0 引 言
“三下”采煤技术是在地表附属结构下进行煤炭开采的一种开采技术，主要分为建筑物下、水体下及铁路下开采。伴随着我国交通、电力及油气运输等行业的高速发展，高速公(铁)路、高压线铁塔及地下管道等构筑物均成为煤炭开采中的重点保护对象。与此同时，在承压水上开采时，煤层底板在采动与下伏承压水的耦合作用下，可能发生底板突水事故，威胁工作面的安全，因此，将“三下”与承压水上开采统称为“三下一上”采煤。经过半个多世纪的研究与实践，该技术得到了迅速发展和提高，形成了具有中国特色的特殊开采技术体系。
我国以煤炭为主导的能源结构长时间内将难以改变[1]，而在煤炭资源大规模开采的同时，也形成了大面积沉陷区，严重影响了地表建(构)筑物的安全及生态环境的稳定[2-3]。随着煤炭开采重心的战略转移，中东部矿区煤炭资源日益减少，煤矿践行可持续发展的理念是必由之路。同时，在生态环境保护意识增强及对生存环境要求提高的情况下，“三下一上”采煤也成为影响矿区工农关系的源头，如何在保障地表附属物安全，有效控制地表沉陷及实现煤矿可持续发展的前提下进行工作面安全、绿色开采，是我国煤矿亟须解决的重要问题。
近年来，随着开采强度及开采面积的不断增加，解放建筑物下、水体下和铁路下压煤逐渐成为中东部矿区开采的难题。为实现工农关系稳定和矿区生态环境的协调发展，有必要对“三下一上”采煤技术的现状及进展进行总结，以提高煤炭采出率，减轻或避免采动损害，达到延长矿井服务年限，实现煤矿可持续发展的目的，为煤矿“三下一上”采煤技术的研究提供参考。
1 建筑物下采煤
建筑物下压煤在“三下”压煤总量中占约60%，且多数集中于中东部矿区，随着我国社会、经济及技术的迅速发展，城镇和工业用地面积日益扩大，地面建筑物也逐渐增多，导致建筑物下压煤所占比重增大。在建筑物下采煤时，建筑物的破坏程度主要取决于地表移动变形量及建筑物抗变形能力，而部分矿区开采引起了大量地表建筑物破坏而导致村庄搬迁，统计数据见表1。据不完全统计，仅两淮、鲁西基地的搬迁人数已高达273万余人[4]，由此可知，建筑物下采煤成为我国中东部矿区面临的主要难题。
表1 部分地区压煤村庄及人口迁移数据
Table1 Data of villages and population above coal seams migration in some areas
地区搬迁村庄数量/个搬迁人口/人鲁西(菏泽市)109127 567鲁西(济宁市)225768 512两淮基地518895 147
针对建筑物下采煤技术，基于采动影响的本质，通过不断地探索研究与现场实践，形成了多种减轻建筑物损坏的源头减沉控损开采技术措施。
结合煤炭开采负外部影响的防控思路[5]可知，避免或减轻采动影响对建筑物损坏的本质在于有效控制地表移动变形，需从源头上采取相应的抑制措施，即结合建筑物情况，地质采矿条件及社会经济等因素，采用合理的开采技术措施进行建筑物下采煤，主要包括：充填开采、部分开采，协调开采以及覆岩离层注浆等。
1.1 充填开采
充填开采是用充填材料替换煤炭的方法，目前充填开采主要包括固体充填、膏体充填、(超)高水充填等。
1)固体充填是一种解决煤矸石排放及土地资源问题的绿色开采技术，已在很多矿区得到成功应用。为实现从源头保护建筑物及生态环境，基于煤矸井下分选形成了一种“采选充+X”绿色化开采技术体系，构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式[6-7]。
2)膏体充填也是目前应用较多的开采方法之一。为彻底解放建筑物下遗留煤柱，提出了条带遗留煤柱膏体充填开采技术，并通过确定合理的开采工艺参数，实现建筑物下安全开采，如岱庄煤矿[8]采用膏体充填开采成功解放了条带开采遗留煤柱。
3)(超)高水充填开采具有充填材料流动性好，充填成本低及工艺简单等优点。基于等价采高理论，在建筑物下薄及中厚煤层进行了应用，实现了煤层开采后地表建筑物的安全使用[9]。
1.2 部分开采
部分开采是有效控制覆岩与地表移动的开采方法，主要包括条带开采、旺格维利采煤法、限厚开采、房柱式开采等。
1)条带开采不仅能回收部分煤炭资源，又能较好地保护地表建筑物。由于开采效率及采出率低，常与充填开采配合使用，戴华阳等[10]提出了“采-充-留”协调开采技术。随着开采深度增加，结合煤柱受力状态，浅部普通条带开采逐渐向宽条带开采转变，并成功进行了现场应用。
2)旺格维利采煤法具有工作面布置灵活，搬家速度快等特点，但搬家频繁影响了矿井持续生产。在此基础上，郭文兵等[11]提出了条带式Wongawilli采煤技术(图1)，研究了不同巷道布置方式的煤柱系统失稳机理[12]，建立了煤柱稳定控制技术体系，实现了条带式Wongawilli采煤法安全高效开采。
图1 条带式Wongawilli采煤法
Fig.1 Strip Wongawilli coal mining method
3)限厚开采的本质是以合理限制采高的方式减小岩层破断移动空间，使地表建筑物受到较小扰动的一种部分开采方法。通过对建筑物下限厚开采进行现场应用，结果表明限厚开采具有可操作性强的特点，且开采后地表下沉量得到了有效控制，保障了建筑物安全使用。
4)房柱式开采常用于开采“三下”压煤及长壁工作面边角煤，但随着开采技术的发展及煤矿产能重心的转移，目前我国仅在保护部分地表建(构)筑物情况下使用。
1.3 协调开采
协调开采是利用2个或多个相邻工作面，基于开采过程中覆岩时空演化规律，在工作面向前推进时使地表抵消部分采动影响的开采方式，可分为两煤层(分层)或同一煤层多工作面协调开采、对称开采[13]。如峰峰矿务局采用7个工作面协调开采方法进行了建筑物下开采试验，确保了90%以上房屋的安全使用；丰城八一煤矿在建筑物下采用2个工作面协调开采，使地表无明显采动边界，减小了地表变形。虽然协调开采能有效减少采动影响下地表移动变形，但增大了地表下沉速度，且增加了生产管理的复杂性及难度，因此该开采方法应用范围有限。
1.4 覆岩离层注浆
在采用上述3种开采技术进行建筑物下采煤时，由于受上覆岩层地质构造的影响，有时并未达到较理想效果，为保障建筑物的安全，在井下采取相应措施，通过弱化建筑物变形环境，实现保护地表建筑物的目的。
针对弱化建筑物变形环境而言，覆岩离层注浆是一种整体减弱地表移动变形的近源头防护技术，如王成真等[14]用超高水材料对岩层间离层空洞和冒落带进行充填，通过解决覆岩注浆充填液体无规则流动状态实现控制覆岩移动的目的。樊振丽等[15]通过示踪试验和数值分析方法对离层注浆液进行了研究，得到了水平离层区是浆液充填体的主要存储空间及粉煤灰对地下水水质影响的持续时间约为20 a。基于早期对离层区注浆充填理论与试验研究可知，其地表沉陷控制效果尚未满足不迁村采煤的要求，由此许家林等[16]提出了一种覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术，通过在淮北矿业集团进行应用，累积采出建筑物下压煤量780.4万t，实现了22个村庄不迁移。
2 水体下采煤
结合中东部地区煤炭资源现状及地形条件，各类水体下采煤也已成为矿井可持续生产面临的重要问题，煤炭大面积开采必然引起覆岩严重破坏[17]，而水体下采煤关键在于覆岩破坏高度的确定。
2.1 覆岩破坏高度理论分析
覆岩破坏高度对于水体下采煤具有重要意义。普遍认为覆岩破坏高度与岩性有关，一般情况下，软弱覆岩破坏高度为采厚的9～12倍，中硬覆岩为采厚的12～18倍，坚硬覆岩为采厚的18～28倍。目前，规范[18]中给出的覆岩破坏高度计算经验公式应用最普遍，可根据不同开采方法及覆岩岩性选用相对应的公式进行计算。
此外，许家林等[19]提出了基于关键层位置的覆岩破坏高度预计方法；黄万朋等[20]提出了一种考虑覆岩组合结构与岩层拉伸变形的覆岩破坏高度预计方法。基于上覆岩层悬伸破断情况，笔者提出了一种覆岩破坏高度计算方法，并得到了长壁开采覆岩破坏充分采动程度判据[21-22]，如图2所示。
φ—覆岩破断角均值；M—开采厚度；ω—超前影响角；W1、W2、W3—工作面推进至1、2、3位置时地表最大下沉量；H1、H2—工作面推进至1、2位置时覆岩破坏高度；HC—地表裂缝深度；Wmax、Hmax—覆岩破坏充分采动时地表最大下沉量和覆岩破坏高度
图2 覆岩破坏示意
Fig.2 Schematic diagram of overburden failure
由图2可知，当工作面推进至临界推进距离L时，基于二维空间守恒原理，采空区面积、上覆岩层破坏碎胀后面积、地表下沉面积的关系如下：
SG+ SO= SOK+SS
(1)
式中：K为覆岩破坏后的碎胀系数；SG为采空区面积，m2；SO为上覆岩层破坏碎胀后面积，m2；SS为地表下沉面积，m2。
当覆岩破坏高度达到最大时，得到覆岩破坏充分采动时覆岩破坏高度Hmax理论计算公式：
(2)
(3)
式中：L为工作面临界推进距离；r为主要影响半径，为开采深度H与主要影响角正切值tan β的比值；W(x)为走向主断面内的半无限开采地表下沉曲线公式；x为工作面位置；u为积分函数的自变量。
通过对覆岩破坏充分采动的不同影响因素进行数值模拟研究[5]，得到了高强度开采工作面覆岩破坏充分采动的判定公式，结果表明：覆岩破坏充分采动时工作面临界推进距离L与工作面倾向长度LD、深厚比(H/M)成反比。综合分析得到工作面倾向长度与深厚比的积对覆岩破坏充分采动时工作面临界推进距离的影响曲线如图3所示。
图3 倾向长度与深厚比的乘积对L的影响
Fig.3 Product of dip length and depth ratio effect on L
2.2 覆岩破坏高度现场观测
2.2.1 现场观测方法
导水裂缝带高度是水体下安全采煤的重要参数，常采用经验公式进行计算，但其仅适用于薄及中厚煤层单层开采、厚煤层分层开采。对于厚煤层放顶煤开采条件下的导水裂缝带高度，经验公式计算结果与现场实测结果通常差别较大[23]。覆岩破坏高度可通过观测钻进过程中钻孔冲洗液的漏失量及钻孔水位变化得到，也可利用钻孔电视系统确定。覆岩破坏高度钻孔观测分为地面钻孔观测法和井下钻孔观测法，其中井下钻孔观测法及观测结果如图4、图5所示。
图4 井下钻孔法观测
Fig.4 Field measurement by underground drilling method
图5 井下钻孔分段注水漏失量
Fig.5 Water leakage by underground drilling method
钻孔内导水裂缝带的顶点根据以下观测资料并加以综合分析确定：①冲洗液漏失量显著增加，并且基本上呈现出随钻孔深度增加而增加的趋势；或者冲洗液全部漏失，经堵漏后再钻进时仍然如此。②钻孔水位显著降低，水位下降速度加快，有的甚至孔内无水；③岩心有纵向裂缝及钻孔有轻微吸风现象；④钻孔电视，以高角度纵向裂缝为主，且裂缝宽度较大。
2.2.2 现场观测实例
以芦沟煤矿水库下放顶煤开采为例。通过对覆岩破断特征及规律进行研究[24]，导水裂缝带发育高度为109.8 m，而工作面开采后安全煤岩层厚度均在145 m以上，因此，水库下采煤是可行的。为确保安全，采用地面钻孔观测法对工作面采后覆岩破坏高度进行实测。
根据钻孔冲洗液漏失量与钻孔深度的关系(图6)，确定覆岩破坏高度为108.3 m，与理论分析基本一致，保障了水库的安全。
图6 地面钻孔法实测
Fig.6 Field measurement by ground drilling method
2.2.3 水体下采煤实例
以米村煤矿宋沟水库坝体下放顶煤开采为例，笔者[25]结合米村煤矿地质采矿条件及水库现状，根据水库的深度推算得出水库底界面标高为+257—+258 m。通过计算得出导水裂缝带未波及到水库水体底部，并且防水安全煤岩层厚度均小于实际的基岩岩层厚度，安全系数按软弱岩性计算均大于4，按中硬岩性计算均大于2。由于深厚比达到67～86，且第四系松散层厚度较大，经综合分析确定水库下采煤安全可行。
同时，为确保水库坝体的安全和稳定，建立5因素协调开采模型，对水库坝体下厚煤层进行了协调跳采设计：各工作面采宽75～90 m，工作面回采速度2.5～3.0 m/d，工作面走向应尽量与土石坝体长轴方向相同。并通过对坝体建立地表移动观测线，对水库坝体采取了疏放水、加高加宽、护坡等措施，最终确保了水库下煤炭资源的安全高效采出。
2.3 保水开采
近年来保水开采作为解放水体下压煤，同时保护水体的一项关键技术措施，取得了较大发展。相关学者通过采用钻孔探测、模拟试验、数值模拟和关键层理论研究，分析了导水裂隙带发育高度和裂隙发育演化规律[20,26-27]，为保水开采提供了技术依据，黄庆享等[28-29]提出了柔性条带充填保水开采方法，建立了条带充填隔水层稳定性判据，奠定了保水开采隔水层安全的理论基础。通过对保水采煤相关技术工艺的推广，在工程实践中取得了较好的应用效果[30-31]。
结合西北地区脆弱的生态环境，范立民[32]给出了保水开采的概念及科学内涵，含水层下采煤也可归纳为水体下开采。保水开采的本质与水体下开采相同，且含水层下开采是在煤炭资源安全采出的前提下，对含水层进行保护。而西北地区高强度开采具有工作面尺寸大、采厚大、推进速度快等特点，明晰含水层在采动影响下的演化规律是实现保水开采的基础，因此，以大柳塔煤矿为例，采用大地电磁探测法对松散含水层破坏特征进行了分析。
现场对高强度开采工作面进行大地电磁探测[33]，覆岩视电阻率如图7所示。
由图7可知，采动前覆岩视电阻率呈层状分布，表明岩层整体赋存稳定，结构简单，基本无地质构造；埋深1 055～1 095 m，视电阻率随埋深增加而增大；而埋深1 005～1 055 m则相反，结合顶帮累计涌水量9.2万m3可知，覆岩的富水性是导致视电阻率低的主要原因；中部视电阻率最高的岩层处存在少量“闭合圈”现象(图7a)，说明在此处的岩层较为坚硬致密且又存在较小的地质构造或原生裂隙。
图7 开采前后覆岩视电阻率
Fig.7 Apparent resistivity of overburden before and after mining
煤层开采后的视电阻率与采动前进行对比可知：①采后相同位置处的视电阻率整体呈增大现象，且范围扩大；②松散层在采动影响下因部分水资源流失及应力重新分布增加了岩层致密度，导致其等值线较采前稀疏；③覆岩内视电阻率最大值区的“闭合圈”现象减少；④可判断垮落带高度。
为验证测线A的探测结果，选取测线B开采前后的覆岩视电阻率特征进行对比。可知开采前后覆岩视电阻率整体上与测线A基本相同。由于降雨的影响，松散含水层处视电阻率采后小于采前，间接表明了地表裂缝较发育，且与实测一致；采空区边界处地表因贯通裂缝造成水资源流失而形成“漏斗”现象，呈现出波浪形或局部“闭合圈”，其特点与测线A基本一致。由此可知，虽然降水补给了松散含水层，但未改变覆岩破坏特征，验证了测线A的准确性，同时也说明了大地电磁法用于探测含水层破坏的可行性。
3 铁路和构筑物下采煤
3.1 铁(公)路下采煤
在铁(公)路下采煤时，不仅开采引起的地表移动对铁路产生影响，而且类似动荷载的运行车辆也会对覆岩产生影响，使其比建筑物下、水体下采煤更为复杂。铁(公)路下采煤应保障车辆的安全运行，应积极采取合理有效的技术措施减少地表移动和下沉。铁路需采取必要的维修措施进行调整，维修措施包括：加宽、加高路基，用起道和顺坡、拨道、改道、串道等方法保证路基稳定性，消除垂直和水平移动变形对线路的影响。
由于公路对采动变形的要求较低、维修更方便，在公路下采煤时可借鉴建筑物下、铁路下采煤相关经验和措施，利用概率积分法对公路下开采进行地表沉陷预测，并结合相关地表移动和变形的观测和一些相关的地质、采矿资料，指定开采技术方案。其中，地面维修措施主要有：加高、加宽路基，灌浆处理采动裂缝，调整超限的坡度、竖曲线、平面圆曲线和超高，修理不平整的路面和损坏的涵洞等。
3.2 高压输电线路下采煤
由于高压输电线路是由地基、基础、铁塔结构和导线等组成的空间结构体系，其变形规律不同于一般高耸建(构)筑物[34]，郭文兵等[35-36]针对高压输电线路地基基础、铁塔结构、线路协同变形理论的高压线铁塔下采煤安全防护理论和技术措施方面进行了系统化深入研究。在分析了采动地表移动变形量对高压线铁塔影响的基础上，揭示了高压输电线铁塔变形破坏机理，建立了采动影响下高压线塔与地基基础协同作用模型，成功指导了高压输电线铁塔下采煤。
我国兖州矿区和阳泉矿区曾先后进行了高压输电线路下开采试验，不仅最大限度地解放了高压输电线路下压煤，而且保障了高压输电线路的正常运行，如南屯煤矿、济宁三号煤矿、龙口洼里煤矿等。
高压输电线路下安全采煤的技术措施主要包括井下开采措施和地面维护措施2类，其中开采措施与前文基本相同，而地面维护措施主要有：进行基础加固和纠偏，增加临时拉线及开采过程中的维修和调整措施等。
3.3 油气管道下采煤
目前，文献检索表明对油气管道下采煤方面的研究较少，有关文献[37-39]采用概率积分法、数值模拟和理论分析等方法对开采引起的输气管道与土体协同变形机理进行了研究，提出了管道发生破坏的判据以及计算方法，建立了采空区天然气管道风险评价体系。在工程实践方面，笔者为实现西气东输管道下某矿安全开采，综合采用现场调研、理论计算、概率积分法等手段，留设了合理保护煤柱，并优化了工作面开采参数，得出了管道下采煤的安全可行性以最大限度采出煤炭资源。此外，为更直观评价油气管道的安全性，文献[40]给出了采空区油气管道稳定与地表变形间的关系，如图8所示。
图8 采空区油气管道稳定性与地表变形量之间的关系
Fig.8 Relationship between pipeline stability and surface deformation on gob
4 承压水上采煤
4.1 承压水上采煤现状
我国多数矿区普遍存在太原群和奥陶系灰岩，南方部分矿区煤层下有厚140～170 m的茅口组灰岩。超过60%的煤矿不同强度地受到底板岩溶承压水的威胁，受水害的面积和严重程度均居世界主要采煤国家的首位。我国焦作、峰峰、邯郸、邢台、开滦、淄博、肥城、新汶、枣庄、徐州、淮南等矿区都有承压水上采煤问题，受奥灰岩溶承压水威胁的累计可采储量达200亿t以上。近年来，一些矿区如肥城、淮南、峰峰、焦作采用深降强排疏水降压、底板加固、带压开采综合治理措施等方法，每年采出受承压水威胁的煤炭资源600万t以上，解放承压水上煤炭资源数亿吨，焦作矿区曾平均每采出1 t煤要排出60 m3水，九里山矿吨煤排水量高达93 m3。但随着采深的增加，地质条件也日益复杂，深部矿井岩溶突水问题更加突出。据不完全统计，2010—2019年煤矿共发生水害事故140起，死亡718人，如图9所示。
图9 2010—2019年全国煤矿水害事故统计
Fig.9 Statistics of water disasters of coal mines in China from 2010 to 2019
4.2 采动底板破坏规律
工作面开采过程中，在支承压力的作用下，底板中出现水平拉应力和剪应力，拉应力和剪应力使底板出现断裂，形成底板破坏带。根据煤层底板破坏情况及地下水的导升情况通常将煤层底板岩层分为“下三带”，即底板破坏带、完整岩层带和地下水导升带。其中对底板破坏带深度研究较多。郭文兵等[41]在综合分析影响煤层底板采动导水破坏深度因素的基础上，依据实测样本应用人工神经网络方法对底板破坏深度进行了计算。研究表明：底板破坏深度与工作面斜长、采深、煤层倾角、采厚、底板岩层的抗破坏能力、工作面内地质构造情况、采煤方法与顶板管理方法等有关。底板破坏带深度与采深和工作面斜长的关系如图10所示。
图10 底板破坏带深度与采深和工作面斜长的关系
Fig.10 Relationship between floor failure depth and mining depth and inclined length of working face
利用断裂力学和塑性力学得出的底板破坏带深度h1理论计算式如下：
(4)
(5)
(6)
式中：H为采深;LP为工作面斜长，m；γ为底板岩层平均容重，MN/m3；Rc为岩体抗压强度，MPa；σ1为底板岩体最大主应力，MPa；Kmax为矿山压力最大集中系数，一般为2～4；φ0为底板岩体内摩擦角，(°)。
4.3 底板突水预测方法
承压水上安全开采的基本要求是不允许底板破坏带波及水体，或与承压水导升带沟通。在底板突水预测方面，我国普遍采用突水系数法。当突水系数小于临界突水系数时，可实现安全开采。此外，采用安全隔水层厚度法和经验类比法，当计算所得的安全隔水层厚度大于煤层底板至含水层顶面之间的实际厚度时，则承压水上开采是不安全的。通过分析全国矿井水害矿区的底板突水资料，当底板所能承受的极限水头压力大于实际水头压力时不会发生突水，否则需要采取相应措施(疏水降压、底板注浆加固、改造含水层等)。随着技术的进步，还提出了多种突水理论，对矿井底板水害治理起到重要指导作用。
4.4 承压水上采煤安全技术措施
1)防探水安全技术措施：做好矿井水文及构造地质工作，如查清含水层与隔水层赋存特征，承压水径流、赋存及补给来源等。在开采受承压水威胁的煤层时，应坚持超前探水工作。探测底板隔水层厚度及其变化，探测底板含水层的含水性能及地下水导升高度，探测断层的含水性能、断裂裂隙分布规律及富水程度。必要时在井下开采水平设置疏水巷道和疏水钻孔，并对底板进行注浆加固。通过钻孔进行注浆，堵塞石灰岩溶洞，加固破碎带和断裂带，并封闭奥陶系石灰岩的补给通道，以实现在承压水体上安全采煤。为降低下伏奥陶系灰岩承压水威胁，需研发承压水体精准探测装备及配套技术，实施底板精准注浆技术。部分矿井应用高精度微震监测技术对承压水上倾斜煤层底板的采动破坏特征进行了连续、动态监测。
2)开采安全技术措施：开采技术措施主要有选择开采、分区隔离开采、优化采掘工作面布置和采煤方法等。一般先远后近、先易后难、由浅到深、先简单后复杂，进行有计划地试采，总结经验，找出规律。采区之间要设置水闸门，巷道尽可能地少穿过断层。对于无法避开的小断层，若在掘进揭露时发现有渗水现象，要在开采之前予以加固。为了解决瓦斯抽采底抽巷与底板突水危险之间的矛盾，优化承压水上底抽巷的位置选择。充填开采、部分开采、倾斜长壁仰斜推进等采煤方法可以减小支承压力对煤层底板的破坏，防止突水通道的扩展，实现煤炭资源安全开采。
5 结语及展望
“三下一上”开采是提高资源采出率，延长矿井服务年限，资源枯竭型煤矿走可持续发展之路的首选，而选择合理的开采方法是提高煤炭采出率的主要途径，因此，未来“三下一上”采煤技术的发展趋势将以源头控损开采方法及覆岩破坏控制技术为主，不仅可实现地表附属物的安全，而且可保护生态环境。
1)成本低廉、工艺简单、安全高效的充填开采方法需进一步深入研究。充填开采是一种有效的源头减沉控损开采方法，在当前绿色开采意识下越来越受到重视，而充填材料的成本、固化时间及对地下水的危害需进一步减少，开采与充填工艺需进一步优化，开采与充填效率需进一步提升，初期投入需进一步降低，机械化与智能化充填装备需进一步发展，以便适应综采工作面的生产能力和推进速度。
2)覆岩离层注浆技术与精准离层空区探测技术需进一步加强结合。覆岩离层注浆技术有效减弱覆岩移动的前提是准确选择注浆位置，为保障有效注浆效果，需与离层空区探测技术进行结合。因此，高效、便捷、高精度的离层空区探测方法是覆岩离层注浆技术的有效支撑，也是其未来发展应用的基础。
3)“三下一上”采煤井上、井下一体化的动态智能监测、预测、预警体系有待进一步完善。井上、井下一体化监测关键技术及网络平台有待于进一步研究，亟须结合现代化的监测手段或技术完善“三下一上”采煤时地表附属物损害预测预警机制、指标体系和理论模型，为矿区实现绿色可持续发展提供理论和技术支撑。
4)多场耦合作用下含水层破坏机理及防控技术需进一步研究。西北生态环境对水资源依赖性较强，煤层开采后亟须采取有效措施恢复地下水位或再造含水层。因此，对含水层及生态环境扰动较小的原位保护开采将是未来研究的发展趋势。此外，随着深部开采的常态化发展，采空区的稳定性评价及其利用、地表残余变形精准预测也将是未来研究的重点。
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