开采沉陷防治和控制技术初探

开采沉陷防治和控制技术初探

摘?要在煤矿开采过程中，引起地表沉陷的问题极为常见。对此，对煤矿开采引起地表沉陷进行预防与控制，显得十分关键了。本文结合煤矿开采对矿区环境、地表等的影响，认真进行深入分析与探究，并提出行之有效的对策与措施，以期进一步防治和控制因煤矿开采而导致的沉陷。

关键词煤矿开采；沉陷；防治控制；技术

中图分类号 td32 文献标识码 a 文章编号

1673-9671-(2012)052-0162-02

在我国，煤炭资源蕴藏十分丰富，煤炭开发为经济社会持续快速发展提供坚强的保证。目前，我国煤矸石山达1?500余座，堆积量30亿吨，占地5?000平方千米以上，煤矿矿山每年排水量在22亿立方米左右。此外，在大气降水淋溶过程中，还会污染周围的大气、水体、农田以及地下水等污染。其实，我国当前在煤炭开采方面，主要采取了冒落方式来管理采空区的顶板。这样一来，就必然导致了地面的沉降或陷落。因此，村寨、道路、桥梁以及地面基础设施等，就会遭到极为严重的破坏。由于大量的农田因塌陷、盐渍以及水土流失等影响，因而无法进行耕种。在煤矿开采过程中，大气、降水、地下水及生产用水等，都会涌入煤矿井下，进而形成了矿井水。以山西省为例，2010年因采煤破坏的地下水高达4.2亿立方米，导致井水水位下降或干涸3?200余个，水利工程430余处，水库40

座及输水管道790余千米，造成1?600余个村庄81余万人及10余万头牲畜发生临时饮水困难。根据《山西省煤炭开采对水资源的破坏影响及评价》的有关资料表明，山西省因采煤漏水和矿井水排放等影响，直接造成经济损失高达300亿元。由此可见，因为大规模开采煤炭资源，必然对矿山及周围的环境产生极为严重的破坏与影响，并且呈现出越来越严重的态势。一般情况下，煤矿开采造所导致的沉陷，主要表现为土地塌陷积水、农田减产绝产、道路塌陷、房屋破坏等。实际上，这些问题的出现，都是因为煤矿开采引起岩层移动而导致的，这也是矿区地表塌陷的主要原因之一。所以，预防和控制地表塌陷的程度，是解决因煤矿开采导致地表塌陷的主要措施之一。对此，本文结合煤矿开采对矿区、环境、地表等影响的实际，并根据矿区的具体情况，探究采取科学合理的采矿技术及对策，力求最大限度降低危害程度，进一步防治和控制煤矿开采而导致的地表沉陷等问题。

1 防治沉陷的技术与途径

我们清楚，在煤矿的开采过程中预防和控制沉陷的技术比较多。但笔者觉得，可以从以两方面去进行：1）对开采沉陷的有效控制。这需要我们利用先进的采矿技术、工艺及方法，科学合理布置煤矿的开采面，积极采取井下充填、离层充填等有效措施，尽量减少地表沉陷的影响，进而达到有效控制地表沉陷的最终目的。2）恢复与整治开采沉陷所导致的破坏。

对此，我们要科学运用土地复垦、建筑抗变等技术与措施，认真对煤矿开采沉陷所破坏的耕地进行恢复和整治。目前，从我国范围内来看，主要采用以下控制技术和途径。

1.1 充填开采

一般情况下，在煤炭开采过程中，假如顶板没有冒落的话，那么我们就可以采用固体材料对采空区域进行密实充填。这样，就可以尽量减少顶板岩层下沉而导致的地表下沉，进而达到有效保护地表、建筑物和耕地的目的。此外，风力、矸石等充填的效果也非常理想。值得一提的是，对充填采矿，一般都需要有专门的充填设备，也需要足够的充填物资。这样开采方式对于矿井来说，初期投资较大，成本必然跟着大大增加（如图1）。

图1 采面排放及充填布置示意

1.2 条带开采

进行条带开采，就需要我们充分结合煤层的组合情况，可以采取科学合理的采留比，在煤层中开采一条，保留一条。这样，就可以达到预防和控制地表沉陷的问题。因为条带开采只对部分煤炭资源进行开采，并保留了部分煤炭资源。所以，逐步形成了以煤柱支撑上覆岩层，虽然大大减少覆岩的移动，可以有效预防和控制地表的沉陷，实现对地面、建筑物和耕地的保护。但这种开采方法的效率低下、工作面比较多，因而成本也跟着逐步

上升。

1.3 离层开采

进行离层开采，就需要我们结合煤矿采空区上方覆岩移动的基本特征，积极在煤炭开采后一定时间内，采用钻孔往离层带空间高压注浆、充填，进而加固开采煤矿的离层及空间。然后，再对采动的砌体进行加固，使其变成稳定性较好的连续结构，尽量使离层带下沉空间不再向地表传递，减少或减缓地表下沉，进而达到保护地面、建筑物和耕地的目的。但是，这一开采技术的难度比较大，有待人们进一步研究和探讨（如图2）。

1.4 限厚开采

进行限厚开采，我们可以结合矿区的地形、地质、水文、条件及建筑物的抗变能力等因素，尽量不产生地表积水和满足建筑物的要求，科学确定煤层开采的厚度。这样，我们开采的煤层厚度就会保持一定，而对其余煤层不能开采，进而减少了地表的下沉，达到保护建筑物、耕地的目的。但这一开采技术的效率较为低下，仅适用在薄煤层中。

1.5 协调开采

进行协调开采，就是在对厚煤层进行分层开采时，我们进行科学设计，使开采面的间距、位置及顺序相对合理，这个至关重要。这是因为，进行协调开采，可使开采煤层产生的地表变形与开采另一煤层产生的地表变形相互抵消，进而减少地表的变形。但这一开采技术需保持一定距离，生产难度较大，成本也比较高。

1.6 三步开采

采用三步开采，就需要我们积极利用覆岩的结构与作用，认真对岩层移动进行控制，然后运用荷载置换原理，进行小条开采—注浆充填—余条开采的三步法。这样一来，可以对岩层移动和地表沉陷进行控制，有效解决煤矿开采对地表的影响，也进一步提高了煤炭的回采效率，进而保护了地表、建筑物和耕地。但这一开采技术比较复杂，成本相对较高。

2 土地复垦技术

2.1 充填复垦

由于开采煤矿，必然产生大量的煤矸石，并运到地表堆放，既占地又污染环境。对此，可以把煤矸石作为充填材料，使采煤破坏的沉陷土地得到恢复，又减少了煤矸石占地的不利影响。还可以利用火电厂的废弃物如粉煤灰等进行充填，对沉陷的土地进行复垦。此外，也可以对积水沉陷、水位较低的边坡地带，积极采取平整土地、改造成梯田等方式进行复垦与利用。一般情况下，梯田的水平宽度和梯坎高度，应当结合地面的坡度陡缓、土层薄厚、工程大小、作物种类以及耕种程度来综合权衡。对于田间坡度的大小和坡向，应当结合灌溉条件、土地用途等来综合分析。

2.2 输排复垦

进行输排复垦，需要我们充分利用开挖排水沟渠，进而把煤矿开采沉陷引起的积水引进河流、湖泊、坑塘或水库等，这是使煤矿开