煤矿开采沉陷预防和控制技术的应用解析

冯斌

摘要：煤矿作为我国最重要的经济能源材料，它不仅可以为人们的日常生产和生活提供了强有力的保障，而且也促进了各行各业的快速发展。然而，对于煤矿的大规模开采会造成其周围的生态环境遭到严重的破坏，其中最为普遍的现象是煤矿开采造成的土地沉陷现象。如果对开采后的环境不进行及时有效的控制和预防，就会造成许多严重的危害，例如土地损坏、土地周边地区房屋变形、道路塌陷等造成耕地减少，最终造成生产损失，反而影响了经济的发展。造成这些变故主要是由于煤矿开采的过程中会引起岩层运动，引起土地沉陷。因此，对煤矿开采所造成的沉陷事故必须及时加以预防，为煤矿安全开采打好基础。本文从防治煤矿塌陷的几种技术方法模块进行分析，简要介绍了土地复垦技术，以此希望给读者一些参考意见。

关键词：煤矿开采；预防控制；沉陷；技术应用

作为目前社会发展必不可缺的能源，煤炭为经济可持续发展提供了最基础的物质保障。然而，绝大部分地区的煤炭大规模开采会对煤矿及其周边环境造成极其严重的生态环境破坏，其中的土地开采沉陷是引起环境灾害的主要因素。具体所造成的危害主要包含蓄水、耕地减少或绝灭、道路塌陷、房屋变形和破坏等。这些危害所形成的根本原因在于开采引起的岩层移动，造成开采区土地沉陷，最终导致区域变形。因此，有效控制和减少地面塌陷程度的根本途径是提前有效预防土地坍陷。随着经济的发展和煤炭形势的改善，各煤炭企业集团也纷纷对环境的防治力度更加关注了。这些预防措施对于煤炭工业来说，这是一个当代急需解决的工作，也是对煤炭工业发展和经济持久发展非常有益的[1]。

一、当前煤矿开采的现状

目前运用充填采矿的技术于金属矿山的开采中，因为目前对该技术的应用已经是相对成熟，因此，可以为煤矿回填采矿提供参考。但煤矿地底层的岩石是属于层状岩层，与一般的金属矿层的结构是不一样的，显然，开采所造成的地层的破坏以及该底层的岩石的运动规律不同，通过充填的所要达到的目的也不同。因此，必须根据不同的煤矿地底的岩石活动的规律以及需要达到的控制要求对煤矿充填开采技术进行针对性的研究与开发，通过与实际情况相结合最终形成具有煤矿开采特点的、针对性强的充填采矿理论与技术。在波兰和德国通过充填采矿的方式进行采矿的技术已经得到了广泛应用。充填使用的材料有河砂，电厂粉煤灰等[2]。其中，使用河沙进行充填的方式应用得最为广泛。波兰通过在城市地下水砂充填条带法，成功地将城市下的许多煤炭资源都开发出来了。我国在上世纪60年代也成功利用该种技术开发了抚顺胜利镇的煤矿资源，成功的保护了煤柱。在抚顺矿成功的使用了水砂填充技术后，许多其他地方也在陆续进行相关技术的实验，例如新韩矿业局孙村、梁壮、谢壮等。但是由于其操作过程比较复杂同时操作成本比较高，因而在我国的煤矿开采中并未得到广泛的应用。自20世纪80年代抚顺矿首次利用国外的技术经验成功采集出煤矿资源以来，大多都通过采用注浆到地面来分离和减缓煤矿区对应地表的沉陷。在我国的煤炭开采的过程中，许多从事开采煤矿和防止沉陷专家和工程技术人员大多已经对该项技术进行了试验[3]。目前许多的中国学者以及相关的工程人员在水砂充填的基础上进一步研发了膏体充填的方式。目前已经在试验如何将膏体充填技术与我国实际煤矿开采相结合。

二、煤矿开采沉陷预防和控制技术的一般方法

（一）充填开采

为了在煤矿开采中防止耕地和地面建筑物的塌陷，一般是在顶板塌陷前选用固体材料充填采空区从而有效的使其地表的形变和沉降得到有效的控制。其中在各种充填采矿方法中防止地面沉降的最佳的技术方法是充填水砂法。然而，对于不同的煤矿充填方法对于应所需的灌装设施和充填材料也是各不相同[4]。

（二）条带开采

同时考虑到煤矿底层内部构造与上覆岩层的结构特点，按照规定的开采预留率，在煤层内部开采的同时打通巷道并保留巷道。由于采用条带开采的目的仅仅是为了开采煤矿内的一部分煤炭资源，因此，为了防止煤矿覆地层塌陷，可以通过保留部分煤炭资源形成煤柱对其表面产生支撑作用的方式。如此，不仅有效地减少煤矿上覆地层的移动，同时也能有效控制煤矿上次层地表的岩石产生变形和移动，最终能够有效的保护地面上的耕地和建筑物。然而，通过此种方法的最大的缺点在于需要挖掘多条巷道，导致工作效率很低，煤矿采集效率低[5]。

（三）覆岩离层带充填

在采煤过程中，为了加强砌体梁结构的稳定性，防止分离带分离。技术人员需要对煤矿采空区域的上覆岩层的结构特征以及运动特征进行分析，才能有效的将注浆在合适的时间与地方充填至煤矿采空区域，扩大分离带的空间，最终形成较稳定的连续梁结构。当煤矿内层下沉空间被传输到地面时，可以有效地防止地面发生塌陷与形变，从而保护地面上的农田和建筑物不被破坏。然而，目前对于该技术的实际应用还不够成熟，需要进一步的研究。

（四）限厚开采

通过科学计算和分析当地水文地质条件，地面建筑物和农田的抗变形能力以及具体地理特征，从而最终确定煤层开采的最佳深度，进而防止地面产生裂缝，对地表的农田和建筑物产生损害。在开采过程中，要求时刻记录煤层的开采厚度，坚决不能开采计算厚度范围以外的煤层，如此才能有效地控制开采时造成的地面沉陷，保护地表农田和建筑物。但是，由于此种开采方式的回收率比较低，因此对于薄煤层开采是比较有效的[6]。

三、土地复垦技术

（一）粉煤灰充填复垦和煤矸石充填复垦

在煤炭开采的过程中，会有大量煤矸石产出，如果将这些煤矸石直接排放到地表，不仅会占用大量土地，同时还会对环境造成污染。因此可以利用煤矸石作为充填材料对煤矿地层进行填充，如此不仅恢复了受损土地有效防止塌陷，也能够减少煤矸石对于土地的占用。

（二）平地和修建梯田复垦

在进行煤矿开采时地面和梯田等地表会出现沉降，此时可以在蓄水量和较低的潜水水位区通过土地平整和梯田建设等方法来对该区域进行复垦。建设梯田时，需要根据当地的作物类型、沉降区的土层厚度、工程量大小等综合因素进行考虑确定梯田的阶梯高度和水平宽度。

（三）积水区综合利用技术

根据当地的实际情况科学地利用蓄水区的综合技术，通过科学的保水方法来建设大面积的蓄水区。可以建设水上公园。

结束语：本文总结了煤矿开采所造成的地表沉陷现象以及对矿区农田和建筑物造成不同程度的破坏。对煤矿开采区的生态环境造成十分严重危害。如果我们不及时采取有效的预防和控制措施，会导致极大的环境问题和社会问题，并且会给后代带来更大的灾难。因此，对采煤所造成塌陷问题的防治技术，安全开采技术的研究我们应该给予充分的利用。最终保证采煤与生态环境，社会经济之间的协调发展。

参考文献：

[1]任兴祎.煤矿开采沉陷的防控方法[J].山西能源与节能，2008（02）

[2]荆海波.浅谈煤矿开采沉陷防治的控制技术[J].中国新技术新产品.2008（08）

[3]郭广礼，王悦汉，马占国.煤矿开采沉陷有效控制的新途径[J].中国矿业大学学报，2004（02） [4]刘庆吉.关于加强煤矿开采沉陷控制与预防[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011（02）

[4]乔振峰，煤矿开采沉陷防治及控制措施[J].科技创新导报，2008 （14）

[5]杨真，浅谈煤矿开采沉陷防治和控制的技术[J].科技创新导报2008，（35）

[6]荊海波，浅谈煤矿开采沉陷防治的控制技术[J].中国新技术新产品2008，（08）