龙煤鹤岗矿业公司兴安煤矿 黑龙江鹤岗 154100
摘要：随着我国煤炭开采力度的逐渐增大，因开采而给矿区环境造成沉陷情况也日渐严重，虽然煤炭开采造成的沉陷影响，是无法从根本上消除的，但是只要采取科学有效的防治措施及控制技术，是可以将这种灾害控制在一定范围之内的。而“采—注—跳采”三步法是我国目前煤矿开采沉陷控制的最新方法。鉴于此情况，谈谈我国煤矿开采沉陷有效控制新方法。
关键词：煤矿；开采沉陷；控制；新途径
引言：
我国煤炭资源分布差异大，垂直分布与水平分布广泛，开采条件极其复杂，经常伴有自燃、水害、粉尘、瓦斯突出、地表塌陷等严重问题。在煤矿开采的过程中，重大事故时有发生，地表沉陷造成经济损失与人员伤亡，已成为煤矿开采的重大问题。解决这些问题，不仅需要切实可行的方法，还需要高新技术手段，确保环境与生产供应的协调。
一、开采沉陷造成的影响
经济的不断发展导致社会各方面对能源需求的加剧。因为人类采矿行为造成的地表沉降问题、环境影响问题，极大地破坏了自然界本身的平衡。开采过程中或完成后岩层和地表移动形成的开采沉陷直接或间接地导致土地塌陷、农业减产、耕地减少、交通、住房等建筑破坏，给其他方面的经济建设带来了不可估量的影响，也制约了矿业经济本身的发展。
二、我国当下煤矿开采沉陷控制的方法及效果分析
开采沉陷有两种解决途径，一种是破坏后进行恢复，恢复后再利用整治后的土地。另一种则是开采过程中加以控制，采用技术方法控制地表沉陷速度和程度，最大限度的保护开采过程中对环境的破坏以及因为地表塌陷带来的其他危害。而防止远远大于事后恢复，所以，探索在开采过程中有效治理煤矿的途径。
（一）全部填充开采
全部填充开采是在施工过程中，采空区采用固体填料，减少地表沉陷。通常，煤矿填充开采的方法有风力填充和水沙填充。当煤层顶板坚硬时或者煤层特厚时，则采用风力填充；当煤层缓倾斜时则采用水沙填充。根据需要，不同的充填效果不同。充填采矿法是减少充填开采地表沉陷的最佳途径。但充填采矿需要特殊的设备，也需要大量的填充材料，并且施工过程复杂，因而受到很大的限制。尤其对于刚入行的企业老板来讲，采用此法成本太高。
（二）限厚开采
根据当地煤矿的地理条件以及地面建筑物的抗变形能力，经过精密的分析，得出最适宜开采煤层的厚度，按照得出厚度进行开采，此方法称之为限厚开采。限厚开采可以有效控制地表的沉陷，保护地面建筑物及农业耕地。目前，限厚开采的问题是对于煤层不能进行大量开采，一定程度上造成了资源的浪费，同时对于当地地理条件、地面建筑物和地面农田的要求较高，只适用于对较薄煤层的开采工作。此外，在理论上还有一种协调开采，是通过科学的计算划分开采区域，计算出每个区域最适宜的开采顺序及区域间的相对位置，可将工作时对地层的影响相互抵消，以降低人为施工对于地层的破坏程度，达到保护上部建筑、农田等方面的目的。该方法在实施过程中需要大量高精密的计算，操作性不高，开采区域间还需要保持相应距离。因此，在我国并未应用于实际生产中。
（三）条带开采
条带开采是把被开采的煤层统一为比较整齐的条带形状，运用采一条留一条的方式，让所剩下的条带煤柱能够撑得住覆岩层的重量，地表产生的移动比较小，也比较不容易变形。在我国的大部分矿区，人口居住比较密集，如果都要实行转移，需要一笔很大的开支，在这种情况下，采用条带开采的方法来降低地表沉陷程度，这几年得到了广泛的推广和应用。一般情况下，冒落条带开采的沉陷系数大约在零｜一至零点二之间，差不多是长臂冒采的六分之一至四分之一。
但是，条带开采也存在一些缺点，煤炭的采出率比较低，而长久损失率则比较高，约束了在控制地表沉陷中的大量应用。
（四）覆岩离层带充填
覆岩离层充填是以采空区上方岩层移动特征为基础的，在采煤后的一段时间内，在分离区空间内进行高压注浆、充填、和加固分离区空间，以控制上述空间更加稳定，减缓地表沉降，保护地面建筑物。但此方法对技术要求特别高，而在施工上有一定的难度，而且施工效果还要验证才能知道具体情况。
三、“采～注一采”三步法
（一）工作原理
“采一注一采”三步法吸收了条带开采和充填开采岩层移动和地表沉陷控制技术的优点，充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用，布置条带式工作面跳跃式开采，注浆充填和加固采空区破裂岩体恢复承载能力，应用荷载置换原理，实现对上覆岩层的控制。据此提出“小条带开采一注浆充填固结采空区一剩余条带开采”三步法开采新方法，以解决大面积开采地表沉陷控制和提高煤炭回采率的矛盾问题。其基本内涵是：将开采区布置成类似于条带开采式的宽、窄条带相间的工作面，窄条带工面宽度控制在上覆基岩厚度的l/4～1/6，控制面积采出率不超过35%；宽条带工作面宽度控制在基岩厚度的1/3～1/5。第一步：首先开采窄条带工作面。留煤柱(宽条带)控制覆岩移动，采后覆岩破坏形成自然平衡拱式平衡体系，地表沉陷与变形微乎其微。第二步：注浆充填与固结窄条带采空区垮落、断裂带破裂岩体。注浆材料选用成本较低的粉煤灰一高水材料(水泥)或砂一高水材料(水泥)复合浆液，将采空区及其上覆破裂岩体固结为一个整体，恢复其承载能力。第三步：开采剩余的宽条带煤柱。为保证固结破裂岩体支撑带的稳定性和减轻注浆、冒矸对煤炭质量的影响，便于掘进上、下顺槽及保证其稳定性，在宽条带开采时，两侧各留一宽5m左右的小条形隔离煤柱。利用恢复承载能力的复合固结岩体条带支撑上覆岩层，实现荷载转移，形成以小煤柱包裹的复合固结岩体条带支撑、老顶砌体梁和上部完整岩层为主要结构的覆岩移动与稳定体系，地表将形成类似于条带开采的大面积平缓下沉状态，达到降低地表沉陷量、减小地表变形值的目的。初步预计，采用这种方法控制地表沉陷，最终可将地表下沉率控制在25%左右，工作面面积采出率达到80%～90%，接近常规的大面积长壁工作面的采出率。
（二）“采-注—采”可行性分析
从控制地表沉陷的角度来看,“采-注-采”三步法能大大减少开采过程中对地层条件的破坏,即使小条带早期开采存在少量地表沉陷,但仍处于可接受的水平，能级范围。通过有效地控制地表沉降,减轻了煤矿开采对地质环境带来的影响,保护了地面环境和建筑物。从煤层开采程度来看,总体上可大面积开采煤层,可大大提高煤层的开采速度。对于单区工程,施工工艺要求不高,灌浆加固区技术要求和过程控制也不太高。可以减少地面沉降控制引起的施工效率降低。因此,该方法具有较强的可实施性,协调矿山生产与环境保护之间的矛盾,是一种很有前途的技术手段,对中国社会的可持续发展具有很高的价值,值得广大矿山企业推广。
四、结束语
随着我国科学技术的不断发展及各大研究学者的不懈努力，“采-注-跳采”三步法的出现是具有必然性的，使用此类三步法进行开采，可以减少对地面建筑物的损害程度，把这损害程度控制在最小范围内，并且可以把地表的下沉率控制在26%左右，因此“采-注-跳采”三步法必然会取代传统的煤矿开采沉陷控制方法，同时希望通过本文使更多煤矿企业应用“采-注-跳采”三步法，从而更好保护矿区环境。
参考文献：
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