采煤沉陷區表現形式及生態恢復治理研究

韓翠花

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原 030001)

由于歷史遺留的采煤沉陷區范圍廣、破壞嚴重，不僅給沉陷區居民生活帶來困難，威脅到部分居民生命財產安全，而且經常引發群體性事件影響社會安定，黨中央和國務院對采煤沉陷區治理工作高度重視，多年來采取了一系列重要舉措綜合治理采煤沉陷區問題，努力緩解采煤沉陷區帶來的不良影響。采煤沉陷區治理是改善農村人居環境中關鍵性工程之一。

為深化采煤沉陷區治理，進一步做好采煤沉陷區內受災群眾的搬遷安置工作，解決受災群眾安居問題，2015年山西省制定并發布了《山西省采煤沉陷區治理2015年行動方案》。為此，本文結合工作實際，針對采煤塌陷區表現形式以及生態修復智力開展研究，即通過對某礦礦區設立地表巖移，結合實地勘測，找出該區地表沉陷的特點，按照沉陷破壞程度，提出相應的治理措施，對目前礦區治理存在的問題提出相應對策建議。

1 研究區位置及開采歷程

1.1 地理位置

沉陷區位于山西朔州平魯區某煤礦礦區901采區，行政區劃屬山西省朔州市平魯區陶村鄉。

1.2 研究區開采歷程

該礦始建于2003年，生產能力0.6Mt/a，2007年進行機械化升級改造，生產能力1.2Mt/a。2009年進行兼并重組整合，生產能力1.8Mt/a，經過4年的建設并于2013年底正式投入生產，現已投產4個月。

2 研究區沉陷影響及措施

2.1 沉陷影響范圍及表現形式

2.1.1 兼并重組整合前

2007年以前，礦井生產能力0.6Mt/a，采用刀柱炮采采煤方法，開采煤層平均厚8.21m，埋深130m，開采面積0.38km2。由于炮采采煤屬于部分回采，能夠有效地控制覆巖移動，煤柱能夠支撐地表長期穩定不沉陷，地表移動和變形不明顯，基本上沒有對地表產生影響。

2008年至2009年，礦井生產能力1.2Mt/a，采用綜合機械化放頂煤采煤方法，開采煤層平均厚8.21m，埋深130m，開采區面積1.15km2。根據調查，形成沉陷區兩處，共計29.00hm2，主要表現形式為地表裂縫，極少部分區域有崩塌現象。一處沉陷面積4.0hm2，地表形態為半圓形，長15～30m，下沉落差1.0～2.0m，裂縫寬度為5～15cm，另一處沉陷面積約25hm2，地面裂縫最大長度70m，落差3m，裂縫寬度為20cm左右。礦方對沉陷影響的土地主要采取了填充、夯實裂縫、平整地面等人工和機械相結合的治理措施。耕地區地表裂縫由農民自行填充復墾治理，其他受影響的土地根據受損土地的地形地勢和受損程度分別采取措施，對于地勢低洼處的受損土地采取了簡易的人工裂縫填充，對于地勢較為陡峭的受損土地采取了機械的方式進行了填充、夯實裂縫。現場調查時，治理后耕地內原有裂縫已基本不可見，農田耕作得到了有效保護和恢復。

2.1.2 兼并重組整合后

于2013年底開始開采，生產能力1.8Mt/a，目前還未治理。沉陷區位于本工程901采區的90101工作面，該工作面長197m，走向長970m，煤層平均傾角4°，平均厚13.11m，平均采深195m，采煤方式為綜采一次性采全高。

(1)沉陷范圍及地表變形情況

根據調查，90101工作面日推進2.16m，已推進了526m，累計開采面積10.65hm2，形成地面沉陷區約13.78hm2。

為了獲得本礦區各種巖移參數，準確掌握該煤礦地表移動變形規律，從而科學、合理的確定礦區范圍內各重要建(構)筑物和井巷保護煤柱的邊界，并為今后各項工作奠定堅實可靠的基礎，本次調查組對90101工作面地表移動變形進行觀測與研究。

觀測站共設2條觀測線，一條傾向觀測線和一條走向觀測線，在傾向觀測線上布置32個觀測點(Q1－Q32)，走向觀測線上布置測點18個(Z1－Z18)，共50個觀測點。控制點均使用Ф16鋼筋，長度0.60m，用重錘錘擊入地，并標上技術標志。在開采前于2013年12月進行了兩次全面觀測，2014年1月－3月各進行了1次測量。

從地表巖移觀測點記錄得出，隨著井下工作面的開采和推進，已采區域相對應的地表有輕微的裂縫和沉降現象，且隨著時間的推移，沉降越來越明顯，地表裂縫的分布表現為垂直于工作面的推進方向和平行于工作面的推進方向(主要分布在工作面邊緣)兩種。分析其變形規律，4個月來所開采區域地表沉陷最大下沉點位于Q24，下沉量為1586mm，位于工作面開采區域的中部。

經現場踏勘，在工作面上方發現數條裂縫，地表裂縫走向基本上可分為兩類，一類為平行于工作面的推進方向，主要位于工作面的邊緣，裂縫長度可達幾十米，寬度為0.2m左右，上下錯位幅度為0.2～0.65m，裂縫間距在30m左右，當地形陡峭時裂縫寬度和落差較大;另一類裂縫與開采工作面推進方向垂直，整體呈半圓弧形垂直于工作面推進方向發展，其長度大致與工作面的采寬相近，數量較多，裂縫間距較小，通常1m左右，寬度0.1m左右，該組裂縫屬于動態裂縫，當停采一段時間后大部分裂縫會自動閉合。

從地表沉陷調查結果來看，目前地表沉陷主要為輕度，在工作面邊緣部位已發展到了中度影響。典型性沉陷裂縫情況見表1。

(2)沉陷影響調查

通過調查可知，沉陷裂縫隨工作面推進而變化，沉陷裂縫一般先拉伸后逐步恢復，最終達到穩定狀態，在自然條件(風化、搬運、沉積)作用下逐漸恢復到原始狀態。按照全國土地利用現狀調查規程和全國土地利用現狀分類標準系統(GB/T21010－2007)，根據平魯區土地利用現狀圖及相關資料，沉陷區地類為旱地、有林地和其它草地，其中旱地7.22hm2，有林地0.64hm2，其它草地5.92hm2。

根據實際調查，耕地全部為旱地，絕大部分已經撂荒或者退耕，不耕作，僅小部分地塊平坦、緊鄰路邊交通便利的耕地耕種，種植農作物主要為玉米、谷類，裂縫寬度在10cm以下，經過春耕翻土后地表沉陷裂縫不明顯，基本上不影響正常農業生產。林地區沉陷裂縫寬度在3～15cm之間，落差在5～25cm之間，裂縫區的喬木依然挺立，植株生長、發育基本不受裂縫的影響。

表1 典型性沉陷裂縫情況表

2.2 沉陷區治理原則及措施

2.2.1 治理原則

實事求是，借鑒歷史，結合現實;防治結合，按輕重分類實施，逐步治理;建立沉陷區的巖移監測，及時了解沉陷區塌陷情況，確保安全;以修復生態為目標，治理與補償相結合。

2.2.2 治理措施

由于本礦井為復采，經計算采區開采3年后才可達到穩沉，故現階段大規模治理不太現實。另外，根據《平魯區土地利用總體規劃(2006－2020年)》(平魯區人民政府)，塌陷區生態恢復原則上不改變原地類，所以先期針對不同地類采取相應的臨時措施，期間由于采煤沉陷影響農民耕作的，采取直接經濟補償的方式進行賠償。具體措施如下：

對于輕度影響的耕作耕地由農民自行填充治理，并給予一定的經濟補償;對于中度影響的所有地類和撂荒的耕地，按照復墾要求，組織人力進行人工或機械充填裂縫治理，同時結合本流域農田整治規劃把沉陷影響的撂荒地整治成耕地，主要措施為田面修正、坡改梯，把不具備畜牧業利用價值的其它草地整治成人工牧草地，采取的主要措施裂縫平整、播撒草籽，對受損的樹木采取及時扶正樹體，填充裂縫的措施，保證其正常生長。

(1)耕地措施

(a)表土剝離。一般礦區表層土壤經過多年植物作用，其土壤的理化及生物學性狀比深層生土具有較大優勢，對于植物種子的萌發和幼苗的生長有著重要作用，故在裂縫充填前先將表土剝離保存，用于復墾的覆土。對于黃土高原區的表層土壤由于長期受水蝕、風蝕影響，肥力貧瘠，表層下200cm的黃土母質營養元素的含量及保護抗蝕能力已無顯著差別，不用進行剝離表土，土地整治完成后進行土壤培肥。本礦區屬于山西臺拱平朔臺地黃土丘陵溝壑區，不用進行表土剝離。

(b)裂縫充填。本項目由于產生的裂縫較小，采取就近取土充填，采用推土機或鏟運車將土運填至裂縫處，采用搗實機進行搗實，每充填0.5m高度，搗實一次，使夯實土體的干容重達到1.4t/m3以上。

(c)土地平整。考慮地塊坡度5°～10°，裂縫落差0.2～1.0m，充填裂縫后地塊高低不平，不能耕種，所以裂縫充填后需進行土地平整。考慮每個地塊面積不大，且坡度也不陡，在平整過程中，挖高墊低，采用機械施工，將每個地塊平整為6°以內的旱地，并在地塊地墊低的邊界修筑田坎，以利于保水保肥。

(2)有林地措施

對有林地采取及時扶正樹體，填充裂縫的措施。先對傾斜的樹木扶正，然后對林地內裂縫進行充填、夯實。土方直接從裂縫落差上臺階段取土，填入裂縫，用木桿搗實，每充填0.3～0.5m高度，夯實一次，使夯實土體的干容重達到1.4t/m3以上。充填完裂縫后，依地形對裂縫周邊進行平整。有林地坡度較大，不易采用機械施工，一般采取人工施工。

(3)其它草地措施

對地塊內裂縫先要進行充填，就近取土充填，坡度小的地方采取機械施工，同旱地施工工藝，坡度大的地方采取人工充填，同有林地施工工藝。然后僅對裂縫周邊進行平整，在填完裂縫后，依地形對裂縫周邊進行平整，采用人工施工。最后撒播當地草種長芒草，以恢復植被。

3 存在的問題

3.1 治理不全面

通過調查，目前礦區僅重視對采煤沉陷區地表植被的補償和治理，對水體污染、水資源損失、水土流失等環境問題還未采取有效措施。

3.2 管理不健全

對采煤沉陷區引發的環境問題，無特定部門管理，發生問題時，由礦方臨時指定部門解決。

4 對策建議

采煤沉陷區治理是改善農村人居環境中關鍵性工程之一。多年來黨中央和國務院對采煤沉陷區治理工作高度重視，采取了一系列重要舉措綜合治理采煤沉陷區問題，努力緩解采煤沉陷區帶來的不良影響。

由于歷史遺留的采煤沉陷區范圍廣、破壞嚴重，不僅給沉陷區居民生活帶來困難，威脅到部分居民生命財產安全，而且經常引發群體性事件影響社會安定。為深化采煤沉陷區治理，進一步做好采煤沉陷區內受災群眾的搬遷安置工作，解決受災群眾安居問題，2015年山西省制定并發布了《山西省采煤沉陷區治理2015年行動方案》。為此，本文結合工作實際，針對采煤塌陷區表現形式以及生態修復智力開展研究，即通過對某礦礦區設立地表巖移，結合實地勘測，找出該區地表沉陷的特點，按照沉陷破壞程度，提出相應的治理措施，對目前礦區治理存在的問題提出相應對策建議。

研究指出，對采煤沉陷區的治理，不能只考慮對地表植被的治理，不考慮對地下水資源、水土流失的治理，這是治表不治根，達不到預期的治理目的;另外，還要設立專門的管理部門，定期巡視，制定長期有效的措施，發現問題及時采取相應的措施。

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