煤矿开采沉陷的预测方法、治理和监测对策研究

孙善研

(黑龙江龙煤矿业工程设计研究院有限公司，黑龙江 七台河 154600)



煤矿开采沉陷的预测方法、治理和监测对策研究

孙善研

(黑龙江龙煤矿业工程设计研究院有限公司，黑龙江 七台河 154600)

煤矿开采沉陷学科应重点研究采煤沉陷的预测方法、建(构)筑物下采煤、水体下采煤、采煤沉陷的监测，采煤沉陷区治理等技术。主要研究采煤沉陷的预测理论、建(构)筑物下采煤方法、水体下(上)采煤方法、采煤沉陷的控制措施、采煤沉陷的监测方法、采煤沉陷区的治理等问题。

采煤沉陷；预测方法；预测理论

1 采煤沉陷的预测理论方法

对煤矿开采沉陷的预测理论和预测方法的研究，一般是针对简单的地质采矿条件工作面较规则、采厚变化较小、缓倾斜或倾斜矿层、没有太大的地质构造断层和褶曲、采深较浅的全部垮落法开采情况下进行的，对于复杂地质采矿条件的开采，地表移动预测理论还不能满足上述的要求，如对急倾斜矿层、山地、断层带、不规则矿层开采条件下等的开采预测难以满足采煤生产需要，还需进一步研究。而这些研究是无法靠经验统计的方法来完成的，必须研究恰当的岩体力学理论，以在准确的岩体力学理论基础上建立恰当的预测理论和预测方法。

近年来，我国各矿区有大量的小煤窑开采，遗留下了很大的隐患，这是采矿研究人员今后必须面对和解决的重要问题。

2 建(构)筑物下的采煤方法

目前，对于建(构)筑物下采矿的理论和方法研究已经取得了较大的成果，但还不能完全满足建(构)筑物下采煤的需要，尚存在以下问题需要进一步研究。

2.1 采动区建(构)筑物的设计理论和方法研究不足

如采动区建(构)筑物地基反力和附加内力计算方法与生产实际存在很大差异，使得按现行理论和方法计算出的建(构)筑物加固配筋过大。其主要原因是未考虑建(构)筑物基础与地基的协同作用，过高地估计了建(构)筑物的地基反力和附加内力，因而，建立符合实际的采动区建(构)筑物地基、上部结构协同作用理论和附加内力计算方法是非常必要的。只有这样，才能合理地设计采动区建(构)筑物和进行采动区建(构)筑物加固，使建(构)筑物下采煤方法迈上新的台阶。

2.2 新型建筑材料的研究

目前，我国的建筑材料比较单一，大多是砖石结构建(构)筑物，其抗变形能力较弱，尤其是抗拉伸变形的能力较弱，采煤过程中可能发生裂缝，因而，研究价廉、抗变形能力强的新型建筑材料成为提高建(构)筑物下采煤水平的关键。

2.3 大型工业及民用建筑物的抗变形结构研究

大型工业建筑物由于结构复杂、平面尺寸较大、要求较高等原因，其抗变形能力相对较弱，目前，国内开采技术研究人员对此项目的研究尚不足。随着煤炭矿区的发展，今后会面临大型工业及民用建(构)筑物下采煤及在塌陷区上方兴建大型工业园区的问题，下一步我国煤炭矿区各科研单位、学会将在该方面进行理论和实践的深入研究。

2.4 抗变形结构措施的研究

目前的抗变形结构措施有刚性措施和柔性措施两种：刚性措施主要有顶底圈梁、构造柱、联系梁、双板基础等；柔性措施主要是设置沉降缝和滑动层。现在，人们对其他抗变形结构的措施研究较少。

2.5 农村城镇化研究

随着社会经济的发展，农村城镇化已成为一种趋势。建立抗变形房屋，进行村庄迁建的合理优化、组合成为必然。因此，结合村庄搬迁，研究矿区农村城镇化的相关问题已成为开采沉陷研究的一项重要任务和方向。

3 水体下(上)采煤的方法

目前，水体下(上)采煤理论和方法的研究现状是对于地质构造较小、覆岩岩性均匀、无岩溶分布等简单地质采煤条件下的覆岩破坏高度预测可以达到较高的精度，而对于复杂地质采煤条件下的覆岩破坏高度的预测尚不能满足采煤生产的需要。水体下(上)采煤理论和方法研究的重点仍是覆岩破坏规律和预测方法的研究。

3.1 覆岩破坏规律和预测方法的研究

重点研究复杂地质采煤条件下的覆岩破坏规律，尤其是断层影响下、急倾斜矿层开采条件下、特殊采煤条件下(条带开采、房柱式开采、放顶煤开采、水力开采等)的覆岩破坏规律和预测方法，研究露头区开采覆岩破坏规律和预测方法，研究采动底板岩体的破裂规律和预测方法。

3.2 裂隙岩体应力渗流耦合关系的研究

研究裂隙岩体应力渗流耦合关系，建立符合实际的渗流计算理论和方法，为水体下(上)采煤提供理论基础。

3.3 对水体下(上)采煤措施的研究

研究合理水体下(上)采煤的措施和防护措施，为水体下(上)的安全生产提供可行方法。

4 关于采煤沉陷控制措施的研究

控制开采沉陷措施，“三下一上” 是采煤的关键，是减轻地表环境损坏的有效途径，目前的地表沉陷控制措施较为单一，应加强综合减沉措施的研究。

4.1 地表综合减沉措施的研究

如大采宽条带与离层注浆的结合、条带开采与冒落空洞充填的结合，等等。

4.2 离层注浆减沉的相关理论、工艺和参数研究

如离层裂缝发育规律、注浆材料、注浆工艺、浆液扩散半径、钻孔布置方式和间距以及最佳开采工作面长度的研究，等等。

4.3 完善现有的开采沉陷控制理论和方法

条带开采设计中条带尺寸与覆岩结构的关系、深部条带开采的设计理论和方法、房柱式开采的设计理论和方法等，力争建立与覆岩结构、开采方法相结合的设计理论和方法。

4.4 加强新的控制措施的研究

如冒落空洞充填的相关理论、方法、工艺流程、减沉效果评价等。

5 采煤沉陷的监测方法

监测手段的优劣是获取准确相关数据的关键。目前的监测手段还难以满足采煤沉陷研究的需要，应努力提高采煤沉陷的监测手段，为采煤沉陷研究提供准确的科学数据。

5.1 建立矿区开采沉陷和环境损坏的实时监测系统

借助遥感、GPS等先进监测手段和方法对煤炭矿区实施实时动态监测，获取大量信息，为发展采煤沉陷理论、控制矿区环境提供准确资料。

5.2 研究新的岩体内部移动监测系统

现有的岩体内部移动监测系统监测精度较低、费用较高，难以满足采煤沉陷研究的要求，发展价廉、精度高的监测仪器和监测方法是采煤沉陷学科发展的一项艰巨任务。随着科学技术的发展与提高，这些问题必将得到解决。

5.3 确定老采空区、小煤窑、溶洞位置和空间分布形态

准确确定老采空区、小煤窑、溶洞位置、空间分布形态是防止老采空区造成灾害性的关键，在这方面，目前我国的监测手段缺乏，需要加强探测方法和手段的研究。

6 采煤沉陷区的治理

采煤沉陷区的治理是恢复矿区环境的唯一途径。目前，我们对矿区环境的治理方法比较单一，综合治理方法研究较少，生物复垦技术刚起步，建筑复垦技术尚不完善，这些都是应重点解决的问题。

[1] 邹友峰，邓喀中，马伟民. 矿山开采沉陷工程[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2] 张宏伟，郭忠平. 矿区绿色开采技术[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，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

孙善研(1984-)，男，工程师。

TD

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