煤矿开采沉陷防治措施探讨

2013-11-16宁飞

中国新技术新产品 2013年16期

宁飞

（山西省煤炭建设监理有限公司，山西太原 030012）

煤炭资源在我国属于主要的能源之一，它的开发及利用虽然为人类创造了极大的经济利益，但同时矿区地表出现大面积的沉陷，也是由于煤炭开采而造成的。地面出现大面积塌陷，会引发各种次生环境灾害。本文主要针对因煤矿开采形成塌陷后，而造成的各种不良影响进行分析，并从中总结出了行之有效的防治措施与控制技术，以便将煤炭开采沉陷所造成的影响降到最低。

1 调查某省因开采煤炭造成的沉陷情况

为了研究开采煤矿造成的采空沉陷情况，本研究对某省开采造成的塌陷进行调查，其调查情况如表1。

在2003年，该省采空沉陷的面积就达到818平方千米，而2004年如若包含裂缝以及裂隙等其他变形现象，其沉陷总面积就达到1000平方千米，一直到2011年，采空沉陷面积达到5000平方千米，调查统计情况如下所示。

从该表中可以发现，该省煤矿开采也是急剧上升，而采空区沉陷面积随之而快速增加，在2011年采空区沉陷面积占据总面积6%，成为比较严重问题。因此，对采空沉陷问题进行防治与控制势在必行。

2 煤炭开采沉陷所造成的影响

2.1 地表沉陷对土地资源造成的影响

在煤矿开采过程中，由于近地面采煤而造成的地面塌陷，不但发生频率较高，且塌陷面积也较大，这样将导致矿区周边众多农田及耕地，都受到不同程度的破坏，最终因长期无法耕种而使农田及耕地荒芜。尤其是处于低洼地势的塌陷区，它们往往是处于常年积水的状态，根本无法进行正常耕种，这类影响几乎是永久性，若不及时采取有效的整治措施，这些原本肥沃的土地将永远的离我们而去。

2.2 地表沉陷对水资源造成的影响

煤矿在进行煤炭开采的过程中，不但对地下岩石、含水层与隔水层，均造成了极大的破坏外，还对地下水进行了较大地疏排。长此下去，采矿后的覆岩一旦出现冒落或是塌陷时，无论是地下水的流量还是流向，都将发生一定程度的改变，使地下水位突然急剧下降，从而导致水资源的严重匮乏，及水土资源的大量流失。并且由于该矿区地下水的径流条件发生了变化，那么该矿区地下水的矿化度将呈现出上升趋势。

2.3 地表沉陷对地表建筑造成的影响

煤炭开采过程中将导致地表出现下沉、水平变形及倾斜等问题，这对矿区地表存在的建筑物及农田水利设施等，都将造成一定的影响，轻则给人们的生产生活带来不便，严重时还将对人们的生命及财产安全造成极大的威胁。因此，必须采取相应的应对措施，以便将危害控制在最低范围内。

3 防治采煤沉陷的有效措施

对于煤炭开采造成的沉陷破坏，要想取得良好的防治效果，就必须借助于各种有效措施，对地表的下沉速度与下沉范围进行控制，最终达到尽量减少地表下沉，以及有效保护地表建筑、耕地和设施等的目的。

表1 从2003～2011年某省的沉陷面积统计

3.1 全部充填式开采

所谓全部充填式开采，指的是在煤炭开采出来之后，而顶板又还没有出现冒落之前，就及时选取合适的固体材料，以密实充填的方式对采空区进行充填处理。经这样的处理之后，即使顶板岩层发生下沉，其下沉幅度也将得到有效控制，这样即达到了减少地表出现大幅度下沉及变形的目的，同时也让地表的建筑物与耕地等，得到了有效的保护。若从充填效果进行排序的话，效果最佳的当属水沙充填法，其次为风力充填与矸石自溜等充填方式。

3.2 覆岩离层带的充填

根据岩移特性可知，当采空区在其上方覆岩发生移动时就会形成三带，只要在煤炭开采出来后的一定时间范围内，以钻孔的方式向离层带的空间内，进行高压注浆处理，通过这种充填方式来对离层空间进行加固。与此同时，还可用连续梁结构替换砌体梁结构，因为连续梁结构的稳定性能更好，这样离层带的下沉空间便不会再次传递给地表，最终达到降低地表下沉速度，有效保护地面建筑与耕地等的目的。但是由于这项技术在操作上具有较大的难度，所以使用频率并不是太高。

3.3 条带开采

所谓条带开采，指的是对煤层与上覆岩层之间的组合条件进行合理分析，然后按照科学的采留比例在被开采的煤层之中，采出一条并保留一条。从中可以看出，条带开采并未完全对煤炭资源进行开采，它在开采的同时还留下了部分煤炭资源，以其充当上覆岩层的支撑住。这样的开采方式不但有效地控制了覆岩的移动频率，同时矿区地表发生变形、移动及塌陷的几率也随之有所下降。但这种方法也存在一定的问题，那就是采出率低、工作面效率低以及巷道掘进多等。

3.4 协调开采

在对厚煤层进行开采的时候，首先应对各个工作面中的开采间距、开采顺序以及相互之间的位置，进行科学合理的设计，以便两个开采煤层所引起的地表变形，能相互抵消一部分或者是完全抵消，这样便能在最大程度上保护好地表的建筑物及耕地等。虽然这种方式的效果非常理想，但由于该技术必须保持相应的错距，因此，在进行组织生产的时候存在着很大的难度，现阶段我国还并未进行这样的工业性实验。

3.5 限厚开采

当对可开采煤层的厚度进行确定时，必须综合多方面的因素进行考虑，例如矿区的地形及水文地质的条件，建筑物自身的抗变形能力，以及不产生地面积水等问题。当可开采煤层的厚度确定出来之后，就只能够回采该厚度的煤，而其余厚度的煤则不能进行开采，从而达到有效缓解地表下沉，及保护好地表建筑及耕地等的目的。这种技术仍旧存在着采出率低的特点，因此仅在薄煤层中具有一定的使用价值。

3.6 有效利用三步法

这里所指的三步法是首先利用小条带的方法进行开采，然后利用注浆充填的方式对采空区进行加固，最后剩下的部分再利用条带方式对其进行开采。三步法在控制地表沉陷及岩层移动方面具有较好的效果，它不但避免了矿区地表大面积出现沉陷，同时还有效提高了工作面的回采率，以及使地表建筑物与耕地等均受到了极大的保护。它的缺点则是成本造价过高与施工工艺太过复杂。

4 土地复垦技术

4.1 以煤矸石进行充填的复垦

每次在进行煤炭开采的过程中，都会产生数量较大的煤矸石，过去通常都是将其运送到地表进行排放，这种方式排放方式不但造成了环境污染，同时还占用了地面的有效用地。为了有效解决这一问题，我们可以将开采出来的煤矸石当做采空区的充填材料，这样既不影响环境美观，又可以不占用矿区的有效用地。

4.2 以粉煤灰进行充填的复垦

粉煤灰本身属于电厂的废弃物，若不对其进行合理的处理，和可能对人们的生活环境带来极大的影响，因此，为了变废为宝便将粉煤灰当成了开采沉陷区的另一种充填材料，这样粉煤灰与地表塌陷就都不存在了，而电厂不用再为粉煤处理伤脑筋，煤矿业不用担心地面塌陷问题，农民也不再担心农田与耕地无法耕种，真可谓是变两害为三利。

4.3 以平地与修建梯田的方式复垦

对于那些地势较低的边坡地带及积水沉陷区，可利用平整土地或是将其改造成梯田的方式，进行复垦再利用。需要注意的是在对梯田的梯坎高度与水平宽度进行设计时，必须充分结合地面坡度的陡峭程度、工程量的大小、土层厚薄及耕种作物种类等，进行科学全面的考虑。而在对田间坡度的坡向及大小进行确定的时候，则必须按照原始坡度大小、复垦土地的用途以及是否具备灌溉条件等因素来确定。