煤礦開采沉陷防治措施探討

寧飛

（山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012）

煤炭資源在我國(guó)屬于主要的能源之一，它的開發(fā)及利用雖然為人類創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)利益，但同時(shí)礦區(qū)地表出現(xiàn)大面積的沉陷，也是由于煤炭開采而造成的。地面出現(xiàn)大面積塌陷，會(huì)引發(fā)各種次生環(huán)境災(zāi)害。本文主要針對(duì)因煤礦開采形成塌陷后，而造成的各種不良影響進(jìn)行分析，并從中總結(jié)出了行之有效的防治措施與控制技術(shù)，以便將煤炭開采沉陷所造成的影響降到最低。

1 調(diào)查某省因開采煤炭造成的沉陷情況

為了研究開采煤礦造成的采空沉陷情況，本研究對(duì)某省開采造成的塌陷進(jìn)行調(diào)查，其調(diào)查情況如表1。

在2003年，該省采空沉陷的面積就達(dá)到818平方千米，而2004年如若包含裂縫以及裂隙等其他變形現(xiàn)象，其沉陷總面積就達(dá)到1000平方千米，一直到2011年，采空沉陷面積達(dá)到5000平方千米，調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況如下所示。

從該表中可以發(fā)現(xiàn)，該省煤礦開采也是急劇上升，而采空區(qū)沉陷面積隨之而快速增加，在2011年采空區(qū)沉陷面積占據(jù)總面積6%，成為比較嚴(yán)重問題。因此，對(duì)采空沉陷問題進(jìn)行防治與控制勢(shì)在必行。

2 煤炭開采沉陷所造成的影響

2.1 地表沉陷對(duì)土地資源造成的影響

在煤礦開采過程中，由于近地面采煤而造成的地面塌陷，不但發(fā)生頻率較高，且塌陷面積也較大，這樣將導(dǎo)致礦區(qū)周邊眾多農(nóng)田及耕地，都受到不同程度的破壞，最終因長(zhǎng)期無法耕種而使農(nóng)田及耕地荒蕪。尤其是處于低洼地勢(shì)的塌陷區(qū)，它們往往是處于常年積水的狀態(tài)，根本無法進(jìn)行正常耕種，這類影響幾乎是永久性，若不及時(shí)采取有效的整治措施，這些原本肥沃的土地將永遠(yuǎn)的離我們而去。

2.2 地表沉陷對(duì)水資源造成的影響

煤礦在進(jìn)行煤炭開采的過程中，不但對(duì)地下巖石、含水層與隔水層，均造成了極大的破壞外，還對(duì)地下水進(jìn)行了較大地疏排。長(zhǎng)此下去，采礦后的覆巖一旦出現(xiàn)冒落或是塌陷時(shí)，無論是地下水的流量還是流向，都將發(fā)生一定程度的改變，使地下水位突然急劇下降，從而導(dǎo)致水資源的嚴(yán)重匱乏，及水土資源的大量流失。并且由于該礦區(qū)地下水的徑流條件發(fā)生了變化，那么該礦區(qū)地下水的礦化度將呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。

2.3 地表沉陷對(duì)地表建筑造成的影響

煤炭開采過程中將導(dǎo)致地表出現(xiàn)下沉、水平變形及傾斜等問題，這對(duì)礦區(qū)地表存在的建筑物及農(nóng)田水利設(shè)施等，都將造成一定的影響，輕則給人們的生產(chǎn)生活帶來不便，嚴(yán)重時(shí)還將對(duì)人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全造成極大的威脅。因此，必須采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，以便將危害控制在最低范圍內(nèi)。

3 防治采煤沉陷的有效措施

對(duì)于煤炭開采造成的沉陷破壞，要想取得良好的防治效果，就必須借助于各種有效措施，對(duì)地表的下沉速度與下沉范圍進(jìn)行控制，最終達(dá)到盡量減少地表下沉，以及有效保護(hù)地表建筑、耕地和設(shè)施等的目的。

表1 從2003～2011年某省的沉陷面積統(tǒng)計(jì)

3.1 全部充填式開采

所謂全部充填式開采，指的是在煤炭開采出來之后，而頂板又還沒有出現(xiàn)冒落之前，就及時(shí)選取合適的固體材料，以密實(shí)充填的方式對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填處理。經(jīng)這樣的處理之后，即使頂板巖層發(fā)生下沉，其下沉幅度也將得到有效控制，這樣即達(dá)到了減少地表出現(xiàn)大幅度下沉及變形的目的，同時(shí)也讓地表的建筑物與耕地等，得到了有效的保護(hù)。若從充填效果進(jìn)行排序的話，效果最佳的當(dāng)屬水沙充填法，其次為風(fēng)力充填與矸石自溜等充填方式。

3.2 覆巖離層帶的充填

根據(jù)巖移特性可知，當(dāng)采空區(qū)在其上方覆巖發(fā)生移動(dòng)時(shí)就會(huì)形成三帶，只要在煤炭開采出來后的一定時(shí)間范圍內(nèi)，以鉆孔的方式向離層帶的空間內(nèi)，進(jìn)行高壓注漿處理，通過這種充填方式來對(duì)離層空間進(jìn)行加固。與此同時(shí)，還可用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)替換砌體梁結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫B續(xù)梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能更好，這樣離層帶的下沉空間便不會(huì)再次傳遞給地表，最終達(dá)到降低地表下沉速度，有效保護(hù)地面建筑與耕地等的目的。但是由于這項(xiàng)技術(shù)在操作上具有較大的難度，所以使用頻率并不是太高。

3.3 條帶開采

所謂條帶開采，指的是對(duì)煤層與上覆巖層之間的組合條件進(jìn)行合理分析，然后按照科學(xué)的采留比例在被開采的煤層之中，采出一條并保留一條。從中可以看出，條帶開采并未完全對(duì)煤炭資源進(jìn)行開采，它在開采的同時(shí)還留下了部分煤炭資源，以其充當(dāng)上覆巖層的支撐住。這樣的開采方式不但有效地控制了覆巖的移動(dòng)頻率，同時(shí)礦區(qū)地表發(fā)生變形、移動(dòng)及塌陷的幾率也隨之有所下降。但這種方法也存在一定的問題，那就是采出率低、工作面效率低以及巷道掘進(jìn)多等。

3.4 協(xié)調(diào)開采

在對(duì)厚煤層進(jìn)行開采的時(shí)候，首先應(yīng)對(duì)各個(gè)工作面中的開采間距、開采順序以及相互之間的位置，進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以便兩個(gè)開采煤層所引起的地表變形，能相互抵消一部分或者是完全抵消，這樣便能在最大程度上保護(hù)好地表的建筑物及耕地等。雖然這種方式的效果非常理想，但由于該技術(shù)必須保持相應(yīng)的錯(cuò)距，因此，在進(jìn)行組織生產(chǎn)的時(shí)候存在著很大的難度，現(xiàn)階段我國(guó)還并未進(jìn)行這樣的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。

3.5 限厚開采

當(dāng)對(duì)可開采煤層的厚度進(jìn)行確定時(shí)，必須綜合多方面的因素進(jìn)行考慮，例如礦區(qū)的地形及水文地質(zhì)的條件，建筑物自身的抗變形能力，以及不產(chǎn)生地面積水等問題。當(dāng)可開采煤層的厚度確定出來之后，就只能夠回采該厚度的煤，而其余厚度的煤則不能進(jìn)行開采，從而達(dá)到有效緩解地表下沉，及保護(hù)好地表建筑及耕地等的目的。這種技術(shù)仍舊存在著采出率低的特點(diǎn)，因此僅在薄煤層中具有一定的使用價(jià)值。

3.6 有效利用三步法

這里所指的三步法是首先利用小條帶的方法進(jìn)行開采，然后利用注漿充填的方式對(duì)采空區(qū)進(jìn)行加固，最后剩下的部分再利用條帶方式對(duì)其進(jìn)行開采。三步法在控制地表沉陷及巖層移動(dòng)方面具有較好的效果，它不但避免了礦區(qū)地表大面積出現(xiàn)沉陷，同時(shí)還有效提高了工作面的回采率，以及使地表建筑物與耕地等均受到了極大的保護(hù)。它的缺點(diǎn)則是成本造價(jià)過高與施工工藝太過復(fù)雜。

4 土地復(fù)墾技術(shù)

4.1 以煤矸石進(jìn)行充填的復(fù)墾

每次在進(jìn)行煤炭開采的過程中，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)量較大的煤矸石，過去通常都是將其運(yùn)送到地表進(jìn)行排放，這種方式排放方式不但造成了環(huán)境污染，同時(shí)還占用了地面的有效用地。為了有效解決這一問題，我們可以將開采出來的煤矸石當(dāng)做采空區(qū)的充填材料，這樣既不影響環(huán)境美觀，又可以不占用礦區(qū)的有效用地。

4.2 以粉煤灰進(jìn)行充填的復(fù)墾

粉煤灰本身屬于電廠的廢棄物，若不對(duì)其進(jìn)行合理的處理，和可能對(duì)人們的生活環(huán)境帶來極大的影響，因此，為了變廢為寶便將粉煤灰當(dāng)成了開采沉陷區(qū)的另一種充填材料，這樣粉煤灰與地表塌陷就都不存在了，而電廠不用再為粉煤處理傷腦筋，煤礦業(yè)不用擔(dān)心地面塌陷問題，農(nóng)民也不再擔(dān)心農(nóng)田與耕地?zé)o法耕種，真可謂是變兩害為三利。

4.3 以平地與修建梯田的方式復(fù)墾

對(duì)于那些地勢(shì)較低的邊坡地帶及積水沉陷區(qū)，可利用平整土地或是將其改造成梯田的方式，進(jìn)行復(fù)墾再利用。需要注意的是在對(duì)梯田的梯坎高度與水平寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分結(jié)合地面坡度的陡峭程度、工程量的大小、土層厚薄及耕種作物種類等，進(jìn)行科學(xué)全面的考慮。而在對(duì)田間坡度的坡向及大小進(jìn)行確定的時(shí)候，則必須按照原始坡度大小、復(fù)墾土地的用途以及是否具備灌溉條件等因素來確定。

5 處理采空塌陷問題的應(yīng)對(duì)對(duì)策

從上面分析可知，因煤礦開采造成采空沉陷問題較多，它們都影響到人們的正常生活，因此必須要依據(jù)實(shí)況采取合理的應(yīng)對(duì)對(duì)策。

5.1 從技術(shù)入手做好對(duì)策

（1）淺層及無積水塌陷地，就應(yīng)該削除高低整治復(fù)耕，塌陷不深或者積水較少都要平整土地，修繕相關(guān)排灌系統(tǒng)，還要改善耕作的條件，種植樹木及各種農(nóng)作物。

（2）當(dāng)塌陷較深或者積水較多之處，就要從深部挖一些土填到淺部，重新將耕地復(fù)墾，整理成土地，復(fù)墾出發(fā)點(diǎn)不但體現(xiàn)到土地經(jīng)濟(jì)價(jià)值上，還從土地社會(huì)和生態(tài)價(jià)值上體現(xiàn)出來。復(fù)墾上還必須要合理規(guī)劃，要注重社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)幾個(gè)效益相協(xié)調(diào)。

（3）改善采礦所用方法；日常中常用采礦法為放頂、分層以及長(zhǎng)臂等等，因此合理改善開采方法，例如合適地區(qū)采用高壓注漿、協(xié)調(diào)開采以及部分填充等各種技術(shù)，有效降低開采中存在的塌陷事故，主要就要選合理開采方法。

（4）及時(shí)進(jìn)行福坑；當(dāng)不斷開采煤炭時(shí)，地表面會(huì)隨之發(fā)生不停移動(dòng)，時(shí)間一長(zhǎng)就可能出現(xiàn)地表移動(dòng)現(xiàn)象，就要及時(shí)復(fù)墾采空塌陷地方，及時(shí)填平地表裂縫或者塌陷之處，并且要注意下降的地下水位會(huì)影響植物生長(zhǎng)，造成較為嚴(yán)重生態(tài)問題，因此就需要及時(shí)對(duì)生態(tài)用水進(jìn)行補(bǔ)充，及時(shí)填補(bǔ)存在的問題。

5.2 政府要大力支持

（1）加強(qiáng)環(huán)境意識(shí)，增強(qiáng)采煤區(qū)域的環(huán)境意識(shí)，加強(qiáng)法律的約束，有效對(duì)塌陷進(jìn)行預(yù)防。真正做好治理、保護(hù)環(huán)境，監(jiān)督企業(yè)要專門投入治理資金，利用矸石回填實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)和環(huán)境有機(jī)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展。

（2）因地制宜科學(xué)治理；在很多地方因?yàn)樗荻霈F(xiàn)塌陷，造成毀滅性與不可逆性，必須要從治理上入手，依據(jù)坍陷實(shí)況采用生態(tài)學(xué)、塌陷學(xué)以及環(huán)境學(xué)等各種理論作為指導(dǎo)思想，有效治理塌陷區(qū)。

（3）加大監(jiān)督力度；煤礦開采企業(yè)并不會(huì)自覺治理塌陷問題，因此政府必須要極大監(jiān)督力度，依法政治非法經(jīng)營(yíng)企業(yè)，監(jiān)督各煤礦運(yùn)營(yíng)情況，發(fā)現(xiàn)問題責(zé)令限期整頓，確保煤礦開采可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)語

開采與利用煤礦，造成巨大的經(jīng)濟(jì)效益之時(shí)還會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，因此必須要高度重視煤礦開采的負(fù)面影響。本文就是以某省作為案例進(jìn)行分析，從調(diào)查統(tǒng)計(jì)中可知采空塌陷的問題極為嚴(yán)重，所以必須要有針對(duì)性采取有效防治措施，才能夠確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)化發(fā)展。

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