煤礦開采沉陷地質災害及控制措施范文

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摘要：煤層開采破壞了原有巖層的平衡，使得煤層上覆巖層發生運動，導致地表發生沉陷。地表沉陷容易引發一系列的地質災害，危及到人類正常的活動。為此，需要對煤礦開采沉陷進行防治。分析了煤礦開采沉陷地質災害的機理和類型，重點討論了一些煤礦開采沉陷控制措施，可以為煤礦開采沉陷地質災害的防治提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦開采；地表沉陷；地質災害；控制措施

中國的煤炭埋藏比較深，這使得很多煤礦都是井工開采。井工開采會破壞原有地層的穩定性，使得煤層上覆巖層發生移動。當巖層移動波及到地表時，地表會向采空區一側凹陷，這就是通常所說的開采沉陷。在過去，煤礦開采區地表人煙稀少，開采沉陷引起的災害未能引起人們足夠的重視。現在，很多煤礦附近都有居民區或地表上有建筑物等。為此，不得不重視煤礦開采沉陷引起的煤礦地質災害[1-2]。開采沉陷引起的地質災害主要有地表水斷流、水土流失嚴重及山體滑坡等，不利于人類正常的生產活動。本文圍繞煤礦開采沉陷地質災害的形成機理和類型展開分析，重點探討了煤礦開采沉陷的控制措施。

1煤礦開采沉陷地質災害形成機理和類型

為了更深刻地認識煤礦開采引起的地質災害，需要了解開采沉陷地質災害的形成機理和類型。下面將對這兩方面進行詳細介紹。

1.1煤礦開采沉陷地質災害形成機理

在煤層開采后，巖層的原始平衡被打破，需要重新達到平衡。在達到新的平衡的過程中，巖層會發生移動。當巖層移動波及到地表時，地表會發生沉降。沉降的位移值與煤層開采條件有關，且與時間存在一定的關系。值得注意的是，這種地表沉降是不均勻的，在采空區的中心處沉降值比較大，而在邊界處比較小，如圖1所示。這種不均勻沉陷會導致巖體出現破壞，從而引發地質災害。

1.2煤礦開采沉陷引起的地質災害類型

煤礦開采沉陷地質災害主要有地表水斷流、地表出現裂縫、土地退化及山體滑坡等。地表出現裂縫和山體滑坡最為常見，這是由巖層的非均勻變形導致的。一般地，地表出現裂縫后，地表上的一些建筑物、公路及鐵路等設施會不可避免地受到影響，輕則會導致這些設施出現局部破壞，例如墻體出現裂縫、公路出現塌陷等；重則會導致設施整體不可逆轉性的破壞。隨著礦區附近人類活動的日益頻繁，這種地質災害造成的影響也日益嚴重。很多情況下，地表上出現的裂縫多為貫穿型裂縫，導致地表儲水能力變弱。這是由于煤層開采造成巖層的隔水層斷裂，無法繼續保持隔水能力。若地表上沒有充足的水源，很容易造成當地生態環境的破壞。現在很多礦區地表缺少水源，土地退化嚴重，農作物嚴重減產，對當地居民生活產生了非常不利的影響。

2煤礦開采沉陷控制措施

為了防治煤礦開采沉陷引起的地質災害，需要大幅度抑制煤礦開采引起的地表沉陷。下面，將重點分析現有的地表沉陷控制措施，主要包括劃分合理的保護煤柱、離層注漿及充填開采。

2.1劃分合理的保護煤柱

在治理開采沉陷時，需要對一些人類活動密集區域采取保護措施。最為常用的就是劃分合理的保護煤柱，即根據巖層運動的規律，在建筑物、公路及橋梁等設施附近劃定禁采區域。這種方法不但經濟有效，而且操作起來十分簡單[2]。值得注意的是，在劃定保護煤柱時一些參數需要根據以往的測量數據來確定。若劃定的保護煤柱范圍過小，則不能有效保護開采區域的建筑物等設施。若劃定的保護煤柱范圍過大，則煤炭損失量增加，不利于煤炭資源的高效開采。綜上所述，這種方法的優點在于只控制局部區域的開采沉陷，有效地控制了保護成本。但從長遠來看，只是減小了破壞范圍，并沒有從本質上控制破壞的產生。

2.2離層注漿

在巖層移動波及到地表的過程中，巖層之間會產生離層，即巖層之間會產生空隙，如圖2所示。若能將這些離層填滿，巖層移動就不會波及到地表[3]。為此，可采用離層注漿來控制地表開采沉陷。從地表向巖層的離層施工鉆孔，并向鉆孔中注入水泥漿液。水泥漿液凝固后就可以完全充滿離層，從而阻隔巖層移動向上傳遞，如圖3所示。離層注漿操作起來非常簡單，而且在施工時不會干擾到煤礦的正常生產，具有廣闊的應用前景。但這項措施也存在著一定的局限性，在施工時必須要找準離層的位置。同時，若在注漿時遇到了陷落柱及斷層等地質構造，則注漿很難達到預期效果。

2.3充填開采

開采沉陷是煤層開采后形成的空間，它是通過完全垮落法管理的。為了從本質上抑制開采沉陷引發的地質災害，應采用充填開采，即在煤層開采后采用其他材料填滿采空區從而有效地減緩地表下沉[4]。充填開采技術是一項綠色采礦技術，是未來采礦技術的發展方向。利用充填采礦可以實現對煤層的保水開采。這對于生態環境的保護具有重要意義。通過對采空區充填，最大程度抑制巖層的運動，保持了隔水層的完整性。大量實踐表明，在應用充填開采后，開采沉陷值降低了60%以上。目前，充填開采已在很多礦區得到了應用，并取得了不錯的效果。充填開采的應用減少了保護煤柱的數量和工作面搬家的次數，極大地提高了煤礦經濟效益。但充填開采還存在一些缺點有待完善，主要體現在以下兩方面：a)充填材料的成本問題。河砂是理想的充填材料，但由于成本太高，已很少采用，現在普遍采用的是高水膨脹材料。b)充填工藝的問題。由于充填采空區會對正常回采速度產生影響，如何高效處理充填和回采的關系十分重要。

3結語

中國對環保重視程度的提高，在一定程度上提升了對煤礦開采沉陷控制的要求。因此，在未來尋找合適的減沉技術依然是開采沉陷控制的熱點問題。開采沉陷造成地質災害的根源在于煤層開采后的地表不均勻沉降。針對這種情況，目前已采用了劃定保護煤柱、離層注漿及充填開采等措施來進行沉陷控制。通過分析這幾種沉陷控制措施的優缺點，為選擇合理的煤礦開采沉陷控制措施提供一定的參考。

參考文獻：

［1］馬亞民.煤礦開采沉陷地質災害分析及控制措施研究［J］.中國石油和化工標準與質量，2020，40(12)：143-144.

［2］郭文兵，馬志寶，白二虎.我國煤礦“三下一上”采煤技術現狀與展望［J］.煤炭科學技術，2020，48(9)：16-26.

［3］呂毅.采動覆巖離層區注漿控制地面沉陷技術研究及應用［J］.煤，2020，29(8)：28-31.

［4］暴毅偉.充填采礦技術在煤炭開采中的應用［J］.能源與節能，2020(5)：169-170.

作者:韓雷 單位:霍州煤電集團云廈建筑工程有限公司防治水工程技術分公司