1、2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2022-01-04作者简介：赵江（1988-），男（汉族），山西吕梁人，助理工程师，现从事煤炭工作。煤矿开采沉陷有效控制策略赵江*（中阳县应急管理局安全生产技术服务中心，山西 吕梁 033400）摘要：煤炭在开采过程中会造成矿区周边环境遭受到破坏，该问题现象也对相关从业者带来了困扰。煤矿在开采过程中产生的沉陷问题会造成地面积水、耕地破坏、地表水系受损，也因此增大山体滑坡、泥石流等地质灾害发生的概率，因而急需制定针对性的措施来对煤矿开采沉陷问题加以控制。将从该角度切入论述和分析煤矿开采沉陷控制新路径。关键词：煤矿开采；沉陷问题；控制措施中图分类号：TD8
2、2 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0158-03煤矿作为不可再生的能源燃料，对于推进社会经济发展，推动工业发展发挥着重要作用。但是，经济高速发展也促使煤矿开采数量不断增加，其在开采过程中带来的一些负面问题也逐渐受到人们的关注。据有关研究表明，开采煤矿过程中经常会导致地质沉陷问题。这不仅影响了岩层的表面建筑的整体性和稳定性，同时也破坏了周边环境。因而，在满足社会经济、人民生活生产要求的同时，也要加大控制煤矿开采沉陷问题的力度，利用具备先进性的开采技术和方法，从深层上提升煤矿开采的质量与水平。1地面沉陷的主要因素和影响分析1.1地面沉陷的主要因素第一，从地质因素分析
3、。首先，煤矿开采过程中发生地面沉陷问题，主要与煤矿生产环节当中的煤层厚度、埋深、埋藏环境的有效性以及煤层本身松散部分的厚度等自然地质因素相关联；其次，从地质构造的角度来分析，开采煤矿的地区中出现的断层、褶皱都包含在该范围内；再者，从岩石物理性质角度来探寻，岩层强度、岩层间隙等囊括在内；还有其他相关影响因素，如开采区域的水文情况、地质条件还有矿区排水系统设计、开采手段、顶板管理水平等1。第二，从开采影响因素分析。地表沉降的范围和程度和煤矿开采的厚度呈现正比例的关系；地面沉降范围和煤层开采过程中的埋深呈现正比例的关系，但是地面沉降的深度与其是成反比的。如果煤层开采的倾角比较大，那么岩层就会顺延着垂
4、直采空区的上半部分移动和下落，并且还会随着煤层方向岩层面发生下滑和剪切移动现象，而这些移动状态就是导致地面沉降产生不对称形态的原因。而煤层在开采过程中，其松散部分高过一定数值的时候，基岩所产生的水平移动没有办法传递到地表当中，不过该部分地区中的孔隙水会大量排出，其是随着矿井以及地面排水量的加大情况而变化的，孔隙也会在此过程中一层一层被压实，从而在该相关区域构建出蓬柱状的结构，进而导致煤层松散部分的周边岩层出现变形，造成地表沉降。1.2地面沉陷的影响分析煤矿在开采过程中，若存在开采沉陷的情况，会使得地面墙的建筑物结构不稳定，还会带来建筑物坍塌，需再次拆迁、重建等。而建筑的拆迁、重建需要投入大量的
5、人力物力，使得企业经济成本上升。并且在拆迁重建过程中所投入的成本、资源绝大部分都是开采煤矿过程中所获取到的收益，因而这也意味着会加大煤炭开采成本的压力。同时，为促使开采煤矿过程中能够有效降低成本，确保下方开采活动不会影响到地面建筑，才能有效控制煤矿开采成本的投入。再者，在开采煤矿过程中发生的沉陷问题造成的环境破坏，也需要较长的时间和一定的财务支出来维护和完善。此外，生态环境被破坏、污染对于人们的生活质量也有一定程度的影响，还会对人们身体健康造成威胁，不符合现阶段我国绿色发展的理念和要求。2煤矿开采技术应用现状分析解决煤炭开采过程中导致的沉陷问题，在煤矿开1582023年第2期西部探矿工程采过程
6、中主要会应用到充填法这项技术，其为确保煤矿的充填开采提供了切实的保障。相对于金属矿岩层来说，煤层是属于层状岩层这一类的，并且其在开采之后所形成的破坏规律和岩层移动是具有差异性的。所以，针对煤矿开采过程中的研究与发展必须要和岩层活动的规律相适应。当前国外在应用采空矿区充填技术的水平是比较高的，例如波兰和德国。那么普遍所见到的充填材料一般都有河砂、煤矸石和电厂粉煤灰，在这些材料，应用最为广泛的是水砂材料。通常情况下会采取水砂对煤矿中的长壁工作面进行充填，充填过后能够促使地表下沉的数值减少到 0.10.2。现阶段，波兰已经研制并且成功利用水砂充填条带的方式对多座城市的存有的煤炭资源进行开采。我国也在
7、20世纪60年代，利用水砂充填的方法成功对工厂保护煤柱进行开采。之后，水砂充填方法逐步应用到各个城市中的煤矿开采活动中来。不过水砂充填这项采煤方法还是存在着局限性，因为该项技术对工艺的要求较高，投入的成本较多，进而使得其推广和使用受到一定程度的影响。在20世纪80年代，我国通过借鉴国外前沿的煤矿的开采经验，第一次成功应用了离层注浆的开采技术来缓解和控制地表下沉，使得采煤技术人员、相关专家学者加大了对该项技术的关注力度，先后在我国多个煤矿区域实行了现场试验，并且获得突出的效果。但是在水砂充填的过程中经常发生浸水现象，需要构建较为复杂的隔排水系统来加以调节。对此国外也相应地研究制定了膏体充填技术。
8、这项技术的原理是，以充填料为主，将其组合成不浸水的牙膏状浆体，即使处在较低流速的状态下，也能实现泵送操作，从而有效提升充填的效率。注浆开采见图1。图1注浆开采图解3煤矿开采沉陷控制着重考虑的因素第一，重视煤矿开采沉陷问题控制所需要的条件。通过对煤矿开采产生的沉陷现象进行分析，其首要就是在问题产生前做好针对性的预防工作，采用科学合理的开采技术，并且深入到矿区现场，对其周边的环境，包括地质、水文还有土壤等各种因素进行勘查，保证开采工作面能够顺利进行，同时还要依据勘查的具体结果，与不同地区、地质条件进行有机结合，从而更好地制定防护措施，对地表沉陷问题发生的条件加以改善，直到能够最低限度地减少对地表的
9、损害，确保地表建筑还有煤矿周边环境不会遭受到破坏2。第二，需要对煤矿开采所发生沉陷问题的环境加以整治和完善。同时也要对已经发生开采沉陷现象的地区要制定相应的补救措施，利用土地复垦技术进行改善。例如可采取重新耕种的方式，及时恢复农作物种植。对于出现积水问题的地区也要合理采取措施实现二次利用，同时也要及时加固采矿区域地表上的建筑。以综合整治的方式确保沉陷区域能够得到实质性的改善，促使开采区域能够在最大程度上保持生态平衡，缓解开采沉陷带来的破坏。4煤矿开采沉陷预防控制技术预防控制煤矿开采沉陷的相关技术类型众多，其所发挥的功能主要体现在两个方面。其一，从根本上解决控制开采煤矿过程中发生的沉陷问题。该问
10、题的解决需要利用具备先进性的技术工艺，科学合理地布置煤矿的开采面，利用离层充填、井下充填等技术措施，达成煤矿开采过程中降低地表沉陷发生概率的目的，进而有效地对地表沉陷加以控制3。其二，针对煤矿开采引发的沉陷破坏问题进行整治和改善，在这个环节中可以选择土地复垦、建筑抗变等方式，促使开采煤矿的过程中缓解沉陷带耕地破坏问题。从相关技术应用的具体情况来看，现阶段我国普遍应用的煤矿开采沉陷控制技术有以下几种：第一，利用 RTK 技术实现对地表开采沉陷的监测。RTK技术是在立足于载波相位观测值的基础上发展而来的实时动态定位技术，这项技术以其实时性、准确性、高效性、操作性、简便性等多项优势在测量领域具有广泛
11、的应用前景。在工程测绘、道路放线、坐标点定位等多个方面发挥着重要的作用。其主要功能是将测站点在所确定的坐标系中的三维定位的信息数据呈现出来，精度达到厘米级。同时在RTK技术操作模式的构建下，基准站可利用数据链将观测到的数值和测站坐标的具体信息传输到流动站。流动站再将采集到的GNSS的卫星数据、利用数据链收集到的基准站1592023年第2期西部探矿工程的信息，对整周模糊度未知数进行实时解算，同时还对流动站的实时精度和地处坐标数值进行计算。这样就能够准确获知监测基准站和流动站所观测到的成果的实际质量情况和解算结果的收敛状况，甄别判定解算结果呈现出来的实时精度。利用卫星持续发送的与自身参数和时间信息
12、相关的数值，接收者在获得这些信息之后，就能够开始着手计算并且呈现出接收机当中的具体三维位置信息、三维方向信息、运动速度的量值和时间信息，以此来提升煤矿开采过程的监测，提升开采的质量和效率。第二，应用全部填充开采技术4。全部填充开采技术是现阶段煤矿行业普遍应用于解决开采过程中造成沉陷问题的控制方法。煤矿在开采初期，其采煤量比较少，但是对于填充作业的质量水准有着较高的要求，这也使得煤矿开采相关单位所投入的开采成本不断上升。因而要确保煤矿开采作业的安全性，必须要求煤矿开采单位严格落实安全生产标准，依照开采作业的技术要求，采用科学合理的填充工艺和高效的填充材料，从根本上发挥出材料对于地表建筑的防护功能
13、。一般情况下而言，在采用全部填充这项技术时，煤矿开采单位需要在开挖的位置利用固体材料进行填充，确保管道的结实性符合要求，减少地面沉陷危害。不过，要注意，所选用的填充材料要根据煤矿地质的具体条件来确定。第三，应用条带开采技术。为了维持地表建筑的稳定性，煤矿开采单位通常会选取条带开采技术来减少煤层覆岩移动。从对煤层开采情况和上覆岩层的实际条件，煤矿开采企业依据采留比，专门要求开采作业人员在煤层掘进过程中开采一条就要保留一条。利用条带开采技术，煤矿开采单位只需要进行部分煤矿开采就能够预留出相对应的煤炭作为煤柱来支撑上覆岩层，从而防止出现地表变形，提高地表建筑物坚固性。但其也存在一定不足，即该项技术会
14、对煤炭开采率造成影响，因而必须加大煤矿巷道掘进施工来保证煤炭开采的效率。条带开采技术如图2所示。第四，应用覆岩离层带填充工艺，覆岩离层带填充工艺是通过对采空区上方的三带岩移特征进行分析，开采煤炭之后，需要开采作业人员进行钻孔操作，在离层带空间利用高压注浆进行充填，阻止覆岩离层带下沉空间传递到地表，从而降低开采煤矿区域出现地表下沉情况。第五，应用限厚开采技术。限厚开采基于所开采区域的地质水文、周边地形等自然条件，还有地表建筑物的高度以及其本身所具备的抗压性等来对所开采煤层的厚度加以确定。经过深入的研究分析计算，得出明确的开采厚度，该项技术针对于具备固定厚度的煤层。不过此项技术也有许多的不足之处，
15、例如其使用价值主要是在较浅煤层当中，对于深煤层要求较多，实施难度系数较大，并且要勘测的数据量和工作量也较大。5结束语综上所述，作为煤矿能源开采大国，煤炭是支撑我国社会生活生产主要能源，有效开发和利用煤炭资源，也为我国经济高速发展提供了强而有力的保障。需要通过有效的措施方法来解决煤矿开采过程中产生的问题，才能更好地推动煤矿行业的发展。参考文献：1任刚.控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术浅析J.石化技术,2019,26(12):179,181.2马鹏飞.控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术探析J.石化技术,2019,26(12):175,178.3赵斌.控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究J.中国科技投资,2019(6):108.4秦萌,赵锦锋,胡发仑.煤矿开采沉降观测技术及质量控制J.环球市场,2017(3):56.图2条带开采技术图解160