煤矿地质中土地沉陷预测的探讨

    【摘要】在煤矿的开采过程中，不可避免的会对地表产生裂缝。在裂缝产生的同时，还会使
地表发生倾斜。当开采引起的倾斜和斜坡本身的倾斜方向一直时，将会形成更加陡峭的破面，
促使滑坡的产生。
　　【关键词】煤矿地质；沉陷裂缝；预测分析
　　

1.矿区土地沉陷预测

　　矿区土地沉陷预测模型一般采用概率积分法就可以达到土地复垦的要求。
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1）多工作面开采影响的预计。首先计算出单个工作面开采引起地表预计点的下沉，

然后叠加。
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2）任意形状工作面开采影响的预计。将任意形状工作面顺煤层走向划分成若干矩形

工作面，用一个或多个矩形工作面代替任意形工作面。
　　

2.土地裂缝预测

　　地下煤炭的开采引起土地沉陷，随着土地沉陷的发展，地表土层内各点的受力状态也
发生相应的变化，原始平衡状态被破坏。由于地表各点不均匀的沉降和水平移动，在沉陷盆
地内的部分区域将产生裂缝。裂缝并非地表沉陷一开始就产生的，而是工作面推进至一定面
积，地表某一点的主应变达到裂缝临界值后开始逐步形成的。地表有一点处于裂缝临界状态
时，已开采的面积称为裂缝临界开采面积。裂缝临界开采面积的大小取决于开采深度、开采
厚度、上覆岩层的物理力学性质和结构等因素，产生裂缝的临界值则主要取决于地表土的物
理力学性质。开采工作面切眼、上山、下山边界和终采线边界上方的地表一旦产生裂缝是永久
性的。这些裂缝只有当相邻工作面的开采，或者人工充填，或者经历较长时间的自然作用才
能闭合回采工作面上方的裂缝区是随着工作面的向前推进而前移的。当已开采的面积大于裂
缝临界开采面积后，在采空区周边上方出现裂缝区域；当采空区面积连续增大，切眼、上山、
下山边界上方的裂缝区域扩大，而工作面上方地表裂缝区向前移动。
　　先前的裂缝区逐渐进入压缩变形区，产生的裂缝逐步闭合，而在裂缝区外侧则产生新
的裂缝。工作面继续推进各边界上方裂缝区范围不再扩大，工作面上方裂缝有规律的前移。
工作面停采后，只存在采空区周边上方的裂缝区。
　　对于山区而言，由于山区采动滑移的方向指向地表的下坡方向，且滑移量的大小与地
表倾角有某种正比函数关系，因而山顶和凸形地貌部位将产生附加的水平拉伸变形，山谷
和凹形地貌部位将产生附加的水平压缩变形，所以山区采动裂缝大多分布在山顶、梁峁等凸
形地貌部位和凸形边坡点部位，裂缝方向大体平行于等高线方向，谷底等凹形地貌部位一
般很少出现明显的采动裂缝，这是山区采动裂缝分布的重要特征。并不是任何条件下的长壁
式大冒顶开采地表都会出现裂缝。根据矿区沉陷地表调查，如果地表无黄土层和松散坡积物
覆盖，当开采深厚比

H/M>80，开采宽深比<0.5 时，地表一般不会出现裂缝。如果地表有厚

层黄土覆盖（厚度大于

50m），则在上述深厚比和宽深比开采条件下仍可出现宽度大于

200mm，落差大于 0.5m 的地表裂缝。由此可见，采动裂缝与开采条件及表土层的性质与厚
度有密切关系。
　　

3.裂缝对土地的影响分析

　　开采引起的地表裂缝有的非常细小，有的深度可达

20 多米，上口宽度可达 0.2～

0.3m，更有甚者（在黄土高原）裂缝深度可达数 10 m，上口宽度可达 1——2m。这样的裂