井工煤矿开采造成的地表沉陷及治理措施

井工煤矿开采造成的地表沉陷及治理措施

代能章

宣威市煤炭开发服务中心,云南宣威655400

摘要：在井工煤矿开采过程中由于煤炭层被采空，很容易发生地表沉陷，导致地面中出现裂缝，进而造成地苗水渗漏，影响周围的环境。针对地表沉陷的情况，需采取合适的治理措施，改善开采煤矿对周围环境，地质的影响。本文主要讲解井工煤矿开采导致的地表沉陷以及治理措施的情况。

关键词：井工煤矿；地表沉陷；治理措施

随着科学技术的不断发展以及社会发展对煤矿资源的需要量不断增多，对煤炭开采技术的要求逐渐增加[1]。煤炭行业快速发展过程中，煤炭开采的规模以及数量不断增多，但是在煤炭开采中，经过开采的矿区中出现地面沉陷特征，会对周围环境造成严重的影响，具体表现为塌陷坑，地裂缝，建筑出现损坏等情况。对煤矿区域中地面沉陷发生原因进行分析，制定出合理的治理方法。

1  煤矿开采对矿区环境影响

在地下井矿中开采煤矿过程中会对周围地层产生影响，对周围环境的采动影响主要从深处向周围扩散的。开采空间的大小会对周围岩性的地层造成不同的影响。在地下开挖矿井，会对周围地层造成较大的影响，若挖掘一个菜窖，那么产生的地层影响会比较轻微。如果挖掘一个巷道，会较大地影响周围地层，这个影响范围中称为松动圈，一般范围在1米到2米左右。如果地层的岩性比较软，开采的深度比较小，在煤矿开采中使用长臂采矿方式，在推进几十米后，会对地表造成影响[2]。如果地层的岩性比较硬，开采的深度比较大，开采煤矿的工作面需要推进一个比较大的长度后才能对地面产生影响。在煤矿区域中采空区域发生地面塌陷的原因主要由于地下煤矿开采完后，造成大范围的采空的情况，会造成地面的变形以及坍塌的情况，会对农作物、耕地以及民房造成较大的危害。其中最危险的地段是由于地面沉陷导致部分农田水平面降低，积水进入其中形成潭水或者沼泽地，农作物由于地面沉陷导致损坏，整块田地无法再次进行耕种，导致出现丢荒的情况。煤矿发生塌陷不仅会对土地，地表的植被资源造成破坏，还会严重影响矿区周围的人们的生活生产。在采矿过程中地面以及地层会出现采动影响，会对地面上的建筑物，水系以及崖坡，耕地等造成不同的影响。对矿山的开采沉陷以及环境保护进行研究分析具有重要的意义。对矿区地面沉陷的地方进行长期的科学研究，能够发现采动影响是有一定的规律的，甚至是可以控制的。采动影响在不同的对象上存在一定的差异。通过研究开采矿山后地表沉陷对周围环境的影响，这种影响也是存在差异的，必须掌握开采煤矿后地表沉陷的规律，控制沉陷的技术，采动影响的对象的分类以及抵抗采动影响的能力的情况。

图1矿区开采工作面示意图

2  煤矿开采后地表沉陷的治理措施

针对煤矿开采后地表沉陷问题的治理措施主要可以从两个方面进行考虑，第一，为控制开采后地表沉陷，通过合理的采矿的工艺以及方法，布置合理的开采工作面，应用井下的填充的方法，在覆岩离层带的空间中填充物体等方式，预防地面出现沉陷的问题。通过这些方法有利于降低地表下沉，还能够控制地表下沉的范围以及速度，进而达到保护地表上的耕地，建筑物的目的。第二，对经过开采后地表沉陷的地方进行整治以及恢复，使用建筑物的抗采动变形技术，土地的复垦技术，整治以及利用开采沉陷破坏后的土地[3]。

图2研究区域的气温以及降水量图

2.1对煤矿开采后的空间进行全部填充

在煤炭开采后在顶板还没有出现冒落前，在采空区域中使用固体的材料进行填充，并保证填充密实性，避免顶板岩层发生下沉的情况，进而降低地表发生变形以及下沉的范围以及程度，进而达到保护耕地，建筑物的目的。在采空区的填充过程中应用水沙，有利于降低地表下沉的效果，其次使用矸石以及风力进行填充也具有较好的效果。在采矿法中应用填充方法需要应用专门的设施以及填充设备，还需要准备足够的填充的材料。在早期矿井的投入加大，每吨煤的成本也会增加。

2.2条带开采

在煤矿中会形成煤层以及上覆岩层的结构，并具有一定的采留比，在开采过程中每开采一条，保留一条，通过条带开采仅仅能够开采一部分地下煤炭资源，保持一部分煤炭资源形成柱状作为支撑，能够降低覆岩的移动，避免地表发生变形以及移动的情况，进而达到保护建筑物以及农田的目的。但是这种方法开采的效率较低，巷道的挖掘比较多，很难较高，工作面的效率比较低[4]。

2.3覆岩的离层带填充

在煤矿中针对采空区域上方的覆岩发生移动很容易形成三带的岩移特性，在开采煤炭后续在一定时间内使用钻孔机器在离层带中高压注入浆液进行填充，将离层带空间加固，还可以使用砌体梁结构进行加固，保证连续梁结构的稳定性，导致离层带不会下沉，进而不会向地表传递影响，可以减缓或者减少地表的下沉，还能够达到保护农田，建筑物的作用。但是在操作过程中难度比较大，需进一步进行研究，提高操作的可行性。

2.4限厚开采

在煤炭开采过程中必须充分考虑矿区的水文地质条件，地形，建筑物抗变形能力等，还需满足地表不产生积水，建筑物保护等级等情况，确定煤层开采的厚度，在开采过程中只能保证煤矿达到一定的厚度后才能回采，对于没有达到标准的煤层不能进行开采，进而降低地表下沉的情况，可能保护地表的土地以及建筑物。这种操作技术的开采效率较低，无法发挥薄煤层的使用价值。

2.5协调开采

在厚煤层的开采过程中，必须对开采间距进行合理设计，制定合理的开采顺序以及位置，保证煤层的工作面在开采过程中产生的影响能够与另一个煤层开采中产生的影响进行抵消一部分，减少在开采过程造成的地表变形以及位移的情况。协调开采应用过程中需要具有一定的错距，在制作计划中难度较高，很难实行[5]。

2.6采-注-采三步煤矿开采法

在煤矿采矿过程中利用覆岩结构对岩层移动的影响，使用荷载置换的原理，使用小条带的煤矿开采，在开采地方及时填充浆液，控制地表沉陷以及岩层移动的情况，解决开采后大面积沉陷的问题，提高煤炭的回采率，对地表建筑物以及土地具有较好的保护作用，但是在操作中工艺比较复杂，施工的成本较高。

3  矿区开采后地表沉陷的土地复垦技术

3.1在土地复垦技术中应用煤矸石以及粉煤灰填充

在地下开采煤矿过程中会在地表上形成大量的煤矸石，不仅占用土地资源，还会污染环境。在采空区域中应用煤矸石作为填充材料，有利于降低煤矸石占据的土地，还可以促进煤矿开采后的土地恢复。充分使用电厂的废弃物，在沉陷地区在复垦过程中应用粉煤灰进行填充，有利于促进土地恢复正常，可以形成耕地，再次进行耕种。

3.2平地的复垦以及梯田的修剪复垦

在矿区中针对潜水位比较低，积水的沉陷区域的边坡地带，可以将土地整平，或者改造形成梯田。梯田的梯坎高度以及水平宽度，在改造时，需要充分考虑土层薄厚、坡度陡缓，工程量大小，耕种机械化程度，作物种类等情况，梯田或者平地的坡向以及大小需要根据复垦土地的用途、是否存在灌溉条件、原始坡度大小进行操作。

3.3通过输排法进行复垦

在复垦中使用排水渠道的挖掘，在沉陷区域中引入水库、坑塘、湖泊、河流，可以将沉陷地区当做蓄水区应用，经过水淹后能够重新耕种。

3.4复垦中应用深挖浅垫法

对于沉淀的地方使用机械或者人工的方法将下沉的区域进行深挖，形成季节性积水或者局部积水，可以进行蓄水灌溉，养鱼操作，在沉陷比较小的位置需要使用挖出泥土进行填充，垫土，进行形成耕地[6]。

4  结语

在矿产区域中经过开采后造成的地表沉陷是一种常见的地质灾害，在开采沉陷的治理过程中一般从两个方面进行操作，可以通过预防控制减轻地表沉陷的措施，有效避免发生地表沉陷的问题。在开采煤矿过程中对采空区域进行及时填充的方法，可以有效预防地表下沉的情况。预防开采沉陷中能够应用方法主要包括对煤矿开采后的空间进行全部填充，条带开采，覆岩的离层带填充，限厚开采，协调开采，采-注-采三步煤矿开采法等。但是很多开采技术的难度较高，应用成本较高，还需要进一步研究发展。对于已经出现地表沉陷的区域，可以应用土地复垦技术，将地表沉陷区域进行充分利用，减少开采地表沉陷对环境的影响。土地复垦技术主要包括在土地复垦技术中应用煤矸石以及粉煤灰填充，平地的复垦以及梯田的修剪复垦，通过输排法进行复垦，复垦中应用深挖浅垫法。

参考文献：

[1] 席亚萍. 井工煤矿开采造成的地表沉陷及对策研究[J]. 大科技,2018(23):193.

[2] 李卉. 井工煤矿地表沉陷预测及土地复垦修复研究[D]. 黑龙江:哈尔滨工业大学,2019.

[3] 国家能源局. 采煤沉陷区治理技术规范:NB/T 10533-2021[S]. 2021.

[4] 刘建功,杨印朝,李凤锦,等. 煤矿主动保护大面积生态环境的全采区连续充填开采技术与岩层控制[Z]. 河北工程大学. 2019.

[5] 柴华彬1,张彦宾1,易四海2,等. 煤矿沉陷区地表变形监测与灾变防控关键技术及应用[Z]. 河南理工大学. 2018.

[6] 熊恩革. 恩施煤矿开采存在的环境问题及应对措施[J]. 中国资源综合利用,2021,39(4):166-168,188.