寧飛
(山西省煤炭建設監(jiān)理有限公司,山西 太原 030012)
煤炭資源在我國屬于主要的能源之一,它的開發(fā)及利用雖然為人類創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟利益,但同時礦區(qū)地表出現(xiàn)大面積的沉陷,也是由于煤炭開采而造成的。地面出現(xiàn)大面積塌陷,會引發(fā)各種次生環(huán)境災害。本文主要針對因煤礦開采形成塌陷后,而造成的各種不良影響進行分析,并從中總結出了行之有效的防治措施與控制技術,以便將煤炭開采沉陷所造成的影響降到最低。
為了研究開采煤礦造成的采空沉陷情況,本研究對某省開采造成的塌陷進行調(diào)查,其調(diào)查情況如表1。
在2003年,該省采空沉陷的面積就達到818平方千米,而2004年如若包含裂縫以及裂隙等其他變形現(xiàn)象,其沉陷總面積就達到1000平方千米,一直到2011年,采空沉陷面積達到5000平方千米,調(diào)查統(tǒng)計情況如下所示。
從該表中可以發(fā)現(xiàn),該省煤礦開采也是急劇上升,而采空區(qū)沉陷面積隨之而快速增加,在2011年采空區(qū)沉陷面積占據(jù)總面積6%,成為比較嚴重問題。因此,對采空沉陷問題進行防治與控制勢在必行。
在煤礦開采過程中,由于近地面采煤而造成的地面塌陷,不但發(fā)生頻率較高,且塌陷面積也較大,這樣將導致礦區(qū)周邊眾多農(nóng)田及耕地,都受到不同程度的破壞,最終因長期無法耕種而使農(nóng)田及耕地荒蕪。尤其是處于低洼地勢的塌陷區(qū),它們往往是處于常年積水的狀態(tài),根本無法進行正常耕種,這類影響幾乎是永久性,若不及時采取有效的整治措施,這些原本肥沃的土地將永遠的離我們而去。
煤礦在進行煤炭開采的過程中,不但對地下巖石、含水層與隔水層,均造成了極大的破壞外,還對地下水進行了較大地疏排。長此下去,采礦后的覆巖一旦出現(xiàn)冒落或是塌陷時,無論是地下水的流量還是流向,都將發(fā)生一定程度的改變,使地下水位突然急劇下降,從而導致水資源的嚴重匱乏,及水土資源的大量流失。并且由于該礦區(qū)地下水的徑流條件發(fā)生了變化,那么該礦區(qū)地下水的礦化度將呈現(xiàn)出上升趨勢。
煤炭開采過程中將導致地表出現(xiàn)下沉、水平變形及傾斜等問題,這對礦區(qū)地表存在的建筑物及農(nóng)田水利設施等,都將造成一定的影響,輕則給人們的生產(chǎn)生活帶來不便,嚴重時還將對人們的生命及財產(chǎn)安全造成極大的威脅。因此,必須采取相應的應對措施,以便將危害控制在最低范圍內(nèi)。
對于煤炭開采造成的沉陷破壞,要想取得良好的防治效果,就必須借助于各種有效措施,對地表的下沉速度與下沉范圍進行控制,最終達到盡量減少地表下沉,以及有效保護地表建筑、耕地和設施等的目的。
表1 從2003~2011年某省的沉陷面積統(tǒng)計
所謂全部充填式開采,指的是在煤炭開采出來之后,而頂板又還沒有出現(xiàn)冒落之前,就及時選取合適的固體材料,以密實充填的方式對采空區(qū)進行充填處理。經(jīng)這樣的處理之后,即使頂板巖層發(fā)生下沉,其下沉幅度也將得到有效控制,這樣即達到了減少地表出現(xiàn)大幅度下沉及變形的目的,同時也讓地表的建筑物與耕地等,得到了有效的保護。若從充填效果進行排序的話,效果最佳的當屬水沙充填法,其次為風力充填與矸石自溜等充填方式。
根據(jù)巖移特性可知,當采空區(qū)在其上方覆巖發(fā)生移動時就會形成三帶,只要在煤炭開采出來后的一定時間范圍內(nèi),以鉆孔的方式向離層帶的空間內(nèi),進行高壓注漿處理,通過這種充填方式來對離層空間進行加固。與此同時,還可用連續(xù)梁結構替換砌體梁結構,因為連續(xù)梁結構的穩(wěn)定性能更好,這樣離層帶的下沉空間便不會再次傳遞給地表,最終達到降低地表下沉速度,有效保護地面建筑與耕地等的目的。但是由于這項技術在操作上具有較大的難度,所以使用頻率并不是太高。
所謂條帶開采,指的是對煤層與上覆巖層之間的組合條件進行合理分析,然后按照科學的采留比例在被開采的煤層之中,采出一條并保留一條。從中可以看出,條帶開采并未完全對煤炭資源進行開采,它在開采的同時還留下了部分煤炭資源,以其充當上覆巖層的支撐住。這樣的開采方式不但有效地控制了覆巖的移動頻率,同時礦區(qū)地表發(fā)生變形、移動及塌陷的幾率也隨之有所下降。但這種方法也存在一定的問題,那就是采出率低、工作面效率低以及巷道掘進多等。
在對厚煤層進行開采的時候,首先應對各個工作面中的開采間距、開采順序以及相互之間的位置,進行科學合理的設計,以便兩個開采煤層所引起的地表變形,能相互抵消一部分或者是完全抵消,這樣便能在最大程度上保護好地表的建筑物及耕地等。雖然這種方式的效果非常理想,但由于該技術必須保持相應的錯距,因此,在進行組織生產(chǎn)的時候存在著很大的難度,現(xiàn)階段我國還并未進行這樣的工業(yè)性實驗。
當對可開采煤層的厚度進行確定時,必須綜合多方面的因素進行考慮,例如礦區(qū)的地形及水文地質(zhì)的條件,建筑物自身的抗變形能力,以及不產(chǎn)生地面積水等問題。當可開采煤層的厚度確定出來之后,就只能夠回采該厚度的煤,而其余厚度的煤則不能進行開采,從而達到有效緩解地表下沉,及保護好地表建筑及耕地等的目的。這種技術仍舊存在著采出率低的特點,因此僅在薄煤層中具有一定的使用價值。
這里所指的三步法是首先利用小條帶的方法進行開采,然后利用注漿充填的方式對采空區(qū)進行加固,最后剩下的部分再利用條帶方式對其進行開采。三步法在控制地表沉陷及巖層移動方面具有較好的效果,它不但避免了礦區(qū)地表大面積出現(xiàn)沉陷,同時還有效提高了工作面的回采率,以及使地表建筑物與耕地等均受到了極大的保護。它的缺點則是成本造價過高與施工工藝太過復雜。
每次在進行煤炭開采的過程中,都會產(chǎn)生數(shù)量較大的煤矸石,過去通常都是將其運送到地表進行排放,這種方式排放方式不但造成了環(huán)境污染,同時還占用了地面的有效用地。為了有效解決這一問題,我們可以將開采出來的煤矸石當做采空區(qū)的充填材料,這樣既不影響環(huán)境美觀,又可以不占用礦區(qū)的有效用地。
粉煤灰本身屬于電廠的廢棄物,若不對其進行合理的處理,和可能對人們的生活環(huán)境帶來極大的影響,因此,為了變廢為寶便將粉煤灰當成了開采沉陷區(qū)的另一種充填材料,這樣粉煤灰與地表塌陷就都不存在了,而電廠不用再為粉煤處理傷腦筋,煤礦業(yè)不用擔心地面塌陷問題,農(nóng)民也不再擔心農(nóng)田與耕地無法耕種,真可謂是變兩害為三利。
對于那些地勢較低的邊坡地帶及積水沉陷區(qū),可利用平整土地或是將其改造成梯田的方式,進行復墾再利用。需要注意的是在對梯田的梯坎高度與水平寬度進行設計時,必須充分結合地面坡度的陡峭程度、工程量的大小、土層厚薄及耕種作物種類等,進行科學全面的考慮。而在對田間坡度的坡向及大小進行確定的時候,則必須按照原始坡度大小、復墾土地的用途以及是否具備灌溉條件等因素來確定。
從上面分析可知,因煤礦開采造成采空沉陷問題較多,它們都影響到人們的正常生活,因此必須要依據(jù)實況采取合理的應對對策。
(1)淺層及無積水塌陷地,就應該削除高低整治復耕,塌陷不深或者積水較少都要平整土地,修繕相關排灌系統(tǒng),還要改善耕作的條件,種植樹木及各種農(nóng)作物。
(2)當塌陷較深或者積水較多之處,就要從深部挖一些土填到淺部,重新將耕地復墾,整理成土地,復墾出發(fā)點不但體現(xiàn)到土地經(jīng)濟價值上,還從土地社會和生態(tài)價值上體現(xiàn)出來。復墾上還必須要合理規(guī)劃,要注重社會、經(jīng)濟以及生態(tài)幾個效益相協(xié)調(diào)。
(3)改善采礦所用方法;日常中常用采礦法為放頂、分層以及長臂等等,因此合理改善開采方法,例如合適地區(qū)采用高壓注漿、協(xié)調(diào)開采以及部分填充等各種技術,有效降低開采中存在的塌陷事故,主要就要選合理開采方法。
(4)及時進行??樱划敳粩嚅_采煤炭時,地表面會隨之發(fā)生不停移動,時間一長就可能出現(xiàn)地表移動現(xiàn)象,就要及時復墾采空塌陷地方,及時填平地表裂縫或者塌陷之處,并且要注意下降的地下水位會影響植物生長,造成較為嚴重生態(tài)問題,因此就需要及時對生態(tài)用水進行補充,及時填補存在的問題。
(1)加強環(huán)境意識,增強采煤區(qū)域的環(huán)境意識,加強法律的約束,有效對塌陷進行預防。真正做好治理、保護環(huán)境,監(jiān)督企業(yè)要專門投入治理資金,利用矸石回填實現(xiàn)資源開發(fā)和環(huán)境有機協(xié)調(diào),實現(xiàn)同步發(fā)展。
(2)因地制宜科學治理;在很多地方因為塌陷而出現(xiàn)塌陷,造成毀滅性與不可逆性,必須要從治理上入手,依據(jù)坍陷實況采用生態(tài)學、塌陷學以及環(huán)境學等各種理論作為指導思想,有效治理塌陷區(qū)。
(3)加大監(jiān)督力度;煤礦開采企業(yè)并不會自覺治理塌陷問題,因此政府必須要極大監(jiān)督力度,依法政治非法經(jīng)營企業(yè),監(jiān)督各煤礦運營情況,發(fā)現(xiàn)問題責令限期整頓,確保煤礦開采可持續(xù)發(fā)展。
開采與利用煤礦,造成巨大的經(jīng)濟效益之時還會嚴重破壞生態(tài)環(huán)境,因此必須要高度重視煤礦開采的負面影響。本文就是以某省作為案例進行分析,從調(diào)查統(tǒng)計中可知采空塌陷的問題極為嚴重,所以必須要有針對性采取有效防治措施,才能夠確保國民經(jīng)濟可持續(xù)化發(fā)展。
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