煤礦采空沉陷影響區的水土保持措施

賈 芳 張治國

(山西省水土保持科學研究所)

山西是一個煤炭資源大省，豐富的煤炭資源開采在帶動地方經濟快速發展的同時，也帶來了地表沉陷、水資源破壞、水土流失及植被破壞等生態環境惡化問題。據統計，山西因采煤形成的采空區現已達到2萬km2，相當于全省國土面積的1/8。采空造成的地面裂縫、變形、沉陷等，不僅造成部分農田毀壞，降低了土壤的蓄水保墑能力，而且導致植被生長環境變差、植被覆蓋率降低，生態環境進一步惡化，更重要的是造成了鐵路、公路等建筑物的破壞，嚴重地影響著人們的正常生產與生活。因此，科學地對煤礦開采造成的采空區及其沉陷影響區范圍進行預測，提出較為可行的水土保持生態修復措施，顯得十分必要。

1 采空沉陷影響區范圍預測

由于煤炭開采形成采空區，容易發生沉陷，可能導致地下水位下降、地表下墊面條件的變化，從而使地表植物的生長受到影響，惡化生態環境。因此，對采空沉陷區進行預測，是十分必要的。采空沉陷后，還將對沉陷周邊產生影響，所以，對采空沉陷區進行預測，還包括沉陷影響范圍的預測。一般整合煤礦采空沉陷影響區包括兩部分:一是整合前已形成的采空沉陷影響區，二是整合后首采區或首采工作面形成的采空沉陷影響區。

由于采空沉陷，造成的水土流失主要表現在采空沉陷造成的裂縫、塌陷等地表變形，在預測采空沉陷范圍時，主要應考慮煤層上覆巖層的巖性、厚度及巖層的移動傾角、回采系數等影響因素。

1.1 已有采空沉陷影響區面積預測

首先根據井田開拓方式圖，確定采空區范圍。已有采空區包括整合各礦已有的采空區，除去相互重迭的部分。

預測時，結合地層綜合柱狀圖和地質鉆探資料，確定煤層上覆巖層厚度及松散層厚度，按巖層移動傾角72°，松散層移動傾角45°，計算得地表沉陷移動外擴范圍。沉陷移動外擴范圍加上采空區范圍，即可得到已有采空沉陷影響區的面積。

1.2 首采沉陷影響區面積預測

首先，測算采空區。根據已有的地質資料，確定煤礦開采上覆松散層厚度及巖層厚度。然后按下式進行計算:

式中:S—采空區面積，hm2;

c—煤炭開采量，萬t/a;

t—開采年限，a;

m—煤層厚度，m;

γ—煤的比重，t/m3;

k—回采率。

根據以上公式，計算得首采區的采空面積。然后，按巖層移動傾角72°，松散層移動傾角45°，計算得地表沉陷移動外擴范圍，二者之和即為首采沉陷影響區面積。

已有采空沉陷影響區面積與首采沉陷影響區面積之和，即為該整合煤礦在水土保持方案服務期內的采空沉陷影響區面積。

2 采空沉陷區水土保持措施

由于采空沉陷的不均勻性，對地表造成的破壞也不均勻，相應的水土保持措施也不同。一般來說，采空沉陷區的水土保持措施包括以下方面。

2.1 工程措施

在采空中心區域，地表幾乎是均勻下沉，不會產生裂縫，只做土地平整措施，盡量保持沉陷區原有的占地類型。

按照地表變形程度的不同，采空沉陷造成的裂縫包括輕度裂縫、中度裂縫和重度裂縫。一般講，寬度小于100 mm的裂縫為輕度裂縫，寬度在100－300 mm的裂縫為中度裂縫，寬度大于300 mm的裂縫為重度裂縫。根據裂縫的大小，采取不同的措施:對于輕度和中度裂縫，直接用土填充;對于重度裂縫，先剝離兩側表土，用矸石或土石料填充，然后在其上覆土。

坡耕地根據坡度采取不同的措施:15°以下的坡耕地采用就地充填和土地平整措施，15°－25°的坡耕地采取坡改梯措施，25°以上的坡耕地采取退耕還林措施。梯田的復墾措施主要有平整土地、充填裂縫、適當修整被損毀的地坎等。

2.2 植物措施

采空沉陷區的林地，復墾方向仍是林地。復墾措施除充填裂縫外，主要為補種樹木、撒播草籽和管護。復墾區內的其他草地與裸地，適合復墾為草地。

采煤結束后，原地表遭到較大損毀，在生態脆弱條件下依靠自然恢復較困難，且周期長，要加快恢復植被與土地生產能力，首先篩選先鋒植物對復墾區土地進行改良，同時要篩選適宜的適生植物作為恢復植被的對象。通過先鋒植物的引入，改善礦區復墾地植物的生存環境，為適生植物和樹種的生長、人工耕作和重建生態提供條件。

2.3 耕作措施

通過生物改良措施，改善土壤環境，恢復土壤肥力與生物生產能力。種植豆科植物，增加土壤有機質。也可采用增施有機肥料來恢復土壤肥力及生物生產能力。當然，也可增施一些無機肥料。對復墾后的貧瘠土地，需進行土壤理化性狀的改良，以加速生土熟化，提高單位面積產量。

2.4 監測措施

對采空沉陷區實施水土保持監測，有利于及時掌握沉陷動態，以保證復墾工作的順利開展。一般開采初期，沉陷不明顯，需要對采區進行長期監測。監測的內容主要是沉陷、裂縫發生情況和水土流失情況。監測沉陷、裂縫的目的，是隨時根據實際的土地損毀情況調整方案的設計，做好復墾的前期工作。監測水土流失的目的是為了及時消除水土流失危害。另外，通過監測獲得科學數據，還可以為本地區由于地下采空地表產生移動變形規律的研究提供寶貴的現場資料。