乌鲁木齐地区采煤塌陷特点、危害与治理研究

2015-10-12梁丽娟高优

地球 2015年7期

关键词：乌鲁木齐煤柱煤层

梁丽娟　高优

（1新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队新疆乌鲁木齐830009；2新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队新疆乌鲁木齐830009）

乌鲁木齐地区采煤塌陷特点、危害与治理研究

梁丽娟1高优2

（1新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队新疆乌鲁木齐830009；2新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队新疆乌鲁木齐830009）

随着科学技术的迅速发展和社会经济的不断进步，采煤技术也得到很大的提高。乌鲁木齐具有非常悠久的开采煤矿历史，由于煤炭资源非常丰富，也被成为"煤田上的城市"，为新疆的发展做出了巨大的贡献。但是随着采煤范围的扩大，地面塌陷问题也越来越突出，受到社会各界的普遍关注。本文主要针对采煤塌陷的特点和危害进行深入的分析，探讨相应的治理措施。

乌鲁木齐采煤塌陷特点危害治理措施

调查研究结果显示，乌鲁木齐地表的采煤塌陷面积已经在城区内形成了塌陷带，长达数公里，不仅对生态地质环境造成了破坏，也威胁到了地表上的建筑设施，严重影响了城区内的规划和外环公路建设。

1　采煤塌陷特点

由于地质采矿条件不同，再加上采煤手段、采厚、采深、煤层倾角、地层岩性、地质构造以及回采推进速度等方面的差异，导致采煤塌陷具有不同的特点，主要包括以下几个方面。

1.1近距离、急倾斜

在对近距离煤层进行开采的过程中，会由于岩石的移动、顶板垮落、采掘手段等影响到煤层，而造成相互叠加的影响。由于急倾斜导致煤层露头处垮冒情况非常严重，采掘设施作用的范围相对缩小，如图1所示。在对水平分段的煤层进行回采的过程中，经常会因为没有及时为上部垮落物体提供支撑，导致煤层露头处发生重复冒落的情况。采煤塌陷影响的区域呈条状分布，垮落带是指中心煤层的露头区域，从底板和煤层顶方向看，分别是稳定带、整体移动带和裂隙带。如果影响区域不对称，将会严重影响开采的范围[1]。

图1　急倾斜煤层开采时煤层的移动情况

1.2岩性

岩性为砂岩的煤层以及泥质砂岩夹泥岩的煤层具有以下特点：岩体很难断裂，区域内部岩层整体开采的难度较大，以弹性变形为主，裂缝发育，整体移动方位内地表水平的下沉值小于移动值。

1.3煤层差异

煤层分为特厚煤层、厚煤层、中厚煤层等。对厚煤层和中厚煤层进行开采的过程中，由于残留煤柱有支撑点，所以底板和煤层顶的断裂极限达不到，最终会在地表形成不连续的串珠状塌陷坑。对特厚煤层进行开采的过程中，会沿着煤层的走向形成槽形的塌陷坑，这是由于塌陷漏斗重叠而导致[2]。

2　危害形式

乌鲁木齐市采煤塌陷的危害形式可以根据危害持续的时间分为渐发性危害和突发性危害。

2.1渐发性危害

底板和煤层顶板属于岩层的移动带和裂缝带，裂缝和煤层的走向相似，长度可以达到近千米，上宽下窄，左右两边没有明显的高度差。裂缝和塌陷距离越远越不明显，岩层方面主要表现为整体的缓慢移动，并且岩层的位移可以持续很多年。此外，岩体不仅朝着塌陷带的方向缓慢移动，还在不断沉陷，这些都是采煤塌陷可能造成的渐发性危害。这种破坏方式都会影响市区内地段的开发，增加开发的成本。如图2所示。

图2　采煤塌陷区的地表裂缝

2.2突发性危害

地下采空之后，如果顶板和煤柱不能及时和地面垮通或者冒落，就会形成地下空洞，这和陷阱一样，一旦其他因素对其造成影响之后，就会造成突然的垮塌，如图3所示。如果在塌陷范围内对山体进行切割，就容易引起两坡的滑坡和崩塌。目前，在小窑开采区，这种地下空洞仍然比较普遍，但是危害极大。如铁厂沟镇周围曾经在数年前由于塌陷坑下面煤柱燃尽之后，导致煤炭燃烧的灰层和地下有害气体强烈冒放，腾起的蘑菇云高达几十米，浓烟在空中久久不散，事后，铁厂沟镇顺风方向的地上都有一层厚厚的灰层，对当地环境造成了严重的污染，影响恶劣[3]。

图3　采煤塌陷

3　治理措施

采煤塌陷治理是一项复杂的工程，涉及到法律、环境、技术、经济等各个方面，具有较高的艰巨性和长期性。治理措施主要分为以下几个方面。

3.1采煤塌陷区域的综合治理

首先，有关部门和工作人员必须掌握正确的塌陷规律及科学的预测，及时采取有效的治理措施。同时乌鲁木齐市政府部门要严格遵循谁破坏谁治理、谁监督谁负责的原则，积极采取治理措施。其次，为了尽量减少塌陷造成的危害，可以对重要的建筑物设置永久性煤柱。煤柱外的塌陷区域可以采取黄土填充或者矸石填充等方法，采用各种手段制约塌陷范围的扩大。再次，在现有规划矿井、在建矿井、生产矿井等井田范围内，不准建设市政公用设施、医院、学校、企业、工厂以及居民点等，政府要加强监督力度。最后，对于塌陷区域内的矿山企业，坚决杜绝仓式采煤法的使用，大力推广综合机械化开采技术，确保塌陷区域上部的覆体露头完全冒落，地面使用黄土进行回填。

3.2历史塌陷区治理措施

首先，要以调查访问、收集资料为手段，了解历史塌陷区的具体情况，必要时使用电法、地震法等物探技术以及钻探工作，对采煤塌陷的具体情况进行勘察，然后提出初步的治理预案。历史塌陷区的具体情况主要包括以下几个方面：（1）地层的构造、产状和构成，已经开采煤层的厚度、层数和分布情况等；（2）煤层开采的方法、时间、深度、强度以及煤柱留设情况等；（3）地表的分布规律、变形特征等；（4）地面建筑物的变形观察结果等。其次，要根据用地需求，进行针对性的技术处理，主要包括以下几个方面：（1）对于垮落地段要使用

黄土进行回填，必要时注水压实，从而满足复垦用地等多方面的需求；（2）地下可以实行钻孔压力灌浆的方法，有效改善岩体的应力状态，最大限度的提高岩体的稳定性；（3）对难以操作、费用过高、利用价值不大、地表移动剧烈等地段尽量避开。