摘要：由于技术不断提高，煤炭开采力度也在不断增大，导致环境遭到不同程度的破坏，特别是地表沉陷较为严重，对人们生活环境造成不便，沉陷区产生积水，水资源得到浪费，路面产生裂缝甚至塌陷，给予农田和房屋及道路不同程度的损害。农田大面积地减产甚至绝产，断送了农民的经济来源；使房屋产生裂缝和变形，人们对住房产生恐慌；道路出现塌陷，给交通带来不便。这都将归结于煤炭开采过程中，上覆岩层的弯曲变形及相对移动，造成地表塌陷事故。煤矿开采过程中，煤炭地质遭到破坏，从而引起地质灾害的发生。
关键词：煤矿；地表沉陷；治理；修整
导言
我国2005年生产煤炭21.9亿t，规划2010年为25亿t，2020年为28亿t，煤炭将长期是我国的主要能源。煤炭的开发为经济快速持续发展提供了基本保证，然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出，开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水，农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等，这都是开采引起的岩层移动，是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源，有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。
1地表沉陷预测模式与参数确定
覆岩沉陷的状况，受覆岩性质、煤层赋存条件、开采深度、采煤方法及地表地形地貌的直接影响。采用概率积分法进行预测，利用中国矿业大学开发的《矿区沉陷预测预报系统hpMSPS软件》进行计算。
1.1地表移动变形预测模式
采用概率积分法作为预测地表移动与变形的模式，其变形与移动的最大值分别由下式计算。
最大地表下沉值 Wmax=q?m?cosα（mm）
最大地表倾斜值imax= Wmax /r（mm/m）
最大地表曲率值Kmax=±1.52Wmax /r2（10-3/m）
最大水平移动值Umax=b?Wmax（mm）
最大水平变形值εmax=±1.52 b?Wmax /r（mm/m）
式中：m―煤层法线采厚，m；q―下沉系数；α―煤层倾角；
b―水平移动系数；H―开采煤层距地表垂深（采深），m；
r―主要影响半径，r=H/tgβ，m；tgβ―主要影响角正切；
1.2地表移动参数的确定
煤矿煤层倾角5o~9o。开采后地表沉陷预测采用矿区沉陷预测预报系统hpMSPS软件中中开采缓倾斜煤层（α<15°）地表下沉盆地移动和变形值计算公式中的地表移动与变形的线积分公式对不同区段进行预测。
①下沉系数q
初次采动：P = 0.33，D=1.31，覆岩属中硬性质，q =0.615；q重=0.735。
②主要影响角正切：tgβ =（1－0.0038α）?（D+0.0032H）；
③主要影响半径：γ = H/tgβ，m；
④水平移动系数：b = 0.32；
⑤拐点偏移距：S覆岩属中硬性质，其拐点偏移距S = 0.177H；
⑥影响传播角：θ = 90°－0.68α；
2地表沉陷预测结果
煤矿矿区地形起伏中等，地势总体北西及中部较高，南东部较低，海拔高程+1220m～+1513m，高差293m。当地下煤层开采后，预计地表不会出现规则的移动盆地。矿井开采标高内可采煤层4层（M8、M9、M12、M14煤层），由于煤矿最低开采标高为+1100m，开采煤层厚度5.54m，在连续采动的综合影响下，预计地表将出现较大的沉降和变形。
根据矿井开拓方式，矿区浅部采深50m，深部采深300m。根据煤层开采厚度、采深及预测参数，计算出首采区、全井田煤层开采后产生的地表移动变形最大值。
①预测结果表明煤矿全部可采煤层开采后最大下沉值4041mm，最大水平移动值为1285mm，最大倾斜值imax=151.83～35.79mm/m，最大曲率值Kmax=8.67～0.48（10-3/m），最大水平变形值εmax=73.4～17.3mm/m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于同一煤层，随着深度的增加其
②根据煤层块段分布来看，可采煤层大部分的采深达到一定深度，地表变形将以连续变形为主，在矿区浅部地段将出现台阶状裂缝、漏斗状塌陷坑等非连续变形。
③随着采煤工作面的推进，在上覆岩层中依次形成冒落带、裂缝带、弯曲下沉带并传递到地表，使地表产生移动变形。煤矿经计算地表移动变形最早开始时间为0.16月，最晚为0.64月。
3地表沉陷的防治技术
沉陷破坏的防治技术途径可以从两方面考虑；（1）对开采沉陷的控制，即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施，来减少地表下沉，控制地表下沉速度和范围，达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。（2）开采沉陷破坏的恢复和整治，运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术，对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。
3.1 条带开采
根据煤层和上覆岩层组合条件，按一定的采留比，在被开采的煤层中采出一条，保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源，保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动，控制地表的移动和变形，实现对地面建、构筑物的保护。但该方法采出率低、巷道掘进多，工作面效率低。
3.2覆岩离层带充填
根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性，在煤炭采出后一定时间间隔内，用钻孔往离层带空间高压注浆，充填，加固离层带空间，将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构，使离层带的下沉空间不再向地表传递，以减少或减缓地表下沉，保护地面建、构筑物或农田。但该技术难度大，再近一步研究。
3.3 限厚开采
根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力，以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据，确定可开采的煤层厚度，开采是仅回采这一厚度的煤，其余各煤层均不开采，以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低，仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。
3.4全部充填开采
在煤炭采出后顶板尚未冒落之前，用固体材料对采空区进行密实充填，使顶板岩层仅产生少量下沉，以减少地表的下沉和变形，达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法，其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施，还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大，吨煤成本相应的增加。
3.5 协调开采
厚煤层分层开采时，合理设计各工作面的开采间距，相互位置与开采顺序，使开采一个煤层（工作面）所产生的地表变形和开采另一个煤层（工作面）所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分，以减少采动引起的地表变形，保护地面建、构筑物。但该技术要保持一定的错距，因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。
3.6“采-注-采”三步法开采
充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用，应用荷载置换的原理，进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采，有效的对岩层移动和地表沉陷的控制，解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率，保护了地面建、构筑物，但也存在工艺复杂，成本较大等缺点。
4 沉陷区的修整
由采煤引起的地表沉陷，严重破坏环境，需要使用土地的修复技术来减少损失的土地，土地的价值，这样您就可以玩，也可以进行包装措施，使用特殊的建筑材料来调节沉降面积，控制地表沉陷区，最好的办法是回收，煤矸石和粉煤灰充填治理方法是妥善处理废物一样。在采煤过程中利用煤矸石充填塌陷区，利用电厂的粉煤灰填充塌陷区是非常好的。一方面减少了垃圾的积累，另一方面又覆盖了塌陷区，这有利于保护土地的损失，也促进了土地的再利用。
结束语
煤矿开采引起地表下沉，是煤矿中较为常见的问题，合理控制沉陷区的下沉高度，可避免对地质环境的破坏。在煤矿开采过程中要对地表塌陷进行预测和分析，以及采取相应措施，尽量避免沉陷事故发生。一旦事故不可避免，影响应积极应对塌陷区，并采取解决办法，控制和改善塌陷区，改善人民生活质量，使煤矿生产可持续发展。因此，采煤塌陷区的开发利用需要掌握塌陷区的情况，以更好地保护地表环境，保护农民利益，促进煤矿安全生产。
参考文献
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论文作者:刘莉,胡春慧
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/25
标签：地表论文; 煤层论文; 煤矿论文; 岩层论文; 构筑物论文; 煤炭论文; 矿区论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;