煤礦開采沉陷預防和控制技術

煤礦開采沉陷預防和控制技術摘要：隨著我國國民對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的煤炭資源開采規(guī)模非常龐大，煤礦地下開采過程中，由于部分煤體被采出，使得煤層周圍巖體中本來處于平衡狀態(tài)的原始地應力遭到破壞，煤體上覆巖層會產(chǎn)生變形、滑移或斷裂，當這種地質(zhì)損傷波及到地面時，導致地表沉降塌陷形成漏斗狀塌陷坑、塌陷盆地和臺階狀斷裂。正是這些地表的沉陷給礦區(qū)及周邊地區(qū)帶來了巨大的環(huán)境破壞和構筑物安全隱患，造成大量土地資源的浪費和人民群眾財產(chǎn)的不必要損失。如何預防并治理好煤礦開采的沉陷問題，勢必會關系到社會、生態(tài)的健康發(fā)展。關鍵詞：煤礦開采；沉陷預防；控制技術前言:山東是煤炭大省,煤炭的開發(fā)為山東經(jīng)濟快速持續(xù)發(fā)展提供了基本保證，然而煤炭的大規(guī)模開采對礦山及其周圍環(huán)境造成了嚴重的破壞日益突出，開采沉陷造成的礦區(qū)環(huán)境災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,這都是開采引起的巖層移動。隨著煤炭形式的好轉(zhuǎn)，本集團各煤礦都加大了環(huán)境的防治和治理。1煤礦開采地表沉陷現(xiàn)狀及危害中國作為一個具有悠久歷史的文明古國，在很早之前就已經(jīng)開始了煤炭資源的開發(fā)利用。但開采技術及工藝一直較為落后，尤其是對于一些煤炭資源大省，其很多礦井由于開采年限較長，加之規(guī)范管理之前開發(fā)形式過于粗放，民采、偷采現(xiàn)象普遍，礦山已形成大量未經(jīng)處理的開采，且普遍具有極高的坍塌、沉陷傾向。據(jù)統(tǒng)計，山西省煤礦開采面積超過5000平方公里。西北地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報告顯示，發(fā)生地面沉陷的礦山中，約有90%是煤礦。煤礦開采的地表沉陷，對于生產(chǎn)活動及環(huán)境的危害主要體現(xiàn)在如下幾個方面。1.1損毀地表人工構筑物地表的沉陷，不但嚴重浪費了大量的建筑用地，增加地區(qū)城市化發(fā)展的阻力，而且對于礦區(qū)的各種已有建筑及生產(chǎn)生活設施都有嚴重的影響；對于經(jīng)過開采的高等級公路、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，一些重要的水利水電工程設施也可能因地基的塌陷而被破壞，從而產(chǎn)生難以彌補的人員及財產(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，改變了土壤結構，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，降低了土地實際生產(chǎn)能力，使本已脆弱的礦區(qū)耕地更加貧瘠；同時由于地表的滑移、塌陷，造成地表樹木的傾倒和埋壓，這些都嚴重破壞了開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)災害隨著開采的塌陷，地表也相應產(chǎn)生位移、變形、斷裂及沉降，勢必會誘發(fā)山地及丘陵地帶的山體開裂、坍塌及滑坡，增加了山體、陡坡發(fā)生各種地質(zhì)災害的幾率，對于周圍居民及建筑設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的影響，開采上覆巖層發(fā)生錯動、變形和斷裂，形成垮落帶和斷裂帶。地表在這種擾動的作用下發(fā)生沉降和塌陷，產(chǎn)生地表裂縫，破壞地表及地下淺層儲水構造，造成地表水體難以蓄持、地下水體疏干、污染以及開采礦井透水等災害事故，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，污染周圍居民的生活用水，增加煤礦開采的生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本。因此,應加快開展開采地表沉陷的研究工作，及時預防開采沉陷的產(chǎn)生，并對已出現(xiàn)的沉陷區(qū)進行有效治理與利用，為煤炭資源的合理開發(fā)及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的保持提供重要的技術保障。2煤礦開采沉陷防治和控制的技術方法通常，能夠從兩個方面來考慮煤礦開采沉陷防治和控制技術方法：（1）控制煤礦開采沉陷，即是運用科學合理的采礦工藝和方法，來阻止地表的下沉，將地表下沉的范圍和速度有效地控制，進而實現(xiàn)保護耕地、地表建筑物以及地表的目標；（2）恢復和整治煤礦開采沉陷，充分李穎建筑物抗采動變形技術和土地復墾技術，對由于煤礦開采沉陷而破壞的土地進行重新整治，再加以利用?，F(xiàn)介紹以下幾種防治開采沉陷的技術方法：2.1全部充填開采在采出煤炭之后頂板還沒有冒落之前，就應該選擇固體材料來密實地充填采空區(qū)，盡量減少頂板巖層的下降高度，進而能夠有效地控制地表的變形和下沉，實現(xiàn)保護耕地和地面建筑物的目標。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方法，再者就是砰石自溜充填和風力充填。然而，全部充填法要求具有專門的充填設施和設備，以及足夠的充填材料。2.2條帶開米結合煤層內(nèi)部結構與上覆巖層的組合特點，根據(jù)相應的采留比，在煤層內(nèi)部開采出一條巷道，但同時還要保留一條。因為條帶開采的對象只是開采部分煤炭資源，需要保留一些煤炭資源形成煤柱，對上覆巖層起到支撐作用。這就能有效減輕上覆巖層的移動，使地表的變形和移動得到控制，就保護了地上的耕地和建筑物。但是，此種開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人員要詳細地分析采空區(qū)上方覆巖形成三帶的巖移特性，當在采出煤炭之后的相應時間內(nèi)，就必須通過鉆孔向離層帶內(nèi)高壓注漿，充填，使離層帶空間更加堅固，把采動的砌體梁結構加固為穩(wěn)定性比較好的連續(xù)梁結構，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，以保護地面的耕地和建筑物。然而，目前該技術的執(zhí)行難度較大，需要更深入的研究。2.4限厚開采根據(jù)煤礦開采區(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，通過科學的計算和分析，確定開采煤層的最佳厚度，并保證地表不會產(chǎn)生積水且不會破壞地表上的農(nóng)田和建筑物。且在開采過程中，一定要遵循開采厚度，對于范圍之外的煤層堅決不開采，這就能有效地防治和控制開采沉陷，保護地表的農(nóng)田和建筑物。然而，這項技術方法的采出率也非常低，僅僅適用于煤層較薄的煤礦開采中。2.5協(xié)調(diào)開采在分層開采較厚的煤層時，要正確計算出各個層面之間的最適開采間距、開米順序以及相互位置，可以讓一個工作面產(chǎn)生的地表變形恰好與另一個工作產(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導致的地表變形，同樣起到保護地表耕地和建筑物的效果。然而，該技術方法需要保持相應的錯距，實際生產(chǎn)的難度比較大，在我國尚未推行。2.6加強地面構筑物抗沉陷能力對于開采構筑物的基礎,除了要有滿足設計要求的強度、剛度和承載能力外，還應具有一定的適應地表變形的能力，以抵抗或部分吸收地表變形，使構筑物上部結構不受地表沉陷影響，同時開采構筑物在符合自身功能及工藝的要求下，結構布局要合理，避免出現(xiàn)加重地表沉陷的設計，重要梁柱及承重墻體要能經(jīng)受住下部開采沉陷擾動的影響。在滿足構筑物基本使用功能及施工工藝的條件下，優(yōu)先考慮把構筑物布置在沉陷均勻、傾斜較輕微的塌陷盆地底部，盡可能避開沉陷區(qū)的邊緣地帶。結束語:面對目前國內(nèi)的煤炭資源開發(fā)現(xiàn)狀，如何從技術、政策、法律等各個層面來解決煤礦開采沉陷這一地質(zhì)災害問題，仍然需要投入極大的時間與耐心，尤其是對于我國這種具有尖銳人地矛盾的國家，恢復并保持礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展，將會產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。參考文獻：李春雷，謝謨文,李曉