煤矿开采沉陷有效控制的新途径实践

杨 泽 李永明

山西大同大学，山西大同 037003

煤炭生产过程中的开采活动会造成地表沉陷问题，对矿山周边环境影响日益突出，主要的灾害包括土地塌陷、积水，农田减产、绝产，道路塌陷，房屋变形等问题。这些由煤矿开采过程引发的岩层移动造成矿区出现沉陷，需要及时进行控制，才能减轻地面塌陷程度。

1 影响地面沉陷的主要因素

1.1 地质方面

首先，煤矿生产过程中的煤层厚度、倾角、埋深、埋藏条件的可靠性，煤层藏度，煤层松散部分的厚度都属于影响地面沉陷的自然地质因素；其次，开采区域的断层、褶皱等都属于地质构造方面的影响因素；再者，岩层强度、力学性质、间隙等都属于岩石物理性质方面的影响因素；最后，煤层松散部分的水文、地质条件，矿山排水系统状况、开采方式、顶板管理水平、重复采动等水文地质状况都是影响地面沉陷的主要因素类型[1]。

1.2 开采方面

地表沉降程度、范围均与开采煤层厚度有正比关系；地面沉降范围与开采煤层的埋深有正比关系，而地面沉降深度与其成反比关系。开采煤层倾角越大，岩层会沿垂直采空区上方移动下落，还会沿煤层方向岩层面出现下滑和剪切移动，这些移动状态会造成地面沉降出现不对称的形态。而开采煤层的松散部分洪都超过一定数据的时候，基岩的水平移动无法传递到地表，但是这部分区域的的孔隙水会随矿井和地面排水量的增加大量排出，孔隙会逐步被压实，在开采区域形成蓬柱状结构，破坏松散区域周边岩层，造成其发生变形，引发地表沉降问题。

2 煤矿开采沉陷控制新途径分析

2.1 开采沉陷控制技术需要重点考虑的因素

2.1.1 控制形成煤矿开采沉陷问题的条件

针对煤矿开采沉陷问题，要在其发生前做好相应的预防工作，选择合理的采矿技术工艺，对开采区域周边的水文、地质、土壤等因素进行细致勘探，确保开采工作面有效展开，并根据勘探结果，结合不同区域地质条件采取有效的防护措施，以便改善地表沉陷问题出现的条件，直至将其对地表的损害降至最低限度，最低限度的保护地表建筑和矿区周边生态环境[2]。

2.1.2 恢复和整治开采沉陷区域环境

对于已经出现开采沉陷问题的区域要及时采取相应的补救措施，以土地复垦技术对开采区域周边环境进行改善，可以重新耕种的要及时恢复农作物种植。已经出现积水区域的要及时采取措施进行二次利用，同时对于地表建筑，要及时进行加固。对开采沉陷区域土地进行综合整治，采取一切手段恢复开采区域周边生态环境，保证最大限度恢复生态平衡，降低开采沉陷造成的不利影响。

2.2 煤矿开采沉陷控制的主要途径

煤矿开采过程中一定要注意细节，开采过程中要根据矿区地质、土壤、建筑物、煤层条件确定相应的开采沉陷控制途径，在煤矿生产过程中，选择合理的开采技术方式，谨慎开采，降低开采沉陷造成的危害。并且，要采取有效的培训教育体系，加强矿山工人的专业技能素质，提高其专业素质和安全意识[3]。

2.2.1 控制形成开采沉陷的主要方式

2.2.1.1 全部填充开采的方式

在煤矿开采生产过程中，煤炭采出后、矿井顶板脱落前，针对采空区进行填充作业，确保矿井开采区域稳定，一般常用的填充方式包括：固体材料、风力、矸石自溜、水沙这几种类型。固体材料对采空区进行填充可以减少或延缓矿井顶板岩层下沉现象，有效减轻地表下沉现象；风力填充是通过风力作用将地表沙石吹填进采空区形成填充效果；矸石自溜填充是通过矿井与地面存在的倾斜角度，将地面矸石自行滑进采空区，形成自我填充的效果；水沙填充成效显著，能有效降低地面沉陷，通过向矿井采空区灌入水沙形成支护作用，确保煤矿生产安全。这些全部填充的方式一般都需要专用设备和充足的填充材料，其投入较大，会提升煤矿生产成本，因此，必须根据矿井实际情况进行合理选择。

2.2.1.2 条带开采的方式

条带开采的方式根据煤层、顶层的岩层、覆盖面组合条件，通过相应的比例调整，在被开采的煤层中预留相应量的煤炭，作为开采时的支护，只开采出条带状的煤炭资源。这种方式只开采了部分煤炭，不仅能有效支撑上覆岩层，还能减少其移动空间，能够有效控制地表开采沉陷问题，但是这种开采方式对于煤炭资源的浪费较大，开采处理的资源数量较少，需要花费大量时间、人力、物力掘进巷道，造成开采工作量和成本的大大增加[4]。

2.2.1.3 覆岩离层带注浆充填的方式

结合采取区域上方覆岩移动特点，在煤矿开采过程的一定时间内，通过钻孔向离层空间注入泥浆进行充填。这种方式对比全部充填方式，充填量较小，只需要对离层带进行部分隔离填充即可，这种充填可以加固离层带，进而提升整体的空间稳定性；将砌体梁结构加固稳定成连续梁结构，提升离层带的稳定性和抗压性；并将离层带的下沉效果不再传递向地表，能够有效减少或缓解地表下沉问题，针对地表建筑、农田能有效保护。采取这种方式进行充填能够减少相应的材料和成本，但是这种处理方式的技术不够成熟，操作风险性较大。

2.2.1.4 限厚开采的方式

采用这种方式的时候需要根据开采区域的自然条件、地表建筑高度、抗压性能等综合计算煤层开采厚度。这种方式通过多方面的分析、比较、计算确定了煤层厚度，但是这种方式只能针对特定固定厚度的煤层，不涉及其他厚度煤层。这种开采方式较为谨慎，可以有效减少地面沉陷问题，但是这种开采方式需要大量的前期勘探工作、开采范围受限，并且只能针对浅层煤炭资源，对于深层较厚煤层，操作难度高，勘探等工作量都很大。

2.2.1.5 协调开采的方式

这种开采方式针对较厚煤层。厚煤层开采一般采用分层方式，根据现场实际状况、开采设备、开采条件等确定开采顺序和步骤，使煤层开采力度形成抵消效果，使煤层开采产生的地表沉陷全部抵消或部分抵消。采用这种方式能够有效降低煤炭采动引发的地表沉陷问题，针对各方协调形成沉陷程度的抵消。这种开采方式较为方便，但是实施难度较大，无法有效把握煤层间的距离，对于相应的勘探技术要求较高，对于生产组织的要求高，当前我国矿山生产工人的专业素养还存在较大差距。2.2.2 恢复和整治开采沉陷区域环境的方式

在矿井生产过程中会出现大量煤矸石，若输送到表进行排放，既要占用大量土地资源，又会造成环境污染；而通过向煤矸石当中添加适量的微生物活化剂，在经过一个植物生长期后就可建立起稳固的植物生长层，形成熟化土壤，用于恢复开采沉陷区域的土地，不仅能改善地表环境，还能减少煤矸石的额占地。同时，若煤矿存在电厂，可以利用电厂废弃物、粉煤灰对开采沉陷区域进行充填，提高开采沉陷区域土地的复垦面积，将沉陷区和粉煤灰造成的危害问题转变成改善开采沉陷区环境的有利之处[5]。

针对已经出现积水的沉陷区，可根据积水深度进行利用，对于水位较高的区域，若水面面积较大可以采用发展网箱养鱼、围栏养鱼、蓄洪作灌溉水源、建造水上公园等二次利用方式进行改善。若水面面积较小或受季节性影响较为显著，可以采用人工或机械方式将积水沉陷区域挖深，改变成适合养鱼、蓄水灌溉等功能的水面区域，将挖出的泥土填充到开采沉陷较小的区域，使其成为可以种植的耕地；对于水位较低的区域，可采用土地平整、改造成田地的方式进行复垦利用，如将水位较低的边坡地带改造成梯田，其水平宽度和梯坎高度可根据坡度抖缓、土层薄厚、工程量大小、作物种类、耕种机械化程度综合考虑来进行确定，对于梯田的田间坡度、坡向可根据原有坡度、灌溉条件、土地用途来进行确定，若整体水量较少，可通过开挖排水渠道，将积水引入河流、湖泊、坑塘、水库等作蓄水用，而开采沉陷造成的水淹地能够重新进行复垦。

3 结语

煤矿开采沉陷问题在矿区普遍存在，并且是造成矿区环境出现问题的主要根源，在煤矿开采过程中一定要加以重视，在开采前做好预防工作，开采过程中控制开采技术方式和沉陷问题处理措施，有效减轻地面沉陷程度。虽然煤矿开采沉陷对地表土地资源的影响与破坏是不可避免的，但是不同矿区可以根据自身实际条件，结合日常生产活动安排，通过采用合理技术来防止和控制开采沉陷，提高土地复垦能力，对地表沉陷区域进行综合治理和开发利用，才能降低对地面建筑的损害，改善矿区生态环境，为企业带来良好的经济和社会效益。

[1] 买买提江·买合木提.有效控制煤矿开采沉陷的新途径[J].内蒙古煤炭经济，2017（ 7）：9，27.

[2] 王振海.煤矿开采沉陷充填开采技术及其应用[J].技术与市场，2015，22（6）：228，230.

[3] 段正亮.浅谈煤矿开采沉陷防治和控制的技术[J].科技创业家，2013（4）：114.

[4] 李秀山，曹忠，柳成懋，等.岱庄煤矿条带煤柱矸石膏体充填开采地表沉陷研究[J].煤炭工程，2012（ 4）：85-87.

[5] 戈海宾，张玉建，余同勇.煤矿开采沉陷有效控制新途径的探讨[J].矿业安全与环保，2006（ 1）：71-72.