采空区地表沉陷规律的研究
浅析煤矿采空区地表沉陷预防及应对措施
面构 筑 物 ， 要 在建 设前 期 加强 构筑 物抗 沉 陷的 能力 。对
响地面水体 、 土壤 、 植被 的依 附环境 ， 加速植被 、 耕地的 退化 ， 污染周围居民的生活用水 ， 增加煤矿开采 的生产
难 度和 生产 成本 。
于采空区构筑物的基础， 除了要有满足设计要求的强
度 、刚度 和 承载 能力 外 ， 还 应具 有 一 定 的适 应地 表 变 形 的能力 ，以抵抗 或部 分 吸收 地表 变形 ， 使 构筑 物上 部 结
２ ． ３ 诱 发 二次 地质 灾 害
物 安 全 隐患 ，造 成大 量 土地 资 源 的浪 费 和人 民群众 财 产 的不必要 损失 。因此 ， 如何 预 防并 治理好 煤 矿采 空 区 的沉 陷 问题 ， 势必 会关 系到 煤炭 资 源 的安 全 、 绿 色 开发 及 国家 经济 、 社会 、 生 态 的健康 发展 。
作者简介 ： 李旭 （ １ ９ ７ ８ 一 ） ， 男， 汉族 ， 山西 太 原 人 ， 在读 研 究 生 ， 主 要研 究方 向 ： 煤炭资源高效开采。
２７
环 境 科 学
水体疏干 、 污染 以及 开 采矿 井 透水 等 灾 害事 故 ， 直 接影
２ ０ １ ４ 年（ 第４ ３ 卷） 第１ ｌ 期
危害 ， 文章从技术 、 政策 、 法律等层 面提 出了一些预 防及应对措施 。 关键词 ： 采空 区； 沉 陷ห้องสมุดไป่ตู้； 构筑物 ； 复垦 ； 生态环境
１ 概 述
随着 我 国 国 民经济 的飞速 发 展 ，对 于 能源 的消耗
陷 的矿 山 中 ， 约有 ９ ０ ％是 煤 矿 。
煤 矿采 空 区 的地 表沉 陷 ，对 于 生 产活 动 及环 境 的 危害 主要 体现 在如 下几 个方 面 。 ２ ． １ 损毁 地表 人工 构筑 物
采空区地表沉降变形规律研究
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第06期·35·文章编号：2095－6835（2021）06－0035－03采空区地表沉降变形规律研究王亚林，郑周（江苏省第二地质工程勘察院，江苏徐州221000）摘要：通过理论分析、采空区实测数据以及灰色模型模拟方法的结合，对张双楼煤矿采空区上方的光伏发电项目沉降变形进行分析研究，发现地表移动形变的延续时间与地表整体的不均匀沉降具有相当密切的联系，利用灰色模型理论对未来沉降量模拟预测，预测结果较好，有助于更好地服务指导矿区的开采、采空区域的二次开发、沉陷灾害控制与环境保护等，并为相似条件下的矿区的发展和保护提供一定的参考。
关键词：灰色模型；移动形变；延续时间；沉降中图分类号：TU196文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.06.011一光伏发电项目位于位于徐州矿务集团张双楼煤矿采空区上方，地下煤层开采后，地表发生了较为明显的移动变形，主要表现为整体沉降下的局部不均匀连续沉降，未出现塌陷坑、地裂缝、台阶等非连续变形现象[1]。
分析研究该采空区地表变形的特征，以及局部不均匀连续沉降对光伏发电运营的影响程度，有助于更好地指导矿区的开采、采空区的二次开发利用、沉陷灾害控制与环境保护等[2]。
1地表沉降观测点的布置矿区平面如图1所示。
由资料可知，张双楼矿区煤层赋存于二叠系山西组和石炭系太原组，其中可采煤层为4层，分别为7煤、9煤、17煤和21煤，倾角范围15°～33°，基本属于缓倾斜煤层。
在采空和未来采空影响区域内共埋设沉降观测点375个，一期238个全部位于7煤工作面上方，二期137个部分位于7煤、9煤工作面上方。
实际观测点布置如图所示，进行了18个月的沉降观测，共计8期，并在矿区后续开采过程中会对沉降点持续测量。
图1矿区平面示意图监测点均匀分布在采空区影响的光伏发电项目区域内，对于项目区域内的地表的变化情况能较为直观地表现出来。
绿色矿山密实充填开采地表沉陷规律研究
绿色矿山密实充填开采地表沉陷规律研究摘要为保护地表建筑物、农田、河流及主要井巷，在城镇范围内留设了大量优质煤柱资源。
该部分矿量属于典型的“三下”开采，因此如何在保证地表及矿山主要井巷安全的前提下，最大限度地回收优质的煤炭资源，对矿山可持续发展意义重大。
我矿充分借鉴其它煤矿连采连充技术，利用煤矸石作为充填骨料，实现高浓度充填，解决煤矸石地表堆放难题、消除环境污染、解放保安煤柱、减轻地表沉降对地表建构筑物的损坏，提高安全开采保障程度和资源回收率。
关键词绿色矿山密实充填地表沉降一、密实充填开采的背景充填采矿法由于能够确保“三下”开采安全，最大限度地回收矿产资源，保护地下、地表环境，特别是近些年来，由于充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步、充填成本的不断降低及其无可替代的优势，密实充填开采方法在煤矿开采中有很大的优势。
目前，由于存在以下难题，矿山可持续发展受到一定程度的制约：1、由于多年的强化开采，掘进产生的煤矸石日益增多（按12%的煤矸石产出率，每年新增煤矸石近20万吨），现有煤矸石山容积已近饱和，如何为新增煤矸石堆放寻找出路成为当务之急。
2、煤矸石山位于城区内，靠近柴汶河，对城镇环境和柴汶河水系造成严重污染。
如果能够将这部分煤矸石彻底消化，不仅可以恢复宝贵的土地资源，创造显著的经济效益（按每亩土地20万元计算，占地近200亩的煤矸石山占用资金4000万元），而且会对保护环境、创建绿色矿山作出重大贡献，经济效益、社会效益和环境效益显著。
3、为保护地表建筑物、农田、柴汶河及主要井巷，在城镇范围内留设了大量优质保安煤柱。
由于该部分矿量属于典型的“三下”开采，因此如何在保证地表及矿山主要井巷安全的前提下，最大限度地回收这部分宝贵的煤炭资源，对矿山可持续发展意义重大。
二、开采方法的调研及开采沉降的分析论证1、密实充填开采试验区开采设计方案充填开采试验区位于-210水平西部，开采范围：东至-210～-600原皮带井保安煤柱线，西至充填联络巷，南至矸石充填运输巷，北至矸石充填回风巷。
充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律
充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律
1.采空区范围：
采空区是指煤矿开采后留下的空洞空间，采空区范围的大小和形状直接影响着地表沉
陷的程度。
较大的采空区范围会导致更为显著的地表沉陷，因此采空区范围是影响沉陷的
主要因素之一。
2.充填体性质：
充填体的性质对于地表沉陷的影响至关重要。
充填体的强度、厚度、密实度以及变形
特性都会直接影响地表沉陷的情况。
一般来说，较为坚实的充填体可以有效减缓地表沉陷
的速度和程度。
3.开采方式和工艺：
不同的开采方式和工艺会对地表沉陷产生不同的影响。
采煤工艺中的采高采宽比、回
采方式、支护方式等都会对地表沉陷产生较大影响。
4.地质条件：
地质条件是影响地表沉陷的重要因素之一。
地表沉陷的程度与地下岩层的性质、构造
形态、地下水位等都密切相关。
5.采煤深度：
采煤深度是直接影响地表沉陷程度的主要因素之一。
一般来说，采煤深度越大，地表
沉陷的程度就越严重。
二、充填采煤开采沉陷影响规律
5.充填采煤开采对地表建筑和地下管线的影响：
充填采煤开采引起的地表沉陷对周围的建筑、道路、地下管线等都会产生严重的影响。
充填采煤开采沉陷的影响规律对于保护地表建筑和地下管线具有重要意义。
充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律是一个复杂而又重要的问题。
研究这一问题
对于指导煤矿生产、保护地表建筑和地下管线、保证矿山安全和改善生态环境都具有重要
意义。
希望各界能够加大对于这一问题的研究力度，为充填采煤开采沉陷问题的解决提供
更为科学的依据。
采矿区塌陷及沉陷区治理方式探析
采矿区塌陷及沉陷区治理方式探析摘要：地表沉陷是由采矿采空区所引发的，随着大规模的煤炭从地下采出，采空区范围不断扩大和加深，必然会导致严重的地质环境问题的发生。
我国部分地区由采矿区引发的地质环境问题首当其冲，塌陷坑、地裂缝、沉陷区等所造成环境危害和修复难度也最大，通过加强采矿区塌陷及沉陷区治理方式的深入研究与探讨，对采空区地面沉陷区的形成与治理方式进行了初步探讨，为其综合治理提供了一些方法，对实现绿色矿山建设和可持续发展具有十分重要的意义。
关键词：采矿区；塌陷；沉陷区；治理方式引言在实际开展采矿沉陷区治理工作的过程中，相关人员应该有效结合采矿沉陷区所属类型和当地实际情况，选择适宜的综合治理模式，不但要有效地修复自然生态系统，还要为整个矿区可持续发展提供有效保障。
1采矿区塌陷及沉陷区的形成及危害沉陷区形成原因主要有两点：第一，大面积长时间的采矿开采，地下逐渐形成了采空区，采矿区内岩层稳定性变差，易导致岩层断裂、弯曲，地表水平及垂直移动等现象；第二，因开采矿区的水文地质条件影响比较复杂，受采空扰动的影响，巷道顶板塌落，形成采矿区。
由于沉陷区的形成改变了水文地质条件，地表水系受到破坏，周围水系受到严重影响，特别是对于平原矿区，地下水位较浅且降水集中，随着采矿区形成，地表会形成沉陷水域，进一步使沉陷区内可利用土地面积减少，自然景观被破坏，动植物栖息环境受影响，生物多样性锐减，因此对于沉陷区治理迫在眉睫。
2采矿区形成过程采矿区是指在采矿作业过程中，将地下煤炭或煤岩石等开采完成后留下的空洞或空腔。
在采矿工程开采过程需要将地下煤炭资源开采运走，一般会在掘进过程中，采用类似道路上过山隧道方法，逐步打通地下煤炭所在位置到采矿井口间的隧道，一般会将开采过程中遇到的矿石、煤炭等运送到地面，以便形成合理的运送和开采作业面，随着煤炭和其他矿石的不断运出，地下形成了采矿区。
由于开采工艺和使用技术不同，采矿区略有差别，一般会以采矿井口为中心，向煤炭资源存储点形成采煤巷道，采煤巷道类似过山隧道的形状。
采空区塌陷规律资料
采空区塌陷规律资料第一章绪论研究背景随着国民经济的快速发展，对矿产资源需求口益增加，伴随着矿石的开采人们获得了巨大的经济效益，然而采空区安全问题口益突出。
部分矿山采用空场采矿法开采，矿体开采后，形成了大面积采空区，随着采空区规模的扩大，采空区地压不断增加，局部出现应力集中现象，采空区局部冒落，矿柱变形并破坏，最终有可能导致采空区塌陷，严重威胁到矿山的安全生产。
近几十年来，采空区冒顶塌陷事故不断，造成了重大人员伤亡和经济损失，部分采空区现状己成为矿山安全生产的重大隐患，采空区塌陷己成为矿山生产的重要地质灾害之一「1-3] 以大冶桃花山矿采空区塌陷事故为例，该矿山采用空场采矿法，经过多年开采，己形成多水平大面积采空区。
由于回采结束后采空区缺乏有效支护手段，1998年至2003年矿山共发生过六次采空区塌陷事故，上下采空区连通且塌陷至地表，形成了一个长约70- 80 米，宽约30-}-50米，50米深，面积约3000平方米的近似圆形塌陷坑，给矿山生产带来了巨大经济损失[[4-6]采空区塌陷是一个复杂的力学时空过程，矿山岩体复杂，影响因素极多，解决这类问题需要进行全面系统的研究。
研究采空区塌陷规律，可以找出矿山采空区塌陷的主要影响因素，判断塌陷区的发展趋势以及现有采空区的稳定性，为采空区塌陷预警、采矿工程设计、采空区治理工作、采空区安全评价等提供理论依据。
准确的采空区塌陷规律研究对矿山安全和生产具有重大作用，准确的研究结果可保证最大限度的回收国家矿产资源，避免资源的浪费，为矿山带来巨大经济效益，同时可指导矿山生产的安全进行，预防塌陷事故的发生和降低塌陷事故带来的危害。
因此，在地下采矿形成大规模采空区时，掌握采空区塌陷规律，对矿山安全生产的顺利进行具有重要意义[7]。
2国内外研究现状采空区塌陷规律的研究，是矿山重要课题之一。
采空区塌陷问题研究的重点是采空区顶底板的管理、采空区围岩的控制、采空区上覆岩层移动规律和采空区地压活动所导致灾害的控制及地表沉陷的控制。
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
海如拉·热合曼
（新疆煤田灭火工程局，新疆 乌鲁木齐 830063）
摘要：煤矿采空区地表塌陷危险预测具有综合性的特点，相关部门需根据煤层深度、覆盖变化、工程地
质条件等，搜集完备的数据，进行先期预测判断，多角度分析煤层开采对环境的影响程度，并提出相应的解
针对煤矿开采，施工部门必须准确分析采空区地表塌陷 的原因，设计合理的解决方案，同时根据采空区结构与煤 层分布，进行全面控制与精确预测，确保开采工作的有序 进行，促进煤矿产业的平稳发展。实际调查发现，现在大 多数的煤矿开发企业都没有重视施工预案的安排，没有考 虑开采中可能出现的突发情况，如地表塌陷、煤层陷落等 问题。从施工角度分析，造成采空区地表塌陷的因素有很 多，施工人员操作不当、施工步骤环节分布错误、监督检 测缺失、环境考察不到位等等。所以，不管在开采前还是 开采后，都必须派施工队检测地质结构，整合信息数据， 并结合煤矿开采的实际情况做好预报工作，提升整个施工 的安全性。
降速率。同时，监管部门需定时观测搜集地表塌陷的程 度，制作成表格，以便后期分析核对，完善施工计划。其 中，最为关键的是采空塌陷区的矿坑信息调查，技术人员 可以利用无线探测仪来勘测采空区矿坑的分布位置、构造 破碎情况、蚀变带和节理裂隙，导入数据库形成三维动画 图，技术部门便可以参照这些信息数据来预测判断地表塌 陷情况，从而合理制定解决方案。 3.3 正确处理地表塌陷问题，确保煤矿资源有序开采
易出现地面凹陷。根据实地调研和资料分析，山西地带煤矿 开采的深度大，形成“U”型凹陷形态，逐渐发育成冒落带。
2）如果进行多层开采，机械开采工具会造成岩土层松 动，稳定性下降，采空区的空间位置也会越来越小，地面 塌陷的系数也越来越高。根据各类数据来看，矿层一般分 为6层，如果不断开采挖掘，则导致整个采空区内部沉陷， 继而发生安全事故。
采空区地表沉陷及移动规律的数值模拟(1)
ＩＳＳＮ１６７ｌ一２９００ＣＮ４３—１３４７／ＴＤ采矿技术第８卷第４期ＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖ０１．８，Ｎｏ．４２００８年７月Ｊｕｌ．２００８采空区地表沉陷及移动规律的数值模拟金爱兵，明世祥，孙金海（北京科技大学土木与环境工程学院，北京１０００８３）摘要：在室内物理力学试验、ＥＨ一４综合探测采空区的基础上，利用ＭＩＤＡＳ／Ｇ髑建立三维数值模型，通过动态模拟某河床下民采开采过程，研究了沉降区覆岩移动规律，得到了与实际监测结果相吻合的结论，并在此基础上对沉降区范围和变化规律进行了预测，为采空区治理方案的确定提供了依据关键词：ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ；采空区；地表沉陷；地表移动；数值模拟某铁矿北区与中区之间的人工渠槽下所留保安矿柱遭到民窑采矿的严重破坏，留下了约４６．７万ｍ３的采空区，与该人工渠槽沉陷区对应的１。
民采空区冒落裂隙带已发展到地表。
为防止雨季河床水沿裂缝流入井下，与采空区贯通造成重大事故，２００５年６月对河床表面进行了应急加固处理。
加固后的河床在雨季过后（２００５年ｌＯ月）再次发生沉陷，河床、河堤、沿河公路均出现了不同程度的沉陷和沉陷裂缝破坏，沉陷裂缝宽度达３～５ｌｌＵｎ。
沉陷情况见图１～图２。
图１河堤沉降裂缝图２河床混凝土防冲刷层沉降裂缝通过对２００５年８月２５日与２００４年７月２４日沉降观测记录的比较，河堤沉陷深度最大达一０．７９５ｍ。
河床内沉陷面积达１２５６８ｍ２，已形成以０。
观测点东北３０Ｉｎ处为中心，河床内外沉陷面积达３３１７５ｍ２的近似环形的锅底状沉降盆地。
２００５年１０月马河渠槽再次发生的剧烈沉陷，可以明显看出本次沉陷发生在原沉陷范围内，这说明该人工渠槽沉陷并没有得到根治，还需要进一步查明河床下民采空区的岩移规律及影响因素。
本文正是在此基础上，结合变形监测成果，采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ数值模拟软件，对民采空区地表沉陷、覆岩移动及渗流规律进行数值模拟研究ｎ－２１，并对沉降区塌陷范围及时空变化规律进行预测，为采空区治理方案的确定提供依据。