煤炭開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究與治理技術(shù)初探

楊勇

摘 要:隨著煤炭資源開發(fā)利用的規(guī)模不斷擴(kuò)大,煤炭資源開采引發(fā)的一系列地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)問題越來越引發(fā)各界的關(guān)注。開采過程中由于對(duì)圍巖內(nèi)原有應(yīng)力平衡的破壞而形成的采空沉陷區(qū)不但經(jīng)常引發(fā)滑坡和泥石流,也造成了大面積的植被破壞、水源枯竭、土地荒漠化等生態(tài)問題,影響著礦區(qū)人民正常的生活秩序,必須得到相關(guān)部門的有效治理。本文分析了煤炭開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)問題的表現(xiàn)形式及其影響因素,并在此基礎(chǔ)上提出了治理開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的具體對(duì)策。

關(guān)鍵詞:煤礦區(qū)開采沉陷地質(zhì)災(zāi)害影響因素治理對(duì)策

中圖分類號(hào):TD7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0091-01

1 煤炭開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害概述

1.1 煤炭開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重性

目前在一次性能源應(yīng)用中所占比例高達(dá)70%的煤炭資源,為我國的經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)發(fā)展作出了卓越的貢獻(xiàn)。然而,隨著煤炭資源開發(fā)利用的規(guī)模不斷擴(kuò)大,煤炭資源開采也引發(fā)了一系列地質(zhì)和生態(tài)問題,特別是煤層開采過程中,由于對(duì)圍巖內(nèi)原有應(yīng)力平衡的破壞而形成的采空沉陷區(qū)常導(dǎo)致地表裂縫、塌陷的產(chǎn)生,并引發(fā)滑坡、泥石流,以及進(jìn)一步的生態(tài)破壞,影響著礦區(qū)人民正常的生活秩序,必須得到相關(guān)部門的有效治理。治理過程中,應(yīng)全面把握開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)問題的各種形式,對(duì)其形成因素進(jìn)行科學(xué)分析,并在此基礎(chǔ)上找到最佳處理方法,避免煤炭開采構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)資源損失。

1.2 煤炭開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)問題的表現(xiàn)形式

1.2.1 地表沉陷造成的地質(zhì)問題

地表沉陷引發(fā)的最常見的地質(zhì)問題是地表裂縫對(duì)建筑基礎(chǔ)的影響和誘發(fā)山體滑坡等問題。地表下沉、傾斜或水平移動(dòng)變形等現(xiàn)象常造成構(gòu)建筑物與地基間的平衡狀態(tài)遭到破壞。以傾斜為例,地表傾斜將導(dǎo)致采動(dòng)影響范圍內(nèi)的構(gòu)筑物重心偏離而發(fā)生傾斜,加之其還會(huì)對(duì)建筑承重結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力,因此基礎(chǔ)的承壓狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。此外,開采沉陷對(duì)礦區(qū)內(nèi)的管線、道路、堤壩等的破壞也非常嚴(yán)重。沉陷區(qū)的山體滑坡和泥石流則多是受開采變形擾動(dòng)影響,在構(gòu)造節(jié)理和開采裂縫的分割下,邊坡巖體沿軟化泥巖層發(fā)生滑動(dòng)而形成的。如不對(duì)這些地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效治理,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和安全問題將會(huì)給煤炭開采事業(yè)帶來沉重的負(fù)擔(dān)。

1.2.2 開采沉陷對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響

在土地資源方面,由于采空區(qū)上覆巖層常發(fā)生由下至上的冒落或彎曲下沉導(dǎo)致其上方地表發(fā)生大面積的沉陷和開裂。當(dāng)沉陷深度低至潛水位時(shí),地表徑流與潛水將共同作用,使該區(qū)域成為塌陷湖泊。同時(shí)地表潛水位相對(duì)上升導(dǎo)致蒸發(fā)量增加,土壤風(fēng)化、沙化、鹽漬化嚴(yán)重,導(dǎo)致土地質(zhì)量退化和水土流失,大面積耕地被破壞,使礦區(qū)的基本農(nóng)田保護(hù)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在水資源方面,沉陷區(qū)對(duì)地質(zhì)條件的破壞常導(dǎo)致地表徑流與匯水條件的變化,地表水通過沉陷裂縫大量滲入地下,導(dǎo)致河流流量減少甚至斷流。而采空區(qū)煤系上覆巖層的含水層水位與流向也受到了開采的干擾,蓄水構(gòu)造的破壞使地下水的賦存條件也相對(duì)改變,并引起部分地區(qū)水位降低、水源枯竭等現(xiàn)象。此外,采空沉陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境也由于水土條件的改變而遭到破壞,失去了原有的平衡狀態(tài),巖石裸露、水質(zhì)惡化,環(huán)境整體質(zhì)量顯著下降。

2 地質(zhì)災(zāi)害的影響因素分析

造成沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的因素主要包括自然因素和人為因素兩類。自然因素主要包括采空區(qū)的地質(zhì)因素、水文因素和環(huán)境因素等,其中,地質(zhì)因素又包括煤層的厚度、埋深、傾角以及覆巖結(jié)構(gòu)等。通常煤層越厚沉陷量越大,而開采達(dá)到一定深度以后,地表下沉值隨開采深度而變化幅度將逐漸減小。此外,影響沉陷狀態(tài)的自然因素還包括地形地貌、第四系覆蓋層厚度等多種因素。而人為因素主要包括采煤方法與頂板管理方法的選擇以及重復(fù)采動(dòng)的影響等。其中采煤方法和頂板管理方法是影響圍巖應(yīng)力變化、巖層移動(dòng)和覆巖破壞的主要因素。以目前應(yīng)用最廣、破壞覆巖最嚴(yán)重的垮落法為例,該法管理頂板進(jìn)行長壁工作面開采時(shí),頂板巖石一般都要發(fā)生冒落和開裂性破壞。當(dāng)深厚比較大時(shí),覆巖層發(fā)生迅速而平穩(wěn)地移動(dòng),使地表下沉量達(dá)到最大。此外,一些礦山企業(yè)私采亂挖、采厚棄薄等現(xiàn)象,也是加重沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的重要原因之一。

3 煤炭開采沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的治理技術(shù)

3.1 加強(qiáng)開采沉陷區(qū)的監(jiān)測(cè)預(yù)警

不同礦區(qū)的覆巖結(jié)構(gòu)、煤層傾角、開采厚度等開采條件往往差異較大,可能形成的沉陷特點(diǎn)也有所不同。因此,各礦區(qū)應(yīng)在地表設(shè)立觀測(cè)站,進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)工作,總結(jié)開采沉陷規(guī)律,從而有效預(yù)計(jì)待開采區(qū)域的采后塌陷狀況,為提前制定治理規(guī)劃和治理措施提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 先進(jìn)防沉降技術(shù)的應(yīng)用

目前能夠有效緩解地表下沉的開采技術(shù)主要有大條帶協(xié)調(diào)式全采法、冒落條帶法、充填條帶法、水砂充填法、創(chuàng)石風(fēng)力充填法以及離層帶注漿充填法等,地表有建筑物的情況下,還應(yīng)輔以地而建筑物維修加固措施。以離層帶注漿充填法為例,其基本做法是在井下開采過程中,通過地面鉆孔,用來源廣泛、成本經(jīng)濟(jì)、可固化的注漿材料充填采空區(qū)上方的覆巖離層空間。

3.3 全面的沉陷區(qū)環(huán)境災(zāi)害治理

治理時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的塌陷狀況及當(dāng)?shù)氐淖匀簧a(chǎn)條件進(jìn)行規(guī)劃。如在西部干旱丘陵山區(qū),沉陷區(qū)一般不會(huì)積水,但易出現(xiàn)大量裂縫、陷坑等不連續(xù)變形,因此可使用推土機(jī)對(duì)土地進(jìn)行修補(bǔ)、平整,達(dá)到耕種的要求。在東部高潛水位地區(qū),地面塌陷在0.5m以下的較淺沉陷區(qū),可采用疏排法開挖排水渠,把積水排入河、湖以降低潛水位,使土地可以得到重新利用,潛水位應(yīng)控制在地表下0.8m以下;地面塌陷0.5m～2.5m的沉陷區(qū),則應(yīng)采用挖深墊淺法,將塌陷深的區(qū)域再挖深,取出的土方充填塌陷淺的區(qū)域,使前者成魚塘、后者成耕地;地面塌陷在2.5m以上的大面積常年積水深沉陷區(qū),可采取網(wǎng)箱養(yǎng)魚和發(fā)展養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等直接利用。

4 結(jié)語

綜上所述,隨著國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展,煤炭資源開采規(guī)模擴(kuò)大帶來的地質(zhì)災(zāi)害也必將成為地質(zhì)工作者們必須面對(duì)并解決的重要問題。礦區(qū)應(yīng)通過加強(qiáng)對(duì)沉陷預(yù)計(jì)等科學(xué)方法的研究與應(yīng)用,采用“以防為主、防治結(jié)合”的開采模式,同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤礦開采的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。

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