煤矿采空塌陷灾害防治

赵子浩 刘文 贾传席

摘要：本文主要介绍采空区塌陷的危害，概括煤矿采空区塌陷防治现状与技术，并对今后的发展趋势做出分析。

关键词：煤矿;采空区;塌陷;防治

0.    采空区塌陷

采空塌陷指由于地下挖掘形成空间，造成上部岩土层在自重作用下失稳而引起的地面塌陷现象。对生产矿井、地面建（构）筑物、土地资源及生态环境造成不同程度的危害与破坏。采空区上方顶板垮落动载现象会有一定概率对矿井造成压架事故，甚至诱发冲击地压、瓦斯突出等事故。有的采空区塌陷之前征兆并不明显，突然塌陷会给地面造成无法避免的伤害，采空区塌陷也会破坏当地的建（构）筑物，对地表水地下水等生态环境带来一定的影响甚至永久性破坏，大量水涌入地下会引起矿井透水事故。[1]

1.    煤矿采空区塌陷灾害处理方式

目前处理采空区塌陷的方式可以总结为两种，一是对已经造成塌陷的土地进行勘察评估合理利用，二是在煤矿开采初期就进行处理，减少或消除采空区塌陷造成的不良影响。

1.1  合理利用采空塌陷区

目前可以根据塌陷区的不同程度的危害对土地进行不同的利用，有些地区可以通过疏排法、就地取土法、挖深垫浅法和固体废物充填法等技术对已经遭受破坏的土地进行处理，使一些土地能够达到农业土地复垦的效果。有些地区针对塌陷区的特殊环境，除了种植业、渔业、家禽养殖业为一体的农业复垦之外，还引入各种昆虫、鸟、鱼，合理规划生态基地，发展垂钓、划船、观景等休闲娱乐旅游项目。还有些地区对采空区进行勘探评估之后，利用建（构）筑物抗变形技术，在其上开发为建设用地。

1.2  防止采空区塌陷或合理利用采空区

利用煤矿产生的矸石、当地的水砂、低浓度高浓度胶结物、膏体、超高水材料对采空区进行充填[2]，合理的规划采煤方法，如条带开采都可以有效防止采空区塌陷。有些缺水地区可以在煤矿开采时对采空区进行有效处理，形成地下水库，不但没有破坏生态环境，还有效利用了采空区，缓解了当地缺水问题，经过自然沉淀过滤后的水可以用于农业灌溉、工业用水，经过处理可以为当地的城市提供生活用水[3]。

2.    煤矿采空区塌陷勘察技术

由于煤矿采空区塌陷会造成如此大的不良影响，因此有些矿井会对地表塌陷进行勘察。勘察的方式主要有工程地质调查与测绘，地球物理勘探，钻孔探查，采动岩体物理力学性质测试，地表位移监测等。勘察的过程主要是煤矿委托有资质的机构进行勘察，相关机构接受委托，通过现场踏勘后，编写勘察技术方案，通过各种勘察技术获取大量数据，建立采空区三维工程地质模型，对采空区失稳与破坏进行模拟分析，进而预测地表残余变形量、残余空洞并进行稳定性评价，最后制定其防治措施。

3.    煤矿采空区塌陷治理技术

当矿井已经开采，井下已经形成采空区之后，处理采空区塌陷的方式主要有注浆充填、开挖回填、桩基穿越/ 跨越、井下砌筑等技术。

3.1  注浆充填法

注浆充填是通过水泥、粉煤灰、添加剂、骨料和水等材料，经过钻孔直接注入到采空区，一般是采空区地基处理范围边缘部位设置好帷幕孔，帷幕孔之间设置若干注浆孔，按照先帷幕孔后注浆孔的顺序进行注浆，一般帷幕孔的浆液需要加入速凝剂，当需要注浆区域的边缘部位快速凝结之后再进行注浆，并且钻孔孔径随着深度将增加而逐渐减小。通过注浆充填保护建（构）筑物时，首先要明确轮廓宽度、维护带宽度、覆巖影响宽度，然后根据浆液损耗系数，治理面积，采高，回采率，剩余变形量，充填系数，结石率等要素计算注浆量。通过注浆充填法适用于各类型煤矿采空区的地基处理，该方法治理工艺成熟治理效果好，但治理费用一般较高。

3.2  开挖回填法

当采空区埋深较浅时，可以使用开挖回填法进行处理采空区。开挖时应按基坑设计要求，从中间向两翼扩展，自上而下分层分段进行，回填时要及时将基坑里的水排出，回填材料应按不同的材料搭配回填并且需要压实，一般就地取材，使用开挖时土石材料，但基底一般使用灰土或黏性土。该方法还可以回收开采时遗留在井下的煤柱，但工程量大，并且深基坑存在安全隐患，回填质量对后期地基沉降也影响较大。

3.3  桩基穿越/跨越法

桩基穿越/ 跨越法方法就是通过人为的制造桩基，使其支撑在采空区以下的坚硬的底板上，当建（构）筑物建立在桩基上后，采空区塌陷时因为建（构）筑物有桩基支撑而不会受到塌陷影响。该方法需要探明采空区底板深度、采空区“三带”发育特征，并且需要根据桩型选择适当的钻机进行施工。该方法施工简单，费用较低，但无法控制采空塌陷水平变形。

3.4  井下砌筑法

井下砌筑法就是直接将毛料石或砖等砌筑材料按照交错顺序砌筑在采空区，一般分为干砌和浆砌两种。该方法的准备阶段就要核实采空区位置、范围等煤矿采空区基础特征资料，并且砌筑材料要满足强度要求和尺寸要求，施工时，必须清除顶板的危岩及垮落堆积物。该方法施工简单，质量容易控制，但施工材料进入工作面困难，施工过程隐患大，施工通风、排水等辅助工程费用较高。

4.    总结

采空区塌陷的危害较大，并且还会诱发其他危害。煤矿开采时，应该加强矿业安全评价，摸清煤矿采空区带来的危害与影响范围，对已经破坏的地区要综合治理，未遭到破坏的地区要提前预防。随着我国环保意识增强与技术的提高，将会从治理采空区塌陷到预防塌陷过渡，合理利用采空区与充填开采技术将会成为矿山绿色开采的主要方向。

参考文献：

[1]   曹吉林.煤矿采空区塌陷的原因分析及预防处理措施[J].内蒙古煤炭经济，2017（17）：92-93.

[2]   赵子浩，赵新泉，张培磊.煤矿充填开采技术与发展趋势[J].内蒙古煤炭经济，2017（23）：20-21.

[3]   赵子浩，赵强，魏雅晴.煤矿保水开采技术方法[J].科技经济导刊，2019，27（30）：68.

作者简介：

赵子浩（1991-），男，山东聊城人，助理工程师，矿业工程专业硕士研究生，工程硕士专业学位，研究方向：绿色开采方法。