试析煤矿开采过程中沉陷的控制方法

试析煤矿开采过程中沉陷的控制方法

程明 ,陈诚

昆明煤炭科学研究有限公司  昆明 650000广东信通通信有限公司广州分公司 越秀区510000

摘要：随着工业化的发展以及城市化进程的加快，社会对于化石能源的需求也就不断提升，煤炭等能源的开采也就愈发重要。然而矿产资源开采需要面对十分复杂的地质环境，开采人员在进行作业的过程中就很容易出现各种失误，沉陷就是开采环节的常见事故之一，需要相关人员加强对其的重视。沉陷一经出现就会影响煤炭开采作业的顺利进行，严重者还会造成很大的安全隐患，需要相关人员结合实际进行治理，尽可能地规避沉陷状况的出现。

关键词：煤矿开采；地面沉陷；技术；控制手段

沉陷作为矿产资源开采环节常见的事故之一，一直制约着矿产开采事业的发展，煤矿作为矿产资源的一种，也会出现沉陷事故，需要相关人员加强对其的重视。而且随着露天矿产以及浅层矿产资源的开采，现阶段的煤矿开采逐渐转向深层开采，这种矿产的开采技术很容易引发沉陷事故，再加上煤矿开采面临复杂的地质状况，针对煤矿开采的沉陷研究重要性不断提升。煤矿中的沉陷起因较多，而且作为灾害的一种，沉陷不仅会对煤矿的地质构造产生影响，还会造成开采人员的安全隐患。开采企业要想保障作业人员的人身安全以及开采的顺利进行，进行沉陷控制就十分必要。然而沉陷涉到开采的各个环节，和开采技术、开采位置以及人员水平息息相关，针对沉陷的控制就还存在一些隐患。在此背景下，开采单位就需要加强对沉陷控制技术的研究，结合实际的煤矿开采流程对沉陷进行深入地了解，以保证相关作业的顺利开展。

一、煤矿开采以及沉陷概述

煤矿是指富含煤炭资源的地方，一般分为井工煤矿和露天煤矿，随着工业的发展，社会对于煤矿的需求不断提升，由此推动煤矿开采行业的发展。而煤矿开采环节，沉陷一直是制约开采作业的关键，沉陷指的是路基压实度不够或构造物地基土质不良，在水、荷载等因素作用下产生的不均匀的竖向变形。而煤矿沉陷这是指煤矿地下采矿引起岩层移动和地表沉陷的现象和过程【1】。所沉陷作业会在很大程度上影响开采作业的顺利进行，甚至会造成很大的安全隐患，就要求相关人员加强对沉陷的重视，观测、研究这些移动和变形的规律，尽可能地规避沉陷对人们生产或生活带来的影响。

图1  煤矿开采

二、沉陷的形式与危害

（一）煤矿开采沉陷的形式

现阶段常见的煤矿沉陷形式主要有以下几种，首先是沉降盆地，所谓的沉降盆地主要是指因为受到煤矿开采活动的影响，其地表标高发生下降，从而在煤矿的采空区上方会形成一个整体面积，且对才空气地沉陷区域有所影响，进而形成沉降盆地。这种状况在煤矿的开采环节较为常见，而且一旦发生这种状况就会对周围建筑的质量产生影响，严重现象还会导致煤矿原先的位置发生转移，需要相关人员加强对其的重视；其次是沉降坑，煤矿开采环节需要面对十分复杂的地质状况，诸如采购不均衡的煤层以及急倾斜状况的煤层等，这些煤层的性质和构造相较于普通的煤层存在很大差异，也就导致开采环节会存在很大的不确定因素，影响开采的稳定性与安全性。再加上煤层的厚度呈现出不均匀性，往往会导致覆岩破坏高度不一致，如果不及时加以控制，那么在整个煤矿开采过程中出现沉陷，引发沉陷坑；然后是裂缝与台阶，一旦开采环节出现沉陷，煤层的边缘就会产生一些大小不一的裂缝，如果不及时进行处理，这些裂缝就会和采空区相通，或者是彼此之间相互联合又形成更大的裂缝，影响开采作业的顺利进行。

（二）煤矿开采沉陷的危害

本身来说开采行为就会对周边的土地的产生影响，而沉陷作为开采环节的意外因素，泽会产生更大的危害。首先是对土地的危害，如果开采企业在实际的发展过程中没有遵循规范进行开采，就会造成沉陷，沉陷的土壤会和煤矿等化石能源混合，影响土壤本身的性质，久而久之，周边土地则会慢慢地荒废，导致土地资源浪费。现阶段沉陷对煤矿的主要影响有两方面的内容，一方面是沉陷会导致地表形成地势低洼区域，降水后就会导致雨水沉积，影响耕地。另一方面是采空区，沉陷产生的采空区会影响耕种，造成资源的浪费；其次是对建筑的影响，沉降发生之后会导致原有的地质结构发生变化，这样一来，依照原本地质结构建设而来的建筑工程的安全性就无法保证，会出现倒塌现象，对人们的生命产生威胁【2】；然后是对水环境的影响，煤矿作为时间沉淀形成的化石能源，一般深埋地下，在对其进行开采的过程中，一旦出现沉陷，就可能导致煤层和地下水接触，对水资源产生影响。一方面，长时间的地下水疏排会导致煤层覆岩发生塌落，并且还会导致地下水的流量增大，进而促使采矿区周围地下水的存储量减少，出现水土流失的现象。另一方面，沉陷一旦出现就会导致地下水和煤矿接触，影响水体质量，造成水污染，久而久之各类水污染现象演变得越来越严重。

图2  采煤沉陷

三、煤矿开采过程中沉陷的控制方法

由于沉陷会在很大程度上影响煤矿的开采，所以实际的发展过程中就需要相关人员结合煤矿开采实际对沉陷进行控制，以保证开采作业的顺利进行。

（一）全部填充开采技术

沉陷事故的关键就在于采空区，所以控制沉陷的关键也在于对采空区的控制，传统时期相关人员忽视了对采空区的填充，导致沉陷频频发生，在沉陷影响越来越大的背景下，就需要相关人员对传统的技术手段进行升级。全部填充开采技术是当前煤矿企业中应用广泛的技术之一，其中在开采的初期，采煤的数量比较少，对填充作业则提出了更高的要求，会导致成本的进一步增大，对此煤矿企业要想真正保证煤矿开采的安全与稳定，需要从实际角度出发，加强应用国家煤矿开采作业的相关标准，并且保证填充技术的合理性，针对性地选择优质的填充材料，这样才能从根本上保证填充的作用得到发挥【3】。在运用该技术之时，作业人员需要结合实际的开采状况运用合适的固体材料对开挖位置进行填充，在保证开采稳定性的同时规避沉陷。而水沙是较为常见的填充材料，需要开采人员提前准备。

（二）条带开采技术

沉陷的产生来源于煤矿的开采，所以开采技术以及方法也就在很大程度上影响沉陷的产生。传统的开采技术由于缺乏对沉陷的重视很容易就会引发沉陷，在此背景下，为了能够从根本上对地表建筑物的安全性有所保护，则需要采取条带开采技术。条带技术是指在煤矿开采环节按照煤层开采出一条而又保留一条的技术手段，这种技术在开采煤矿的同时保留了部分煤层作为支撑，一定程度上减少煤层覆岩的移动，对煤层起到了良好的保护作用【4】。然而该技术虽然能够降低沉陷的发生概率，却会在一定程度上降低煤矿的开采效率，需要相关人员加强对该技术的研究，以保证作业的顺利开展。

（三）限厚开采

沉陷之所以会发生是由于地层难以支撑土壤的压力，而地质结构的支撑能力和厚度相关，所以煤层的开采厚度也会在一定程度上影响沉陷的落实，在此背景下，作业人员就需要采用限厚开采的手段，保证煤层厚度。开采人员在作业之前需要进行大量的事前调查，根据当地煤矿的地理条件以及地面建筑物的抗变形能力，经过精密的分析，得出最适宜开采煤层的厚度，然后按照得出厚度进行开采。相较于其他的开采技术来说，限厚开采可以有效地对地表沉降进行控制，尽可能的规避沉降对土地以及地面建筑产生的影响。随着开采技术的逐渐发展，限厚开采也逐渐成为抑制沉陷的关键手段之一，其主要限制是对于煤层不能进行大量开采，一定程度上造成了资源的浪费，同时对于当地地理条件、地面建筑物和地面农田的要求较高，只适用于对较薄煤层的开采工作【5】。

（四）协调开采

实际的开采环节，由于地质状况是一个复杂的整体，相邻区域之间彼此之间会产生很大的影响，所以协调开采也就成为抑制沉陷的技术手段之一。作业环节，工作人员可以借助计算机技术通过科学地计算划分开采区域，计算出每个区域最适宜的开采顺序及区域间的相对位置，通过彼此之间的相互影响抵消开采对地层产生的影响，从而实现降低沉降的目的。相较于传统的技术手段来说，协调开采的技术性很强，需要在事前进行大量的信息收集与计算，但是操作性不高，开采区域间还需要保持相应距离【6】。也正是由于限制性较大，该技术手段一直难以大规模地使用。

（五）覆岩离层填充技术

该技术是填充技术的一种，相较于其他的填充技术来说，该技术以采空区上方岩层移动特征为基础在采煤后的一段时间内，在分离区空间内进行高压注浆、充填和加固分离区空间，以控制上述空间更加稳定，减缓地表沉降，保护地面建筑物。这种填充需要的材料较少，但是技术性很强，需要相关人员对采空区进行详细的了解才能够开采填充作业。而其施工也具有一定的难度，产生效果还需要经过专业的人员检验，限制较大。

结语

现阶段社会的发展过程中，随着煤矿开采重要性的提升，矿产行业就逐渐加强对煤矿开采的重视。然而实际的作业环节，煤矿开采的地质条件较为复杂，作业环节很容易出现沉陷状况，不仅影响采矿的进行，还可能产生安全隐患。在此背景下，开采单位就需要加强对沉陷的控制，通过全部填充、开采技术改进、协调开采以及限厚开采等技术，降低沉陷的出现频率。

参考文献

[1]郭广礼，李怀展，查剑锋，刘文锴，胡青峰，王方田，陈超，张沛沛，张会娟，张秋霞.平原煤粮主产复合区煤矿开采和耕地保护协同发展研究现状及对策[J/OL].煤炭科学技术：1-11[2023-02-01].

[2]王浩,党晓宏,汪季,柏胜宏,高岩,王言意,张昊.采煤沉陷区沙柳和小叶杨凋落物分解特征比较[J].水土保持通报,2022,42(05):73-79.

[3]牛海军，蔡来良，魏鹏，赵军伟，康洪跃.晋城山区煤矿地表沉陷预计模型[J/OL].矿业安全与环保：1-5[2023-02-01].

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[6]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.