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1、煤矿开采地表沉陷关键因素及防治措施孟海军【摘要】开采煤炭资源的过程中，会导致矿区地表沉陷,严重威胁煤矿安全及破坏环 境，所以必须采取措施加以控制.本论文深入分析相关资料，并对沉陷区域现场调查，找 出我国煤矿开采过程中采区沉陷的主要影响因素，并对各个因素进行分析，从而采取 部分充填的控制措施，既节约成本，又能避免地表沉陷，为今后防治煤矿开采而导致的 地表沉陷工作提供切实可行的科学依据.【期刊名称】煤矿现代化 【年(卷)，期】2017(000)004 【总页数】3页(P63-65) 【关键词】煤矿安全;地表沉陷;部分充填 【作者】孟海军【作者单位】神华乌海能源公乌素煤业有限责任公司，内蒙古乌海01
2、6000【正文语种】中文【中图分类】TD327 随着我国煤矿的大规模开发与利用，煤炭资源作为我国支柱性能源为经济发展做出 了突出贡献。与此同时，煤炭资源的开采也给人们的生活和生态环境带来了负面影 响，如矿区地表的沉陷、水资源的枯竭、土地的荒漠化以及植被的破坏等诸多问题， 不仅影响矿区生态环境，而且威胁矿区周围居民的安全。采空区地表沉陷会导致地 质灾害频繁发生，如崩塌、滑坡、沉陷和地裂等，对矿区周围居民正常的生活秩序 和矿井的安全生产造成严重影响。因此，防治煤矿地表沉陷工作是今后必须解决的 课题之一，不仅要分析和确定导致煤矿地表沉陷的关键因素，而且采取有效的措施 加以控制，对今后煤炭资源安全开采
3、有重要的意义。2.1地质因素2.1.1煤层的埋藏深度煤层埋藏的深度越深，地表移动的面积就越大，地表沉陷会变得平缓，所以，采深 越深，地表的各项变形值就越小，反之亦然。与此同时，开采深度越大，地表的下 沉幅度越小。当煤层埋藏深度小于50m时，地表下沉的时间仅为34个月；当 煤层的埋藏深度大于500m时，地表下沉的时间在两年以上。因此，开采的煤层 的埋藏深度达到一定以后，对地表的沉陷影响幅度非常小。2.1.2煤层的厚度在不考虑其他因素影响的情况下，如果煤层越厚，地表的下沉量就越大，反之亦然， 这是因为采空区的体积越小，需要充填的量就越小。2.1.3煤层的倾角如果开采倾斜煤层，顶板垮落后岩石首先充填
4、采空区较深的一端。当煤层的倾斜角 小于35时，地表下沉后会形成碗形或盘形；当煤层倾角大于35时，地表下沉后 形成不对称的碗形或盘形。2.1.4地质构造不同的地质构造会影响地表沉陷，在采空区上方存在断层时，在断层露头区域上方， 地表将产生较大的裂缝并出现台阶，地表沉陷会形成明显的差异。2.2覆岩结构在对煤层回采的过程中，覆岩会发生移动或破坏，从而导致地表沉陷。当覆岩为坚 硬岩层、中硬岩层、软弱岩层、极软弱岩层或其互层时，特别容易发生冒落或破坏; 当覆岩为极坚硬岩层时，一般不会发生任何冒落，也不会发生弯曲变形，只有煤层 顶板大面积暴露，且超过矿柱的支承强度时，覆岩会突然塌陷，地表则会发生离层 型变
5、形。2.3采矿因素2.3.1开采宽度的影响开采宽度与深度影响矿区地表的沉降，与此同时，临界区的大小又是由采区的宽度 决定的，所以首先要确定开采的深度和宽度，即宽深比，然后确定沉陷量大小。根 据我国实测的资料显示：当D1/H0 , D3/H0大于1.2 1.4时，地表可以达到超充分采动。当D1/H0 , D3/H0小于1.2 1.4时，地表为非充分采动。当D1/H0 , D3/H0介于1.2 1.4之间时，地表就为充分采动。其中H0为采场深度；D1,D3为采空区沿走向和倾向的实际长度。2.3.2顶板管理方法与采煤方法的影响影响围岩变形移动的主要因素是顶板管理方法和采煤方法。我国井下采煤常用的方
6、法有：条带法开采、长壁充填法开采和长壁垮落法开采三类。长壁垮落法开采是我 国应用最广泛的一种采煤方法。在采用长壁垮落法开采时，覆岩一般情况下都会破 坏、冒落，在采深与采厚的比值较大的情况下，采空区沉陷量比较大，地表出现明 显的下沉，下沉系数一般在0.7 0.9之间。2.3.3采空区面积的影响采空区的面积越大，围岩受到的拉应力越大，当围岩受到的拉应力大于岩石的抗拉 强度时，顶板就会发生破坏或冒落形成松散的岩石，落下的岩石将采空区充填，根 据岩石松散系数的不同决定地表是否出现沉陷。为了防治煤矿地表沉陷，目前最常采用的方法是充填开采，就是将煤砰石及其他固 体废弃物作为主要的充填材料充填到井下，这样不
7、仅可以控制岩层移动而减缓煤矿 开采沉陷，还可以减少煤砰石的排放。因此，研究煤矿充填开采对矿井的安全生产 和矿区周围居民正常生活有重要价值。煤矿充填开采方法可以分为：全部充填开采与部分充填开采。将煤层开采以后，顶 板没有冒落前，对所有的采空区域进行充填，充填范围和充填量与开采出的煤量基 本一致，这种完全依靠采空区充填材料支撑上部覆岩的方法称全部充填开采。而部 分充填开采是相对于全部充填开采而言的，它只是对一部分采空区的离层区和冒落 区域进行充填，其充填范围和充填量只是采出煤量的一部分，仅依靠部分煤柱、充 填体覆岩和关键层结构共同支撑覆岩，从而控制开采沉陷。全部充填开采的位置只 能用于采空区，而采
8、用部分充填开采技术可以是采空区、冒落区，也可以是离层区。 根据充填位置的不同，部分充填开采又可以分为：采空区膏体条带充填控制技术、 覆岩离层分区隔离注浆充填控制技术和条带开采冒落区注浆充填控制技术。应用部分充填开采技术，即可以减少充填量和充填材料的使用量，还可以降低充填 成本。所以，采用部分充填开采技术是今后防治地表沉陷的主要研究方法和方向所 在。3.1采空区膏体条带充填控制技术在煤层回采且顶板没有冒落之前，根据设计用膏体材料将采空区的部分空间充填， 形成相互间隔的条带支撑顶板，只要充填条带能够保持长期稳定，就可以有效控制 地表沉陷。常用的采空区膏体条带充填控制技术有：短壁间隔条带充填开采技术
9、：将采煤工 作面布置成短壁间隔条带开采，隔一个工作面，充填一个工作面；长壁条带充填 开采技术：将采煤工作面布置成长壁工作面，然后进行开采，沿着采煤推进方向在 采空区相互间隔构筑充填条带。长壁间隔条带充填开采方式较断壁条带充填开采方 式在实施工艺上要相对复杂。3.2覆岩离层分区隔离注浆充填控制技术将采面按照关键层初次破断所允许的极限跨距进行分区，分区之间采用跳采的开采 方式，使得关键层下的离层区能够在关键层初次破断之前，分区隔离柱就能隔离成 各自封闭的空间，这样可以确保各个分区隔离的离层区注满浆体，从而可以有效支 撑关键层，这种方法称为覆岩离层分区隔离注浆充填技术。因为跳采而留设的两分区间隔离煤
10、柱原则上不能采出，所以即使分区内关键层下部 的岩层是否达到充分采动，也会使离层注浆与留设煤柱相互结合，形成综合减沉方 案，从而形成“离层区充填体-关键层-分区隔离煤柱”共同承载体，这样就使得隔 离煤柱的载荷小于条带开采留设煤柱所承受载荷，因为离层区充填体承担一部分覆 岩载荷，减小了分区隔离煤柱的载荷。因此分区隔离煤柱的宽度就小于单纯条带开 采所留设的煤柱宽度。如果离层区的充填量越多，那么充填体所承担载荷就越多， 分区隔离煤柱的宽度就越小。3.3条带开采冒落区注浆充填控制技术为了实现建筑物下煤炭资源开采，目前主要采用的技术是条带开采，他的主要缺点 是煤炭资源采出率偏低，只能达到30% 50%。条
11、带开采也会导致地表下沉，其主要原因是条带采出后，采空区以及上部一定范围 覆岩会形成冒落区，使得条带冒落区由于失去承载能力，由两侧留设的煤岩柱承载 上部覆岩载荷，煤岩柱的压缩变形累积就会导致地表沉陷。利用井下或地面钻孔的 方式，向条带开采后已经冒落的采空区进行注浆充填，将破碎的砰石空隙充填满， 从而加固破碎的岩石，使得采出的条带冒落区重新具有承载作用，这样不仅可以减 轻上方一定范围内岩柱和留设煤柱所承受的载荷，还可以使煤岩柱所承受的压缩变 形减小，从而减缓地表的沉陷。利用形成的冒落区内砰石和充填材料共同承载上部 覆岩载荷，同时充填体还可以对煤柱提供侧向约束力，提高煤柱的强度，减小煤柱 的宽度，从
12、而缩短留设条带的宽度，就可以达到提高煤炭资源回采率的目的。为了 避免充填体对开采条带生产的影响，通常情况下冒落区注浆充填一般在一个条带开 采结束且封闭后进行。煤矿井下开采会导致地表沉陷，严重威胁和损害矿区生产和生活秩序，同时也影响 矿区生态环境，因此，就需要深入分析导致煤矿矿区地表沉陷的主要因素，从而采 取相应的控制措施。本论文提出了采空区膏体条带充填控制技术、覆岩离层分区隔 离注浆充填控制技术和条带开采冒落区注浆充填控制技术，这样既节约成本，又能 避免地表沉陷，为今后防治煤矿开采而导致的地表沉陷提供切实可行的防治方法。【相关文献】1 王创业，曾祥柱，栾春雪.基于正交试验的锦界煤矿开采沉陷影响
13、因素分析J.煤炭技术.2015（2）.2 蔡音飞，VERDEL Thierry，OLIVIER Deck，李晓静.地形影响下的开采沉陷影响函数法优化J. 煤炭学报，2016（1）.3 王勤发，许少清，王超.万年县老白马煤矿采空塌陷现状调查及预测分析J.西部探矿工程，2014（6）.4 余学义，郭文彬，赵兵朝，王飞龙.厚黄土层煤层开采沉陷规律研究J.煤炭科学技术，2015（7）.5 Hai Qing Wang.Mining Subsidence Monitoring around Longgu Coal Mine Based on Remote SensingJ.Advanced Materia
14、ls Research,2014（ 1010）.6 迟占国，郭森林.煤矿区工作面开采地表沉陷规律研究J.煤炭技术，2014（12）.7 彭捷，李永红，刘海南，等.榆神矿区大砭窑煤矿地面塌陷与地裂缝发育规律J.中国煤炭，2015 （10）.8 黄晓娜，李新举，刘宁，等.煤矿塌陷区不同复垦年限土壤颗粒组成分形特征J.煤炭学报，2014（6）.9 Hai Fan,Ran Ran Cheng,Hai DongWu,Shan Cheng,Jie Yan, Tong Lou Ding,Bao Shan Wang.The Dynamic Monitoring on Mining Collapsing around Xinglongzhuang Coal Mine Based on Remote Sensing ImagesJ.Advanced Materials Research, 2013（ 726）.
煤矿开采地表沉陷关键因素及防治措施
