复杂条件下地下采煤稳定性研究

张景玉

摘要：由于地下地形条件复杂，对煤矿开采技术要求较高。特别是一些地形、地质复杂的地区，煤炭资源丰富，但受煤炭开采技术的限制，部分煤炭 资源尚未开发。同时，在煤炭资源开采过程中，也存在着由于煤炭开采技术不科学、不合理而造成的煤炭资源浪费，加剧了一些地区煤矿事故频发的现象。

关键词：通信工程;项目建设;时间管理;分析研究

1 地下开采条件下地表边坡稳定性研究现状

我国地下开采条件下的地表边坡稳定性研究起步较晚。最早采用稳定 性分析方法和普通边坡理论对地下开采条件下的地表边坡稳定性进行了近 似分析。随着经济的快速发展，国家对煤炭资源的需求也越来越大，地下 开采引起的地表边坡失稳和滑坡现象越来越多，许多学者开始研究地下开 采条件下地表边坡的稳定性。唐福泉将开采沉陷与滑坡相结合，研究了煤 矿井下开采过程中地表边坡稳定性的变化，分析了开采引起的边坡应力场 变化和地表边坡的运动变形。他指出，地下开采降低了地表边坡材料的力 学性能，并改变了采空区上方岩体的原始应力场。地下开采过程中，首先 破坏上覆岩层中的软弱结构面，导致采动裂隙的形成和发展，降低地表边 坡的稳定性，最终诱发边坡失稳滑坡。

对于地下开采情况下地表边坡稳定性分析方法主要有两种：第一种是 理论分析，它在普通边坡分析方法的基础上考虑了开采的影响，主要从以 下几个方面来考虑：（1）将滑动体分为采动块体和采动块体，将相应的矿 块强度还原;（2）引入采矿强度的概念，通过采矿强度将附加水平力、剪 切力和垂直力加入到边坡的力系中;（3）根据采空区地表移动和变形的随 机介质理论，计算地下采空条件下单元体的水平和垂直应变，然后根据弹 性介质理论计算水平和垂直应力，然后得到附加的水平和垂直应力。第二种 数值分析方法可以分析地下开采过程中地表边坡的应力应变变化，从而得出 边坡失稳滑坡的渐进破坏过程，并可以定量评价地下开采条件下地表边坡的 稳定性。数值分析方法在地下采矿工程中应用的关键在于计算模型的选择。在地下开采条件下的地表边坡稳定性分析中，采矿工程中的岩土体范围较大。由于计算内存和计算速度的限制，该问题通常被视为一个平面问题。唐福泉 等利用 FLAC 软件研究了地下采煤条件下地表边坡的稳定性，分析了采煤后 覆盖层沉降引起的地表黄土边坡的应力应变变化及运动变形规律，揭示了地 下采煤条件下地表黄土边坡的变形破坏机理。陈世阔等利用岩土边坡分析了 采矿边坡的稳定性，分析了降雨影响下地表边坡的破坏模式。分析结果表明，在地下采煤过程中，降雨和开采扰动对地表边坡的稳定性有重要影响。刘新 喜利用 FLAC3D 软件模拟了地表边坡在地下开采过程中的移动变形和后缘拉 张裂缝的分布，然后利用 GeoStudio 软件模拟了降雨入渗对边坡稳定性的影 响。研究表明，采动裂隙降雨入渗是诱发边坡失稳滑坡的主要原因。

徐阳青等对矿区大量地表边坡的稳定性进行了数值分析，分析结果表 明：采空区是由地下开采形成的。随着采空区面积的逐渐增大，地表边坡 的力学强度逐渐降低，边坡体出现裂缝。当水通过这些裂缝渗入边坡的软 弱层时，边坡的抗滑力将减小，从而导致坡面的滑动破坏。根据对前人研 究成果的总结和分析，地下开采对地表边坡的影响作用主要有：（1）地下 开挖破坏了边坡岩体应力的初始平衡状态，导致岩体应力重新分布，二次 应力重分布过程中容易出现应力集中现象，导致滑坡。（2）在地下开采过 程中，应力场的变化导致上覆岩层的位移和变形。随着采空区面积的不断 增大，地表边坡的抗剪强度降低，导致边坡破坏。（3）在开采过程中，采 空区上覆岩层的移动导致地表拉伸，导致地表下沉，从而产生裂缝。随着 采矿段的不断推进，地表裂缝不断扩大，当裂缝延伸至贯通软弱层时，地 表边坡将被不稳定滑坡破坏。

综上所述，对于地下开采条件下的地表边坡稳定性已经做了大量的研 究工作，但对于地下开采过程中地表边坡的失稳还缺乏成熟的理论分析和 评价方法。在地下开采条件下的地表边坡研究中，不仅要进行常规的边坡 稳定性分析，还要考虑开采扰动的影响。因此本文以陕西黄陵某煤矿黄土 边坡为研究對象，在明确大变形分析的基础上，对地下采煤情况下地表黄 土边坡稳定性进行研究，提出了地下采煤情况下地表边坡稳定性评价方法，为实际边坡工程提供一定的理论和技术指导。

2 复杂条件下地下采煤的稳定性

2.1 水体采煤技术

我国是一个高压石灰岩含水层分布广泛的国家。随着开采深度的不断 增加，高压含水层开采的矿山数量也在不断增加。大多数煤矿都不同程度 地受到底部岩溶承压水的威胁，极易发生水淹井事故。水体采煤技术主要 针对高压石灰岩含水层上的近距离煤层开采。承压水体上采煤作业一般采 用排水降压和帷幕灌浆，并采用堵水与采煤综合治理技术相结合。疏水降 压主要是指对煤层顶板含水层进行一系列地表和地下疏浚，通过合理利用 抽水钻孔和排水隧洞等设备降低含水层水压值。

帷幕注浆堵水技术主要是合理封堵煤层实际开采范围外的大部分外部 水源，然后在开采内部区域通过排水降压的方式完成开采工作。有压开采 技术是充分利用防水层，使一定厚度的防水层具有相应的抗压能力，从而 保证煤矿井下作业的安全。

2.2 水体下采煤技术

在煤炭资源开采过程中，地表和岩层会发生移动，矿区内的洞穴水、 含水层和地表水会流入地下，对地下作业构成严重威胁。水体下采煤技术 的主要目的是合理疏导地下水，尽量减小覆岩的破坏程度，通过选择一系 列地下技术，实现水裂缝的防治。

水体下采煤分为局部开采、充填开采、分层间歇开采和正常定常开采。在开采过程中，要注意从简单地质构造到复杂地质构造，再从深部开采到 浅部开采，从厚防水层到薄防水层的开采。综上所述，就是在开采过程中 尽量靠近水体，以保证防水煤柱的开采破坏程度较小，确保水的情况得到 有效控制，将事故的威胁降至最低。

2.3 绿色煤炭开采技术

绿色开采技术是利用节水开采技术，实现煤矿水资源的保护和利用。通过形成条带开采技术、充填开采技术、分离注浆技术来实现对土地资源 和煤矿建筑物的保护。其他技术也可以用来保护大气环境，从而实现煤矿 的绿色开采。

在煤矿开采过程中，岩层会产生一定的位移，造成岩层中的水和瓦斯 流动，造成瓦斯事故和地下水突水事故。随着煤矿的大规模开采，长壁工 作面长度和走向长度不断增加。因此，采矿时应采用体积小、功率大、可 靠性高的采矿设备，以防止对围岩的破坏。在绿色开采技术中，通过优化 巷道支护技术，简化开采生产系统，可以实现综合开采的同步高效发展。

2.4 三峡开采技术研究

建筑物、水体和铁路下采煤统称为“三下”采煤。“三下”采煤的目的 是在尽量保护建筑物、铁路和水体不受破坏的情况下，实现安全采煤。“三 下”采煤主要通过控制地表沉陷达到保护建筑物和水安全的目的，采用条 带开采技术、充填技术和组合充填技术进行开采。

3 结论

总之，煤炭资源开采的难度越来越大，地质条件也越来越复杂。只有 采用科学的采煤技术，企业才能获得最大的经济效益。通过规范采煤工艺，科学有序地开展采煤工作，可以避免煤矿事故的发生，进一步促进煤矿企 业的不断优化升级，提高煤炭企业的竞争力。

参考文献：

[1]韩东赟.山区地下采煤地表沉陷数值模拟研究[D].昆明理工大学，2016.

[2]韩东赟，谭荣建.地下采煤地表沉陷规律数值模拟研究[J].安徽农业科 学，2016，44（03）：243-246.

[3]徐廷甫，尹志明，邓月华.地下采动条件下顺层岩质边坡稳定性分析 [J].地下空间与工程学报，2011，7（06）：1241-1245+1262.