“三下一上”采煤與開(kāi)采沉陷關(guān)系分析

【摘要】開(kāi)采沉陷破壞礦區(qū)環(huán)境，造成地表建筑物（如房屋、鐵路、橋梁、高速公路等）的損壞，使巖層和地表產(chǎn)生連續(xù)的移動(dòng)、變形和非連續(xù)的破壞（開(kāi)裂、冒落等），通過(guò)對(duì)“三下一上”采煤特點(diǎn)分析，提出開(kāi)采沉陷的預(yù)防保護(hù)措施放法。

【關(guān)鍵詞】三下一上；開(kāi)采沉陷

礦山地下開(kāi)采引起的覆巖及地表沉陷，稱為開(kāi)采沉陷?！叭乱簧稀辈擅菏侵冈诮ㄖ锵?、鐵路下、水體下和承壓水體上采煤。建筑物包括工業(yè)與民用建筑物、城鎮(zhèn)村莊等。鐵路也是地面建筑物，但由于它的特殊性，我國(guó)習(xí)慣上把鐵路單獨(dú)作為一種研究對(duì)象來(lái)處理。水體則指地面江河、湖泊、海洋、蓄水庫(kù)、灌溉渠等。承壓水體是指在開(kāi)采煤層底板中，存在高壓力、對(duì)煤層開(kāi)采有威脅的含水層。

在建筑物下和鐵路下采煤時(shí)，既要保證建筑物和鐵路不會(huì)受到開(kāi)采影響而破壞，又要盡量多采出煤炭。在水體下采煤和承壓水體上采煤時(shí)，則要防止礦井發(fā)生突水事故，保證礦井安全生產(chǎn)，還要保證地面水庫(kù)、運(yùn)河等不受開(kāi)采影響而破壞。

1.建筑物下采煤與開(kāi)采沉陷關(guān)系分析

地下煤層采出之后，采空區(qū)周圍巖層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，從而發(fā)生移動(dòng)、變形和破壞，這一過(guò)程稱巖層移動(dòng)。地面建筑物在采動(dòng)影響下所遭受的破壞程度主要取決于地表移動(dòng)和變形的大小和建筑物抵抗變形的能力。因此，在建筑物下采煤，除應(yīng)設(shè)法減少地表移動(dòng)和變形對(duì)建筑物的影響外，還要注重建筑物本身的設(shè)計(jì)和加固措施。

為了減少開(kāi)采引起的地表下沉，可采用房式采煤法。也可采用條帶式采煤法，即在開(kāi)采范圍內(nèi)，沿煤層走向或傾斜方向?qū)⒚簩觿澐譃槿舾蓚€(gè)條帶，采出一條，保留一條，相間排列。依靠保留的條帶煤柱支撐上覆巖層的載荷，以控制巖層移動(dòng)，使地表移動(dòng)變形減小，達(dá)到保護(hù)建筑物的目的。條帶式采煤法可沿煤層傾斜劃分條帶，稱為走向條帶，也可沿煤層走向劃分條帶，稱為傾斜條帶。走向條帶和傾斜條帶的選擇，應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件、掘進(jìn)工程量的大小及工作面搬家次數(shù)等因素確定。

對(duì)于緩傾斜及急傾斜厚煤層開(kāi)采，采用分層分采方案可以減小地表一次下沉對(duì)地面建筑物的影響。

當(dāng)幾個(gè)煤層（分層）或同一煤層的幾個(gè)工作面同時(shí)開(kāi)采時(shí)，應(yīng)選擇合理的開(kāi)采順序，控制各煤層（分層）工作面之間錯(cuò)距，以減小不同煤層（分層）不同工作面同時(shí)開(kāi)采造成地表變形的疊加。

當(dāng)?shù)孛嬗薪ㄖ锶簳r(shí)，工作面應(yīng)平行于大多數(shù)建筑物的長(zhǎng)軸布置，以使大多數(shù)建筑物具有較強(qiáng)的抗變形能力。

2.鐵路下采煤與開(kāi)采沉陷關(guān)系分析

鐵路下采煤包括在鐵道線路、橋涵、隧道下的采煤。我國(guó)有不少礦區(qū)在礦區(qū)專用鐵路、國(guó)家鐵路干線和鐵路支線下采煤。目前我國(guó)大多數(shù)礦區(qū)鐵路線下已不留設(shè)安全保護(hù)煤柱。

鐵路是一種特殊的構(gòu)筑物，在鐵路下采煤必須保證安全和正常行車。地下開(kāi)采首先要保證不會(huì)導(dǎo)致鐵路線路發(fā)生突然變化，如路基的突然坍塌等。同時(shí)還要通過(guò)正常的維修及時(shí)清除開(kāi)采引起的線路各部分的變形。使線路始終符合國(guó)家規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。為了保證鐵路暢通無(wú)阻，安全正常運(yùn)行，應(yīng)從兩方面采取必要的措施：一方面應(yīng)保證開(kāi)采所引起的地表移動(dòng)和變形是連續(xù)、平緩發(fā)展的，使鐵路的變形處于漸變的狀態(tài)下，而不出現(xiàn)突變現(xiàn)象，并應(yīng)盡量減少地表的變形程度，以減少線路的維修工程量。另一方面，必須及時(shí)維修和調(diào)整線路，以消除開(kāi)采引起的變形。

為了保證安全、正常行車，開(kāi)采急傾斜煤層時(shí)。在露頭處要留有足夠尺寸的煤柱，防止采區(qū)上部煤柱的抽冒。淺部非正規(guī)采過(guò)的老空區(qū)，要嚴(yán)防受到重復(fù)采動(dòng)或水文地質(zhì)條件變化時(shí)，地面線路突然出現(xiàn)坍塌。可采用房式采煤法或條帶式采煤法，以減小地表下沉。

3.水體下采煤與開(kāi)采沉陷關(guān)系分析

礦區(qū)水體包括地表水體，第四紀(jì)、第三紀(jì)松散含水層及基巖含水層。在水體下采煤時(shí)，開(kāi)采引起的上覆巖層破壞可能造成水和流沙涌入井下，威脅礦井安全生產(chǎn)。

開(kāi)采時(shí)可采用房式采煤法、條帶式采煤法或全部充填法處理采空區(qū)，以減少頂板垮落范圍或開(kāi)采裂隙將水導(dǎo)入井下。

4.承壓水體上采煤特點(diǎn)與開(kāi)采沉陷關(guān)系分析

在我國(guó)許多產(chǎn)煤地區(qū)，開(kāi)采石炭二疊系煤層。煤層的基底為厚度很大、巖溶裂隙發(fā)育、含水量極大的奧陶系石灰?guī)r。當(dāng)遇有構(gòu)造裂隙時(shí)，與上部的巖層聯(lián)通，而發(fā)生水力聯(lián)系，造成底板突水事故。

承壓水體上采煤時(shí)，首先要查清開(kāi)采區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)情況，如含水層與隔水層的賦存特征及巖溶發(fā)育分布規(guī)律，承壓水的徑流、賦存及補(bǔ)給能源，然后對(duì)受承壓水威脅的煤層進(jìn)行全面規(guī)劃，劃分成不同的水文地質(zhì)單元進(jìn)行開(kāi)采。開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)采取必要的安全技術(shù)措施，如采區(qū)巷道應(yīng)盡可能少穿過(guò)斷層，減小巷道交岔點(diǎn)，在采區(qū)間要留設(shè)隔離煤柱；可采用充填開(kāi)采或部分開(kāi)采，以減小支承壓力對(duì)底板的破壞作用；開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持超前探水，并設(shè)置井上下水文工程設(shè)施，隨時(shí)掌握承壓水的動(dòng)態(tài)和變化規(guī)律。必要時(shí)，通過(guò)鉆孔進(jìn)行注漿，堵塞石灰?guī)r溶洞。

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作者簡(jiǎn)介：張繼周（1973—），男，陜西合陽(yáng)人，徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校高級(jí)講師。