孟令偉

(內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

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關(guān)于煤田采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律研究

孟令偉

(內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

對(duì)煤田采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，對(duì)采煤地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防有一定的借鑒意義。找到科學(xué)合理的解決方式，促進(jìn)煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展。

采煤；沉陷地質(zhì)；規(guī)律

煤炭對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展有重要的作用，是我國(guó)重要的資源之一。但是煤炭的開采對(duì)自然環(huán)境有嚴(yán)重的破壞，采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害是重要的災(zāi)害之一，嚴(yán)重制約礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此要對(duì)采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律進(jìn)行研究，找到科學(xué)合理的解決方式，促進(jìn)煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展。

1 煤田采煤區(qū)沉陷地質(zhì)災(zāi)害的影響

近年來(lái)，隨著煤炭的不斷開采，采煤區(qū)沉陷的表現(xiàn)主要包括兩種：一種是地面沉降，表現(xiàn)為地面的連續(xù)性下沉；另一種是地表塌陷，表現(xiàn)為地表的非連續(xù)性下沉[1]。地表沉陷災(zāi)害對(duì)環(huán)境的影響比較突出和嚴(yán)重，對(duì)地面的建筑物、墓地、交通設(shè)施以及輸電設(shè)施等建筑物等有嚴(yán)重的破壞。對(duì)地表植物的破壞也比較明顯，造成采礦區(qū)周邊環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞。樹木大量枯死，農(nóng)耕用地不斷減少，降低了當(dāng)?shù)厝藗兊氖杖耄瑢?duì)人們的生產(chǎn)和生活有嚴(yán)重的影響，當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定也受到一定的影響。

2 煤田采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律

由于采煤的沉陷災(zāi)害比較嚴(yán)重，只要全面的掌握地表沉陷的整個(gè)過(guò)程，才能在開采的過(guò)程中根據(jù)地表的地質(zhì)特點(diǎn)，合理的開展煤炭開采的工作，確定正確的開采面，控制地表的變形。根據(jù)對(duì)煤田采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律的研究，采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律可以根據(jù)地表沉陷變形的過(guò)程分為3個(gè)階段：初始下沉階段、活躍下沉階段和衰減下沉階段[2]。

2.1 初始下沉階段

在開采工作開始時(shí)，地表的下沉比較輕微，還沒有形成地質(zhì)災(zāi)害。但是隨著開采工作的不斷推進(jìn)，巖石的彎曲沉降會(huì)波及地表，導(dǎo)致地表出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象。隨著地表開采的工作面不斷推進(jìn)，地表下沉的也會(huì)不斷的增加。因此初始下沉階段的規(guī)律是隨著開采工作面的不斷推進(jìn)，地面的下沉量也在不斷的增加。

影響初始下沉階段的因素主要包括：煤層開采的深度、巖層的性質(zhì)、開采面的工作進(jìn)度、采煤的方式和地表傾斜發(fā)展的規(guī)律。地表傾斜發(fā)展的規(guī)律對(duì)初始下沉階段有直接的影響，當(dāng)?shù)乇硐鲁恋揭欢ǖ某潭群?，?huì)出現(xiàn)盆地，開切眼和開采工作面對(duì)地表盆地的下沉有直接的影響。

2.2 活躍下沉階段

活躍下沉階段是在初始下沉階段上發(fā)展而來(lái)的，當(dāng)開采的工作面達(dá)到一定程度時(shí)，才能由初始下沉階段轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S下沉階段。在勻速開采的過(guò)程中，開采工作面會(huì)不斷的推進(jìn)，下沉盆地的動(dòng)態(tài)移動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)變化，對(duì)地表下沉的影響比較小。隨著煤炭開采工作的不斷進(jìn)展，開采的深度不斷增加，對(duì)地表的傷害也就越來(lái)越大。加劇了地表沉陷的速度，導(dǎo)致地表下沉處于活躍的階段。

2.3 衰減下沉階段

隨著煤炭的不斷開采，開采的工作面也在不斷增大，推進(jìn)的距離保持不變，下沉盆地向前移動(dòng)的范圍也比較小了，因此導(dǎo)致下沉的速度也會(huì)出現(xiàn)衰減。這時(shí)采煤下沉就會(huì)處于衰減階段，容易出現(xiàn)地表下沉的危險(xiǎn)，造成地質(zhì)災(zāi)害。

以上就是采煤沉陷的地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律，在開采過(guò)程中要充分把握沉陷地質(zhì)形成的規(guī)律，才能更好的開采煤炭開采工作。

2.4 影響煤田沉陷地質(zhì)災(zāi)害的原因

2.4.1 上覆巖和表土層的物理力學(xué)性質(zhì)

在煤炭開采的過(guò)程中，如果開采的條件相同，巖土層的堅(jiān)硬性和完整性對(duì)坍塌的影響比較大，出現(xiàn)的坍塌面積會(huì)比較多，但是這種地形的地表移動(dòng)與變形的可能性比較小，與之相反的就會(huì)增強(qiáng)地表的破壞程度。

2.4.2 條件和地層構(gòu)造

地層的構(gòu)造對(duì)煤田的沉陷有一定的影響，地表的條件也是重要的因素之一，如果地表的含水量比較大，會(huì)增加沉陷的面積。如果地表已經(jīng)出現(xiàn)了沉陷，形成了一定的沉陷區(qū)域，容易出現(xiàn)加大的斷裂構(gòu)造，對(duì)地表形成較大的破壞和移動(dòng)。

2.4.3 地形與地貌特征

在很多煤田的開采過(guò)程中出現(xiàn)很多傾斜的地表，傾斜的地表容易出現(xiàn)移滑的現(xiàn)象，山體的下坡方向一般會(huì)產(chǎn)生滑移，主要是因?yàn)樯象w的下坡位置容易產(chǎn)生水平方向的拉伸變形。如果煤礦位于地質(zhì)不平，地理環(huán)境復(fù)雜的丘陵地區(qū)，會(huì)增加移滑的現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)引起地表裂縫。

2.4.4 煤層開采條件的影響

在煤炭開采的過(guò)程中煤層的條件對(duì)煤田的沉陷有密切的影響。開采的深度、厚度和煤層的傾斜角度等多種因素都會(huì)影響地質(zhì)的沉陷和變形，煤炭開采的深度越深，地質(zhì)沉陷與變形的情況就會(huì)越嚴(yán)重；煤炭的傾角對(duì)于采空區(qū)的影響比較大，如果在開采的過(guò)程中采用水平開采的方式，采空區(qū)容易出現(xiàn)地表沉陷的現(xiàn)象，傾斜開采時(shí)，會(huì)在下山的方向引起塌陷，甚至還會(huì)增加變形的程度。

2.4.5 采煤與頂板管理方法的影響

在煤炭的開采過(guò)程中，煤炭的開采條件相同的情況下，地表塌陷的范圍與地表的移動(dòng)、變形和破壞程度都有密不可分的關(guān)系。煤炭的開采方式也是影響塌陷的重要因素。在開采過(guò)程中采用長(zhǎng)壁開采對(duì)地表的沉陷的影響比較大，而條帶式和刀柱式的開采方式可以減輕地面沉陷的影響，很多煤田的采空區(qū)的回采率比較高，因此對(duì)地表的損害也比較大。

3 采煤區(qū)沉陷的特殊性

在開采煤炭的過(guò)程中受到礦區(qū)地質(zhì)、采礦和開采技術(shù)等多方面的影響，導(dǎo)致采煤區(qū)采煤沉陷具有特殊性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

很多地區(qū)受到煤層層數(shù)的影響，導(dǎo)致沉陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。如很多地區(qū)的煤層比較多，開采的方式也與普通煤田有一定的差異，會(huì)進(jìn)行多煤層的開采，從而增加了對(duì)地表的影響。不斷擴(kuò)大淺層煤田形成沉陷區(qū)，進(jìn)一步增加地表的沉陷程度，造成嚴(yán)重的影響。

有一些地區(qū)的煤層深度比較淺，開采深度比較淺，大多屬淺埋煤層，因而對(duì)地表的破壞表現(xiàn)的更加明顯，具體顯現(xiàn)為多地表的不連續(xù)變形，從而形成較多的開采裂縫，形成塌陷盆地。

還有一些煤田屬于煤系上覆巖層多為強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕后殘留下來(lái)的地層，這樣的煤層地質(zhì)會(huì)受到風(fēng)化的影響，導(dǎo)致土質(zhì)疏松。在煤炭開采的過(guò)程中，巖層的結(jié)構(gòu)比較松散，如果頂部出現(xiàn)垮塌，采煤區(qū)很容易受到影響，從而形成地表沉陷，還有一些采煤區(qū)屬于半沙漠丘陵地帶，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁而劇烈，在開采過(guò)程中形成的裂縫，容易被風(fēng)沙掩蓋，形成安全隱患。

4 煤田開采沉陷地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

4.1 控制地表沉陷的途徑

由于采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害對(duì)于人們的生產(chǎn)和生活有嚴(yán)重的影響，因此要找到合理的控制途徑?？刂频乇沓料莸耐緩街饕校禾畛溟_采、部分開采和協(xié)調(diào)開采。采空區(qū)充填主要是對(duì)已形成的采空區(qū)按照不同的方法進(jìn)行填充。主要包括水力填充和風(fēng)力填充，想要提高填充的效果，就要充分了解采空區(qū)頂板的具體情況，要在頂板沒有垮塌之前進(jìn)行填充，從而控制對(duì)覆巖的破壞。在控制覆巖破壞的過(guò)程中要控制好壓力，就可以實(shí)現(xiàn)填空開采[3]。

覆巖離層注漿充填技術(shù)是一種新興的填充技術(shù)，在填充之前要對(duì)開采覆巖破壞的情況進(jìn)行全面的了解，從而掌握破壞的規(guī)律，充分利用覆巖破壞產(chǎn)生的能源在傳播過(guò)程中的離層空間，準(zhǔn)確地掌握離層空間。然后通過(guò)地面鉆孔向離層空間中注入相關(guān)的充填材料，從而有效的控制對(duì)覆巖層的破壞，有效控制巖層移動(dòng)，避免出現(xiàn)地表沉陷。其中最主要的技術(shù)是利用覆巖過(guò)程中形成的動(dòng)態(tài)規(guī)律，控制離層的注漿，從而有效避免地表的沉陷。

4.2 條帶開采技術(shù)和房柱石開采

條帶開采技術(shù)是應(yīng)用比較廣泛的，在全國(guó)各個(gè)采煤區(qū)進(jìn)行了實(shí)踐。自20世紀(jì)60年代開始試驗(yàn)，至今已產(chǎn)生“地層結(jié)構(gòu)控制假說(shuō)”、“托板假說(shuō)”來(lái)控制地表的沉陷。

房柱式開采，可以有效控制煤炭開采過(guò)程中形成的地表沉陷，在煤炭開采的過(guò)程中煤柱支撐覆巖，從而達(dá)到防止下沉的目的，覆巖破壞得到了有效的控制，但是房柱式開采技術(shù)在我國(guó)并沒有得到廣泛的應(yīng)用。

4.3 覆巖離層注漿與優(yōu)化工作的結(jié)合

在煤炭開采的過(guò)程中，容易引起覆巖破壞，從而導(dǎo)致地表移動(dòng)變形。這樣對(duì)覆巖的破壞比較嚴(yán)重，地表移動(dòng)比較明顯，形成劇烈的變形運(yùn)動(dòng)，對(duì)地表的設(shè)施也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此在開采的過(guò)程中采用覆巖離層注漿的方式，可以減輕對(duì)地表的傷害，避免地表的變形移動(dòng)，降低對(duì)地標(biāo)建筑物和相關(guān)設(shè)施的傷害。在開采的過(guò)程中還要充分考慮到地表的建筑物，不斷優(yōu)化井下的工作布置，充分協(xié)調(diào)開采方式，避免沉陷地質(zhì)災(zāi)害，從而保證人們的生產(chǎn)和生活。

4.4 冒裂帶注漿填充與優(yōu)化工作面相結(jié)合

工作面的填充是控制地表沉陷的最直接的方式，采用注漿填充的方式來(lái)填補(bǔ)出現(xiàn)的斷裂帶，從而控制地表的沉陷，保護(hù)好地面的生態(tài)環(huán)境。這種方式可以有效地控制地面沉陷，保證工作面的穩(wěn)定。

除此之外，煤田區(qū)域要積極配合政府的政策，在煤炭開采的過(guò)程中做好植樹工作，利用植被的優(yōu)勢(shì)保護(hù)好煤區(qū)的地表，避免煤炭的沉陷。大的塌陷坑的填充治理應(yīng)利用固體廢棄物矸石填充塌陷區(qū)造地，如利用現(xiàn)存的矸石，采用平翻方式充填塌陷區(qū)，營(yíng)造出多處綠化和建設(shè)用地。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，煤炭的開采對(duì)地表的植物和建筑物有嚴(yán)重的影響，因此在煤田的開采過(guò)程中要對(duì)采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律進(jìn)行研究。只有充分掌握了沉陷規(guī)律，才能找到合理的解決途徑。結(jié)合相關(guān)的技術(shù)措施，盡量避免地表的沉陷情況。根據(jù)采煤沉陷的起因、規(guī)律等因地制宜的提出預(yù)防措施，有效避免煤區(qū)采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保證人們的生產(chǎn)和生活。帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)煤炭的需要，促進(jìn)我國(guó)煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 侯瑋, 姜福興, 霍海鷹. 深部煤層沖擊礦壓防治技術(shù)研究[J]. 煤炭工程, 2008(8)：63-64.

[2] 劉大勇, 宋建潮, 王恩德, 等. 撫順煤田斷裂活化與地質(zhì)災(zāi)害衍生關(guān)系[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008，27(4)：496-499.

[3] 江平晉. 論煤礦采空區(qū)積水的綜合利用[J]. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì), 2005，15(2)：282-283.

A Research on Geological Hazards of Coal Mining Subsidence

MENG Lingwei

(InnerMongoliaBureauofCoalGeologicalExploration,Huhehaote,InnerMongolia010000,China)

In this paper, we have made an analysis of the coal mining subsidence of geological disasters. We know this research of coal geological disaster prevention will have certain reference significance. A scientific and reasonable way to promote the sustainable development of coal mining will be found.

Coal mining; Subsidence geological; Regular

2016-10-11

孟令偉(1962-)，男，山東龍口市人，高級(jí)工程師，研究方向：煤田地質(zhì)勘查與研究，手機(jī)：15904819974，E-mail：Mlw80122@2008.sina.com.

TD327

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.007