井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考

井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考

李海生 1 ，王璐 2

山东李楼煤业有限公司 山东省 菏泽市 274700

摘要：煤炭资源对社会经济发展的拉动作用，使得开采数量与日俱增，对土地资源破坏程度也在加深。为了改善对地表生态环境的破坏，前期的地表塌陷预测和后续的土地复垦等治理措施成为了当下的研究重点，对实现土地资源可持续发展有着重要的意义。鉴于此，本文对井工煤矿地表塌陷预测与治理措施进行深入探讨，以供参考。

关键词：井工煤矿；地表塌陷；预测；治理

引言

因各种原因限制，充填开采在我国尚未普及，全部垮落法管理顶板仍是主流，但随着煤炭资源不断向深部开采，高强度的采掘工作引起的地表沉降问题日益严重，对地表的建构筑物、公路、铁路等构成了威胁，为了最大限度地保护矿区地面村庄、交通设施、建筑、水体等不受地表沉降损害，研究煤矿开采引起的地表沉降移动规律显得尤为必要。

1对井工煤矿土地复垦的研究

随着经济社会的不断发展，人口数量和建筑用地的增加使得土地矛盾问题日益显化，我国也提出了土地资源可持续发展的相关政策要求。而煤炭作为主要的社会发展资源形式，经济效益的推动使得井工煤矿开采的数量增加，根据实际的施工数据显示，每开采一万吨煤炭就会对约两千平方米的土地造成程度不一的结构破坏，其中大规模的土石坍塌以及煤炭采空后造成的土地肥力下降和地表下陷都是重要的问题。为了解决这一问题并稳定区域内农业的经济发展，提出了包括地表坍塌预测等内容在内的土地复垦治理措施，旨在让地表坍塌的土地恢复土壤活性、提高循环利用次数，进而维护土地生态资源的平衡，缓解用地紧张问题[1]。

2煤矿地表塌陷类型

开采沉陷引起的工程地质灾害主要为：地表塌陷坑、地裂缝；山体滑坡、崩塌；地质构造活化；岩爆、冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害。

2.1地表塌陷坑、地裂缝破坏

地表塌陷坑破坏是开采沉陷区破坏最为严重的灾害之一。工作面开采后上覆岩层存在大量临时的非稳定结构，导致地表不断发生塌陷坑灾害。当开采深度小、开采煤层多、上覆岩层风化严重和地表有厚松散层覆盖时，在地表会出现纵横交错的裂缝破坏，局部会出现台阶错落裂缝破坏，裂缝一般会直接或间接沟通采空区。

2.2山体滑坡、崩塌

当山体位于煤层露头位置，采空区残留煤柱因风化、自燃发火等作用失去支撑能力时，地表将发生较大的变形和移动，这种变形和移动将极大地降低煤层露头以外山体的稳定性，在风化和山体自重力的作用下，可能导致山体滑坡、崩塌灾害的发生。

2.3地质构造活化

煤层开采后岩层移动、破断过程中会诱发一些地质构造的活化，从而导致工程地质灾害发生。开采沉陷导致的地质构造活化主要包括：断层的活化和古（老）滑坡稳定区的活化等。其中断层活化对地表沉陷影响显著，其影响因素主要有：断层倾角、断层带内岩体黏聚力和摩擦角、工作面推进长度、煤层厚度和保护煤柱宽度等。

3对井工煤矿地表塌陷预测的研究

3.1现状和问题

井工开采是最具有代表性的采煤方式，利用井筒和地下巷道系统开采煤炭，占据了煤炭开采工程的90%左右，累积造成的地表坍塌面积在前些年就高达110平方千米，引发了滑坡、泥石流等重大自然灾害，造成了直接的经济损失，所以当务之急是缓解和解决井工煤矿开采带来的危害。我国地表塌陷预测技术的使用始于20世纪50年代，主要应用于小型的民营开矿的土地恢复，前期并没有取得效果，直到20世纪80年代煤炭开采对土地破坏的程度严重，地表塌陷的问题也随时发生，相关的组织部门开始进行专业系统化的研究并应用到土地恢复工作中。

3.2地表塌陷预测

井工煤矿地表塌陷预测在实际的应用过程中，首先要分析预测方法找出合适的测量技术。经过多年的土地复垦工作的推行和实施，井工煤矿地表塌陷的预测技术包括了经验预测、函数预测和概率预测三种。经验预测法指的是综合矿区内地表塌陷的实际数据，根据地表出现变形的种类分别提出经验计算公式，带有一定的准确性，但由于塌陷预测应用的时间较短和基础数据测量的困难，带有一定的滞后性。函数预测法是以采集地区的地表岩石作为关键测量指标，通过对岩体机构的变形如拉伸、水平扭曲等数据的负指数计算推算出该区域地表的塌陷数据，计算结果的精确度不够高。而概率积分预测法结合了函数预测法的相关步骤，以岩石作为基础的物质，变形移动为概率随机事件，从统计学的角度对矿区内的地表进行模块化的该概率分析，通过下剖面的密度函数积分公式计算得出测量的数据，是目前准确率和预测性最好的方法形式。

4治理井工煤矿地表塌陷的措施

4.1地表塌陷、裂缝破坏的防治

地表塌陷坑、裂缝破坏是开采沉陷区的主要灾害，此类灾害通常会损害地表土地、生态环境和水资源等，严重影响矿井的安全生产。当煤层埋藏较浅、开采厚度较大时，覆岩破坏将非常严重，导致采空区直接沟通地表，形成水灾和火灾。当大范围采空区直接与地表河流及其潜水沟通时，通过切断河流与采空区积水联系的同时进行采空区积水抽排可以有效防治矿井水害；当采空区覆岩直接与地表塌陷坑和地裂缝沟通时，要解决井下漏风、采空区遗煤自燃问题必须进行一定深度的夯实填埋处理。

4.2开采沉陷与动力灾害联动防治

开采沉陷是岩层移动发展到地表的结果，开采沉陷的剧烈程度一定程度上能反映工作面上覆岩层的运动状态。因此，可根据工作面开采时地表沉陷情况来推断岩层运动规律及其影响范围，并为矿山动力灾害防治提供基础。开采沉陷与动力灾害联动效应的防治技术主要包含开采前的预卸压或预抽采、开采过程中的监测预警以及出现预警后的采取的解危措施等。

5做好预防控制措施

预防控制治理方法是从根本上解决问题的关键，进行时先要按照防控原则对设计规划进行制定。通常情况下，地表塌陷治理要纳入井工煤矿开采的生产计划中，最大程度地减少对不必要土地结构的破坏，将塌陷问题发生的几率和范围控制在最低限度，经济和技术选择上也要与开采作业和治理相适应。然后，实施具体的防控措施。首先，做好前期的规划布局。煤炭开采之所以会造成相当大面积的地表塌陷问题，与开采阶段的规划布局和规范有很大的关系，施工单位和企业必须根据实际煤炭存储的区域尽量准确地在最小范围内施工，开采中产生的废弃土石、残渣等建设垃圾必须及时进行处理，并且地表治理工作在施工过程中就开始进行。其次，分离地表层。地表层包括了耕作、表层和深层三个层次，是最适合植物生长的土壤，在开采作业时要保护这一部分土层，将其余深层土壤分离为之后的地表塌陷治理提供最佳资源。最后，处理污水。井工开采势必会在过程中出现大量的污水，为了减少对地表结构的破坏可以重复利用污水，减少污水的产生并加强污水的治理，从物理、生物、化学等角度降低污染杂质，降低地下水污染风险。

结束语

综上所述，煤矿地质灾害的危险性大、危害性大；主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝五大类型。不仅威胁矿山生产活动，也威胁周边居民生命、财产安全，严重阻碍矿业发展和影响社会和谐。随着煤矿地质灾害不断出现及增多，我国政府及相关部门已对其提高了重视，作为煤矿企业，在开采前必须要做好相关必备工作，严格按照规范及设计开采，并对煤矿地质灾害类型、特征及诱发因素等有一个充分的了解和掌握，科学制定开采计划，合理开采，最大程度减少煤矿地质灾害的发生。

参考文献

[1]申剑峰.煤矿地质灾害特征及防治措施研究[J].能源与节能,2018(11):86-87.

[2]武杰.煤矿采空区地质灾害分析及治理[J].内蒙古煤炭经济,2018(03):102-103.

[3]郑志勇.煤矿地质灾害的特征及防治解析[J].科技创新导报,2018,15(02):37-38.

[4]张加权,贺昌斌,解廷堃,常永刚,李海潮,原文杰.露天煤矿采空区的探测与治理技术管理体系[J].露天采矿技术,2017,32(12):12-15.

[5]叶子华.某煤矿道路施工地质灾害评估及防治措施研究[J].能源研究与管理,2017(03):55-58+69.