[发明专利]一种缩小平原矿区地下开采引发地表沉陷范围的方法

说明书

本发明公开了一种缩小平原矿区地下开采引发地表沉陷范围的方法，涉及地质灾害预防与保护技术，包括将沉陷盆地划分为延伸方向与工作面推进方向平行的三块沉陷整体，具体为地下采空区投影所在的中部沉陷整体和处于中部沉陷整体两侧的两个拉张沉陷整体；令每个拉张沉陷整体的底部所在界面为变形边界，将每个变形边界沿工作面推进方向延伸，延伸的部分为欲变形边界，其上的岩土体为欲拉张沉陷整体；在欲拉张沉陷整体发生变形前，于其内布设延伸方向与工作面推进方向相同的支挡构筑物，且支挡构筑物底端插入欲拉张沉陷整体下方的岩土体内，支挡构筑物不变形不位移；本发明能够有效缩小沉陷范围，且施工成本低。

技术领域

本发明涉及地下采矿区地表地质灾害预防与保护技术，尤其涉及一种缩小平原矿区地下开采引发地表沉陷范围的方法。

背景技术

我国的矿山地质灾情十分严重，地下开采引起的地面沉陷又是矿区最严重的矿山地质灾害类型之一。众所周知，地面沉陷可直接破坏地表构筑物，如铁路、堤坝、村庄和其它工业与民用建筑。此外，开采沉陷亦常伴生大量的地表拉张裂隙，加剧水土流失进而降低土壤质量，甚至引发矿区生态环境破坏等诸多环境地质问题。

平原矿区单个工作面采煤引起的地面沉陷范围往往大于地下实际开采范围。如图1，采空区上方地表平坦、达到超充分采动、采动影响范围内没有大地质构造的条件下，最终形成的沉陷盆地一般可划分为三个区域，即中间区域(DD’)、压缩区域(CD、C’D’)和拉伸区域(AC、A’C’)。其中，中间区域指沉陷盆地的中间部位，此区域内一般不出现明显裂缝；压缩区域一般位于采空区边界附近到最大下沉点之间，此区域地面变形向盆地中心方向倾斜，呈凹形，产生压缩变形，一般不出现裂缝；拉伸区域一般位于采空区边界到盆地边界，此区域内地面变形向盆地中心方向倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，地面伴有拉伸裂缝。此外，地表沉陷盆地的边界记为A(或A’)，则根据沉陷内最外侧的裂缝圈定的边界B(或B’)即为盆地的裂缝边界。

两淮平原矿区开采实践表明，单个工作面采煤形成的地面沉陷范围往往要达到甚至超过2～3倍的开采面积。例如，淮北某采区地下开采单个工作面宽度200m，采高3m，其采空区两侧外围地表沉陷(拉伸区域)范围均超过200m，沉陷盆地最大下沉量约2m。因此，由于平原矿区地下开采引起的地面沉陷范围往往大于地下实际开采范围，长期以来矿业企业不得不投入巨大的资金进行地面建筑物的保护或对矿区内村庄的搬迁。

国内外现有地下开采引起地面沉陷的防控技术存在一定不足。目前，国内外开采沉陷防控技术主要集中在开采技术工艺的研究，如条带开采技术、充填开采技术、注浆减沉技术等。然而，这些技术或存在矿产资源开采不充分、开采工艺复杂、开采效率低等不足，无法被普遍采用。

综上所述，矿产资源地下开采引起地面沉陷造成严重矿山地质灾害；尤其平原矿区，开采沉陷范围往往大于地下实际开采范围。然而，现有开采沉陷防控技术主要集中于开采工艺研究，且存在一定不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明结合平原矿区地表沉陷演化机制，提出一种缩小平原矿区地下开采引发地表沉陷范围的方法。

实现本发明目的所采用的技术方案为：

一种缩小平原矿区地下开采引发地表沉陷范围的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、将沉陷盆地划分为延伸方向与工作面推进方向平行的三块沉陷整体，具体为地下采空区投影所在的中部沉陷整体和处于中部沉陷整体两侧的两个拉张沉陷整体；

步骤2、令每个拉张沉陷整体的底部所在界面为变形边界，将每个变形边界沿工作面推进方向延伸，延伸的部分为欲变形边界，其上的岩土体为欲拉张沉陷整体；

步骤3、在欲拉张沉陷整体发生变形前，于其内布设延伸方向与工作面推进方向相同的支挡构筑物，且支挡构筑物底端插入欲拉张沉陷整体下方的岩土体内，支挡构筑物不变形不位移。

进一步，步骤2中变形边界和欲变形边界的获取方法具体为：