煤矿开采沉陷及其治理对策

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　从常奎　陈　娜　朱磊煤矿开采沉陷及其治理对策　７　煤矿开采沉陷及其治理对策　从常奎　，陈娜　，朱磊　（１．煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安７１００５４；２．陕西省地矿局物化探队，陕西西安７１００５４；　３．西安科技大学能源学院，陕西西安７１００５４）　摘要：阐述了我国开采沉陷的现状，通过对开采沉陷原因的分析，分别从技术和管理层面上确定　了治理对策，为矿区开采沉陷治理提供了有益参考，以期实现经济效益和生态效益的统一。　关键词：开采沉陷；对策；充填；离层注浆　中图分类号＂ＴＤ９９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—７４９Ｘ（２００８）０３—０００７—０３　０　引言　开采沉陷是指地下有用矿物采出后，开采区域　周围岩体的原始应力状态受到破坏，应力重新分布，　以达到新的平衡，在此过程中，岩层和地表产生连续　１／１０，而复垦整治率非常低，仅占２０％左右　Ｊ，我国　开采沉陷现状严峻，问题严重。　１、２开采沉陷的成因　矿区开采沉陷引起的损害是一种突发性地质灾　害，其实质是地下开采空间扩大而引起的岩体内应　的移动、变形和非连续的开裂、冒落等破坏现象¨Ｊ。　据统计，随着煤炭资源的开采，我国的开采塌陷范围　以每年２００　ｋｍ　的速度递增，严重破坏了矿区的生　力变化且向其周围介质传播扩散的结果。岩体本身　是一种非常复杂的介质，它不仅是由各种不同性质　的岩层组成，而且还由于褶皱、断层等各种地质作用　而产生了大量的不连续面，在一定的地质采矿条件　下，开采引起的岩体应力变化，并向采空区上方岩层　态环境，采煤沉陷区的环境保护与治理直接关系到　矿区的区域经济、社会稳定和生态环境，也是实现矿　区可持续发展的重要途径。　至地表传播扩散，按形变程度不同，可分为冒落带、　断裂带、离层带和弯曲带。这四种变形带的出现完　全取决于由开采强度所导致的应力变化程度。　１　开采沉陷现状及形成原因　１．１　开采沉陷现状及存在的问题　我国煤炭开采主要以井工开采为主，，绝大多数　从空问上来说，若地下开采的范围较小，开采煤　层的埋藏深度较深，则开采沉陷波及的范围往往只　局限于开采区域周围的岩体；若开采范围较大，开采　是长壁工作面，全部垮落法管理顶底板，顶板垮落　后，造成地表沉陷。地表沉陷是矿井开采对土地破　坏的主要形式，一般占井下煤田开发区总土地破坏　面积的８０％以上。随着开采强度和开采规模不断　煤层的埋藏深度较浅，则开采沉陷波及的范围就会　从岩体迅速发展到地表，引起地表移动。地表移动　是指采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动发展　加大，以及开采方式和工作面结构参数的不合理以　及一些小煤矿乱采滥挖，使地表沉陷问题日益严重。　据调查统计，，每从地下开采１万ｔ煤约使１　０００～　３　０００　ｍ　的土地遭受不同程度的塌陷。目前我国因　到地表，使地表产生移动和变形的过程。在开采影　响波及到地表以后，结果使受采动影响的地表从原　有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个　比采空区面积大得多的沉陷区域，这种地表沉陷区　域称为地表移动盆地。同时，在地表移动盆地的外　边缘区，地表可能产生裂缝，而在急倾斜煤层开采条　件下，地表则可能出现漏斗状塌陷坑。这样，在地表　移动盆地、裂缝及塌陷坑等灾害现象形成的过程中　煤炭开采塌陷土地近３０　０００　ｋｍ　，每年增加２００　ｋｍ　，每年的采煤塌陷土地约占全国被破坏土地的　收稿日期：２００７—０９—０Ｌ４　作者简介：从常奎（１９８１一）男，河南项城人，西安科技大学毕业，现　工作于煤炭科学研究总院西安研究院环境保护研究所。　改变了地表原有的形态，引起了地表高低、坡度及水　维普资讯 http://www.cqvip.com ８　陕西煤炭　２００８正　平位置的变化，从而对位于影响范围内建筑物和生　态环境都带来不同程度的影响和破坏［３］。地表移　动盆地的沉陷程度和沉陷范围与煤层的埋深、厚度、　充填开采：充填开采有采空区充填和覆岩离层　注浆充填等方法。采空区充填主要是在采场后方的　老空内进行，按充填方法的不同分为水力充填和风　力充填等，采空区充填要达到很好的效果，需掌握好　采场后方的顶板覆岩破坏规律，最好是在采场后方　顶板还没有垮落时，就将其采空区充填，以达到控制　覆岩破坏的目的。其覆岩破坏的技术关键是采场矿　煤层倾角、上覆岩层的岩性、开采方法以及顶板管理　方法等有关，上述因素中的任何一个因素的变化都　会导致地表移动盆地形状、范围及程度的改变。我　国南、北方煤层赋存条件及地质条件差异较大，地面　建（构）筑物结构形式又完全不同，因此采煤形成的　、移动盆地形态及其对地面建（构）筑物的破坏特点　亦不同　。南方的煤层赋存状态多为急倾斜煤层，　急倾斜煤层开采以后不仅仅是导致煤层的顶板移　动，同时煤层的底板也产生沿采出煤层倾斜方向的　滑移，地表易出现裂缝、裂缝群，从而产生塌陷坑。　北方煤层倾角较缓，但向、背斜构造较多，向（背）斜　轴两侧的开采在轴部形成了后缩（拉伸）变形的叠　加，使得处于该位置的建筑物损坏严重。　２治理对策　近年来，由开采沉陷带来的负面影响表现的愈　来愈突出，必须对开采沉陷进行有效的治理措施。　２．１　对矿区及其周围进行有效的预测预报　矿区开采沉陷分布规律与许多地质采矿因素有　关，如煤层倾角、开采厚度、开采深度、采区尺寸、采　煤方法、顶板管理方法以及松散层厚度等等，不同矿　区的地质采矿条件往往差异较大，开采沉陷分布规　律亦有区别，因此，各矿区应积极进行开采沉陷监测　预报，在已开采区域科学布设地表移动观测站，定　期、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间　位置的变化，并对观测数据及时整理和分析，总结出　所在矿区开采沉陷导致地表移动和变形的下沉、倾　斜、曲率、水平移动和水平变形的分布规律，从而有　效预计、预报该开采区域的地面塌陷状况及其设施　的破坏程度，预计所得结果常被用来判别地表及其　各种设施是否受开采影响和受开采影响的程度，作　为受影响地表进行预回填或作为受影响设施进行维　修、加固以及采取地下开采措施的依据，使矿区内生　态环境得以正常有序健康地发展。　２．２积极采用先进采煤新技术　开采沉陷是造成矿区环境灾害的直接根源，有效　控制和减轻地面沉陷程度是避免开采沉陷环境灾害的　基本途径。在已经取得的大量地表沉陷规律和“绿色”　采煤方法的基础上，积极应用这些新技术和新方法。　山压力显现，可用的技术理论有“关键层理论”和　“悬臂梁理论”等　。覆岩离层注浆充填技术是近　２０年来发展起来的新技术，它是在充分研究采场覆　岩破坏规律的基础上，利用覆岩破坏中的“空源”传　播过程中的离层空间，及时有效地把握住可利用的　离层空间，通过地面钻孔向离层空间中注入粉煤灰　浆液等充填材料，从而抑制注浆层位上方的覆岩破　坏，达到控制岩层移动以及地表沉陷等，其技术关键　是覆岩破坏过程离层空间形成的动态规律，可用的　理论技术有”离层注浆的控制理论“等。　部分开采技术：这种开采技术主要包括条带采　煤法、房柱式采煤法和限厚采煤法。条带采煤法从　２０世纪６０年代在我国开始使用，经过近５０年的实　践，已经取得了比较成熟的技术，目前，我国有上百　个煤矿在使用这种采煤方法并取得了预期目标，可　用的技术理论有”地层结构控制假说“和”托板假说　“等。房柱式采煤法用于控制地表沉陷时应为房式　开采，只采煤房，煤柱用于支撑覆岩，达到控制覆岩　破坏的目的。房柱式开采技术在我国应用不是很　多，仅在我国神东矿区、西山矿区、大同矿区、鸡西矿　区、陕西黄陵等地有所应用，其主要原因是，需要进　口成套的连续采煤机设备，而且对煤层顶底板限制　较多，要求顶板整体性好，底板岩性中等以上，煤层　倾角＜１０。，以及瓦斯含量相对较低等条件。限厚开　采技术，主要针对地表变形超过建（构）筑物的抗变　形指标，使变形值小于建（构）筑物的抗变形指标而　采用的一种开采技术。　协调开采技术：这种技术指的是在同时开采两　个邻近煤层（或分层）或同一个煤层的几个工作面　时，通过在推进方向上合理地布置工作面之间的最　佳距离或工作面的相互位置及开采顺序，使地表变　形值不产生累加，甚至能抵消一部分变形值，协调开　采技术一般用于潜水位低的矿区，对潜水位高的矿　区不能应用此技术，因协调开采减少了覆岩及地表　的变形，而不能减小地表下沉值。　维普资讯 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第３期　从常奎　陈　娜　朱　磊煤矿开采沉陷及其治理对策　９　２．３对已经发生的开采沉陷进行治理　没有一部专门针对矿山环境保护的法律，，虽然有些　塌陷区治理方法：这种治理方法包括塌陷区填　法律涉及到矿山环境，比如：《水土保持法》、《环境　保护法》、《煤炭法》、《矿产资源法》等等，但是，诸多　对保护矿区生态环境有利的法律却缺乏具体的实施　细则，使有关法律不能被很好的贯彻执行，各执法部　门常常产生顾此失彼的现象，结果部分地方经济发　展了，却把一个千疮百孔的自然环境留给了社会。　因此，在矿区开发过程中，应该充分考虑矿区自然条　平、塌陷区疏干和塌陷区合理利用。塌陷区填平是　将塌陷区进行回填，利用废石和泥土填充塌陷区，使　地表基本恢复原形。为了使回填的塌陷区保持长期　稳定，在采空区未塌陷之前，将井下的有关巷道或通　道用毛石砌筑封死。这样可以防止在回填时，由于　地表水回填土自重作用，造成回填区再次或多次塌　陷。同时，也可避免由于塌陷区再次塌陷使大量泥　土冲人井下造成灾害。塌陷区疏干是开挖大量排水　件和生态特征，确定“预防优于整治”，“保护优先，　预防为主，防治结合”，“在保护中开发，在开发中保　渠，把塌陷区积水排人河、湖或水库；在低洼地挖深　垫浅建设水库，涝季存水旱季灌溉。在因河床的坡　护”的方针政策，兼顾社会效益、生态效益和经济效　益　。　降变化而使河水不能畅流时，在河流的适当地段设　置扬水站，以便雨季时把河水泵人下游排走。疏干　３　结论　我国的煤炭开采在给国民经济发展带来巨大发展　的同时，也给矿区生态环境和人民生活状况带了重大　的影响，因此，要正确处理环境保护与煤炭开采之间的　关系，积极采用新技术、新方法使之相互协调，相互促　进，真正实现经济效益和社会效益的和谐统一。　参考文献：　［１］何国清，杨伦，凌赓娣，等．矿山开采沉陷学［Ｍ］．　徐州：中国矿业大学出版社．１９９１．１～３０．　塌陷区不但可使大部分农田恢复为可耕地，而且可　使村庄和其它建筑物周围不再积水，避免了不必要　的迁移，保护了生态环境。塌陷区合理利用指的是　对面积广、深度大、积水多的塌陷坑，不必过分强调　复田，可因地制宜进行整治、发展水产、养殖业和调　节工农业用水，以提高经济效益。　治理地表裂缝：地表除了直接塌陷外，还在一定　范围内出现裂缝，如果塌陷区不及时进行回填，破裂　区也可能受影响，使塌陷区不断地扩大，一般待回填　后塌陷基本稳定，破裂区也随之稳定。裂缝治理可　根据地表地势特点，采用裂缝灌浆治理或探槽填土　治理。裂缝灌浆治理就是沿裂缝走向，将水泥砂浆　或混凝土灌人，可以采用机械或人工灌人。探槽填　实法就是沿裂缝走向挖探槽，其深部为１～３　ｍ，宽　度为裂缝宽度的８～１０倍，再用具有粘性的黄土或　三合土，必要时在探槽底部用混凝土填３０～５０　ｃｍ，　其上再回填黄土或三合土。　完善法律法规，依法实施治理：目前，在我国还　［２］　孔改红，李富平．采煤沉陷区环境保护与治理研　究［Ｊ］．河北煤炭，２００６（１）：４～５．　［３］　刘梅，曾勇．矿区开采沉陷地质灾害与防治对策　研究．江苏环境科技，２００５（３）：２９～３２．　［４］　李凤明．采煤沉陷区综合治理几个技术问题的探　讨［Ｊ］．煤炭科学技术，２００３（１０）：５９～６０．　［５］徐乃忠，孟庆坤．地表沉陷控制新途径［Ｊ］．煤矿　开采．２００４（１）：１０～１１．　［６］　黄珍珍，吴侃，孙贵梅．煤矿开采沉陷损害评价　及治理对策［Ｊ］．地矿测绘，２００６，２２（４）：１３～　１６　Ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ＣＯＮＧ　Ｃｈａｎｇ—ｋｕｉ　，ＣＨＥＮ　Ｎａ　，ＺＨＵ　Ｌｅｉ　（１．Ｘｉ　ａｎ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｃｈｉｎａ　Ｃｏａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ　ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｔｅａｍ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｂｒｕｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ＭｉｎｅｒａｌＸｉ　ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ；　，３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｙ，Ｘｉｇ　ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ　ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ）　，Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｓｐｅｃｔ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｉｎｇ　ａｓｐｅｃｔ，ｇｉｖｅｓ　ａ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｐａｉｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ；ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ；ｓｔｏｗｉｎｇ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｉｎ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｓｔｒａｔａ