煤礦采空區地面塌陷及地裂縫的環境治理

曾華棟

(新疆地質礦產勘查開發局第六地質大隊，新疆 哈密 839000)

0 引 言

煤礦采空區地面塌陷與地裂縫是其常見病害問題之一，其問題形成主要是由于煤礦礦層開采形成采空區后，采空區巖層與結構的穩定性主要通過洞壁與支撐柱進行維持，但是由于其巖體內部空洞對這種天然應力的平衡作用會產生相應的破壞影響，導致其存在局部應力過于集中等，在采空區面積較大的情況，一旦圍巖的強度不能夠對上覆巖土體的重力形成抵抗，就會造成采空區頂板巖層內的拉張應力高于巖層的抗拉強度極限，從而產生一種向下彎曲與移動作用力，引起采空區地面斷裂以及破碎、冒落等情況，發生地面塌陷與地裂縫。煤礦采空區地面塌陷與地裂縫不僅對煤礦的安全開采與生產存在著極大的不利影響，而且對其周圍環境影響也十分不利。下文將結合煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題的形成原因及其特征，對其環境治理措施進行研究，以供參考。

1 煤礦采空區地面塌陷及地裂縫的形成及特點分析

結合煤礦采空區地面塌陷與地裂縫的形成情況，其空間分布情況和煤礦的開采生產情況之間存在較為密切的聯系，其問題形成一般與煤礦的采空區以及采煤巷道、上覆巖體特性等存在較大關系，以煤礦采空區上部最為常見，并且其在地域分布上和煤礦礦井的采掘平面具有較大的吻合度，地面塌陷和裂縫的走向和煤礦礦井巷道及開采工作面相一致，其空間展布與采空區相對應，具有規模小、密度大、分布集中等特點，且多數地裂縫呈直線型分布，裂縫長度一般在100～200 m，寬度則不足0.5 m。此外，煤礦采空區地面塌陷與地裂縫的剖面結構一般呈現上寬下窄的楔形狀，其裂縫兩壁近似直立狀態，且壁面較為粗糙；同時，煤礦采空區地面塌陷與地裂縫周圍地質災害影響較為嚴重的居民房屋建筑與土地均會出現不同程度的裂縫現象，對其正常生產與生活產生較大的不利影響。

煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題形成是由煤礦采空區的巖體結構失穩變形導致的，其形成時間與煤礦采空區開采時間相比相對滯后，主要表現為進行煤層開采后，其采空區上覆巖體的變形破壞需要經過一定的時間，因此，采空區地面塌陷與地裂縫的形成與采空區形成相比相對滯后；另一方面，在煤礦采空區地裂縫問題發生后，受降雨等自然因素影響，對其形成沖刷、淋濾等作用，導致其規模不斷擴大，比如，在煤礦采空區地裂縫形成后，部分農業地區的農民對地裂縫進行填埋和耕種，導致其以后的雨水沖刷等作用影響下再次出現更大規模的裂縫，甚至形成地面塌陷等。

2 煤礦采空區地面塌陷與地裂縫的環境治理措施

針對上述煤礦采空區地面塌陷與地裂縫的形成原因及特征，為減少煤礦采空區地面探險與地裂縫問題對周圍環境的危害影響，應注意從以下幾個方面加強對煤礦采空區地面塌陷與地裂縫的有效治理。

1)對因煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題導致被廢棄的土地進行有效治理，使其能夠在周圍生態環境的良性循環中重新發揮其積極作用和影響。一般情況下，在進行因煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題導致被廢棄的土地治理中，其主要治理措施包括對出現地面塌陷與地裂縫問題的地區使用大量的新土進行填埋，并對填埋地面進行平整、夯實等，以將其作為建筑用地進行重新使用，從而有效解決煤礦礦區的建房等有關用地需求問題，促進土地的有效利用；此外，還可以對因煤礦采空區原因出現地面塌陷或地裂縫的區域進行重新規劃設計，在對該區域進行重新覆土以及植樹造林改造后，使其作為公園綠地等綠化環境工程，為人們提供相應的休閑和娛樂場所，促進其作用重新發揮；部分煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題區域，還會被治理改造為草場等，用于畜牧養殖等，以充分發揮其土地功效和作用，實現對其煤礦采空區周圍環境的有效治理。比如，一些煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題治理中，采用因地制宜原則，通過多種治理方式綜合運用，在將其作為建筑住宅用地進行全面治理和重新規劃應用后，對住宅區域內的積水塌陷坑底，一般會將其作為人工湖進行改造，以設計建造成相應的休閑娛樂場所，使其在周圍生態環境發展中實現有關功能和作用的充分發揮，還有一部分在通過平整土地治理后，對其疏導系統進行設計和恢復，用于農業種植使用，將原本的旱田改造為水田等，以減少對周圍環境的破壞影響，促進煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題的有效治理和運用。

2)針對煤礦采空區出現的地面塌陷與地裂縫問題，在進行有關問題治理，以減少其對環境的破壞和影響中，還可以采用加固維修注漿等治理措施，對其進行綜合治理，以恢復其在周圍良好生態環境形成及其循環發展中的積極作用。由于一些煤礦進行煤層開采完成后，以煤層開采所遺留的地下巷道與開采工作面等，導致其形成相應的煤礦采空區，從而引起煤礦采空區地面塌陷與地裂縫等問題產生，對周圍的生態環境發展造成不利影響。針對這種情況，為減少其對周圍生態及環境發展的不利影響，可以在煤礦的煤層開采完成后，對礦井巷道口因爆破掩埋形成的采空區及其地面塌陷與裂縫問題，可以通過對煤礦采空區的廢棄巷道以及開采工作面實施加固以及維修處理等治理措施，以減少煤礦采空區的地面塌陷和地裂縫問題產生，避免其對周圍環境的破壞影響。其中，在對煤礦采空區的廢棄巷道以及開采工作面進行加固和維修治理過程中，可以采用垃圾填埋或者是廢棄物回填等技術方法，通過與混凝土加固技術進行結合運用，以確保對煤礦采空區廢棄巷道以及開采工作面的有效加固和處理，有效減少和預防煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題的產生。值得注意的是，上述對煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題的有效預防和治理措施，是一種具有較好的經濟可行性與環保效益的措施，其在實際問題治理應用中具有較好的作用和效果。此外，在針對煤礦采空區的地面塌陷與地裂縫問題進行有效防治中，結合其地面塌陷與地裂縫問題形成原因，如果要有效避免和防止地面塌陷和地裂縫問題的產生，還可以通過注漿等加固與維修處理方法，對煤礦采空區地面進行打孔注漿處理，提高其采空區周圍巖體的強度等，以減少其在雨水等自然因素影響下的地面塌陷與地裂縫問題發生，從而有效減少其對周圍環境等的不利影響。值得注意的是，采用注漿方法對煤礦采空區進行加固處理中，其注漿材料是采用水泥、煤粉灰以及水等材料經合理設計制成的，能夠對煤礦采空區的強度起到較好的改善和加固效果。

3)為避免煤礦采空區地面塌陷與地裂縫問題產生及其對環境的不利影響存在，還應加強對煤礦采空區周圍有關項目的開發與建設進行全面監管。由于煤礦采空區的面積較大，對周圍土體結構及環境的影響較大，容易因地震、降雨等自然因素作用引起地面塌陷與地裂縫等，造成相應的危害影響產生，再加上進行有關項目開發建設等人為作用影響，其地質災害發生風險更高，所產生的危害影響也更加突出。針對這種情況，為避免上述作用影響及其危害性產生，尤其是人為作用導致的煤礦采空區地質災害問題產生，應針對煤礦采空區周圍的各種項目建設及其開發等活動開展進行全面監管和控制，以避免有關項目開發與建設所產生的地面塌陷、水資源枯竭以及因廢渣堆放引起的固體垃圾污染、地裂縫等不利影響存在，可以在科學規劃與合理控制下，對其土地資源等進行合理開發和利用，并最大可能的降低和避免其危害影響產生。值得注意的是，一般情況下，對煤礦采空區及其周圍一定區域內禁止進行水庫或建筑住宅、道路修建等項目開發建設，以全面控制和減少其地質災害問題引起的人民生命及財產損失等不利影響產生。

3 結 語

總之，對煤礦采空區地面塌陷與地裂縫的環境治理研究，能夠在具體實踐中結合煤礦采空區具體情況采取有效措施對其地面塌陷與地裂縫問題進行綜合治理，從而減少其對周圍環境及生態系統的不利影響，具有十分積極的作用和意義。