探析煤矿开采过程中地表沉陷的防治

探析煤矿开采过程中地表沉陷的防治

石梅珠

新疆煤炭设计研究院有限责任公司 新疆乌鲁木齐 830091

[摘要]煤炭工业的显著发展带来了经济繁荣的同时，矿井的生产也间接的造成了生态的、社会的风险。为了实践社会可持续发展的道路，满足绿色矿山的建设要求，本文针对矿区不同的沉陷形式，提出了防治结合的治理措施。

[关键词]地表塌陷；井下防护；沉陷治理；绿色矿山

一、采煤沉陷区产生的影响

无论是露天开采还是地下开采，煤炭开采初期对矿区土壤、水资源、大气循环等生态系统的破坏是不可避免的，而采煤区沉陷无疑是对生态系统的二次破坏。 采煤沉陷区是地表或地下煤层开采到一定程度时形成的采空区或地表下沉的区域，在这个区域中产生的并延伸至更广阔范围内的生态问题是研究的总体范畴。 采煤沉陷区对生态系统最直接的影响就是破坏了地下岩层的平衡状态，导致地质结构的变化，这种变化表现出来就是沉陷地区上层岩层的消失，原有的地表形态被打破；采煤区沉陷会直接导致采矿区地面和地下工程损毁，从而造成矿区的经济财产损失，是矿区企业所需要承担的直接风险；对当地牧民的生活和生产产生安全隐患；另一显著的表现就是形成了下沉盆地。沉陷区对生态系统的影响还表现在大气更容易被矿区排出的废气和废弃的煤矸石自燃产生的一氧化硫、一氧化碳污染，这种污染随着大气循环传播地更为迅速和广泛。

《煤炭行业绿色矿山建设要求》中提出：“建立重大环境、健康、安全和社会风险事件申诉—回应机制，及时受理并回应项目建设或公司运营所在地民众、社会团体和其他利益相关者的诉求。……矿区群众满意度不低于65%，及时妥善处理好各种利益纠纷，不得发生重大群体性事件。”，因此，采取不同的井下控制措施可以改变地表一带变形的范围、深度、速度及地表移动变形程度，从而达到保护地面环境目标的目的，或者为进一步采取地面维护措施创造条件。也可以给牧民生活和生产带来了稳定和安全的场所，促进当地社会和谐发展。

二、沉陷区治理措施

1.井下防护

井下的主要防护措施为留设保护煤柱：结合地质情况，依据岩层移动角和松散层移动角，利用垂线法进行对保护目标留设煤柱。这样可以完全避免采煤影响，缺点是损失了部分煤炭资源，特别是在煤层较厚且埋深较大，这样损失资源更多，经济上很是不合理。所以只有在保护地面重要建筑物、特殊建筑物时采用，如井筒、工业场地等其他重要环境敏感保护目标。充填开采：充填开采就是采用一定的物料充填采空区，利用充填的材料支撑作用，来减缓覆岩的下沉变形。该方法即可以减少顶板破坏高度，又能显著减小地表下沉变形，是开采建筑物、水体压煤的有效措施。充填的方法主要有四种：水砂充填、风力充填、矸石自溜和带状充填等。条带开采：条带法开采可大幅度减小地表变形量。冒落条采下沉系数为0.06~0.16，充填条采下沉系数为0.01~0.05，均小于全采方法，是“三下”采煤的重要方法。限厚开采：限厚开采的特点是能通过对厚煤层的开采厚度加以限制，从而使地表下沉和变形控制在规程允许范围内。其他辅助措施：除采取以上主要措施外，合理布置工作面的位置和推进方向，实行分层协调开采，提高开采速度和回采率等措施，是保护地面设施，减小地面一次变形或使变形抵消的辅助手段。

2.沉陷区整治

矿井采煤地表沉陷区土地整治具体原则如下：土地复垦与矿井开采计划相结合，合理安排，实施边开采、边复垦、边利用；土地复垦与当地农业规划相结合，与气象、土壤条件相适应，与当地的城镇、道路等建设及生态环境保护统一规划，进行地区综合治理，与土地利用总体规划相协调，做到地区建设布局的合理性和有利生产、生活，美化环境、促进生态的良性循环；沉陷区复垦以非充填复垦为主，采取对沉陷区进行综合整治，充填堵塞裂缝、平整土地，植树造林和植被绿化等，恢复土地的使用能力等。

开采造成的采空区会出现地表塌陷。针对区域环境状况，制定相应的生态恢复治理措施。按照《中华人民共和国煤炭法》和国务院《土地复垦规定》，本着塌陷区的综合治理应在技术上可行、环境上有效、经济上合理的原则，结合实际情况，井工开采后地面形成的塌陷区可以采取人工充填的办法进行复平，应采取以下措施：①矿区应成立地测机构（如地测科），随时观测地形变情况，及时划定地形变范围并立牌标识；一旦出现塌陷后要及时围栏，防止人机误入。塌陷区在四周出现裂缝后要及时填堵，以防空气进入井下引起煤层自燃。②影响范围内不得新建永久性建（构）筑物。已有的建（构）筑物和天然地物能拆迁的拆迁，不能拆迁的其下要留设保护煤柱。③一些小型塌陷坑且通达条件较好，用生产期的矸石进行人工充填整治后，恢复原有使用功能。⑤一些大型塌陷坑，通达条件较好，生产期的矸石集中堆放在塌陷坑稳定一侧（与煤层倾斜相反方向一侧）的边缘，然后用推土机推入坑下，进行局部充填复平。⑥到运营期末还无法人工充填复平的塌陷坑维持其自然状态，只在其周围做一些永久性围栏及标识工程。⑦开采结束，地形变稳定后方可恢复原使用功能。

应对预测将发生的塌陷区，提前将表层的土壤推到可能陷落的两侧，地面塌陷后，可以利用矸石等进行充填，待塌陷区稳定后平整地表，将表土盖覆，以恢复自然植被。对没有填充的塌陷坑，应尽可能的削平边坡，或至少平整一面边坡为斜坡。塌陷区的平整复土，自然植被的恢复率应达到在90%以上。

参照附近对采煤沉陷治理经验，结合地表沉陷对土地的破坏的影响控制和减缓措施，应立足于土地复垦工作的大力开展，实施的土地复垦规划，采取合理的土地复垦模式。

土地复垦应以人工复垦和机械复垦两种复垦模式为主，辅以生态复垦。工程复垦主要是填充裂缝和平整土地，同时结合采取必要的水土保持配套措施。按照复垦工艺复杂程度，分人工复垦和机械复垦两种：一种是简单的人工复垦，另一种是机械复垦。前者由于采煤初期及多煤层开采，初期的沉陷类型为不稳定沉陷，为了减小损失，只能采取简单的复垦方法，人工就近挖取土石直接填堵破坏土地，待回采结束2～4年沉陷稳定后，再采用回填机械复垦方案。主要复垦作业是就近取土充填裂缝，因地制宜平整土地，恢复耕地的生产能力。后者机械治理方法一般使用推土机和铲运机械，土方工程量较大，一般与区域生态综合整治工程相结合，复垦后土地类型和土壤理化性质可能改变，有剥离式机械治理和生熟土混堆法机修水平梯田治理两种工艺。这种复垦模式适用于矿区土地重度和轻度破坏区以及河谷区。裂缝位置一般发生在采空区正上方或地表移动边缘区与中间区。且分布极不规则。针对不同地层构造和土层厚度，裂缝处理方案及工艺如下：对轻度破坏，土层较厚、裂缝未贯穿土层的土地，采用黄土填堵方法。将裂缝挖开，填土夯实。主要适用于裂缝较浅、密度低，坡度在10°以下的缓坡地。对中度和重度破坏、裂缝透穿土层的土地，按反滤层的原理去填堵裂缝、孔洞。首先用粗砾石填堵孔隙，其次用次粗砾，最后用砂、细砂、土填堵。当塌陷稳定，用反滤层填堵后，可防止水土流失，使生态环境逐渐恢复。主要适用于裂缝宽较深、坡度在10°以上的山坡区。对少量水道及排水部位出现的裂缝，依据破坏程度和裂缝是否影响矿井生产区别对待。破坏程度轻微，不影响矿井生产，对其它各个方面也没有多大损害的，则按一般处理方法处理；中度以上的要进行矸石堵塞后黄土填充处理。

三、结束语

矿区做好采煤沉陷的整治措施，既可避免安全隐患、满足绿色矿山建设要求，又可改善与修复生态环境，使环境效益、经济效益，社会效益达到最佳的统一效果。