矿区地面沉陷控制与防治技术研究
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摘要：地面沉陷是煤矿开采危害之一，开采沉陷造成的矿区环境灾害日益突出，必须采取措施进行治理。简要论述了开采引起地面沉陷的控制技术，并进行了某煤矿地面沉陷治理工程设计，有效的控制和减轻地面沉陷程度，避免造成进一步的开采沉陷环境灾害。
关键词：煤矿开采;地面沉陷;控制技术
煤矿开采引起的地面沉陷问题越来越受到人们的关注，因此对矿区地面沉陷控制与防治技术的研究也急不可待。地面沉陷的治理方法主要有可以从两方面进行考虑：即对开采引起地面沉陷的控制和地面沉陷破坏的恢复、整治。其中恢复整治仅仅是对开采引起地面沉陷后的地表进行修复、绿化等，不能从根本上对开采引起地面沉陷进行控制。而对开采引起地面沉陷的控制是靠改变采空区上覆岩土层的受力状态来达到减少沉陷的目的，因而可以从根源上减少开采引起地面沉陷，达到保护地面建筑物，减小土地破坏的效果。
1对开采引起地面沉陷的控制技术
对开采引起地面沉陷的控制主要有以下方法。
（1）崩落法：崩落空区是采用爆破崩落采空区上盘围岩，使岩石充满采空区或形成缓冲岩石垫层，以改变围岩应力分布状态，达到有效控制地压的目的。
（2）加固法：加固法一般是对采空区围岩进行加固，改变围岩力学状态，从而达到治理效果，属于被动支护。该方法减缓顶板冒落时造成的冲击，有效地控制了地压。
（3）采空区充填法：当其他条件不变时，开采厚度与地表的变形、移动值成正比。对采空区进行充填减小采空区的高度，相当于减小了矿产的开采厚度。该方法支撑上覆岩层的部分重力和抵抗采空区围岩的闭合的作用，從而能根本性的减小开采引起地面沉陷问题。
（4）注浆加固法：注浆法是对土层界面或岩层的空隙或采空区的垮落带注入浆液材料，改善岩土结构的力学性能如硬度、渗透性，恢复和提高其整体性，确保地表建筑安全使用。
2某煤矿地面沉陷防治工程设计
2.1治理原则
某露天矿局部区域采空区未进入稳定时期，地面沉陷区域存在不稳定高陡边坡，其对边坡稳定性有较大影响，为消除不稳定边坡破坏（崩塌或滑坡）对坑内公路、行人造成的威胁，需设置控制技术防治工程。治理的思路根据分析区域不同考虑采用边坡整形及注浆加固。治理方案的原则是：科学、经济、合理、美观并且便于施工。
2.2边坡整形工程
边坡整形是削掉非稳定边坡的部分岩土体，以减缓坡度，削减助滑力，从而保持坡体稳定。由于该露天煤矿地下采空区部分已进入稳定时期，因此应需要针对具体的局部不稳定区开展治理，不宜采用大范围大体积削坡工程。
初步确定边坡整形设计参数为：边坡垂直坡高5-14m，水平台阶宽3-30m，坡角25-35°之间。平盘采用反坡式平盘，平盘内侧倾斜5%，这样不仅可以减少其蓄水量，还可以当发生暴雨时，积攒过多的雨水由平盘内侧安全排至附近竖向排水沟，减少对台阶坡面的直接冲刷。如左图所示。
2.3注浆加固工程
该矿采空区未进入稳定时期的地面沉陷区，引起地表多处变形和采空区塌陷，影响路基稳定，危害人民生命财产安全，引发后果严重。此外该矿地面沉陷区可能引起边坡大面积滑坡和泥石流，严重威胁矿坑安全。因此应针对于局部重点保护区域，开展注浆加固工程，通过治理，可消除采空区对路基稳定性的隐患，确保车辆行驶安全。
具体技术要求如下：
（1）注浆材料。采空区注浆用水pH值大于4。水泥标号不应低于32.5号，应优先选用矿渣水泥。注浆用的水泥必须符合国家质量标准。粉煤灰应符合国家二、三级的质量标准。骨料中的砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于25mm，有机物含量不宜大于3%，石屑或矿渣最大粒径一般情况下不宜大于1.0cm，有机物含量不宜大于3%。
（2）钻孔结构。注浆孔或帷幕孔应钻至采空区（或煤层）底板以下3m处。钻孔开孔孔径宜控制在130-150mm之间，变径后，终孔孔径不应小于91mm，钻孔每50m测斜一次，每百米孔斜不应超过2°。应选用直径不小于φ50mm或φ127mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于φ89mm。
（3）钻孔布置。注浆孔（或帷幕孔）的排距、孔距一般经现场试验确定。当无法进行试验时，宜根据覆岩地层结构及岩性、煤层采出率、垮落带和断裂带的空隙、裂隙之间的连通性等，并参照经验值设计。当煤层采出率大、顶板坚硬、垮落带和断裂带的演示空隙、裂隙间连通性好，可取大值，反之则取小值。当采空垮落带和断裂带吸浆较大，取大值，否则取小值。当采空区位于一般路段时，可取大值，反之则取小值。
3结论
此次进行地陷防治的煤矿及周边的井工矿数量众多，开采历史较久，采空区及巷道错综复杂，因此采用对开采引起地面沉陷的控制较为困难，主要以开采引起地面沉陷破坏的恢复和整治技术为主。此次治理的思路根据分析区域不同考虑采用边坡整形及注浆加固，采取措施后的效果如何还需要后续进行论证。
参考文献：
[1]陈云鹏.水平煤层开采引起地面沉陷预测及控制效果研究[D].长安大学，2012.
[2]黄宝柱.注浆技术在地面沉陷控制中的研究与应用[J].矿山测量，2015（06）：30-33.
[3]张艳文.煤矿开采引起地面沉陷的综合治理[J].能源与节能，2015（03）：26-28.
[4]郝伟.某选煤厂中煤仓地基变形分析[D].长安大学，2014.
[5]郭海名.浅谈煤矿开采沉陷防治和控制技术[J].黑龙江科技信息，2015（33）：57.
[6]鲁忠和.煤矿开采沉陷防治与控制技术[J].科技资讯，2008（29）：77.
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