煤礦采空塌陷災害防治

趙子浩 劉文 賈傳席

摘要：本文主要介紹采空區(qū)塌陷的危害，概括煤礦采空區(qū)塌陷防治現(xiàn)狀與技術，并對今后的發(fā)展趨勢做出分析。

關鍵詞：煤礦;采空區(qū);塌陷;防治

0.??? 采空區(qū)塌陷

采空塌陷指由于地下挖掘形成空間，造成上部巖土層在自重作用下失穩(wěn)而引起的地面塌陷現(xiàn)象。對生產(chǎn)礦井、地面建（構）筑物、土地資源及生態(tài)環(huán)境造成不同程度的危害與破壞。采空區(qū)上方頂板垮落動載現(xiàn)象會有一定概率對礦井造成壓架事故，甚至誘發(fā)沖擊地壓、瓦斯突出等事故。有的采空區(qū)塌陷之前征兆并不明顯，突然塌陷會給地面造成無法避免的傷害，采空區(qū)塌陷也會破壞當?shù)氐慕ǎ嫞┲?，對地表水地下水等生態(tài)環(huán)境帶來一定的影響甚至永久性破壞，大量水涌入地下會引起礦井透水事故。[1]

1.??? 煤礦采空區(qū)塌陷災害處理方式

目前處理采空區(qū)塌陷的方式可以總結為兩種，一是對已經(jīng)造成塌陷的土地進行勘察評估合理利用，二是在煤礦開采初期就進行處理，減少或消除采空區(qū)塌陷造成的不良影響。

1.1? 合理利用采空塌陷區(qū)

目前可以根據(jù)塌陷區(qū)的不同程度的危害對土地進行不同的利用，有些地區(qū)可以通過疏排法、就地取土法、挖深墊淺法和固體廢物充填法等技術對已經(jīng)遭受破壞的土地進行處理，使一些土地能夠達到農(nóng)業(yè)土地復墾的效果。有些地區(qū)針對塌陷區(qū)的特殊環(huán)境，除了種植業(yè)、漁業(yè)、家禽養(yǎng)殖業(yè)為一體的農(nóng)業(yè)復墾之外，還引入各種昆蟲、鳥、魚，合理規(guī)劃生態(tài)基地，發(fā)展垂釣、劃船、觀景等休閑娛樂旅游項目。還有些地區(qū)對采空區(qū)進行勘探評估之后，利用建（構）筑物抗變形技術，在其上開發(fā)為建設用地。

1.2? 防止采空區(qū)塌陷或合理利用采空區(qū)

利用煤礦產(chǎn)生的矸石、當?shù)氐乃啊⒌蜐舛雀邼舛饶z結物、膏體、超高水材料對采空區(qū)進行充填[2]，合理的規(guī)劃采煤方法，如條帶開采都可以有效防止采空區(qū)塌陷。有些缺水地區(qū)可以在煤礦開采時對采空區(qū)進行有效處理，形成地下水庫，不但沒有破壞生態(tài)環(huán)境，還有效利用了采空區(qū)，緩解了當?shù)厝彼畣栴}，經(jīng)過自然沉淀過濾后的水可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水，經(jīng)過處理可以為當?shù)氐某鞘刑峁┥钣盟甗3]。

2.??? 煤礦采空區(qū)塌陷勘察技術

由于煤礦采空區(qū)塌陷會造成如此大的不良影響，因此有些礦井會對地表塌陷進行勘察?？辈斓姆绞街饕泄こ痰刭|調(diào)查與測繪，地球物理勘探，鉆孔探查，采動巖體物理力學性質測試，地表位移監(jiān)測等。勘察的過程主要是煤礦委托有資質的機構進行勘察，相關機構接受委托，通過現(xiàn)場踏勘后，編寫勘察技術方案，通過各種勘察技術獲取大量數(shù)據(jù)，建立采空區(qū)三維工程地質模型，對采空區(qū)失穩(wěn)與破壞進行模擬分析，進而預測地表殘余變形量、殘余空洞并進行穩(wěn)定性評價，最后制定其防治措施。

3.??? 煤礦采空區(qū)塌陷治理技術

當?shù)V井已經(jīng)開采，井下已經(jīng)形成采空區(qū)之后，處理采空區(qū)塌陷的方式主要有注漿充填、開挖回填、樁基穿越/ 跨越、井下砌筑等技術。

3.1? 注漿充填法

注漿充填是通過水泥、粉煤灰、添加劑、骨料和水等材料，經(jīng)過鉆孔直接注入到采空區(qū)，一般是采空區(qū)地基處理范圍邊緣部位設置好帷幕孔，帷幕孔之間設置若干注漿孔，按照先帷幕孔后注漿孔的順序進行注漿，一般帷幕孔的漿液需要加入速凝劑，當需要注漿區(qū)域的邊緣部位快速凝結之后再進行注漿，并且鉆孔孔徑隨著深度將增加而逐漸減小。通過注漿充填保護建（構）筑物時，首先要明確輪廓寬度、維護帶寬度、覆巖影響寬度，然后根據(jù)漿液損耗系數(shù)，治理面積，采高，回采率，剩余變形量，充填系數(shù)，結石率等要素計算注漿量。通過注漿充填法適用于各類型煤礦采空區(qū)的地基處理，該方法治理工藝成熟治理效果好，但治理費用一般較高。

3.2? 開挖回填法

當采空區(qū)埋深較淺時，可以使用開挖回填法進行處理采空區(qū)。開挖時應按基坑設計要求，從中間向兩翼擴展，自上而下分層分段進行，回填時要及時將基坑里的水排出，回填材料應按不同的材料搭配回填并且需要壓實，一般就地取材，使用開挖時土石材料，但基底一般使用灰土或黏性土。該方法還可以回收開采時遺留在井下的煤柱，但工程量大，并且深基坑存在安全隱患，回填質量對后期地基沉降也影響較大。

3.3? 樁基穿越/跨越法

樁基穿越/ 跨越法方法就是通過人為的制造樁基，使其支撐在采空區(qū)以下的堅硬的底板上，當建（構）筑物建立在樁基上后，采空區(qū)塌陷時因為建（構）筑物有樁基支撐而不會受到塌陷影響。該方法需要探明采空區(qū)底板深度、采空區(qū)“三帶”發(fā)育特征，并且需要根據(jù)樁型選擇適當?shù)你@機進行施工。該方法施工簡單，費用較低，但無法控制采空塌陷水平變形。

3.4? 井下砌筑法

井下砌筑法就是直接將毛料石或磚等砌筑材料按照交錯順序砌筑在采空區(qū)，一般分為干砌和漿砌兩種。該方法的準備階段就要核實采空區(qū)位置、范圍等煤礦采空區(qū)基礎特征資料，并且砌筑材料要滿足強度要求和尺寸要求，施工時，必須清除頂板的危巖及垮落堆積物。該方法施工簡單，質量容易控制，但施工材料進入工作面困難，施工過程隱患大，施工通風、排水等輔助工程費用較高。

4.??? 總結

采空區(qū)塌陷的危害較大，并且還會誘發(fā)其他危害。煤礦開采時，應該加強礦業(yè)安全評價，摸清煤礦采空區(qū)帶來的危害與影響范圍，對已經(jīng)破壞的地區(qū)要綜合治理，未遭到破壞的地區(qū)要提前預防。隨著我國環(huán)保意識增強與技術的提高，將會從治理采空區(qū)塌陷到預防塌陷過渡，合理利用采空區(qū)與充填開采技術將會成為礦山綠色開采的主要方向。

參考文獻：

[1]?? 曹吉林.煤礦采空區(qū)塌陷的原因分析及預防處理措施[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（17）：92-93.

[2]?? 趙子浩，趙新泉，張培磊.煤礦充填開采技術與發(fā)展趨勢[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（23）：20-21.

[3]?? 趙子浩，趙強，魏雅晴.煤礦保水開采技術方法[J].科技經(jīng)濟導刊，2019，27（30）：68.

作者簡介：

趙子浩（1991-），男，山東聊城人，助理工程師，礦業(yè)工程專業(yè)碩士研究生，工程碩士專業(yè)學位，研究方向：綠色開采方法。