煤矿开采沉陷防治和控制的技术探讨

煤矿开采沉陷防治和控制的技术探讨

赵鹏

济宁市能源综合执法支队，山东 济宁 272000

摘要：在过去，煤矿开采区地表人烟稀少，开采沉陷引起的灾害未能引起人们足够的重视。现在，很多煤矿附近都有居民区或地表上有建筑物等。为此，不得不重视煤矿开采沉陷引起的煤矿地质灾害。开采沉陷引起的地质灾害主要有地表水断流、水土流失严重及山体滑坡等，不利于人类正常的生产活动。本文围绕煤矿开采沉陷地质灾害的形成机理和类型展开分析，重点探讨了煤矿开采沉陷的控制措施。

关键词：煤矿开采；地表沉陷；地质灾害；控制措施

1煤矿开采沉陷地质灾害形成机理和类型

1.1煤矿开采沉陷地质灾害形成机理

在煤层开采后，岩层的原始平衡被打破，需要重新达到平衡。在达到新的平衡的过程中，岩层会发生移动。当岩层移动波及到地表时，地表会发生沉降。沉降的位移值与煤层开采条件有关，且与时间存在一定的关系。值得注意的是，这种地表沉降是不均匀的，在采空区的中心处沉降值比较大，而在边界处比较小。这种不均匀沉陷会导致岩体出现破坏，煤矿开采沉陷引起的地质灾害类型煤矿开采沉陷地质灾害主要有地表水断流、地表出现裂缝、土地退化及山体滑坡等。地表出现裂缝和山体滑坡最为常见，这是由岩层的非均匀变形导致的。一般地，地表出现裂缝后，地表上的一些建筑物、公路及铁路等设施会不可避免地受到影响，轻则会导致这些设施出现局部破坏，例如墙体出现裂缝、公路出现塌陷等；重则会导致设施整体不可逆转性的破坏。随着矿区附近人类活动的日益频繁，这种地质灾害造成的影响也日益严重。很多情况下，地表上出现的裂缝多为贯穿型裂缝，导致地表储水能力变弱。这是由于煤层开采造成岩层的隔水层断裂，无法继续保持隔水能力。若地表上没有充足的水源，很容易造成当地生态环境的破坏。现在很多矿区地表缺少水源，土地退化严重，农作物严重减产，对当地居民生活产生了非常不利的影响。

1.2煤矿开采技术现状

随着我国科学技术的快速发展，信息技术已经融入我们生活的方方面面，煤炭开采也从机械化向智能化迈近了一大步，相关部门也从资金、科技角度给予了政策支持。现阶段煤炭开采发展迅速，智能化不断提升，但这还远远不够，行业设备的可靠性、安全性和稳定性的水平有没有达到专业化水平，制约着煤炭工业的现代化水平。

1.2.1开采技术结构多元化

就我国煤矿开采技术的现状和开采技术的发展趋势众所周知，开采技术受到多元化新技术的影响，现阶段有机械化、半机械半人工开采和手工开采技术。其中小型煤矿地下开采投资成本不高，并且政府和煤矿企业对其的关注度不高，加之矿产规模小等影响下，部分煤矿企业还处于半机械半人工式开采模式，半机械化半人工的开采方式和技术限制了开采规模的扩大和效率的提升。介于煤矿开采的特点，只有确保先进的科学设施和专业性的技术人才的有机结合才是其有效性实施。因为其需要具备丰富的机械化和智能化操作经验。由于开采技术的参差不齐就造就了开采行业的水准不平衡，煤矿行业的发展限制性条件就需要多元解决存在的问题。

1.2.2煤矿开采设备技术存在缺陷

虽然清洁开采和智能理念已经融入到现阶段煤矿开采设备，但是现行的很多的煤矿开采设备依然存在功能的单一性、落后、环境污染严重、成本较高等特点。而且新技术推行起来还存在一定阻力，一定条件下工作设备需要更新换代，尽可能的增了井下煤矿开采技术的机械化与自动化规则。利弊同时存在，一方面在高效开采实施方面取得了一定成功，另外一定程度上破坏了环境，比如，顶板灾害、煤矿积水、灰尘或瓦斯爆炸等问题，对煤矿工人的人身安全造成了存在隐患。

2煤矿开采沉陷控制措施

2.1划分合理的保护煤柱

在治理开采沉陷时，需要对一些人类活动密集区域采取保护措施。最为常用的就是划分合理的保护煤柱，即根据岩层运动的规律，在建筑物、公路及桥梁等设施附近划定禁采区域。这种方法不但经济有效，而且操作起来十分简单。值得注意的是，在划定保护煤柱时一些参数需要根据以往的测量数据来确定。若划定的保护煤柱范围过小，则不能有效保护开采区域的建筑物等设施。若划定的保护煤柱范围过大，则煤炭损失量增加，不利于煤炭资源的高效开采。综上所述，这种方法的优点在于只控制局部区域的开采沉陷，有效地控制了保护成本。但从长远来看，只是减小了破坏范围，并没有从本质上控制破坏的产生。

2.2离层注浆

在岩层移动波及到地表的过程中，岩层之间会产生离层，即岩层之间会产生空隙。若能将这些离层填满，岩层移动就不会波及到地表。为此，可采用离层注浆来控制地表开采沉陷。从地表向岩层的离层施工钻孔，并向钻孔中注入水泥浆液。水泥浆液凝固后就可以完全充满离层，从而阻隔岩层移动向上传递，如图3所示。离层注浆操作起来非常简单，而且在施工时不会干扰到煤矿的正常生产，具有广阔的应用前景。但这项措施也存在着一定的局限性，在施工时必须要找准离层的位置。同时，若在注浆时遇到了陷落柱及断层等地质构造，则注浆很难达到预期效果。

2.3充填开采

开采沉陷是煤层开采后形成的空间，它是通过完全垮落法管理的。为了从本质上抑制开采沉陷引发的地质灾害，应采用充填开采，即在煤层开采后采用其他材料填满采空区从而有效地减缓地表下沉。充填开采技术是一项绿色采矿技术，是未来采矿技术的发展方向。利用充填采矿可以实现对煤层的保水开采。这对于生态环境的保护具有重要意义。通过对采空区充填，最大程度抑制岩层的运动，保持了隔水层的完整性。大量实践表明，在应用充填开采后，开采沉陷值降低了60%以上。目前，充填开采已在很多矿区得到了应用，并取得了不错的效果。充填开采的应用减少了保护煤柱的数量和工作面搬家的次数，极大地提高了煤矿经济效益。但充填开采还存在一些缺点有待完善，主要体现在以下两方面：a)充填材料的成本问题。河砂是理想的充填材料，但由于成本太高，已很少采用，现在普遍采用的是高水膨胀材料。b)充填工艺的问题。由于充填采空区会对正常回采速度产生影响，如何高效处理充填和回采的关系十分重要。

3未来发展

（1）高效集约化。在煤矿生产过程中利用计算机技术和其他先进设备，有效实现了综合采矿的机电一体化，优化了煤炭开采的自动化水平，有效提高了开采效率。（2）智能自动化。由于信息工程技术的快速发展，我国煤矿开采对拥有机械化，自动化、智能化的设备越来越重视，实现了煤炭生产过程中的自动化监测、同时有效保障了生产的安全性。（3）可持续发展。延续煤炭资源可持续发展是我国未来发展的重要方向，落实煤炭持续开采的同时避免对环境造成影响。未来煤矿掘进技术将是：计算机技术、网络信息技术、电气控制技术、通信技术以及PLC控制技术，这一系列将构成未来煤矿应用技术的主流。计算机系统以及对煤矿掘进的方向智能操控，实现设备的定位和自主切割。

4结语

中国对环保重视程度的提高，在一定程度上提升了对煤矿开采沉陷控制的要求。因此，在未来寻找合适的减沉技术依然是开采沉陷控制的热点问题。开采沉陷造成地质灾害的根源在于煤层开采后的地表不均匀沉降。针对这种情况，目前已采用了划定保护煤柱、离层注浆及充填开采等措施来进行沉陷控制。通过分析这几种沉陷控制措施的优缺点，为选择合理的煤矿开采沉陷控制措施提供一定的参考。

参考文献：

［1］马亚民.煤矿开采沉陷地质灾害分析及控制措施研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2020，40(12)：143-144.

［2］郭文兵，马志宝，白二虎.我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望［J］.煤炭科学技术，2020，48(9)：16-26.

［3］吕毅.采动覆岩离层区注浆控制地面沉陷技术研究及应用［J］.煤，2020，29(8)：28-31.

［4］暴毅伟.充填采矿技术在煤炭开采中的应用［J］.能源与节能，2020(5)：169-170.