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摘 要:随着煤炭资源开发利用的规模不断扩大,煤炭资源开采引发的一系列地质灾害和生态问题越来越引发各界的关注。开采过程中由于对围岩内原有应力平衡的破坏而形成的采空沉陷区不但经常引发滑坡和泥石流,也造成了大面积的植被破坏、水源枯竭、土地荒漠化等生态问题,影响着矿区人民正常的生活秩序,必须得到相关部门的有效治理。本文分析了煤炭开采沉陷区地质灾害与生态问题的表现形式及其影响因素,并在此基础上提出了治理开采沉陷区地质灾害的具体对策。
关键词:煤矿区 开采沉陷 地质灾害 影响因素 治理对策
中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0091-01
1 煤炭开采沉陷区地质灾害概述
1.1 煤炭开采沉陷区地质灾害的严重性
目前在一次性能源应用中所占比例高达70%的煤炭资源,为我国的经济增长和社会发展作出了卓越的贡献。然而,随着煤炭资源开发利用的规模不断扩大,煤炭资源开采也引发了一系列地质和生态问题,特别是煤层开采过程中,由于对围岩内原有应力平衡的破坏而形成的采空沉陷区常导致地表裂缝、塌陷的产生,并引发滑坡、泥石流,以及进一步的生态破坏,影响着矿区人民正常的生活秩序,必须得到相关部门的有效治理。治理过程中,应全面把握开采沉陷区地质灾害与生态问题的各种形式,对其形成因素进行科学分析,并在此基础上找到最佳处理方法,避免煤炭开采构成的经济损失和生态资源损失。
1.2 煤炭开采沉陷区地质灾害与生态问题的表现形式
1.2.1 地表沉陷造成的地质问题
地表沉陷引发的最常见的地质问题是地表裂缝对建筑基础的影响和诱发山体滑坡等问题。地表下沉、倾斜或水平移动变形等现象常造成构建筑物与地基间的平衡状态遭到破坏。以倾斜为例,地表倾斜将导致采动影响范围内的构筑物重心偏离而发生倾斜,加之其还会对建筑承重结构产生附加应力,因此基础的承压状态也会发生变化。此外,开采沉陷对矿区内的管线、道路、堤坝等的破坏也非常严重。沉陷区的山体滑坡和泥石流则多是受开采变形扰动影响,在构造节理和开采裂缝的分割下,边坡岩体沿软化泥岩层发生滑动而形成的。如不对这些地质灾害进行有效治理,产生的经济损失和安全问题将会给煤炭开采事业带来沉重的负担。
1.2.2 开采沉陷对环境和生态的影响
在土地资源方面,由于采空区上覆岩层常发生由下至上的冒落或弯曲下沉导致其上方地表发生大面积的沉陷和开裂。当沉陷深度低至潜水位时,地表径流与潜水将共同作用,使该区域成为塌陷湖泊。同时地表潜水位相对上升导致蒸发量增加,土壤风化、沙化、盐渍化严重,导致土地质量退化和水土流失,大面积耕地被破坏,使矿区的基本农田保护面临着严峻的挑战。在水资源方面,沉陷区对地质条件的破坏常导致地表径流与汇水条件的变化,地表水通过沉陷裂缝大量渗入地下,导致河流流量减少甚至断流。而采空区煤系上覆岩层的含水层水位与流向也受到了开采的干扰,蓄水构造的破坏使地下水的赋存条件也相对改变,并引起部分地区水位降低、水源枯竭等现象。此外,采空沉陷区的生态环境也由于水土条件的改变而遭到破坏,失去了原有的平衡状态,岩石裸露、水质恶化,环境整体质量显著下降。
2 地质灾害的影响因素分析
造成沉陷区地质灾害的因素主要包括自然因素和人为因素两类。自然因素主要包括采空区的地质因素、水文因素和环境因素等,其中,地质因素又包括煤层的厚度、埋深、倾角以及覆岩结构等。通常煤层越厚沉陷量越大,而开采达到一定深度以后,地表下沉值随开采深度而变化幅度将逐渐减小。此外,影响沉陷状态的自然因素还包括地形地貌、第四系覆盖层厚度等多种因素。而人为因素主要包括采煤方法与顶板管理方法的选择以及重复采动的影响等。其中采煤方法和顶板管理方法是影响围岩应力变化、岩层移动和覆岩破坏的主要因素。以目前应用最广、破坏覆岩最严重的垮落法为例,该法管理顶板进行长壁工作面开采时,顶板岩石一般都要发生冒落和开裂性破坏。当深厚比较大时,覆岩层发生迅速而平稳地移动,使地表下沉量达到最大。此外,一些矿山企业私采乱挖、采厚弃薄等现象,也是加重沉陷区地质灾害的重要原因之一。
3 煤炭开采沉陷区地质灾害的治理技术
3.1 加强开采沉陷区的监测预警
不同矿区的覆岩结构、煤层倾角、开采厚度等开采条件往往差异较大,可能形成的沉陷特点也有所不同。因此,各矿区应在地表设立观测站,进行大量的数据实测工作,总结开采沉陷规律,从而有效预计待开采区域的采后塌陷状况,为提前制定治理规划和治理措施提供科学依据。
3.2 先进防沉降技术的应用
目前能够有效缓解地表下沉的开采技术主要有大条带协调式全采法、冒落条带法、充填条带法、水砂充填法、创石风力充填法以及离层带注浆充填法等,地表有建筑物的情况下,还应辅以地而建筑物维修加固措施。以离层带注浆充填法为例,其基本做法是在井下开采过程中,通过地面钻孔,用来源广泛、成本经济、可固化的注浆材料充填采空区上方的覆岩离层空间。
3.3 全面的沉陷区环境灾害治理
治理时应根据现场的塌陷状况及当地的自然生产条件进行规划。如在西部干旱丘陵山区,沉陷区一般不会积水,但易出现大量裂缝、陷坑等不连续变形,因此可使用推土机对土地进行修补、平整,达到耕种的要求。在东部高潜水位地区,地面塌陷在0.5m以下的较浅沉陷区,可采用疏排法开挖排水渠,把积水排入河、湖以降低潜水位,使土地可以得到重新利用,潜水位应控制在地表下0.8m以下;地面塌陷0.5m～2.5m的沉陷区,则应采用挖深垫浅法,将塌陷深的区域再挖深,取出的土方充填塌陷浅的区域,使前者成鱼塘、后者成耕地;地面塌陷在2.5m以上的大面积常年积水深沉陷区,可采取网箱养鱼和发展养鸭、养鹅等直接利用。
4 结语
综上所述,随着国民经济的进一步发展,煤炭资源开采规模扩大带来的地质灾害也必将成为地质工作者们必须面对并解决的重要问题。矿区应通过加强对沉陷预计等科学方法的研究与应用,采用“以防为主、防治结合”的开采模式,同时实现煤矿开采的社会效益、经济效益与生态效益。
参考文献
[1] 史珍珍,陈绪钰,牛望,等.煤矿采空沉陷区地面变形危害评估研究[J].中国矿业,2009(4).
[2] 尹喜霖,杨湘奎,张烽龙,等.双鸭山煤矿地面塌陷及防治[J].中国地质灾害与防治学报,2003(1).
[3] 韩克勇,张建亮.矿山开采沉陷灾害防治与水环境保护研究[J].太原科技,2008(5).
[4] 宋世杰.煤炭开采对煤矿区生态环境损害分析与防治对策[J].煤炭加工与综合利用,2007(4).
关键词:煤矿区 开采沉陷 地质灾害 影响因素 治理对策
中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0091-01
1 煤炭开采沉陷区地质灾害概述
1.1 煤炭开采沉陷区地质灾害的严重性
目前在一次性能源应用中所占比例高达70%的煤炭资源,为我国的经济增长和社会发展作出了卓越的贡献。然而,随着煤炭资源开发利用的规模不断扩大,煤炭资源开采也引发了一系列地质和生态问题,特别是煤层开采过程中,由于对围岩内原有应力平衡的破坏而形成的采空沉陷区常导致地表裂缝、塌陷的产生,并引发滑坡、泥石流,以及进一步的生态破坏,影响着矿区人民正常的生活秩序,必须得到相关部门的有效治理。治理过程中,应全面把握开采沉陷区地质灾害与生态问题的各种形式,对其形成因素进行科学分析,并在此基础上找到最佳处理方法,避免煤炭开采构成的经济损失和生态资源损失。
1.2 煤炭开采沉陷区地质灾害与生态问题的表现形式
1.2.1 地表沉陷造成的地质问题
地表沉陷引发的最常见的地质问题是地表裂缝对建筑基础的影响和诱发山体滑坡等问题。地表下沉、倾斜或水平移动变形等现象常造成构建筑物与地基间的平衡状态遭到破坏。以倾斜为例,地表倾斜将导致采动影响范围内的构筑物重心偏离而发生倾斜,加之其还会对建筑承重结构产生附加应力,因此基础的承压状态也会发生变化。此外,开采沉陷对矿区内的管线、道路、堤坝等的破坏也非常严重。沉陷区的山体滑坡和泥石流则多是受开采变形扰动影响,在构造节理和开采裂缝的分割下,边坡岩体沿软化泥岩层发生滑动而形成的。如不对这些地质灾害进行有效治理,产生的经济损失和安全问题将会给煤炭开采事业带来沉重的负担。
1.2.2 开采沉陷对环境和生态的影响
在土地资源方面,由于采空区上覆岩层常发生由下至上的冒落或弯曲下沉导致其上方地表发生大面积的沉陷和开裂。当沉陷深度低至潜水位时,地表径流与潜水将共同作用,使该区域成为塌陷湖泊。同时地表潜水位相对上升导致蒸发量增加,土壤风化、沙化、盐渍化严重,导致土地质量退化和水土流失,大面积耕地被破坏,使矿区的基本农田保护面临着严峻的挑战。在水资源方面,沉陷区对地质条件的破坏常导致地表径流与汇水条件的变化,地表水通过沉陷裂缝大量渗入地下,导致河流流量减少甚至断流。而采空区煤系上覆岩层的含水层水位与流向也受到了开采的干扰,蓄水构造的破坏使地下水的赋存条件也相对改变,并引起部分地区水位降低、水源枯竭等现象。此外,采空沉陷区的生态环境也由于水土条件的改变而遭到破坏,失去了原有的平衡状态,岩石裸露、水质恶化,环境整体质量显著下降。
2 地质灾害的影响因素分析
造成沉陷区地质灾害的因素主要包括自然因素和人为因素两类。自然因素主要包括采空区的地质因素、水文因素和环境因素等,其中,地质因素又包括煤层的厚度、埋深、倾角以及覆岩结构等。通常煤层越厚沉陷量越大,而开采达到一定深度以后,地表下沉值随开采深度而变化幅度将逐渐减小。此外,影响沉陷状态的自然因素还包括地形地貌、第四系覆盖层厚度等多种因素。而人为因素主要包括采煤方法与顶板管理方法的选择以及重复采动的影响等。其中采煤方法和顶板管理方法是影响围岩应力变化、岩层移动和覆岩破坏的主要因素。以目前应用最广、破坏覆岩最严重的垮落法为例,该法管理顶板进行长壁工作面开采时,顶板岩石一般都要发生冒落和开裂性破坏。当深厚比较大时,覆岩层发生迅速而平稳地移动,使地表下沉量达到最大。此外,一些矿山企业私采乱挖、采厚弃薄等现象,也是加重沉陷区地质灾害的重要原因之一。
3 煤炭开采沉陷区地质灾害的治理技术
3.1 加强开采沉陷区的监测预警
不同矿区的覆岩结构、煤层倾角、开采厚度等开采条件往往差异较大,可能形成的沉陷特点也有所不同。因此,各矿区应在地表设立观测站,进行大量的数据实测工作,总结开采沉陷规律,从而有效预计待开采区域的采后塌陷状况,为提前制定治理规划和治理措施提供科学依据。
3.2 先进防沉降技术的应用
目前能够有效缓解地表下沉的开采技术主要有大条带协调式全采法、冒落条带法、充填条带法、水砂充填法、创石风力充填法以及离层带注浆充填法等,地表有建筑物的情况下,还应辅以地而建筑物维修加固措施。以离层带注浆充填法为例,其基本做法是在井下开采过程中,通过地面钻孔,用来源广泛、成本经济、可固化的注浆材料充填采空区上方的覆岩离层空间。
3.3 全面的沉陷区环境灾害治理
治理时应根据现场的塌陷状况及当地的自然生产条件进行规划。如在西部干旱丘陵山区,沉陷区一般不会积水,但易出现大量裂缝、陷坑等不连续变形,因此可使用推土机对土地进行修补、平整,达到耕种的要求。在东部高潜水位地区,地面塌陷在0.5m以下的较浅沉陷区,可采用疏排法开挖排水渠,把积水排入河、湖以降低潜水位,使土地可以得到重新利用,潜水位应控制在地表下0.8m以下;地面塌陷0.5m～2.5m的沉陷区,则应采用挖深垫浅法,将塌陷深的区域再挖深,取出的土方充填塌陷浅的区域,使前者成鱼塘、后者成耕地;地面塌陷在2.5m以上的大面积常年积水深沉陷区,可采取网箱养鱼和发展养鸭、养鹅等直接利用。
4 结语
综上所述,随着国民经济的进一步发展,煤炭资源开采规模扩大带来的地质灾害也必将成为地质工作者们必须面对并解决的重要问题。矿区应通过加强对沉陷预计等科学方法的研究与应用,采用“以防为主、防治结合”的开采模式,同时实现煤矿开采的社会效益、经济效益与生态效益。
参考文献
[1] 史珍珍,陈绪钰,牛望,等.煤矿采空沉陷区地面变形危害评估研究[J].中国矿业,2009(4).
[2] 尹喜霖,杨湘奎,张烽龙,等.双鸭山煤矿地面塌陷及防治[J].中国地质灾害与防治学报,2003(1).
[3] 韩克勇,张建亮.矿山开采沉陷灾害防治与水环境保护研究[J].太原科技,2008(5).
[4] 宋世杰.煤炭开采对煤矿区生态环境损害分析与防治对策[J].煤炭加工与综合利用,2007(4).