摘要：煤矿开采为现代工业的发展提供了强大的能量支持，但在长期的煤矿开采过程中，出现了严重的土地沉陷问题，对当地的自然环境以及生产生活等造成了非常不利的影响。因此对煤矿地质中土地沉陷的预测研究，对于煤矿开采工作的可持续发展具有非常重要的作用，并通过对煤矿开采技术的研究来最大限度的减小对矿区生态环境的破坏，同时保护当地的基础设施。本文对煤矿地质中土地沉陷预测进行了简要的分析，以供参考。
关键词：煤矿地质；土地沉陷；可持续发展
1矿区土地沉陷的预测模型
一般情况下采用概率积分法来建立矿区土地沉陷的预测模型，并根据这一模型对土地复垦提出了相应的要求。
（1）对多工作面开采产生的共同影响进行叠加预计。首先对仅开采单个工作面时产生的地表预计点的下沉量进行计算统计，然后对分别计算出来的多个工作面的下沉量进行叠加。
（2）对不规则形状开采面的预计沉降量进行计算，可以通过将形状不规则的工作面按照顺煤层的方向进行划分的方法进行计算，将其划分成若干个矩形的开采面来替代原有的形状不规则的开采面。
2土地裂缝的预测
在煤炭的开采过程中，由于地下的煤炭储量不断减少，造成土地发生沉陷，而沉降发生时，地表各点的沉降量以及受力状态是不同的，导致地表原有的平衡状态被破坏。因此，在沉陷盆地内的一些区域，往往会因为地表各点发生了不均匀的水平移动和沉降现象，而造成盆地内发生裂缝。裂缝的产生虽然受到地表沉陷的影响，但其并不是在地表沉陷开始产生时形成的，而是在煤炭开采工作面逐渐扩大时，致使地表的某点所受到的拉应力达到极限承载状态而逐渐产生的。在煤矿地质研究中，常常提及到裂缝临界开采面积，它是指在煤矿的开采过程中，使地表中有一点处于裂缝的临界状态的开采面积。裂缝的临界开采面积受到很多因素的影响，其中主要包括煤矿的开采深度、煤矿上覆岩层的地质结构、煤矿的开采厚度以及煤矿上覆岩层的物理力学性质等因素，而地表裂缝临界值的产生则主要受地表土的物理力学性质影响。煤矿开采的工作面的切眼、终采线边界以及开采面的上山、下山边界处的地表一旦出现裂缝则将成为永久性裂缝，不能自行闭合。只有当对裂缝进行人工填充，或对相邻的工作面也进行了开采，或裂缝经历了较长时间的自然作用，这些永久性的裂缝才会闭合。在煤矿开采中，回采工作面上方的裂缝则会随着工作面不断向前推进而前进。在煤矿的开采过程中，如果已开采面积超过了裂缝临界开采面积，则会在采空区周边的地表上方呈现出一个裂缝区域，随后，随着采空面积的逐渐增大，裂缝区域会逐渐扩大，尤其是在上山、下山的边界处以及切眼处，工作面地表上方的的裂缝也会随着开采的推进而向前移动。此时之前形成的裂缝区域会由于受到压应力而进入到压缩变形区，这样产生的裂缝将逐渐闭合，新的裂缝则将会在裂缝区的外侧形成。当工作面不断向前推进，开采各边界的上方裂缝范围将不再进一步扩大，而工作面推进过程中，地表上方裂缝则会随其不断前移。当煤矿工作面开采工作结束后，裂缝将会按此规律只产生于采空区周围的上方地表。
对于山区的煤矿开采工作来说，地表的下坡方向为山区煤矿采动的滑移方向，且地表滑移量会随地表倾角的增大而增加，因此，可以经过分析得知，在山区的山顶以及凸形的地貌部位会因为地表的倾角增加而产生附加的水平拉伸变形，在山区的山谷以及凹形地貌部位则会发生相反的作用，产生附加的水平压缩变形。因此，在山区煤矿的开采工作中，常发现在山区的山顶以及凸形地貌部位易形成采动裂缝，且裂缝的方向会与等高线的方向保持大致的平行关系。而在山区的凹形地貌部位，则由于受到压应力的影响，而很少出现明显的采动裂缝，以上是对山区煤矿开采过程中的裂缝分布情况特征的介绍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但在长期的煤矿开采工作中发现，并不是所有的长臂式大冒顶的开采方式都会在地表产生裂缝，裂缝的产生除了与煤矿的开采条件相关，另外还受到地表土的性质以及土的厚度影响。在矿区没有黄土层以及松散堆积物覆盖的地表，当开采的深度和厚度之比大于80，矿区开采的宽度和深度比小于0.5时，一般不会在地表产生裂缝，而在黄土层覆盖厚度大于五十米的地表，同样的开采条件下，则会在地表产生明显的地表裂缝。
可以通过下式计算出在煤矿开采过程中地表上方裂缝从产生到闭合所需要的时间，即：规定裂缝从产生到闭合所需的时间用T表示，用L表示工作面上方地表产生的裂缝区的最大宽度，同时用V表示工作面推进的深度，则持续时间T=2裂缝区最大宽度/工作面推进深度。
3地表裂缝对土地的影响
煤矿开采过程中产生的裂缝大小不一，有的地表裂缝非常大，深度甚至达到20米，裂缝上口宽度在二十厘米到三十厘米之间，例如，在黄土高原等地表被黄土覆盖的区域裂缝的深度有的可以达到10米，有的地表上方的裂缝则非常的细小。裂缝产生之后，裂缝处的土体暴露在空气中，则将会相对比较容易受到自然界中风吹日晒等自然力量的作用，对土壤的侵蚀作用加快，致使土壤、水以及母质在侵蚀作用中损失，土壤的肥力严重下降，不利于农作物的生长，对农作物的产量造成不利影响。由于地表裂缝造成的土地侵蚀的程度也会受到很多因素的影响，主要包括裂缝的特点、大小及其所处的自然环境等因素，可以根据这一区别将土地的侵蚀分为以下三类，即重力侵蚀、细沟侵蚀以及沟蚀。
（1）细沟侵蚀
对开采引起的细小裂缝，深度和宽度一般都比较小，裂缝发生于耕作层或略深于耕作层并平行于采空区边界排列。这种细裂缝造成农地上跑水、跑土和跑肥，还可使新播种子和农作物根系暴露出来，造成缺苗、减产。由于深度和宽度小，一般可为下一次耕作所平复。
有裂缝存在时，在表面施加的水分，将迅速随裂缝侵入耕作层以下，造成损失。实验时，选择周围没有裂缝的土地中的某一点缓慢加水，同时选择土中有裂缝处的某一点缓慢加水，二处加水的速度和数量完全相等。
（2）沟蚀
存在较大的或大裂缝时，受暴雨及洪水等作用，造成地面线状侵蚀，称为沟蚀。沟蚀与细沟侵蚀的主要区别在于细沟侵蚀可为一般的耕作方法所平复，而沟蚀则不能。沟蚀的发展将不断切割地面，造成完整土地破碎。
（3）重力侵蚀
在山地、丘陵陂地区，开采产生的裂缝在其它应力，特别是水力的共同作用下，以重力为直接原因引起表土体的移动，称为重力侵蚀。矿区由于开采裂缝而可能出现的重力侵蚀的主要形式是滑坡，其作用机理为：（1）由于裂缝，大雨、暴雨时，使土体的侵水范围扩大，斜坡土体的容重增加，抗滑强度降低；（2）斜坡形态的改变。
结束语：煤矿开采的可持续发展对我国经济具有至关重要的影响，因此，促进煤矿产业的良好正常运行，必须加强对煤矿地质中土地沉陷预测的研究，以降低煤矿开采工作对自然生态环境的破坏，使其可以顺应我国可持续发展的重要战略方针。
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论文作者:孙洪乐,赵从伟,张风超
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/17
标签：裂缝论文; 地表论文; 煤矿论文; 工作面论文; 土地论文; 深度论文; 过程中论文; 《基层建设》2017年4期论文;