煤礦采空區(qū)地面塌陷及地裂縫的環(huán)境治理

曾華棟

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，新疆 哈密 839000)

0 引 言

煤礦采空區(qū)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(qū)后，采空區(qū)巖層與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要通過洞壁與支撐柱進(jìn)行維持，但是由于其巖體內(nèi)部空洞對(duì)這種天然應(yīng)力的平衡作用會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的破壞影響，導(dǎo)致其存在局部應(yīng)力過于集中等，在采空區(qū)面積較大的情況，一旦圍巖的強(qiáng)度不能夠?qū)ι细矌r土體的重力形成抵抗，就會(huì)造成采空區(qū)頂板巖層內(nèi)的拉張應(yīng)力高于巖層的抗拉強(qiáng)度極限，從而產(chǎn)生一種向下彎曲與移動(dòng)作用力，引起采空區(qū)地面斷裂以及破碎、冒落等情況，發(fā)生地面塌陷與地裂縫。煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫不僅對(duì)煤礦的安全開采與生產(chǎn)存在著極大的不利影響，而且對(duì)其周圍環(huán)境影響也十分不利。下文將結(jié)合煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題的形成原因及其特征，對(duì)其環(huán)境治理措施進(jìn)行研究，以供參考。

1 煤礦采空區(qū)地面塌陷及地裂縫的形成及特點(diǎn)分析

結(jié)合煤礦采空區(qū)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(chǎn)情況之間存在較為密切的聯(lián)系，其問題形成一般與煤礦的采空區(qū)以及采煤巷道、上覆巖體特性等存在較大關(guān)系，以煤礦采空區(qū)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(qū)相對(duì)應(yīng)，具有規(guī)模小、密度大、分布集中等特點(diǎn)，且多數(shù)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(qū)地面塌陷與地裂縫的剖面結(jié)構(gòu)一般呈現(xiàn)上寬下窄的楔形狀，其裂縫兩壁近似直立狀態(tài)，且壁面較為粗糙；同時(shí)，煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫周圍地質(zhì)災(zāi)害影響較為嚴(yán)重的居民房屋建筑與土地均會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象，對(duì)其正常生產(chǎn)與生活產(chǎn)生較大的不利影響。

煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題形成是由煤礦采空區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)變形導(dǎo)致的，其形成時(shí)間與煤礦采空區(qū)開采時(shí)間相比相對(duì)滯后，主要表現(xiàn)為進(jìn)行煤層開采后，其采空區(qū)上覆巖體的變形破壞需要經(jīng)過一定的時(shí)間，因此，采空區(qū)地面塌陷與地裂縫的形成與采空區(qū)形成相比相對(duì)滯后；另一方面，在煤礦采空區(qū)地裂縫問題發(fā)生后，受降雨等自然因素影響，對(duì)其形成沖刷、淋濾等作用，導(dǎo)致其規(guī)模不斷擴(kuò)大，比如，在煤礦采空區(qū)地裂縫形成后，部分農(nóng)業(yè)地區(qū)的農(nóng)民對(duì)地裂縫進(jìn)行填埋和耕種，導(dǎo)致其以后的雨水沖刷等作用影響下再次出現(xiàn)更大規(guī)模的裂縫，甚至形成地面塌陷等。

2 煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫的環(huán)境治理措施

針對(duì)上述煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫的形成原因及特征，為減少煤礦采空區(qū)地面探險(xiǎn)與地裂縫問題對(duì)周圍環(huán)境的危害影響，應(yīng)注意從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫的有效治理。

1)對(duì)因煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題導(dǎo)致被廢棄的土地進(jìn)行有效治理，使其能夠在周圍生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)中重新發(fā)揮其積極作用和影響。一般情況下，在進(jìn)行因煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題導(dǎo)致被廢棄的土地治理中，其主要治理措施包括對(duì)出現(xiàn)地面塌陷與地裂縫問題的地區(qū)使用大量的新土進(jìn)行填埋，并對(duì)填埋地面進(jìn)行平整、夯實(shí)等，以將其作為建筑用地進(jìn)行重新使用，從而有效解決煤礦礦區(qū)的建房等有關(guān)用地需求問題，促進(jìn)土地的有效利用；此外，還可以對(duì)因煤礦采空區(qū)原因出現(xiàn)地面塌陷或地裂縫的區(qū)域進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，在對(duì)該區(qū)域進(jìn)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(huán)境工程，為人們提供相應(yīng)的休閑和娛樂場所，促進(jìn)其作用重新發(fā)揮；部分煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題區(qū)域，還會(huì)被治理改造為草場等，用于畜牧養(yǎng)殖等，以充分發(fā)揮其土地功效和作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)其煤礦采空區(qū)周圍環(huán)境的有效治理。比如，一些煤礦采空區(qū)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(yùn)用，在將其作為建筑住宅用地進(jìn)行全面治理和重新規(guī)劃應(yīng)用后，對(duì)住宅區(qū)域內(nèi)的積水塌陷坑底，一般會(huì)將其作為人工湖進(jìn)行改造，以設(shè)計(jì)建造成相應(yīng)的休閑娛樂場所，使其在周圍生態(tài)環(huán)境發(fā)展中實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能和作用的充分發(fā)揮，還有一部分在通過平整土地治理后，對(duì)其疏導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和恢復(fù)，用于農(nóng)業(yè)種植使用，將原本的旱田改造為水田等，以減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞影響，促進(jìn)煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題的有效治理和運(yùn)用。

2)針對(duì)煤礦采空區(qū)出現(xiàn)的地面塌陷與地裂縫問題，在進(jìn)行有關(guān)問題治理，以減少其對(duì)環(huán)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(duì)其進(jìn)行綜合治理，以恢復(fù)其在周圍良好生態(tài)環(huán)境形成及其循環(huán)發(fā)展中的積極作用。由于一些煤礦進(jìn)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(dǎo)致其形成相應(yīng)的煤礦采空區(qū)，從而引起煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫等問題產(chǎn)生，對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境發(fā)展造成不利影響。針對(duì)這種情況，為減少其對(duì)周圍生態(tài)及環(huán)境發(fā)展的不利影響，可以在煤礦的煤層開采完成后，對(duì)礦井巷道口因爆破掩埋形成的采空區(qū)及其地面塌陷與裂縫問題，可以通過對(duì)煤礦采空區(qū)的廢棄巷道以及開采工作面實(shí)施加固以及維修處理等治理措施，以減少煤礦采空區(qū)的地面塌陷和地裂縫問題產(chǎn)生，避免其對(duì)周圍環(huán)境的破壞影響。其中，在對(duì)煤礦采空區(qū)的廢棄巷道以及開采工作面進(jìn)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(shù)方法，通過與混凝土加固技術(shù)進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用，以確保對(duì)煤礦采空區(qū)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(yù)防煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題的產(chǎn)生。值得注意的是，上述對(duì)煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題的有效預(yù)防和治理措施，是一種具有較好的經(jīng)濟(jì)可行性與環(huán)保效益的措施，其在實(shí)際問題治理應(yīng)用中具有較好的作用和效果。此外，在針對(duì)煤礦采空區(qū)的地面塌陷與地裂縫問題進(jìn)行有效防治中，結(jié)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(chǎn)生，還可以通過注漿等加固與維修處理方法，對(duì)煤礦采空區(qū)地面進(jìn)行打孔注漿處理，提高其采空區(qū)周圍巖體的強(qiáng)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(fā)生，從而有效減少其對(duì)周圍環(huán)境等的不利影響。值得注意的是，采用注漿方法對(duì)煤礦采空區(qū)進(jìn)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(jīng)合理設(shè)計(jì)制成的，能夠?qū)γ旱V采空區(qū)的強(qiáng)度起到較好的改善和加固效果。

3)為避免煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫問題產(chǎn)生及其對(duì)環(huán)境的不利影響存在，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤礦采空區(qū)周圍有關(guān)項(xiàng)目的開發(fā)與建設(shè)進(jìn)行全面監(jiān)管。由于煤礦采空區(qū)的面積較大，對(duì)周圍土體結(jié)構(gòu)及環(huán)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(yīng)的危害影響產(chǎn)生，再加上進(jìn)行有關(guān)項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)等人為作用影響，其地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)更高，所產(chǎn)生的危害影響也更加突出。針對(duì)這種情況，為避免上述作用影響及其危害性產(chǎn)生，尤其是人為作用導(dǎo)致的煤礦采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害問題產(chǎn)生，應(yīng)針對(duì)煤礦采空區(qū)周圍的各種項(xiàng)目建設(shè)及其開發(fā)等活動(dòng)開展進(jìn)行全面監(jiān)管和控制，以避免有關(guān)項(xiàng)目開發(fā)與建設(shè)所產(chǎn)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(xué)規(guī)劃與合理控制下，對(duì)其土地資源等進(jìn)行合理開發(fā)和利用，并最大可能的降低和避免其危害影響產(chǎn)生。值得注意的是，一般情況下，對(duì)煤礦采空區(qū)及其周圍一定區(qū)域內(nèi)禁止進(jìn)行水庫或建筑住宅、道路修建等項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)，以全面控制和減少其地質(zhì)災(zāi)害問題引起的人民生命及財(cái)產(chǎn)損失等不利影響產(chǎn)生。

3 結(jié) 語

總之，對(duì)煤礦采空區(qū)地面塌陷與地裂縫的環(huán)境治理研究，能夠在具體實(shí)踐中結(jié)合煤礦采空區(qū)具體情況采取有效措施對(duì)其地面塌陷與地裂縫問題進(jìn)行綜合治理，從而減少其對(duì)周圍環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，具有十分積極的作用和意義。