煤炭开采引起地面沉陷的防控和治理
宋正标，孙建国，张宪新
（微山湖矿业集团有限公司泗河煤矿，山东微山272195）
摘要矿山生态环境保护与恢复治理是一项系统工程，采矿沉陷治理的最终目标是恢复因采矿而破坏土地，保障采矿—土地利用持续发展。

该文围绕如何降低开采沉陷，减少地表破坏，保护矿区环境，提出了具体的预防及治理技术。

关键词沉陷控制充填开采土地复垦
中图分类号TD325+．4；TD88文献标识码A
1沉陷防控的技术途径
沉陷破坏的防控技术途径的研究和应用目前主要集中在两个方面：（1）主动防控：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）被动防控：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。

1．1充填开采
充填开采是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，及时修复因采矿活动而改变的地质构造，保持原始的岩石力学平衡状态不被破坏，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的一种开采方法。

目前使用较多的主要是水沙充填法和矸石自溜充填，其中水沙
*收稿日期：2011－06－01
作者简介：宋正标（1976－），男，本科学历，毕业于山东理工大学采矿工程专业，现任山东省微山湖矿业集团有限公司泗河煤矿安全科科长，助理工程师。

充填法较为简单易行。

充填开采相比于直接赔偿和治理塌陷区来说比较经济可行，具有很好的推广价值。

目前已经出现以胶结充填、高水材料充填为研究方向的充填开采新技术，试验数据表明地表的下沉量显著减少，适宜于3 6m采高。

1．2房柱开采法开采
房柱式采煤法是在煤层内开掘有一定宽度的煤房，煤房间用联络巷相连，形成近似于长条形的煤柱，煤柱的宽度由数m到数十m不等。

由于房式采煤法属于部分回采，仅是部分地采出地下煤炭资源，留设的一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层，能够有效地控制覆岩移动，减少地表的移动和变形，实现对地面建、构筑物的保护，比较适合于不能搬迁又不便加固维修的密集建筑物下（如乡村）采煤。

但该采煤方法采出率低、巷道掘进多、不便于安全管理，且工作面搬家频繁、效率比较低下。

1．3覆岩离层带充填
煤矿及其它矿物被开采后形成采空区，在煤层上覆岩土层中自煤层顶板向上形成“三带”———垮落带、导水裂缝带和弯曲下沉带（如图1所示），最终引起地面沉陷，导致地表下沉、倾斜变形、水平移动及非连续变形等，在地表形成比采空区面积大得多的塌陷区。

浆观测，CO呈下降趋势。

从2004年1月下旬打钻孔注浆到4月中旬共注粉煤灰200T、白灰200T，CO绝迹，保证了该区右五段的顺利开采，该区已于2004年4月下旬开采结束，达到了防火保生产的目的。

4注意事项
通过对该区采取防火新工艺的一些做法，认为在实际操作过程中应注意几点：
⑴必须定期检修泵体，对泵加强维护和保养。

⑵压力表必须定期检定，确保正常运转。

⑶管路必须在注浆前后冲洗，保证畅通。

⑷注浆管与钻孔接头必须严密不漏，防止漏灰或卸压。

5一点体会
（1）该泥浆泵压力比较大，达2MPa，泥浆能充满压到浮煤和煤体整个裂隙内，使煤体的氧化层加厚，使煤体与空气彻底隔绝，达到防火目的。

（2）注浆浓度高不需要疏水，前期起到煤体注水、软化作用，边生产边施工，不影响生产。

（3）粉煤灰具有较低水泥的标号，白灰浆形成固体的碳酸钙，充分凝固到煤体及裂隙中，形成永久固体保护层。

（4）由于注灰量大，人工搅拌费时，劳动强度大，搅拌不均匀，以后的工作中改进用机械搅拌。

在煤炭采出后一定时间间隔内，采用钻机打钻经钻孔
往离层带空间高压注浆、
充填，加固离层带空间，将受采动影响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。

目前该技术尚不
成熟，
我国还没有进行这种技术大规模应用，但山东部分矿区进行了“覆岩离层注浆”技术试验，减沉效果明显，简单易行，是地表沉陷治理的一种新方法。

图1
开采沉陷覆岩“三带”分布示意图
1．4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。

1．5
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。

1．6“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，有效的实现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。

2土地复垦治理
2．1
煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦
（1）以往一直都是采取向地面矸石山排放矸石的方式，不但占用耕地、污染环境、而且还有煤矸自燃和矸石山垮塌危险。

塌陷区经过矸石回填以后，大部分可以恢复为良田耕种作物，既可使受采煤破坏的土地得到恢复，又能减少矸石的额外占地。

在对土壤进行改良后，可以进行绿化、种植适宜生长的经济林等。

（2）利用电厂的废弃物－粉煤灰充填沉陷区复垦
土地，
可以化两害（沉陷区、粉煤灰）为三利（电厂、煤矿、农民三方面有利）。

利用粉煤灰充填塌陷区或沟谷造地，必须先进行消毒处理，再在其上面覆盖一层腐殖土，稍事夯实，就可以进行有计划的耕种和建造简易建筑物。

2．2
平地和修建梯田复垦
对积水沉陷区、潜水位较低的边坡地带，可采取平
整土地、
改造成梯田的方法复垦利用。

梯田的水平宽度和梯坎高度，应根据地面坡度陡缓、土层薄厚、工程
量大小、作物种类、耕种机械化程度综合考虑确定，田间坡度的大小和坡向，应根据原始坡度的大小、有无灌溉条件、复垦土地用途来决定。

2．3
输排法复垦
对于潜水位较低且沉陷不严重的沉陷区采取开挖排水渠道，将沉陷区浅积水引入河流、湖泊、坑塘、水库等，使沉陷水淹地重新得到耕种，也可以作为灌溉蓄水池加以利用。

2．4
积水区综合利用技术
运用人工或机械方法，将局部积水集聚较多的大塌陷区域再挖深，进行渔业养殖、蓄水灌溉等。

对地面大面积积水和积水深度很大的沉陷区进行科学的综合利用，发展网箱养鱼、围栏养鱼、蓄洪作灌溉水源、建造水上公园、农家休闲娱乐山庄等，发展多种经营。

用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区，使其成为可耕种的土地。

经夯实、平整，可以在上面建房、建村（低矮建筑）。

2．5
固体微生物复垦技术
对矸石山煤矸石添加适量微生物活化剂，经过一个植物生长期（约6个月）就可建立起稳固的植物生长层，应用土壤改良技术，在较短的时间里将矸石山改良成适合于普通植物生长的载体。

3
结束语
开采沉陷对土地资源和环境的破坏在实际生产活
动中不可避免。

在目前有限的技术条件下，所能做的就是根据各矿区的实际情况和条件合理地应用控制开采沉陷技术和矿区生态复垦技术等多学科知识，加强对地表塌陷的综合治理和开发利用，尽可能地减少对土地资源和环境的破坏，节约土地，保护环境。

参考文献：
［1］郭广礼，王悦汉，马占国．《煤矿开采沉陷有效控制的新途径》［J ］．徐州：中国矿业大学报，2004．3（3）．151 153．［2］刘过兵．《采矿新技术》［M ］．北京：煤炭工业出版社．。