烏魯木齊地區(qū)采煤塌陷特點(diǎn)、危害與治理研究

梁麗娟　高優(yōu)

（1新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)新疆烏魯木齊830009；2新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì)新疆烏魯木齊830009）

烏魯木齊地區(qū)采煤塌陷特點(diǎn)、危害與治理研究

梁麗娟1高優(yōu)2

（1新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)新疆烏魯木齊830009；2新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì)新疆烏魯木齊830009）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，采煤技術(shù)也得到很大的提高。烏魯木齊具有非常悠久的開(kāi)采煤礦歷史，由于煤炭資源非常豐富，也被成為"煤田上的城市"，為新疆的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是隨著采煤范圍的擴(kuò)大，地面塌陷問(wèn)題也越來(lái)越突出，受到社會(huì)各界的普遍關(guān)注。本文主要針對(duì)采煤塌陷的特點(diǎn)和危害進(jìn)行深入的分析，探討相應(yīng)的治理措施。

烏魯木齊采煤塌陷特點(diǎn)危害治理措施

調(diào)查研究結(jié)果顯示，烏魯木齊地表的采煤塌陷面積已經(jīng)在城區(qū)內(nèi)形成了塌陷帶，長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，不僅對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境造成了破壞，也威脅到了地表上的建筑設(shè)施，嚴(yán)重影響了城區(qū)內(nèi)的規(guī)劃和外環(huán)公路建設(shè)。

1　采煤塌陷特點(diǎn)

由于地質(zhì)采礦條件不同，再加上采煤手段、采厚、采深、煤層傾角、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及回采推進(jìn)速度等方面的差異，導(dǎo)致采煤塌陷具有不同的特點(diǎn)，主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1近距離、急傾斜

在對(duì)近距離煤層進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)由于巖石的移動(dòng)、頂板垮落、采掘手段等影響到煤層，而造成相互疊加的影響。由于急傾斜導(dǎo)致煤層露頭處垮冒情況非常嚴(yán)重，采掘設(shè)施作用的范圍相對(duì)縮小，如圖1所示。在對(duì)水平分段的煤層進(jìn)行回采的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)闆](méi)有及時(shí)為上部垮落物體提供支撐，導(dǎo)致煤層露頭處發(fā)生重復(fù)冒落的情況。采煤塌陷影響的區(qū)域呈條狀分布，垮落帶是指中心煤層的露頭區(qū)域，從底板和煤層頂方向看，分別是穩(wěn)定帶、整體移動(dòng)帶和裂隙帶。如果影響區(qū)域不對(duì)稱，將會(huì)嚴(yán)重影響開(kāi)采的范圍[1]。

圖1　急傾斜煤層開(kāi)采時(shí)煤層的移動(dòng)情況

1.2巖性

巖性為砂巖的煤層以及泥質(zhì)砂巖夾泥巖的煤層具有以下特點(diǎn)：巖體很難斷裂，區(qū)域內(nèi)部巖層整體開(kāi)采的難度較大，以彈性變形為主，裂縫發(fā)育，整體移動(dòng)方位內(nèi)地表水平的下沉值小于移動(dòng)值。

1.3煤層差異

煤層分為特厚煤層、厚煤層、中厚煤層等。對(duì)厚煤層和中厚煤層進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，由于殘留煤柱有支撐點(diǎn)，所以底板和煤層頂?shù)臄嗔褬O限達(dá)不到，最終會(huì)在地表形成不連續(xù)的串珠狀塌陷坑。對(duì)特厚煤層進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)沿著煤層的走向形成槽形的塌陷坑，這是由于塌陷漏斗重疊而導(dǎo)致[2]。

2　危害形式

烏魯木齊市采煤塌陷的危害形式可以根據(jù)危害持續(xù)的時(shí)間分為漸發(fā)性危害和突發(fā)性危害。

2.1漸發(fā)性危害

底板和煤層頂板屬于巖層的移動(dòng)帶和裂縫帶，裂縫和煤層的走向相似，長(zhǎng)度可以達(dá)到近千米，上寬下窄，左右兩邊沒(méi)有明顯的高度差。裂縫和塌陷距離越遠(yuǎn)越不明顯，巖層方面主要表現(xiàn)為整體的緩慢移動(dòng)，并且?guī)r層的位移可以持續(xù)很多年。此外，巖體不僅朝著塌陷帶的方向緩慢移動(dòng)，還在不斷沉陷，這些都是采煤塌陷可能造成的漸發(fā)性危害。這種破壞方式都會(huì)影響市區(qū)內(nèi)地段的開(kāi)發(fā)，增加開(kāi)發(fā)的成本。如圖2所示。

圖2　采煤塌陷區(qū)的地表裂縫

2.2突發(fā)性危害

地下采空之后，如果頂板和煤柱不能及時(shí)和地面垮通或者冒落，就會(huì)形成地下空洞，這和陷阱一樣，一旦其他因素對(duì)其造成影響之后，就會(huì)造成突然的垮塌，如圖3所示。如果在塌陷范圍內(nèi)對(duì)山體進(jìn)行切割，就容易引起兩坡的滑坡和崩塌。目前，在小窯開(kāi)采區(qū)，這種地下空洞仍然比較普遍，但是危害極大。如鐵廠溝鎮(zhèn)周圍曾經(jīng)在數(shù)年前由于塌陷坑下面煤柱燃盡之后，導(dǎo)致煤炭燃燒的灰層和地下有害氣體強(qiáng)烈冒放，騰起的蘑菇云高達(dá)幾十米，濃煙在空中久久不散，事后，鐵廠溝鎮(zhèn)順風(fēng)方向的地上都有一層厚厚的灰層，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，影響惡劣[3]。

圖3　采煤塌陷

3　治理措施

采煤塌陷治理是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，涉及到法律、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面，具有較高的艱巨性和長(zhǎng)期性。治理措施主要分為以下幾個(gè)方面。

3.1采煤塌陷區(qū)域的綜合治理

首先，有關(guān)部門和工作人員必須掌握正確的塌陷規(guī)律及科學(xué)的預(yù)測(cè)，及時(shí)采取有效的治理措施。同時(shí)烏魯木齊市政府部門要嚴(yán)格遵循誰(shuí)破壞誰(shuí)治理、誰(shuí)監(jiān)督誰(shuí)負(fù)責(zé)的原則，積極采取治理措施。其次，為了盡量減少塌陷造成的危害，可以對(duì)重要的建筑物設(shè)置永久性煤柱。煤柱外的塌陷區(qū)域可以采取黃土填充或者矸石填充等方法，采用各種手段制約塌陷范圍的擴(kuò)大。再次，在現(xiàn)有規(guī)劃礦井、在建礦井、生產(chǎn)礦井等井田范圍內(nèi)，不準(zhǔn)建設(shè)市政公用設(shè)施、醫(yī)院、學(xué)校、企業(yè)、工廠以及居民點(diǎn)等，政府要加強(qiáng)監(jiān)督力度。最后，對(duì)于塌陷區(qū)域內(nèi)的礦山企業(yè)，堅(jiān)決杜絕倉(cāng)式采煤法的使用，大力推廣綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)，確保塌陷區(qū)域上部的覆體露頭完全冒落，地面使用黃土進(jìn)行回填。

3.2歷史塌陷區(qū)治理措施

首先，要以調(diào)查訪問(wèn)、收集資料為手段，了解歷史塌陷區(qū)的具體情況，必要時(shí)使用電法、地震法等物探技術(shù)以及鉆探工作，對(duì)采煤塌陷的具體情況進(jìn)行勘察，然后提出初步的治理預(yù)案。歷史塌陷區(qū)的具體情況主要包括以下幾個(gè)方面：（1）地層的構(gòu)造、產(chǎn)狀和構(gòu)成，已經(jīng)開(kāi)采煤層的厚度、層數(shù)和分布情況等；（2）煤層開(kāi)采的方法、時(shí)間、深度、強(qiáng)度以及煤柱留設(shè)情況等；（3）地表的分布規(guī)律、變形特征等；（4）地面建筑物的變形觀察結(jié)果等。其次，要根據(jù)用地需求，進(jìn)行針對(duì)性的技術(shù)處理，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)于垮落地段要使用

黃土進(jìn)行回填，必要時(shí)注水壓實(shí)，從而滿足復(fù)墾用地等多方面的需求；（2）地下可以實(shí)行鉆孔壓力灌漿的方法，有效改善巖體的應(yīng)力狀態(tài)，最大限度的提高巖體的穩(wěn)定性；（3）對(duì)難以操作、費(fèi)用過(guò)高、利用價(jià)值不大、地表移動(dòng)劇烈等地段盡量避開(kāi)。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，烏魯木齊地區(qū)采煤塌陷問(wèn)題對(duì)城市建設(shè)帶來(lái)了巨大的危害，不僅有漸發(fā)的，還有突發(fā)的，不僅有現(xiàn)時(shí)的，還有歷史的，迫切需要采取有效措施加以解決，盡量避免對(duì)社會(huì)進(jìn)步和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及塌陷區(qū)域居民正常生活造成的影響。

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-109-2

梁麗娟（1983～），女，畢業(yè)于新疆大學(xué)，水工環(huán)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境問(wèn)題、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估。

[1]譚肖波,王學(xué)森,肖華,姜福紅,張文才.魯西南平原地區(qū)采煤塌陷地質(zhì)災(zāi)害的防治對(duì)策[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2008,01:27-31.

[2]李亞平,苗放,黃舒寒懋.利用塌陷積水對(duì)采煤塌陷區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)--以開(kāi)灤煤礦為例[J].內(nèi)蒙古石油化工,2009,05:1-3.