煤炭開采沉陷區地質災害研究與治理技術初探

楊勇

摘 要:隨著煤炭資源開發利用的規模不斷擴大,煤炭資源開采引發的一系列地質災害和生態問題越來越引發各界的關注。開采過程中由于對圍巖內原有應力平衡的破壞而形成的采空沉陷區不但經常引發滑坡和泥石流,也造成了大面積的植被破壞、水源枯竭、土地荒漠化等生態問題,影響著礦區人民正常的生活秩序,必須得到相關部門的有效治理。本文分析了煤炭開采沉陷區地質災害與生態問題的表現形式及其影響因素,并在此基礎上提出了治理開采沉陷區地質災害的具體對策。

關鍵詞:煤礦區開采沉陷地質災害影響因素治理對策

中圖分類號:TD7 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0091-01

1 煤炭開采沉陷區地質災害概述

1.1 煤炭開采沉陷區地質災害的嚴重性

目前在一次性能源應用中所占比例高達70%的煤炭資源,為我國的經濟增長和社會發展作出了卓越的貢獻。然而,隨著煤炭資源開發利用的規模不斷擴大,煤炭資源開采也引發了一系列地質和生態問題,特別是煤層開采過程中,由于對圍巖內原有應力平衡的破壞而形成的采空沉陷區常導致地表裂縫、塌陷的產生,并引發滑坡、泥石流,以及進一步的生態破壞,影響著礦區人民正常的生活秩序,必須得到相關部門的有效治理。治理過程中,應全面把握開采沉陷區地質災害與生態問題的各種形式,對其形成因素進行科學分析,并在此基礎上找到最佳處理方法,避免煤炭開采構成的經濟損失和生態資源損失。

1.2 煤炭開采沉陷區地質災害與生態問題的表現形式

1.2.1 地表沉陷造成的地質問題

地表沉陷引發的最常見的地質問題是地表裂縫對建筑基礎的影響和誘發山體滑坡等問題。地表下沉、傾斜或水平移動變形等現象常造成構建筑物與地基間的平衡狀態遭到破壞。以傾斜為例,地表傾斜將導致采動影響范圍內的構筑物重心偏離而發生傾斜,加之其還會對建筑承重結構產生附加應力,因此基礎的承壓狀態也會發生變化。此外,開采沉陷對礦區內的管線、道路、堤壩等的破壞也非常嚴重。沉陷區的山體滑坡和泥石流則多是受開采變形擾動影響,在構造節理和開采裂縫的分割下,邊坡巖體沿軟化泥巖層發生滑動而形成的。如不對這些地質災害進行有效治理,產生的經濟損失和安全問題將會給煤炭開采事業帶來沉重的負擔。

1.2.2 開采沉陷對環境和生態的影響

在土地資源方面,由于采空區上覆巖層常發生由下至上的冒落或彎曲下沉導致其上方地表發生大面積的沉陷和開裂。當沉陷深度低至潛水位時,地表徑流與潛水將共同作用,使該區域成為塌陷湖泊。同時地表潛水位相對上升導致蒸發量增加,土壤風化、沙化、鹽漬化嚴重,導致土地質量退化和水土流失,大面積耕地被破壞,使礦區的基本農田保護面臨著嚴峻的挑戰。在水資源方面,沉陷區對地質條件的破壞常導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,導致河流流量減少甚至斷流。而采空區煤系上覆巖層的含水層水位與流向也受到了開采的干擾,蓄水構造的破壞使地下水的賦存條件也相對改變,并引起部分地區水位降低、水源枯竭等現象。此外,采空沉陷區的生態環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,巖石裸露、水質惡化,環境整體質量顯著下降。

2 地質災害的影響因素分析

造成沉陷區地質災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的地質因素、水文因素和環境因素等,其中,地質因素又包括煤層的厚度、埋深、傾角以及覆巖結構等。通常煤層越厚沉陷量越大,而開采達到一定深度以后,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采動的影響等。其中采煤方法和頂板管理方法是影響圍巖應力變化、巖層移動和覆巖破壞的主要因素。以目前應用最廣、破壞覆巖最嚴重的垮落法為例,該法管理頂板進行長壁工作面開采時,頂板巖石一般都要發生冒落和開裂性破壞。當深厚比較大時,覆巖層發生迅速而平穩地移動,使地表下沉量達到最大。此外,一些礦山企業私采亂挖、采厚棄薄等現象,也是加重沉陷區地質災害的重要原因之一。

3 煤炭開采沉陷區地質災害的治理技術

3.1 加強開采沉陷區的監測預警

不同礦區的覆巖結構、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也有所不同。因此,各礦區應在地表設立觀測站,進行大量的數據實測工作,總結開采沉陷規律,從而有效預計待開采區域的采后塌陷狀況,為提前制定治理規劃和治理措施提供科學依據。

3.2 先進防沉降技術的應用

目前能夠有效緩解地表下沉的開采技術主要有大條帶協調式全采法、冒落條帶法、充填條帶法、水砂充填法、創石風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、成本經濟、可固化的注漿材料充填采空區上方的覆巖離層空間。

3.3 全面的沉陷區環境災害治理

治理時應根據現場的塌陷狀況及當地的自然生產條件進行規劃。如在西部干旱丘陵山區,沉陷區一般不會積水,但易出現大量裂縫、陷坑等不連續變形,因此可使用推土機對土地進行修補、平整,達到耕種的要求。在東部高潛水位地區,地面塌陷在0.5m以下的較淺沉陷區,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,潛水位應控制在地表下0.8m以下;地面塌陷0.5m～2.5m的沉陷區,則應采用挖深墊淺法,將塌陷深的區域再挖深,取出的土方充填塌陷淺的區域,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,可采取網箱養魚和發展養鴨、養鵝等直接利用。

4 結語

綜上所述,隨著國民經濟的進一步發展,煤炭資源開采規模擴大帶來的地質災害也必將成為地質工作者們必須面對并解決的重要問題。礦區應通過加強對沉陷預計等科學方法的研究與應用,采用“以防為主、防治結合”的開采模式,同時實現煤礦開采的社會效益、經濟效益與生態效益。

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