煤矿采空区地面塌陷及地裂缝的环境治理

2019-02-25曾华栋

有色金属设计 2019年4期

曾华栋

(新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆哈密 839000)

0 引言

煤矿采空区地面塌陷与地裂缝是其常见病害问题之一，其问题形成主要是由于煤矿矿层开采形成采空区后，采空区岩层与结构的稳定性主要通过洞壁与支撑柱进行维持，但是由于其岩体内部空洞对这种天然应力的平衡作用会产生相应的破坏影响，导致其存在局部应力过于集中等，在采空区面积较大的情况，一旦围岩的强度不能够对上覆岩土体的重力形成抵抗，就会造成采空区顶板岩层内的拉张应力高于岩层的抗拉强度极限，从而产生一种向下弯曲与移动作用力，引起采空区地面断裂以及破碎、冒落等情况，发生地面塌陷与地裂缝。煤矿采空区地面塌陷与地裂缝不仅对煤矿的安全开采与生产存在着极大的不利影响，而且对其周围环境影响也十分不利。下文将结合煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题的形成原因及其特征，对其环境治理措施进行研究，以供参考。

1 煤矿采空区地面塌陷及地裂缝的形成及特点分析

结合煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的形成情况，其空间分布情况和煤矿的开采生产情况之间存在较为密切的联系，其问题形成一般与煤矿的采空区以及采煤巷道、上覆岩体特性等存在较大关系，以煤矿采空区上部最为常见，并且其在地域分布上和煤矿矿井的采掘平面具有较大的吻合度，地面塌陷和裂缝的走向和煤矿矿井巷道及开采工作面相一致，其空间展布与采空区相对应，具有规模小、密度大、分布集中等特点，且多数地裂缝呈直线型分布，裂缝长度一般在100～200 m，宽度则不足0.5 m。此外，煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的剖面结构一般呈现上宽下窄的楔形状，其裂缝两壁近似直立状态，且壁面较为粗糙；同时，煤矿采空区地面塌陷与地裂缝周围地质灾害影响较为严重的居民房屋建筑与土地均会出现不同程度的裂缝现象，对其正常生产与生活产生较大的不利影响。

煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题形成是由煤矿采空区的岩体结构失稳变形导致的，其形成时间与煤矿采空区开采时间相比相对滞后，主要表现为进行煤层开采后，其采空区上覆岩体的变形破坏需要经过一定的时间，因此，采空区地面塌陷与地裂缝的形成与采空区形成相比相对滞后；另一方面，在煤矿采空区地裂缝问题发生后，受降雨等自然因素影响，对其形成冲刷、淋滤等作用，导致其规模不断扩大，比如，在煤矿采空区地裂缝形成后，部分农业地区的农民对地裂缝进行填埋和耕种，导致其以后的雨水冲刷等作用影响下再次出现更大规模的裂缝，甚至形成地面塌陷等。

2 煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的环境治理措施

针对上述煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的形成原因及特征，为减少煤矿采空区地面探险与地裂缝问题对周围环境的危害影响，应注意从以下几个方面加强对煤矿采空区地面塌陷与地裂缝的有效治理。

1)对因煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题导致被废弃的土地进行有效治理，使其能够在周围生态环境的良性循环中重新发挥其积极作用和影响。一般情况下，在进行因煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题导致被废弃的土地治理中，其主要治理措施包括对出现地面塌陷与地裂缝问题的地区使用大量的新土进行填埋，并对填埋地面进行平整、夯实等，以将其作为建筑用地进行重新使用，从而有效解决煤矿矿区的建房等有关用地需求问题，促进土地的有效利用；此外，还可以对因煤矿采空区原因出现地面塌陷或地裂缝的区域进行重新规划设计，在对该区域进行重新覆土以及植树造林改造后，使其作为公园绿地等绿化环境工程，为人们提供相应的休闲和娱乐场所，促进其作用重新发挥；部分煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题区域，还会被治理改造为草场等，用于畜牧养殖等，以充分发挥其土地功效和作用，实现对其煤矿采空区周围环境的有效治理。比如，一些煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题治理中，采用因地制宜原则，通过多种治理方式综合运用，在将其作为建筑住宅用地进行全面治理和重新规划应用后，对住宅区域内的积水塌陷坑底，一般会将其作为人工湖进行改造，以设计建造成相应的休闲娱乐场所，使其在周围生态环境发展中实现有关功能和作用的充分发挥，还有一部分在通过平整土地治理后，对其疏导系统进行设计和恢复，用于农业种植使用，将原本的旱田改造为水田等，以减少对周围环境的破坏影响，促进煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题的有效治理和运用。

2)针对煤矿采空区出现的地面塌陷与地裂缝问题，在进行有关问题治理，以减少其对环境的破坏和影响中，还可以采用加固维修注浆等治理措施，对其进行综合治理，以恢复其在周围良好生态环境形成及其循环发展中的积极作用。由于一些煤矿进行煤层开采完成后，以煤层开采所遗留的地下巷道与开采工作面等，导致其形成相应的煤矿采空区，从而引起煤矿采空区地面塌陷与地裂缝等问题产生，对周围的生态环境发展造成不利影响。针对这种情况，为减少其对周围生态及环境发展的不利影响，可以在煤矿的煤层开采完成后，对矿井巷道口因爆破掩埋形成的采空区及其地面塌陷与裂缝问题，可以通过对煤矿采空区的废弃巷道以及开采工作面实施加固以及维修处理等治理措施，以减少煤矿采空区的地面塌陷和地裂缝问题产生，避免其对周围环境的破坏影响。其中，在对煤矿采空区的废弃巷道以及开采工作面进行加固和维修治理过程中，可以采用垃圾填埋或者是废弃物回填等技术方法，通过与混凝土加固技术进行结合运用，以确保对煤矿采空区废弃巷道以及开采工作面的有效加固和处理，有效减少和预防煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题的产生。值得注意的是，上述对煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题的有效预防和治理措施，是一种具有较好的经济可行性与环保效益的措施，其在实际问题治理应用中具有较好的作用和效果。此外，在针对煤矿采空区的地面塌陷与地裂缝问题进行有效防治中，结合其地面塌陷与地裂缝问题形成原因，如果要有效避免和防止地面塌陷和地裂缝问题的产生，还可以通过注浆等加固与维修处理方法，对煤矿采空区地面进行打孔注浆处理，提高其采空区周围岩体的强度等，以减少其在雨水等自然因素影响下的地面塌陷与地裂缝问题发生，从而有效减少其对周围环境等的不利影响。值得注意的是，采用注浆方法对煤矿采空区进行加固处理中，其注浆材料是采用水泥、煤粉灰以及水等材料经合理设计制成的，能够对煤矿采空区的强度起到较好的改善和加固效果。

3)为避免煤矿采空区地面塌陷与地裂缝问题产生及其对环境的不利影响存在，还应加强对煤矿采空区周围有关项目的开发与建设进行全面监管。由于煤矿采空区的面积较大，对周围土体结构及环境的影响较大，容易因地震、降雨等自然因素作用引起地面塌陷与地裂缝等，造成相应的危害影响产生，再加上进行有关项目开发建设等人为作用影响，其地质灾害发生风险更高，所产生的危害影响也更加突出。针对这种情况，为避免上述作用影响及其危害性产生，尤其是人为作用导致的煤矿采空区地质灾害问题产生，应针对煤矿采空区周围的各种项目建设及其开发等活动开展进行全面监管和控制，以避免有关项目开发与建设所产生的地面塌陷、水资源枯竭以及因废渣堆放引起的固体垃圾污染、地裂缝等不利影响存在，可以在科学规划与合理控制下，对其土地资源等进行合理开发和利用，并最大可能的降低和避免其危害影响产生。值得注意的是，一般情况下，对煤矿采空区及其周围一定区域内禁止进行水库或建筑住宅、道路修建等项目开发建设，以全面控制和减少其地质灾害问题引起的人民生命及财产损失等不利影响产生。