开采资源引起的地质灾害的防治措施探讨

2012-04-02杨纪金福建煤电公司翠屏山煤矿福建364000

地球 2012年8期

杨纪金福建煤电公司翠屏山煤矿福建龙岩 364000

地质灾害是指由于自然地质作用和人为地质作用使地质环境恶化，并造成人类生命财产损失或人类赖以生存的资源、环境遭受破坏的灾害事件。开采沉陷是指地下资源采出后，开采区域周围岩体的原始应力状态受到破坏，应力重新分布，以达到新的平衡，在此过程中，岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的开裂、冒落等破坏现象。资源的开采和利用对国民经济的发展具有巨大促进作用，但必然会引起开采沉陷，从而引发一系列地质灾害，必须采取措施对灾害进行防治。在此主要讲述了矿山及水资源开采引起的地质灾害的类型、特征及防治措施。

1 开采地质灾害的类型

资源的开采引发的地质灾害问题主要有以下几种类型：

（1）地表塌陷。由于浅部空区或较大范围的采动影响，在近地表的岩移活动中，有可能对地表建筑和道路等构成一定危害，有些甚至引起山体滑移。在矿山较为普遍，造成危害较大。由于空区的突发性崩塌还会产生巨大的地震波、空气冲击波等灾害。地下水资源过度开发，造成的危害也是灾难性的，如天津正以平均80mm的速度下沉。

（2）采场冒顶。冒顶灾害事故最为普遍，包括岩层脱落、块体冒落、不良地层塌落，以及由于采矿和地质结构引起的各种垮塌。特别是矿岩稳定性差的难采矿体及软弱夹层，易发生较大规模的跨落，引起采场和巷道冒顶事故。

（3）深部岩爆。矿山进入1000m以下深部开采后，高应力条件下的硬岩层往往会发生岩爆，给生产造成危害。

（4）地下水穿透和突发涌水。虽然突发性大量涌水不是直接由地压引起，但与采矿作业有密切关联，一旦接近积水的巷道和采空区，或遇到溶洞和地下暗河等，在隔离岩层突然失稳的情况，易造成灾害。

（5）地下水开采，因水位下降造成海水反渗，以至于有可能使地下水淡水位永久无法回升等灾害。如常熟--上海一带的某些地区的饮用水是微咸水；北京已出现一个约1000平方公里的下降漏斗区，海水反渗，水硬度超标含水层有全部干涸的危险。

2 开采地质灾害特征

确定地下开采条件下地表沉陷、破坏过程及特征，首先必须分析开采设计资料、开采平面图，并结合地质勘探资料，地质平面图、岩石柱状图以及采空区岩石力学性质试验资料，已有地表移动观测资料及开采损害调查资料，加以判别。一般来说，地下矿山开采的地表变形、破坏基于如下3个特征。

2.1 地表变形连续

在较软弱或非脆性岩层覆盖条件下，当开采深度较大而厚度较小的水平或缓倾斜矿体时，采空区上方冒落带、裂缝带达不到地表，地表下沉形成移动与变形连续的光滑剖面，在用工程类比法确定或用实测资料确定有关基本参数的前提下，可以用预计公式确定地表移动时间过程及最终下沉量。地表连续变形的明显特点是变形后地表仍具有原来的隔水性能。

2.2 底边不连续破坏

地表的不连续变形，破坏可能有如下形式：

（1）山丘地表下开采矿体，由于开采影响，造成山体崩塌或沿结构弱面滑移；

（2）崩落法采矿或开采不规则矿体、急倾斜矿体时，形成地表塌陷；

（3）开采厚度较大、深度较小的层状矿体时，顶板上方形成冒落带或裂隙带直通地表，地表开裂或形成崩落区；

（4）受结构弱面控制的空区上方岩体，柱塞状整体下沉，在地表行成塌坑；

（5）空区上方风化、软弱岩体，或已崩落岩体不能形成稳定的平衡拱，筒状陷落直通地表；

（6）岩溶地区，地表有一定厚度的覆盖层，且地下水具备活动通道，而矿山开采抽排水，因其他触发因素作用，产生地表塌陷；

（7）废弃矿井矿柱压垮或压人顶底板中，形成地表塌陷坑等；

（8）地表不连续破坏可能逐渐发展，也可能突然发生，且影响范围变化很大，不便于监测与预报，并可能造成灾难性后果，给土地利用工作增加难度。

2.3 移动破坏基本连续但局部不连续

开采中等倾斜矿体时往往出现这种情况，在大断层落头、断裂带、陡倾角的不同岩体界面，也往往是地表变形不连续地区，它们可以使变形集中于本身而同时减落其两边的变形。这对于建筑物场址的选择非常不利。但张口裂缝或压密裂缝，其隔水性能一般没有遭到破坏。

3 开采沉陷地质灾害防治对策

矿区开采地质灾害是相当严重的，必须采取措施使开采沉陷地质灾害减小到最低程度，达到防灾减灾的目的，因此特提出以下防治对策。

3.1 积极进行开采沉陷监测预报

矿区开采沉陷分布规律与许多地质采矿因素有关，如煤层倾角、开采厚度、开采深度、采区尺寸、采煤方法、顶板管理方法、松散层厚度等。不同矿区的地质采矿条件往往差异较大，开采沉陷分布规律亦有区别。因此，各矿区应积极进行开采沉陷监测预报，在已开采区域科学布设地表移动观测站，定期、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化，并对观测数据及时整理和分析，总结出所在矿区开采沉陷导致地表移动和变形的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的分布规律，从而有效预计、预报该开采区域的地面塌陷状况及其设施的破坏程度。预计所得结果常被用来判别地表及其各种设施是否受开采影响和受开采影响的程度，作为受影响地表进行预回填或作为受影响设施进行维修、加固以及采取地下开采措施的依据，但要注意的是，预计结果一定要科学准确。

3.2 综合采用减轻地表沉降技术

根据待采区域开采沉陷预计数据及其破坏程度，可综合采用减缓地表沉降技术来减轻地表下沉和破坏、减轻地表下沉的有效开采技术主要有大条带协调式全采法、冒落条代法、充填条带法、水砂充填法、矸石风力充填法和离层带注浆充填法等，同时地表有建筑物的可铺以地面建筑物维修加固措施。目前，用得较多的是离层带注浆充填法，已在兖州、新汶、大屯、抚顺等矿区进行了有效应用。该技术的基本做法是：在井下开采过程中，通过地面钻孔，用来源广、成本低、可固化的注浆材料（如粉煤灰浆）充填采空区上方覆岩离层空间。由于注浆材料可以充填开采传播扩散空间并对上覆岩层产生支承作用，因此可以有效地控制岩层移动，从而减缓地表沉降量和沉降速度。

据我所知，目前对于因地下水过度开发造成的地表下沉问题，没有提供有成效的解决途径。本人没有做调查研究，只是有一个设想，即“轮片开发”。就如农业有个“轮流耕作”一样。如东片的水厂运行到设定的地下水位就停止，转到西片水厂开抽，让东片的水位自然回升。

3.3 全面治理塌陷区域环境灾害

地下水资源的开采，尤其是煤矿随着矿区开采范围的不断扩大，塌陷、破坏的土地日益增多。矿区土地的大面积塌陷，不但造成生态破坏，而且使农田荒芜、农民少地或无地耕作，造成经济损失。因此，必须对矿区塌陷区域进行全面治理。处理塌陷区，多年来已探索一些有效对策，只要有重视，肯投入，就会有效果的，大地就会美好，百姓就会满意，社会就会和谐。通常治理塌陷区时应根据现场的塌陷状况及当地的自然生产条件，对塌陷区域进行全面规划、因地制宜地采用科学的治理措施。在西部干旱丘陵山区，地面塌陷一般不会积水，但易出现大量裂缝、台阶、塌陷坑等不连续变形和破坏，对这样的塌陷区域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0．5m以下的较浅塌陷区，采用疏排法建立排水系统，开挖排水渠，把塌陷区域积水排入河、湖以降低潜水位，使土地重新利用，潜水位应控制在地表0．8m以下；地面塌陷0．5～2．5m的较深塌陷区，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2．5m以上的大面积常年积水深塌陷区，可以采取网箱养鱼和发展养鸭、养鹅等直接利用；此外，对有充填材料的塌陷区，可利用无毒性的煤矸石、粉煤灰等充填材料进行充填复垦，复垦成农田和各项建设用地，但充填复垦成的农田表面须覆盖一定厚度的土层。