煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)防和控制技術(shù)

煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)防和控制技術(shù)摘要：隨著我國(guó)國(guó)民對(duì)于能源的消耗也日益增加。由于受到礦產(chǎn)資源賦存條件的先天制約，巨大的能源需求量使得我國(guó)的煤炭資源開(kāi)采規(guī)模非常龐大，煤礦地下開(kāi)采過(guò)程中，由于部分煤體被采出，使得煤層周?chē)鷰r體中本來(lái)處于平衡狀態(tài)的原始地應(yīng)力遭到破壞，煤體上覆巖層會(huì)產(chǎn)生變形、滑移或斷裂，當(dāng)這種地質(zhì)損傷波及到地面時(shí)，導(dǎo)致地表沉降塌陷形成漏斗狀塌陷坑、塌陷盆地和臺(tái)階狀斷裂。正是這些地表的沉陷給礦區(qū)及周邊地區(qū)帶來(lái)了巨大的環(huán)境破壞和構(gòu)筑物安全隱患，造成大量土地資源的浪費(fèi)和人民群眾財(cái)產(chǎn)的不必要損失。如何預(yù)防并治理好煤礦開(kāi)采的沉陷問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)關(guān)系到社會(huì)、生態(tài)的健康發(fā)展。關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；沉陷預(yù)防；控制技術(shù)前言:山東是煤炭大省,煤炭的開(kāi)發(fā)為山東經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)發(fā)展提供了基本保證，然而煤炭的大規(guī)模開(kāi)采對(duì)礦山及其周?chē)h(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞日益突出，開(kāi)采沉陷造成的礦區(qū)環(huán)境災(zāi)害主要有土地塌陷或積水，農(nóng)田減產(chǎn)或絕產(chǎn)、道路塌陷、房屋變形破壞等,這都是開(kāi)采引起的巖層移動(dòng)。隨著煤炭形式的好轉(zhuǎn)，本集團(tuán)各煤礦都加大了環(huán)境的防治和治理。1煤礦開(kāi)采地表沉陷現(xiàn)狀及危害中國(guó)作為一個(gè)具有悠久歷史的文明古國(guó)，在很早之前就已經(jīng)開(kāi)始了煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用。但開(kāi)采技術(shù)及工藝一直較為落后，尤其是對(duì)于一些煤炭資源大省，其很多礦井由于開(kāi)采年限較長(zhǎng)，加之規(guī)范管理之前開(kāi)發(fā)形式過(guò)于粗放，民采、偷采現(xiàn)象普遍，礦山已形成大量未經(jīng)處理的開(kāi)采，且普遍具有極高的坍塌、沉陷傾向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山西省煤礦開(kāi)采面積超過(guò)5000平方公里。西北地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報(bào)告顯示，發(fā)生地面沉陷的礦山中，約有90%是煤礦。煤礦開(kāi)采的地表沉陷，對(duì)于生產(chǎn)活動(dòng)及環(huán)境的危害主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。1.1損毀地表人工構(gòu)筑物地表的沉陷，不但嚴(yán)重浪費(fèi)了大量的建筑用地，增加地區(qū)城市化發(fā)展的阻力，而且對(duì)于礦區(qū)的各種已有建筑及生產(chǎn)生活設(shè)施都有嚴(yán)重的影響；對(duì)于經(jīng)過(guò)開(kāi)采的高等級(jí)公路、鐵路、重要輸電鐵塔以及毗鄰城市的通信、供水、輸氣、輸油管道等有著致命的威脅。同時(shí)，一些重要的水利水電工程設(shè)施也可能因地基的塌陷而被破壞，從而產(chǎn)生難以彌補(bǔ)的人員及財(cái)產(chǎn)損失。1.2破壞地表生態(tài)環(huán)境由于地表的沉陷，土地產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫，改變了土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤涵水抗蝕性降低，造成水土流失現(xiàn)象加劇，增加了土壤侵蝕程度，降低了土地實(shí)際生產(chǎn)能力，使本已脆弱的礦區(qū)耕地更加貧瘠；同時(shí)由于地表的滑移、塌陷，造成地表樹(shù)木的傾倒和埋壓，這些都嚴(yán)重破壞了開(kāi)采地表的土地資源和生態(tài)環(huán)境。1.3誘發(fā)二次地質(zhì)災(zāi)害隨著開(kāi)采的塌陷，地表也相應(yīng)產(chǎn)生位移、變形、斷裂及沉降，勢(shì)必會(huì)誘發(fā)山地及丘陵地帶的山體開(kāi)裂、坍塌及滑坡，增加了山體、陡坡發(fā)生各種地質(zhì)災(zāi)害的幾率，對(duì)于周?chē)用窦敖ㄖO(shè)施的安全具有巨大的潛在威脅。1.4破壞地表及地下水體由于煤礦地下采動(dòng)的影響，開(kāi)采上覆巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)、變形和斷裂，形成垮落帶和斷裂帶。地表在這種擾動(dòng)的作用下發(fā)生沉降和塌陷，產(chǎn)生地表裂縫，破壞地表及地下淺層儲(chǔ)水構(gòu)造，造成地表水體難以蓄持、地下水體疏干、污染以及開(kāi)采礦井透水等災(zāi)害事故，直接影響地面水體、土壤、植被的依附環(huán)境，加速植被、耕地的退化，污染周?chē)用竦纳钣盟?，增加煤礦開(kāi)采的生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本。因此,應(yīng)加快開(kāi)展開(kāi)采地表沉陷的研究工作，及時(shí)預(yù)防開(kāi)采沉陷的產(chǎn)生，并對(duì)已出現(xiàn)的沉陷區(qū)進(jìn)行有效治理與利用，為煤炭資源的合理開(kāi)發(fā)及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的保持提供重要的技術(shù)保障。2煤礦開(kāi)采沉陷防治和控制的技術(shù)方法通常，能夠從兩個(gè)方面來(lái)考慮煤礦開(kāi)采沉陷防治和控制技術(shù)方法：（1）控制煤礦開(kāi)采沉陷，即是運(yùn)用科學(xué)合理的采礦工藝和方法，來(lái)阻止地表的下沉，將地表下沉的范圍和速度有效地控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)耕地、地表建筑物以及地表的目標(biāo)；（2）恢復(fù)和整治煤礦開(kāi)采沉陷，充分李穎建筑物抗采動(dòng)變形技術(shù)和土地復(fù)墾技術(shù)，對(duì)由于煤礦開(kāi)采沉陷而破壞的土地進(jìn)行重新整治，再加以利用?，F(xiàn)介紹以下幾種防治開(kāi)采沉陷的技術(shù)方法：2.1全部充填開(kāi)采在采出煤炭之后頂板還沒(méi)有冒落之前，就應(yīng)該選擇固體材料來(lái)密實(shí)地充填采空區(qū)，盡量減少頂板巖層的下降高度，進(jìn)而能夠有效地控制地表的變形和下沉，實(shí)現(xiàn)保護(hù)耕地和地面建筑物的目標(biāo)。其中，采用水沙填充的方法是所有的充填采煤法之中阻止地表下沉的效果最好的技術(shù)方法，再者就是砰石自溜充填和風(fēng)力充填。然而，全部充填法要求具有專(zhuān)門(mén)的充填設(shè)施和設(shè)備，以及足夠的充填材料。2.2條帶開(kāi)米結(jié)合煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)與上覆巖層的組合特點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)的采留比，在煤層內(nèi)部開(kāi)采出一條巷道，但同時(shí)還要保留一條。因?yàn)闂l帶開(kāi)采的對(duì)象只是開(kāi)采部分煤炭資源，需要保留一些煤炭資源形成煤柱，對(duì)上覆巖層起到支撐作用。這就能有效減輕上覆巖層的移動(dòng)，使地表的變形和移動(dòng)得到控制，就保護(hù)了地上的耕地和建筑物。但是，此種開(kāi)采方法需要挖掘多條巷道且采出率不高，工作效率也非常低。2.3覆巖離層帶充填技術(shù)人員要詳細(xì)地分析采空區(qū)上方覆巖形成三帶的巖移特性，當(dāng)在采出煤炭之后的相應(yīng)時(shí)間內(nèi)，就必須通過(guò)鉆孔向離層帶內(nèi)高壓注漿，充填，使離層帶空間更加堅(jiān)固，把采動(dòng)的砌體梁結(jié)構(gòu)加固為穩(wěn)定性比較好的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，阻止離層帶的下沉空間傳向地表，這就可以有效地阻止地表的下沉，以保護(hù)地面的耕地和建筑物。然而，目前該技術(shù)的執(zhí)行難度較大，需要更深入的研究。2.4限厚開(kāi)采根據(jù)煤礦開(kāi)采區(qū)的水文地質(zhì)條件、地形地貌以及地面上建筑物的抗變形能力，通過(guò)科學(xué)的計(jì)算和分析，確定開(kāi)采煤層的最佳厚度，并保證地表不會(huì)產(chǎn)生積水且不會(huì)破壞地表上的農(nóng)田和建筑物。且在開(kāi)采過(guò)程中，一定要遵循開(kāi)采厚度，對(duì)于范圍之外的煤層堅(jiān)決不開(kāi)采，這就能有效地防治和控制開(kāi)采沉陷，保護(hù)地表的農(nóng)田和建筑物。然而，這項(xiàng)技術(shù)方法的采出率也非常低，僅僅適用于煤層較薄的煤礦開(kāi)采中。2.5協(xié)調(diào)開(kāi)采在分層開(kāi)采較厚的煤層時(shí)，要正確計(jì)算出各個(gè)層面之間的最適開(kāi)采間距、開(kāi)米順序以及相互位置，可以讓一個(gè)工作面產(chǎn)生的地表變形恰好與另一個(gè)工作產(chǎn)生的地表變形相互抵消一部分甚至全部抵消，這就可以有效地減少由于采動(dòng)導(dǎo)致的地表變形，同樣起到保護(hù)地表耕地和建筑物的效果。然而，該技術(shù)方法需要保持相應(yīng)的錯(cuò)距，實(shí)際生產(chǎn)的難度比較大，在我國(guó)尚未推行。2.6加強(qiáng)地面構(gòu)筑物抗沉陷能力對(duì)于開(kāi)采構(gòu)筑物的基礎(chǔ),除了要有滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度、剛度和承載能力外，還應(yīng)具有一定的適應(yīng)地表變形的能力，以抵抗或部分吸收地表變形，使構(gòu)筑物上部結(jié)構(gòu)不受地表沉陷影響，同時(shí)開(kāi)采構(gòu)筑物在符合自身功能及工藝的要求下，結(jié)構(gòu)布局要合理，避免出現(xiàn)加重地表沉陷的設(shè)計(jì)，重要梁柱及承重墻體要能經(jīng)受住下部開(kāi)采沉陷擾動(dòng)的影響。在滿(mǎn)足構(gòu)筑物基本使用功能及施工工藝的條件下，優(yōu)先考慮把構(gòu)筑物布置在沉陷均勻、傾斜較輕微的塌陷盆地底部，盡可能避開(kāi)沉陷區(qū)的邊緣地帶。結(jié)束語(yǔ):面對(duì)目前國(guó)內(nèi)的煤炭資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，如何從技術(shù)、政策、法律等各個(gè)層面來(lái)解決煤礦開(kāi)采沉陷這一地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，仍然需要投入極大的時(shí)間與耐心，尤其是對(duì)于我國(guó)這種具有尖銳人地矛盾的國(guó)家，恢復(fù)并保持礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展，將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。參考文獻(xiàn)：李春雷，謝謨文,李曉