胡炳南，郭文硯

(1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán)北京土地整治與生態(tài)修復(fù)科技研究院有限公司，北京 100013；3.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100013)

0 引 言

煤礦開(kāi)采勢(shì)必造成地表移動(dòng)變形。沉陷區(qū)內(nèi)普遍存在土地塌陷、建(構(gòu))筑物損壞、水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞等問(wèn)題，嚴(yán)重影響居民財(cái)產(chǎn)安全、生活質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。采煤沉陷區(qū)已成為制約資源枯竭型城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的突出矛盾之一[1]。“十八大”與“十九大”以來(lái)，我國(guó)不斷加快生態(tài)文明建設(shè)，推進(jìn)綠色發(fā)展，對(duì)采煤沉陷區(qū)治理力度不斷加強(qiáng)。2018年習(xí)近平總書(shū)記視察撫順棚戶區(qū)改造和采煤沉陷區(qū)綜合治理效果時(shí)指出，資源枯竭型城市在轉(zhuǎn)型發(fā)展中首先要解決好民生問(wèn)題，加快沉陷區(qū)利用。國(guó)家發(fā)改委下發(fā)《采煤沉陷區(qū)綜合治理專項(xiàng)管理辦法(試行)》，到2019年已三次共批復(fù)了49個(gè)市(縣)區(qū)重點(diǎn)采煤沉陷區(qū)綜合治理工程，促進(jìn)采煤沉陷區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展。廣大學(xué)者對(duì)采煤沉陷區(qū)綜合治理技術(shù)也進(jìn)行了大量研究，取得了豐富研究成果。例如，王雙明等[2]研究了西部生態(tài)脆弱區(qū)內(nèi)煤炭開(kāi)采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)；胡振琪等[3]研究了煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境“邊采邊復(fù)”關(guān)鍵技術(shù)；胡海峰等[4]研究了山西黃土丘陵采煤沉陷區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境破壞與修復(fù)技術(shù)。而隨著土地資源短缺日趨嚴(yán)重，城市周邊采煤沉陷區(qū)已成為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的不可或缺的途徑。對(duì)于城鎮(zhèn)建設(shè)中建筑利用沉陷區(qū)穩(wěn)定性研究不斷加強(qiáng)，大型工程建設(shè)案例不斷增多。例如，李樹(shù)志[5]研究總結(jié)了淮北市采煤沉陷區(qū)城市建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用成果；滕永海、易四海等[6-7]研究了沉陷區(qū)內(nèi)高層建筑地基評(píng)價(jià)與抗變形技術(shù)；姜升等[8]研究了采煤沉陷區(qū)的動(dòng)態(tài)發(fā)展和建筑復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)。采煤沉陷區(qū)綜合治理利用具有廣闊發(fā)展空間，筆者基于30年研究與實(shí)踐[9-11]，在開(kāi)采巖層移動(dòng)和地表變形規(guī)律、建(構(gòu))筑物下壓煤充填(條帶)開(kāi)采技術(shù)、采空區(qū)地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和采煤沉陷區(qū)治理技術(shù)等方面具有較殷實(shí)的研究成果和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，通過(guò)綜述我國(guó)采煤沉陷區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)建筑利用工程案例、關(guān)鍵技術(shù)、存在問(wèn)題和發(fā)展方向，為促進(jìn)采煤沉陷區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)研究與實(shí)踐提供了借鑒。

1 采煤沉陷區(qū)建筑利用發(fā)展回顧

1.1 采煤沉陷區(qū)情況

根據(jù)我國(guó)2010—2019年原煤產(chǎn)量和一次能源占比數(shù)據(jù)[12]曲線(圖1)，可以看出，從2011年開(kāi)始，煤炭一次能源占比不斷降低，2019年占比下降為68.6%；而原煤產(chǎn)量先增后減又增加，煤炭產(chǎn)量都超過(guò)34億t，可見(jiàn)雖然占比降低，但煤炭產(chǎn)量仍維持在較高水平，在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭能源仍占主體地位。

煤炭開(kāi)采將產(chǎn)生地面沉陷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[9]，截止到2017年我國(guó)23個(gè)省份151個(gè)縣(市區(qū))分布有2萬(wàn)km2采煤沉陷區(qū)，其中涉及城鄉(xiāng)建設(shè)用地比例20%～25%。根據(jù)59個(gè)礦區(qū)采出煤量與沉陷面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算萬(wàn)噸塌陷率平均值約為0.002 6 km2/萬(wàn)t，預(yù)計(jì)今后一段時(shí)間內(nèi)每年增加沉陷面積超過(guò)884 km2。

圖1 2010—2019年原煤產(chǎn)量和一次能源占比數(shù)據(jù)變化Fig.1 Data changes of raw coal production and primary energy proportion from 2010 to 2019

1.2 采煤沉陷區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)建筑利用需求

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，土地資源日趨緊張，面臨資源枯竭后城市轉(zhuǎn)型發(fā)展用地和沉陷區(qū)城鎮(zhèn)搬遷選址難的問(wèn)題。許多資源型城市已開(kāi)展城市(鎮(zhèn))建設(shè)規(guī)劃與沉陷區(qū)建筑物治理利用?！稘?jì)寧市城市總體規(guī)劃》指出：到2030年濟(jì)寧市中心城區(qū)用地規(guī)模為160 km2，而該區(qū)域內(nèi)含煤面積120 km2，新增建設(shè)用地幾乎全部壓煤，將嚴(yán)重制約濟(jì)寧市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。根據(jù)《淮北城市建設(shè)發(fā)展規(guī)劃》，將治理利用采煤沉陷區(qū)120 km2，其中城市建設(shè)用地60 km2，目前已建設(shè)多層、中高層、高層建筑物面積累計(jì)27.5 km2。淮南市建設(shè)用地總量約12 km2，其中，處于沉陷區(qū)范圍用地4.4 km2。唐山市塌陷區(qū)改造面積105 km2，其中建設(shè)用地占改造面積的30%。我國(guó)，特別是中東部地區(qū)，城鎮(zhèn)化建設(shè)用地需求大、前景寬，迫切需求采煤沉陷區(qū)建筑利用研究。

1.3 采煤沉陷區(qū)建筑利用發(fā)展歷程

基于我國(guó)開(kāi)采沉陷理論和技術(shù)成果，采煤沉陷區(qū)建(構(gòu))筑物工程案例不斷增多，建筑規(guī)模和重要程度不斷提高。從采煤沉陷區(qū)嘗試興建簡(jiǎn)單民用建筑開(kāi)始，研究抗變形技術(shù)、采空區(qū)注漿加固技術(shù)，發(fā)展到采煤沉陷區(qū)設(shè)計(jì)建設(shè)超高層建筑與大型建筑群，工程建設(shè)實(shí)例見(jiàn)表1，且如圖2所示。

表1 我國(guó)采煤沉陷區(qū)建(構(gòu))筑物工程建設(shè)實(shí)例

圖2 采煤沉陷區(qū)住宅樓與辦公大樓Fig.2 Residential buildings and office building in coal mining subsidence area

采煤沉陷區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)利用發(fā)展可分為2個(gè)階段。第1階段，20世紀(jì)80—90年代開(kāi)始，在長(zhǎng)壁采空區(qū)上建設(shè)低、中層獨(dú)立住宅樓，通常采用地面抗變形措施，比如基礎(chǔ)圈梁、構(gòu)造柱等；第2階段，進(jìn)入21世紀(jì)后，開(kāi)始在長(zhǎng)壁采空區(qū)上建設(shè)高層、超高層建筑或大型建筑群(如高層住宅樓、辦公樓或大型廠房等)，一般采用井下采空區(qū)注漿充填和地面建筑抗變形措施相結(jié)合措施。對(duì)于淺部巷柱式或條帶采空區(qū)，由于其穩(wěn)定性較差，通常不適宜作為建設(shè)場(chǎng)地；若需要時(shí)，必須采取井上井下一體化加強(qiáng)措施。

2 采煤沉陷區(qū)建筑利用關(guān)鍵技術(shù)

采煤沉陷區(qū)建筑利用關(guān)鍵技術(shù)，包括采空區(qū)精準(zhǔn)勘察技術(shù)、地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)、地基加固治理技術(shù)等。

2.1 老采空區(qū)精準(zhǔn)勘察技術(shù)

采空區(qū)精準(zhǔn)勘察目的是查明采空區(qū)分布，分析采空區(qū)覆巖垮落與破壞情況等現(xiàn)狀，為地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供技術(shù)依據(jù)。根據(jù)擬建工程的重要程度，采空區(qū)勘察可采取物探勘察、鉆探勘察、彩色鉆孔電視觀測(cè)、鉆孔三維激光掃描和超聲波成像等多種方法以及它們間的組合。山東濟(jì)寧任城區(qū)條帶開(kāi)采采空區(qū)勘探，綜合采用三維地震、精確鉆探、鉆孔成像技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)沉陷區(qū)精細(xì)探查，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

2.1.1 物探勘察

隨著技術(shù)進(jìn)步，物探方法和相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法不斷增多與改進(jìn)。它已是采空區(qū)大面積前期勘探的首選方法。常用的5種物探方法[13]及適用條件可見(jiàn)表2?？筛鶕?jù)地形、采空區(qū)埋深、地面干擾(地面導(dǎo)體和高壓線等)和采空區(qū)是否充水等因素來(lái)選取物探方法。采空區(qū)埋深淺時(shí)，推薦高密度電法、瞬變電磁和淺層地震法；埋深較大時(shí)，推薦EH-4大地電法和可控源音頻大地電磁法；受地面高壓線干擾時(shí)，推薦高密度電法和淺層地震法；采空區(qū)含水充水時(shí)，推薦高密度電法和瞬變電磁法。

表2 采空區(qū)物探方法適用條件

2.1.2 鉆探勘察

鉆探勘察是直觀驗(yàn)證上覆巖層巖性和采空區(qū)分布幾種方法。

通過(guò)鉆進(jìn)過(guò)程異常記錄和巖心力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)合沖洗液漏失量方法，確定鉆孔位置覆巖巖性、覆巖強(qiáng)度和采空區(qū)覆巖破壞形態(tài)，準(zhǔn)確觀測(cè)采空區(qū)“兩帶”發(fā)育高度。

2.1.3 鉆孔彩色電視、三維激光掃描和超聲波成像

通過(guò)鉆孔把電視探頭深入井下，利用彩色鉆孔電視可360°全孔壁圖像實(shí)時(shí)觀測(cè)和記錄。也可利用C-ALS鉆孔三維激光可對(duì)平面方向空區(qū)進(jìn)行360°掃描，最大掃描距離達(dá)150 m，利實(shí)時(shí)獲取激光掃描生成的三維空穴圖像。它適用在房柱或條帶開(kāi)采采空區(qū)探測(cè)。采空區(qū)不充水時(shí)探測(cè)效果良好。充水時(shí)應(yīng)換用超聲波成像觀測(cè)，以取得較好效果。

2.2 采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)

2.2.1 采動(dòng)空間穩(wěn)定性分析

地下開(kāi)采造成巖層移動(dòng)變形與破壞。長(zhǎng)壁開(kāi)采覆巖移動(dòng)破壞通常形成“垮落帶”、“裂縫帶”和“彎曲帶”(圖3)?？迓鋷c裂縫帶內(nèi)空洞、裂隙與離層發(fā)育，巖體承載能力較差。在上方載荷附加應(yīng)力作用下，存在巖體變形破壞、地基沉陷失穩(wěn)隱患?？迓鋷c裂縫帶高度可通過(guò)鉆探實(shí)測(cè)、類比周邊礦區(qū)實(shí)測(cè)結(jié)果或根據(jù)“三下采煤規(guī)范”[14]和指南[15]中經(jīng)驗(yàn)公式獲得。一般將載荷附加應(yīng)力等于相應(yīng)位置巖土體自重應(yīng)力的20%作為載荷影響深度判別依據(jù)[16]。當(dāng)載荷影響深度與裂縫帶頂界面存在一定安全厚度的巖土層并安全厚度大于10 m時(shí)，附加應(yīng)力一般不會(huì)影響垮落帶與裂縫帶巖體穩(wěn)定性，可不進(jìn)行采空區(qū)注漿加固措施；當(dāng)載荷影響深度接觸或進(jìn)入到裂縫帶內(nèi)部，附加應(yīng)力將影響垮落帶與裂縫帶巖體穩(wěn)定性，產(chǎn)生較大的不均勻沉降，影響上方建筑的穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注漿加固措施。

圖3 長(zhǎng)壁開(kāi)采覆巖破壞分區(qū)示意Fig.3 Zoning diagram of overburden failure by longwall mining

隨著沉陷區(qū)內(nèi)建(構(gòu))筑物規(guī)模增大，建筑基礎(chǔ)可能橫跨多個(gè)采空區(qū)和殘留煤柱，建筑載荷通過(guò)地基土體壓縮變形，再作用采空區(qū)不同區(qū)域或殘留煤柱，會(huì)出現(xiàn)非線性“活化”殘余沉降，需加強(qiáng)研究，合理選擇地基加固措施。例如，淮北相城煤礦沉陷區(qū)辦公大樓(長(zhǎng)寬高約100 m×80 m×100 m)橫跨3個(gè)采空區(qū)，采空區(qū)埋深100 m，松散層厚70 m，淺部存在多層流沙層，研究分析采空區(qū)穩(wěn)定性差，采取群樁基礎(chǔ)和采空區(qū)注漿等措施加固地基，確保地基穩(wěn)定[17]。

2.2.2 采動(dòng)時(shí)間穩(wěn)定性分析

根據(jù)開(kāi)采沉陷地表移動(dòng)規(guī)律，地表移動(dòng)期可以分為初始期、活躍期和衰退期[14]。地表移動(dòng)期內(nèi)，地基巖土體移動(dòng)變形相對(duì)劇烈，對(duì)建筑基礎(chǔ)及上方結(jié)構(gòu)安全影響較大，一般不適宜作為建筑場(chǎng)地使用。特別是地表移動(dòng)活躍期，應(yīng)該避開(kāi)建(構(gòu))筑物建設(shè)。

地表移動(dòng)期時(shí)間(T)主要與開(kāi)采深度(H)、開(kāi)采方法、覆巖巖性等因素有關(guān)，可根據(jù)本礦區(qū)實(shí)測(cè)資料確定，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按式(1)計(jì)算[15]。

(1)

在地表移動(dòng)期后，采空區(qū)基本處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。在地表移動(dòng)期后的緩慢移動(dòng)變形稱為地表殘余變形。在建筑載荷或其他外力影響下，會(huì)加速采空區(qū)殘余變形。我國(guó)殘余變形的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)研究較少，主要集中在殘余變形預(yù)測(cè)。隨著國(guó)家對(duì)采煤沉陷區(qū)利用力度加大，殘余變形監(jiān)測(cè)分析研究逐步加強(qiáng)。目前，也應(yīng)用概率積分法中的殘余系數(shù)法和等效采高法[15]來(lái)預(yù)計(jì)地表殘余變形。2種方法的殘余沉降計(jì)算公式如式(2)。

(2)

式中：W殘(x,y)為地表點(diǎn)(x,y)處殘余沉降，m；M為采厚，m；M等為等效采厚，m；q殘為殘余下沉系數(shù)；q為下沉系數(shù)；α為煤層傾角，(°)；t，s為積分變量；D為煤層開(kāi)采區(qū)域；r為主要影響半徑，m。

采空區(qū)地表殘余移動(dòng)變形時(shí)空規(guī)律與采礦地質(zhì)條件、開(kāi)采方法和開(kāi)采時(shí)間等因素有關(guān)[5,18]，學(xué)者也在針對(duì)不同條件采煤沉陷區(qū)變形規(guī)律開(kāi)展研究，為預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)地表殘余移動(dòng)變形提供了基礎(chǔ)。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)地表殘余移動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)與分析，為實(shí)現(xiàn)地表移動(dòng)變形的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和城鎮(zhèn)建設(shè)提供實(shí)踐保障。

2.2.3 工程建設(shè)適宜性分區(qū)

采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)從場(chǎng)地穩(wěn)定性、地基穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性3個(gè)方面進(jìn)行。場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要通過(guò)定量和定性分析采空區(qū)特征、垮落帶和裂隙帶高度、活化影響、采空區(qū)地表殘余移動(dòng)變形以及采動(dòng)影響移動(dòng)期等因素。地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是在場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析各類工程建設(shè)后載荷臨界影響深度和地基容許變值。而工程建適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)，還需結(jié)合工程類型重要程度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，針對(duì)不同采空區(qū)塊段進(jìn)行適宜性分區(qū)。

“三下采煤規(guī)范”將建設(shè)場(chǎng)地穩(wěn)定性分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定3種程度?！睹旱V采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》[19]將工程建設(shè)適宜性分為適宜、基本適宜和適宜性差3類。

為了確保采空區(qū)建(構(gòu))筑物的安全，需重點(diǎn)防范出現(xiàn)非連續(xù)殘余變形情況，避免處于地表移動(dòng)的活躍期的階段，根據(jù)場(chǎng)地穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性分析，也可將采空區(qū)工程建設(shè)適宜性細(xì)分不適宜作地基的區(qū)域、暫不適宜作地基的區(qū)域、要求井下采空區(qū)處理的區(qū)域、可作地基的區(qū)域和推薦作地基的區(qū)域5種類型，各類型適用條件見(jiàn)表3。

表3 工程建設(shè)適宜性分區(qū)5種類型及適用條件

2.3 采動(dòng)區(qū)加固治理技術(shù)

采煤沉陷區(qū)建設(shè)場(chǎng)地地基加固治理措施主要分為井下采空區(qū)治理措施和地面建(構(gòu))筑物抗變形結(jié)構(gòu)措施，如圖4和圖5所示。

圖4 采空區(qū)治理措施與關(guān)鍵技術(shù)Fig.4 Measures and key technologies of gob treatment

對(duì)于井下采空區(qū)治理技術(shù)，根據(jù)采空區(qū)狀態(tài)與工程建設(shè)的時(shí)空關(guān)系，采用2種對(duì)策：工程建設(shè)時(shí)已開(kāi)采結(jié)束的采空區(qū)，采用注漿治理技術(shù)；工程建設(shè)后從事煤礦開(kāi)采將形成的采空區(qū)，采用充填開(kāi)采、條帶開(kāi)采、覆巖離層注漿、協(xié)調(diào)開(kāi)采等減沉減變形治理技術(shù)[20]。井下采空區(qū)治理關(guān)鍵技術(shù)包括采空區(qū)注漿工藝優(yōu)化、注漿治理與城區(qū)固體廢物再利用、采空區(qū)隱蔽災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警與防控技術(shù)，沉陷控制效果評(píng)價(jià)與工程建設(shè)安全保障，多煤層開(kāi)采離層和采空區(qū)聯(lián)合注漿地表沉陷控制關(guān)鍵技術(shù)等。濟(jì)寧市任城區(qū)[21]成功應(yīng)用定向鉆孔注漿充填，并實(shí)現(xiàn)建筑垃圾再利用為注漿材料，形成了條帶開(kāi)采沉陷區(qū)治理與建設(shè)利用的創(chuàng)新技術(shù)。

對(duì)于地面抗變形結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，綜合建筑位置、建筑高度、建筑平面形狀、地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)等影響因素[22]，采取相應(yīng)的治理措施，解決采煤沉陷區(qū)大型高層建筑結(jié)構(gòu)抗變形理論、采煤沉陷區(qū)建筑群抗變形技術(shù)體系和采空區(qū)治理與抗變形設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)安全保障等關(guān)鍵技術(shù)。

圖5 抗變形結(jié)構(gòu)措施與關(guān)鍵技術(shù)Fig.5 Measures and key technologies of anti-deformation structural

3 采煤沉陷區(qū)建筑利用發(fā)展方向

對(duì)于我國(guó)在采煤沉陷區(qū)建筑利用方面，已取得許多經(jīng)驗(yàn)和良好效果。隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)和城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)度加快，將進(jìn)一步加強(qiáng)礦區(qū)綠色開(kāi)采和生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)力度。在采煤沉陷區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)和建筑利用方面，也突顯出以下技術(shù)難題和不足，亟需加強(qiáng)發(fā)展，以適應(yīng)我國(guó)礦區(qū)轉(zhuǎn)型可持續(xù)發(fā)展的需要。

1)加強(qiáng)采煤沉陷區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)和建筑利用的空間整體規(guī)劃統(tǒng)籌引領(lǐng)作用。針對(duì)不同時(shí)期(開(kāi)采前、開(kāi)采時(shí)和開(kāi)采后)沉陷區(qū)，應(yīng)及早提前編制礦山地上、地下空間利用開(kāi)發(fā)和城市建設(shè)規(guī)劃。針對(duì)煤炭開(kāi)采與沉陷損害難題，基于采動(dòng)損害全周期，規(guī)劃研究井下精準(zhǔn)充填、精準(zhǔn)離層注漿等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)采沉陷損害源頭治理；規(guī)劃研究資源枯竭礦城關(guān)閉礦井地上地下空間和建設(shè)用地規(guī)劃開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土地分期規(guī)?；?，保證采煤沉陷區(qū)治理與建設(shè)用地的科學(xué)性。

2)提升采空區(qū)精準(zhǔn)勘探和地基加固治理技術(shù)裝備水平。采空區(qū)勘探技術(shù)基本源于煤炭勘探技術(shù)。鑒于采空區(qū)治理屬于隱蔽工程，采空區(qū)勘探關(guān)系到建(構(gòu))筑物的安全。采空區(qū)探測(cè)技術(shù)和裝備有待于技術(shù)升級(jí)，提高采空區(qū)勘察技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)空區(qū)精準(zhǔn)探測(cè)。在采空區(qū)地基加固方面，應(yīng)加強(qiáng)注漿處理裝備研發(fā)和工藝優(yōu)化，提高地基加固治理技術(shù)水平。比如，利用定向鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)勘探和注漿治理等。

3)拓展移動(dòng)期后采空區(qū)殘余移動(dòng)變形時(shí)空規(guī)律研究。鑒于目前地表移動(dòng)變形觀測(cè)，主要偏重于開(kāi)采期間的地表?yè)p害程度監(jiān)測(cè)，容易輕視開(kāi)采后地表移動(dòng)全過(guò)程的系統(tǒng)觀測(cè)，移動(dòng)期后的實(shí)測(cè)移動(dòng)數(shù)據(jù)更是少之又少。為了保障重要規(guī)模性建筑物和建筑群的安全，應(yīng)加強(qiáng)地表和建(構(gòu))筑物的殘余移動(dòng)變形系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和觀測(cè)，系統(tǒng)拓展移動(dòng)期后時(shí)間維度，總結(jié)殘余移動(dòng)變形規(guī)律，進(jìn)一步提高采空區(qū)殘余移動(dòng)變形預(yù)測(cè)水平。同時(shí)，針對(duì)厚松散層、薄基巖、大采高、多煤層、房柱式等復(fù)雜類型采空區(qū)地表移動(dòng)變形時(shí)間空間規(guī)律研究不足，加強(qiáng)不同區(qū)域不同條件下的開(kāi)采沉陷巖移規(guī)律和基礎(chǔ)理論研究，提高沉陷區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度。

4)加強(qiáng)采空區(qū)與建筑結(jié)構(gòu)變形協(xié)同作用機(jī)理和效果優(yōu)化研究。針對(duì)逐步增多的大型建筑、高層建筑、建筑群等復(fù)雜基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)，應(yīng)加強(qiáng)“采空區(qū)-地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)”變形協(xié)同作用機(jī)理研究，基于采空區(qū)沉陷預(yù)測(cè)、地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與建筑模式選擇、抗采動(dòng)變形設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)原則，建立井下采空區(qū)治理與地面建筑物抗變形設(shè)計(jì)技術(shù)體系，合理優(yōu)化采空區(qū)治理方法、建筑模式和抗采動(dòng)變形設(shè)計(jì)，控制建設(shè)成本并保障保護(hù)體安全。

5)加強(qiáng)建設(shè)場(chǎng)地和建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)裝備研發(fā)。利用現(xiàn)在信息技術(shù)，研發(fā)采空區(qū)內(nèi)部、地表建設(shè)場(chǎng)地和建(構(gòu))筑物移動(dòng)變形的“井-地-空”聯(lián)合實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立采煤沉陷區(qū)保護(hù)體預(yù)警系統(tǒng)和防控體系，減低采空區(qū)災(zāi)害發(fā)生概率，保障建(構(gòu))筑物安全使用。