刘文东 富海洋
云南省地方煤矿设计研究院
【摘 要】随着煤炭资源的开采和利用，地球浅部的资源已经不能满足人类使用需求量了，因此开采人员已经在研究深度开采煤矿的技术。由于深部开采会对地表沉陷带来影响，所以解决地表沉陷预测成为深部开采煤矿的关键。只有解决好技术上的难题，才能安全的进行采矿工作。
【关键词】采矿方法；地表沉陷；预测；模型；系统
我国目前已经普遍使用剖面函数法、典型曲线发和影响函数法预测地表沉陷，由于深部开采存在高地应力、高地温、高瓦斯、高水压、高冲击地压以及开采后覆岩破坏的技术问题，目前还没有办法通过理论方法获得概率积分法参数，只能通过资料反演获得概率积分法参数。我国建立了大量的地表移动观测站，对研究地表沉陷有很大的帮助。进行地表沉陷预测的探究式为了给采矿工人一个安全的工作环境，也为采矿技术的改良提供参考依据。
一、采矿方法研究
我国目前有几十种采矿技术，但是综合来看，可以分成三大类。第一类是空场采矿法，这种采矿的方法就是将矿区分为矿房和矿柱，分成两个步骤进行采集。在回采矿房时形成的空区利用矿柱进行支撑，控制地表压力，保证矿石和围岩的稳固。第二类是填充采矿法，随着回采工作面的扩大，利用地面构件对空区进行支撑，防治矿石掉落。第三类就是崩落采矿法，对空区的围岩进行崩落，再填充空区，这样既可以避免围岩意外崩落伤害工人，还可以有效的利用围岩控制地压。
另外一种分类方法就是将采矿方法分为浅部开采和深部开采。开采深度小于300米的开采为浅部开采，此时进行煤矿矿床开采产生的地表沉陷不明显，就算有异样，也是可以及时进行处理的。开采深度大于300米的开采就是深部开采，开采的过程中，在300到600米之间可能会发生轻度的岩爆，600米以上就会频繁发生岩爆。因此对深部开采而言，地表沉陷的预测就显得尤为重要。
二、地表沉陷预测方法
1．剖面函数法
剖面函数法就是利用剖面函数来描述地表下沉盆地。具有清晰直观的特点，借助计算机软件轻松快捷的获取地表沉陷参数。只要将实际测得的资料输入软件，通过软件的分析，在地表不发生明显差异变形的情况下，还是可以得到相对准确的函数参数值。但是这种预测方法的使用存在局限性，比较适合矩形工作面开采的地表沉陷预测。
2．典型曲线法
典型曲线法的使用首先需要在矿区建立观测站，通过观测站点获取的信息，绘制地表变形曲线，通过曲线描述地表的下沉、倾斜、曲率、水平移动和变形分布规律。在我国比较常见的典型曲线有峰峰矿区典型曲线和平顶山矿区典型曲线，采用这种预测方法可以更加精准的确定地表沉陷的时间和发生的可能性，可以提前做好预防工作，将下陷带来的伤害降到最低。但是这种方法同样受到面积的局面，只能适用于小面积的矿区。
3．影响函数法
影响函数的运用首先要将井下煤层分成几个区域，分区研究地表变形的影响因素，然后综合所有的因素，最后就可以得到地表变形值。就是数学中先微分再积分的思想，将剖面函数推广到三维空间。我国著名的概率积分法就是影响函数法的一种。概率积分法就是将采空区上方覆岩岩层看成松散介质，将地表移动看成服从统计规律的随机过程。概率积分法对我国矿业中预防地表沉陷的研究产生了深刻的影响，很多预测系统基于本法研究出来的。在实践作业中，也为预防地表沉陷做出了贡献。
三、地表沉陷参数研究
1．地表沉陷参数的获取
矿区环境的复杂增加了我们获取地表沉陷参数的难度，最基本的方法就是在矿区建立监测站，那么监测站地点的选取也是需要经过慎重的考虑。首先观测线应该设在地表移动盆地的主断面上，有利于后期对地表移动进行有效的监控；其次，观测线的长度要长于地表移动的范围，否则有可能无法获取完整的数据；然后观测站的控制点要设定在移动盆地范围之外，埋设要牢固。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆观测线的布置方向分为两条，一条沿煤层走向，另一条沿倾斜方向，可以保证两条线都能够同地表的移动而移动。设定好观测点，就可以进行日常监测的工作，从监测站可以直接获取地表沉陷参数，可以全面的掌握矿区地表动态，在沉陷形成之前，采取适当的措施进行挽救，避免大面积的下陷。
2．地表动态移动规律分析
地下开采的范围对地表沉陷起着决定性的作用，采动程度对下沉系数也产生着极大的影响。随着开采深度的增加，地表移动程度加大再趋向于稳定。矿区开采区域的加大会使得空区越来越多，对地压的影响增大，地表沉陷的强度就会增加。但是地表水平移动系数是随着采动程度的增大先减小后增大，再趋向于稳定的，说明深部开采时，大采和深采可以控制地表破坏程度。
3．深部开采岩层移动分析
矿井的深度加大包括上覆岩层和松散层的增加，都会导致岩层移动。例如我国东部矿区，地表松散厚度一般都是比较大的。随着覆岩厚度的增加，在上覆岩层结构作用下，基岩层的下沉和移动减小，造成地表下沉量的减小。矿区作业的时候采用的爆破技术会对岩层造成震动，影响岩层的结构，破坏岩层的强度，因此在采矿的时候应该对地质进行全面的勘测，对地质特殊的地方还需要采取一定的保护措施。例如岩层强度不大的区域，在形成空区后要立马进行支撑结构的建立，保证围岩出于稳定的状态，保障采矿作业环境的安全。
4．地表沉陷预测模型
地表沉陷预测模型的建立需要以预测方法得到的数据为基础，研究各种数据的线性关系，找到他们之间的相互影响切入点。根据前期的研究成果，确定地表沉陷下沉值、倾斜值、水平移动值、水平变形值和曲率值。在进行参数的计算时，要求研究人员认真的对待每一个数据，当出现质疑时，就要停止接下来的工作，直到弄清楚每一个数据的含义，才能继续开展后面的工作。科学就是需要抱着严谨的态度，只有一丝不苟的研究才能开发更精确的技术。建立模型的时候，还要充分考虑矿区开采的深度、厚度、采煤方法和煤层产状，不同因素的变化会带来地表沉陷情况的改变，因此需要技术人员对矿区内外的环境特征进行深入的研究，才能为矿区建立科学的地表沉陷预测模型。
5．地表沉陷预测系统
MSPS开采沉陷预测软件是最新研究出来的一款适合矿区预测地表沉陷的软件，可以比较准确的对地表沉陷进行预测。利用预测的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和空间上的分布规律。预测得到的结果可以作为对矿区建筑物进行维修、加固或重建的依据，也是进行地下开采的关键保障；可以利用结果判断铁路之下的矿物开采的可能性，预估铁路维修的工程量和使用材料量，继而决定是否进行开采，并制定开采计划；可以根据预测结果全面评估矿区周围的生态环境，掌握土地的塌陷面积和深度，为后期整改措施的筹划奠定基础。这种预测系统可以准确的进行评估，不会导致浪费或者保护不足的现象，是矿区作业中必不可少的预测系统。
结语：
在进行煤矿的开采活动时，尤其是深部开采的过程，要注重地表沉陷的预测，对整个矿区进行合理的划分，保障采矿环境的安全。在地表预测的工作中，监测人员需要保持高度的注意力，不仅掌握基本的技术，还要学习新的理论知识，只有在实践中不断探索，才能开发更先进的技术。
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论文作者:刘文东,富海洋
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/9/1
标签：地表论文; 矿区论文; 岩层论文; 方法论文; 函数论文; 围岩论文; 深部论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;