面沉陷，保证工作面的稳定。

除此之外，煤田区域要积极配合政府的政策，在煤炭开采的过程中做好植树工作，利用植被的优势保护好煤区的地表，避免煤炭的沉陷。大的塌陷坑的填充治理应利用固体废弃物矸石填充塌陷区造地，如利用现存的矸石，采用平翻方式充填塌陷区，营造出多处绿化和建设用地。

5 结 语

综上所述，煤炭的开采对地表的植物和建筑物有严重的影响，因此在煤田的开采过程中要对采煤沉陷地质灾害的规律进行研究。只有充分掌握了沉陷规律，才能找到合理的解决途径。结合相关的技术措施，尽量避免地表的沉陷情况。根据采煤沉陷的起因、规律等因地制宜的提出预防措施，有效避免煤区采煤沉陷地质灾害的发生，保证人们的生产和生活。带动当地经济的发展，满足社会发展对煤炭的需要，促进我国煤炭开采的可持续发展。

[1] 侯玮, 姜福兴, 霍海鹰. 深部煤层冲击矿压防治技术研究[J]. 煤炭工程, 2008(8)：63-64.

[2] 刘大勇, 宋建潮, 王恩德, 等. 抚顺煤田断裂活化与地质灾害衍生关系[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2008，27(4)：496-499.

[3] 江平晋. 论煤矿采空区积水的综合利用[J]. 科技情报开发与经济, 2005，15(2)：282-283.

A Research on Geological Hazards of Coal Mining Subsidence

MENG Lingwei

(InnerMongoliaBureauofCoalGeologicalExploration,Huhehaote,InnerMongolia010000,China)

In this paper, we have made an analysis of the coal mining subsidence of geological disasters. We know this research of coal geological disaster prevention will have certain reference significance. A scientific and reasonable way to promote the sustainable development of coal mining will be found.

Coal mining; Subsidence geological; Regular

2016-10-11

孟令伟(1962-)，男，山东龙口市人，高级工程师，研究方向：煤田地质勘查与研究，手机：15904819974，E-mail：Mlw80122@2008.sina.com.

TD327

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.007