随着城市的不断扩张，城市的面积越来越大，压覆地下资源也越来越多，特别是山东平原地区，经常出现扯不清的官司，很多矿区范围内新增了很多建构筑物，导致地下煤炭无法开采，一旦开采造成地面破坏，那就得赔偿，所以地面建构筑物在建设的时候是不是应该看看自己是否建在了矿区范围内，但是这个已经很难去界定了。导致很多煤矿被地面建构筑物把井下资源给压覆了。一旦要开采，必须解决地面建构筑的问题，搬迁！充填！条带开采！不论使用哪种方式，总会出现社会性问题！

这是一个技术难题和社会难题，到底是要地面还是要资源，解决不好，各种矛盾就会产生！

01 建筑物下采煤技术研究现状

十九世纪末，西德最早开始进行建筑物下采煤的研究工作，成功地在埃森、帕哈姆、霍姆贝格等城市下采煤。当时未采取地面建筑物保护措施，而采取了充填法开采。在一般建筑物下采用人工充填采煤法，在重要建筑物下采用水力充填，充填材料为炉渣或经破碎的矸石，从而大大地减小了地表的移动和变形值。此后一百多年来，为了解决村庄等建筑物下压煤问题，经过国内外采矿工程技术人员的不断探索与研究，逐渐发展形成了包括房柱式开采、条带法开采、充填法开采、联合开采和协调开采等一系列建筑物下采煤方法。

（1）房柱式开采，是在开采煤层内掘进一系列宽为5～7 m左右的煤房，煤房间用联络巷相连，形成近似于长条形的煤柱，煤柱宽度由数米至十多米不等。煤柱可根据条件留下不采或在煤房采完后将煤柱按一定要求部分采出，剩余的煤柱用于支撑顶板，从而控制地表沉陷。房柱式开采分为巷房掘进和回收煤柱两个阶段。房柱式采煤方法广泛应用于美国、加拿大、澳大利亚、印度和南非等国。美国是世界上采用连续采煤机进行房柱式开采最早和产量最高的国家，回采率一般为 50 % ～60 %，地表下沉系数为0.35 ～0.68。开采实践证明，采出率为 50 %时，煤柱能够支撑地表长期稳定不沉陷，但房柱式开采煤炭采出率低，资源损失大。

（2）联合开采与协调开采，是通过本煤层或邻近煤层数个工作面之间的相互配合，使地表部分变形值得以相互抵消或使受保护建筑物下只出现变形值较小的移动边界。波兰、英国、前苏联等都曾应用此法开采了大量的建筑物下压煤。多工作面同时开采对矿井正常的开拓布局有较大影响，管理也比较复杂，所以联合开采与协调开采一般只在煤层不厚、地表建筑物范围有限时才比较有效。1990年兖州矿务局与中国矿业大学合作，在北宿煤矿吴管庄进行了薄煤层双对拉工作面联合开采试验，由四个工作面协调开采，形成倾斜长450m的均匀移动边界，沿走向长推进1100～1500 m，使吴管庄村全部房屋一次性落入充分采动范围之内，有效地保护了村庄安全，开采过程中房屋Ⅱ级破坏率只占4.9 %。

（3）条带开采，是在被采煤层中采一条带、留一条带，利用保留的条带煤柱支撑上覆岩层，达到既回收一部分煤炭资源，又能控制地表变形、保护地面建筑物的目的。条带开采最大的优点是不改变采煤工艺的前提下，较大幅度地减少地表沉降，在无法采取其它措施的条件下采出部分建筑物下压煤，而其最大的缺点是采出率低、资源损失严重，且生产效益较低。如波兰采用充填条带开采法，成功开采了卡托维兹、贝托姆等城市下的煤炭资源，采出率为 45.8 %～60 %，地表下沉系数仅为 0.009～0.036。

（4）充填开采法，是指利用各种材料将回采空间作为填充空间进行充填的方法，从而减少地表环境受到的损坏程度，也是一种传统的充填开采方法。当前，充填开采的方法很多，其中，按充填介质类型及其运送时的物象状态，可以分为水砂充填、膏体充填、矸石充填和浆体材料充填。按运送充填材料动力不同，煤矿充填开采可以分为自溜充填、风力充填、机械充填和水力充填。按充填料浆的浓度大小，煤矿水力充填开采方法可分为低浓度充填、高浓度充填和膏体充填。按充填料浆是否胶结，又可分为胶结充填和非胶结充填。按充填位置不同，煤矿充填开采方法可分为采空区充填、冒落区充填和离层区充填。按充填量和充填范围占采出煤层的比例，煤矿充填开采方法可分为全部充填和部分充填。实践显示，充填开采能够在很大程度上降低开采对地表建筑的损害，减轻地表沉降的程度。

02 充填开采研究现状

虽然充填开采在国际上已有数百年的历史，但最早有计划地进行矿山充填的是1915年澳大利亚的塔斯马尼亚芒特莱尔和北莱尔矿应用废石充填矿房。Grice指出，澳大利亚最早的关于充填作为一项独立技术是在1933年在芒特艾萨(Mount Isa)，充填目的主要是为了处理废弃物同时为了稳定回采工作面；澳大利亚煤矿一直以来并不采用充填开采。在波兰，充填开采得到了非常广泛的应用，尤其是水砂充填开采，其目的主要是为了控制地表沉陷以及实现厚煤层分层开采。在印度，采空区充填开采在地表沉陷控制中也发挥着极为重要的作用；其中应用最有效的是水砂充填开采，水砂充填长壁工作面开采后地表下沉系数为0.05～0.30，仅为垮落法开采的1/12，且沉陷控制效果明显好于其它采用水砂充填开采的国家，如波兰、德国、英国等，这主要是由于印度煤矿顶板为坚硬岩层。

在我国，早在1912年，抚顺矿务局即开始了小规模的水砂充填试验，但并不是用作一种不迁村采煤的技术手段。1960年代，胜利煤矿首次采用水砂充填采煤法，成功地开采了矿务局车理修理厂的保护煤柱（煤厚20 m）；之后，新汶矿务局孙村、良庄、协庄等矿也开展了水砂充填开采试验。早期，水砂充填开采主要目的是在厚煤层分层开采时进行顶板管理，机械化程度与生产效率较低，充填材料泌水严重，充填系统复杂，充填开采成本高。由于上述原因，水砂充填采煤法在我国没有得到推广应用，在20世纪90年代初被淘汰。随着煤矿绿色开采理念的提出，充填开采被纳入到绿色开采技术体系，并作为解决“三下”压煤开采和环境保护问题的重要手段，重新引起了人们的重视。尤其是近十多年来，围绕煤矿“三下”压煤开采和环境保护等问题，开展了广泛的采空区充填开采试验研究，取得了一系列进展，形成了膏体充填采煤技术、固体充填采煤技术、浆体材料充填采煤技术、部分充填采煤技术等充填开采技术。

（1）膏体充填采煤技术，是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、河砂、风积砂、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区的开采方法。膏体充填具有料浆流动性好、密实度高、充填体强度高等优势，因此对岩层移动与地表沉陷控制效果较好。但其充填系统初期投资较高，一般达3000万元左右；吨煤充填成本相对较高，一般达60～100元/t。中国煤矿于2004年开始膏体充填采煤的试验研究。目前，该项技术已在峰峰、焦作、淄博、新汶、淮南、枣庄、肥城等矿区开展试验和应用。

（2）矸石充填采煤，是利用风力、重力、机械等动力将充填材料煤矸石抛入或输入采空区的充填采煤方法。根据充填料充填采空区的动力方式来划分，矸石充填方法包括人工充填、自溜充填、风力充填、机械充填。不同充填系统的充填料一般由矸石、砂子、采石场碎石及粉煤灰等组成，但成分以煤矸石为主，一般不需要加入胶结料或其他添加剂。人工矸石充填因其生产能力小、效率低、劳动强度大，与回采工艺适应性较差，故很少采用。矸石自溜充填只能在急倾斜煤层中应用，淮南、北京、北票及中梁山等矿区曾应用过这种充填开采方法。机械化矸石充填根据工作面采煤工艺不同分为普通机械化矸石充填和综合机械化矸石充填两种类型，前者主要应用于炮采、普采工作面，后者应用于综采工作面。普通机械化矸石充填工艺特点是多采用专门的机具（如抛矸机等）将矸石抛射向采空区进行充填。新汶矿业集团泉沟煤矿于2006年最早开始试验和使用这种充填采煤法。该法利用井下矸石充填采空区，充填系统简单，装备投资少，多用于薄及中厚煤层普采或炮采工作面回收井筒煤柱、工业场地煤柱，煤层有一定倾角有利于充填矸石密实。综合机械化矸石充填采煤，是指在综合机械化采煤工作面上同时实现综合机械化矸石充填作业。该技术可实现在同一液压支架掩护下采煤与充填并行作业，且采煤与运煤系统布置与传统综采完全相同。为实现矸石从地面运至充填工作面的高效连续充填，需布置一个充填运输系统。该运输系统包括一个投料井、井下运输箱及若干装载系统等。充填装备由后端带悬梁的自移式液压支架和充填刮板输送机组成。为了减少充填矸石的压缩量以实现更好的减沉效果，支架后部增设了液压夯实机构。综合机械化矸石充填系统相对简单，机械化程度高，充填系统的初期投资较膏体充填低，一般小于1000万元，吨煤充填成本相对较低，一般为40～80元；但矸石充填的密实度相对较低，对岩层移动与地表沉陷的控制效果不如膏体充填。目前综合机械化充填采煤技术已在新汶、淮北、皖北、平顶山、兖州、济宁、徐州、开滦、阳泉、西山、潞安和乌海等矿区开展试验和推广应用。

（3）浆体材料充填，是以高水材料作为充填料。浆体是一种胶凝材料，因其水体积含量高而得名，体积含水率达85%～97%。其具有固水能力强、单浆悬浮性和流动性强、凝固速度快、强度增长速度快等特点，可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。目前，中国研发了多种高水充填材料。如，超高水充填材料，水体积比达到95%～97%；高水膨胀复合材料，水灰比质量比1.2～1.5，充填材料可以产生10～30%的体积膨胀，比其它充填材料更容易充分结顶。典型的浆体材料充填系统可置于井下或者地面。浆体充填采煤具有以下优点：由于用水量高，故所需固体材料少，克服了煤矿固体充填材料缺乏的问题，同时简化了其他充填技术所需的庞大充填系统；由于所需固料少，对矿井辅助运输影响基本没有；充填系统简单且初期投资少，一般小于500万元，吨煤充填成本为90～120元；充填料浆流动性好，不易堵管，工作面不泌水。但该技术最大的缺点是浆体抗风化及抗高温性能差，充填材料长期稳定性差。我国煤矿2008年首次在邯郸矿业集团陶一煤矿进行了浆体材料充填开采试验。目前，该项技术正在邯郸，临沂，永城，邢台，淄博，阜新，淮北，晋城等矿区推广试验和应用。

03 部分充填开采技术研究现状

部分充填是相对于全部充填开采而言的，全部充填开采即在煤层采出后顶板未冒落前，对所有采空区域进行充填，充填量和充填范围与采出煤量大体一致，它完全靠采空区充填体支撑上覆岩层控制开采沉陷。而部分充填开采，其充填量和充填范围仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区与冒落区进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。全部充填的位置只能是采空区，而部分充填的位置可以是离层区、采空区和冒落区。因此，按充填位置与充填时机的不同，煤矿部分充填开采分为采空区条带充填技术、离层区注浆充填技术、覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术和冒落区注浆充填技术等。

（1）采空区条带充填技术，是在煤层采出后顶板冒落前，采用胶结材料对采空区的一部分空间进行充填，构筑相间的充填条带，靠条带支撑覆岩控制地表沉陷。其原理是：采用条带充填体置换条带开采留设的煤柱，只要保证未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，覆岩主关键层保持稳定不破断，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。条带充填开采技术有两种：一种是长壁工作面条带充填开采，其工作面布置成长壁工作面开采，沿推进方向在采空区相间构筑充填条带；一种是条带工作面间隔充填开采，其工作面布置成条带开采，隔一个工作面充填一个工作面。间隔充填较长壁条带充填在实施工艺上要相对容易，而且可以通过沿空留巷来减少巷道的掘进量。

（2）覆岩离层充填技术，是运用岩层移动过程中覆岩内产生的离层空隙，从地面布置钻孔将充填料浆液高压注入离层空间，使浆液与裂隙岩体黏结为整体，对离层空间的上覆岩层形成支撑，以减缓它的移动向地表传播。最早由范学理教授从国外引进，从研究岩层内部移动规律出发，提出的煤矿注浆充填减沉开采新技术。于20世纪80年代首次在抚顺矿务局老虎台矿进行离层充填减沉试验并取得了成功，随后此项技术先后在大屯徐庄矿、开滦唐山矿、新汶华丰矿、兖州东滩矿等数十个矿井进行了离层充填减沉的现场试验，取得了一定的成效，从工程实践的结果来看，在某些覆岩条件下，离层注浆法可明显减少地表下沉，有效延缓地表下沉速度。经过几个注浆采区的实例分析，地表下沉减少约50%～70%。离层注浆可以实现地下开采与地面注浆充填同步进行，互不干扰，具有简单易行、投资省等优点，受到人们的重视。但盲目采用离层注浆法产生不了应有效果，原因在于：其一离层注浆中离层位置的预计、离层量大小的计算、离层发育的动态过程等理论尚未成熟，离层注浆技术的适用范围等需进一步研究；其二对离层区注浆充填减沉效果尚存在争论。

针对目前离层注浆充填减沉技术中存在的问题，许家林及其科研团队针对传统离层区注浆的不足，基于关键层理论及离层动态发育特征，提出了覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术，综合离层充填与条带开采技术的优点，形成“离层区充填体 关键层 分区隔离煤柱”共同承载体，按照关键层初次破断前允许的极限跨距确定工作面的合理长度，通过留设一定宽度自身稳定的分区隔离煤柱隔离各个工作面，使工作面上方的关键层保持稳定，使关键层下形成各个独立封闭的离层空间，确保充填材料注满离层区，充填体对关键层起到有效的支撑作用。分区隔离煤柱与条带开采留设煤柱的不同在于，对分区隔离煤柱的宽度设计要求较低，只要能起到隔离离层空间作用并保持稳定。离层区充填后的充填体可以起支撑作用，承载上覆岩层的部分载荷。此技术的适用条件是：在分区隔离工作面采长较大时，应确保关键层下的离层盆地实现充分采动，还可保证覆岩关键层不破断失稳。该技术在多个矿井试验成功，并逐渐得到推广应用，促进了覆岩离层充填减沉技术的发展。

（3）冒落区注浆充填技术，是在采空区冒落矸石之间的空隙未被压实之前注入浆液予以充填，充填材料加固冒落岩块后，一起支撑上覆岩层，起到减缓地表沉陷的作用。随采煤方法的不同，冒落区充填可以分为长壁开采冒落区注浆充填、房柱式冒落区注浆充填和条带开采冒落区注浆充填。长壁开采冒落区注浆充填技术和房柱式冒落区注浆充填技术主要在西方国家应用，国内应用较少。条带开采冒落区注浆充填技术是在建筑物压煤条带开采的情况下，通过地面或井下钻孔对采出条带已冒落采空区实施注浆充填，充填破碎矸石空隙，加固破碎岩石，使得采出条带冒落区重新发挥承载作用，有效减轻留设煤柱及其上方移动范围内岩柱上所承受的载荷，使得煤岩柱的压缩变形量减少，从而减缓覆岩移动往地表的传播，减少地表移动变形值；同时利用充填材料与冒落区内矸石形成的共同承载体来缩短留设条带的宽度，以达到提高资源回收率和降低充填成本的目的。条带开采冒落区注浆充填技术常用的有随冒随充技术和冒落区封闭集中注浆充填技术。在随冒随充的充填工作面应在支架靠采空区的一侧构筑能滤水的柔性模板，起隔离的作用，防止冒落区浆体流入采煤工作面。该技术的优点是：充填工作面不用布置专用充填巷道和钻孔，施工量较少，工艺简单，冒落区充填容易，效果较佳；缺点是：工作面采用仰采，充填与采煤干扰比较大，工作面脱水隔离设施复杂。冒落条带集中充填技术的实施过程和顺序为：从低向高开采，先采相对低的条带，再对较低条带实施封闭；利用较高的相邻条带机巷施工充填钻孔，向已开采条带冒落区充填粉煤灰等料浆。

城市下的压覆资源到底如何处置，欢迎大家多交流！！