韓靜,白中科,李晉川

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,山西太谷 030801;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100083;3.山西省生物研究所,山西 太原030006)

在采煤業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí),其生產(chǎn)工藝和流程存在著許多地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)的隱患,嚴(yán)重影響礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

露天開(kāi)采在我國(guó)的煤炭工業(yè)中占有越來(lái)越重要的地位。但大都處于干旱、半干旱的生態(tài)脆弱區(qū)[1]。據(jù)美國(guó)研究委員會(huì)公布的數(shù)據(jù),美國(guó)露天開(kāi)采1240億t煤炭約破壞400萬(wàn)hm2的土地[2]。以平朔露天煤礦為例,采煤活動(dòng)結(jié)束后,將出現(xiàn)180 km2左右的土地挖損、壓占區(qū)域[3]。本文以平朔安家?guī)X露天煤礦(以下簡(jiǎn)稱AJL礦)為例,對(duì)露井聯(lián)采區(qū)的西排土場(chǎng)已發(fā)生和易發(fā)生的沉陷狀況進(jìn)行調(diào)查研究,為今后的復(fù)墾工作提供理論依據(jù)。

1 自然概況

該礦區(qū)位于山西省北部的朔州市平魯區(qū)境內(nèi)[3],是一個(gè)對(duì)環(huán)境改變反應(yīng)敏感、維持自身穩(wěn)定的可塑性較小的脆弱生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),屬黃土丘陵——強(qiáng)烈侵蝕生態(tài)脆弱系統(tǒng)。

2 研究方法

依據(jù)AJL煤礦復(fù)墾區(qū)工程圖,利用全球定位系統(tǒng)(GPS)對(duì)西排土場(chǎng)的平臺(tái)、邊坡布點(diǎn),根據(jù)布點(diǎn)情況設(shè)計(jì)樣地并調(diào)查、勘測(cè),結(jié)合收集的資料,對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)比,對(duì)礦區(qū)沉陷問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)剖析。其選取的依據(jù)和方法如下:

AJL礦區(qū)井工礦位于外排土場(chǎng)下方,含煤量較豐富,煤層從上而下主要有4號(hào),9號(hào),11號(hào)煤,現(xiàn)已開(kāi)采的有4號(hào),9號(hào)煤層。4號(hào)煤層厚7～8 m,9號(hào)煤層厚約16 m,4號(hào)煤層與9號(hào)煤層間相差約50 m。4號(hào)煤底板等高線高程約1160 m,9號(hào)底板等高線高程約1210 m。原始地貌到4號(hào)煤層的厚度120多米。

4號(hào)煤層分4個(gè)采掘巷道;9號(hào)煤層分5個(gè)采掘巷道。4號(hào)、9號(hào)煤層采掘巷道走向是由南向北,每條采煤巷道的工作面寬為240 m,煤柱寬20 m,每側(cè)各留5 m通風(fēng)巷道。

調(diào)查樣帶設(shè)置是依據(jù)采掘巷道走向,做平行和垂直于采掘巷道的樣帶調(diào)查。平行于巷道的為縱向樣帶,垂直于巷道的為橫向樣帶。縱向調(diào)查樣帶是沿采掘巷道走向即經(jīng)度不變,做5條縱向調(diào)查樣帶,并對(duì)其編號(hào),命名。橫向調(diào)查樣帶則是緯度不變,與采掘面走向垂直,依據(jù)其下采掘進(jìn)度和排土場(chǎng)頂部平臺(tái)進(jìn)行樣帶選擇,并對(duì)其編號(hào),命名。每個(gè)樣方為20 m×10 m。

3 沉陷狀況調(diào)查

根據(jù)樣地設(shè)計(jì)方案,共有5條縱向樣帶,1條橫向樣帶?？v向樣帶共有43個(gè)樣方,包括22個(gè)平臺(tái)樣方,21條下斜坡樣方。橫向樣帶共有5個(gè)樣方。同時(shí),調(diào)查其裂縫數(shù)量,對(duì)其進(jìn)行規(guī)律整理。9000、9001平臺(tái)樣帶為西北-東南走向,9002、9003平臺(tái)樣帶為東西走向,9004平臺(tái)樣帶為南北走向。見(jiàn)表1,表2,表 3。

表1 AJL露井聯(lián)采區(qū)排土場(chǎng)縱向樣帶平臺(tái)樣方沉陷狀況Table 1 The subsidence state about open-underground combine mining of dump longitudinal transect plots

表2 AJL露井聯(lián)采區(qū)排土場(chǎng)縱向樣帶下斜坡樣方沉陷狀況Table 2 The subsidence state about open-underground combine mining of dump longitudinal transect landslide plots

表3 AJL露井聯(lián)采區(qū)排土場(chǎng)橫向樣帶沉陷狀況Table 3 The subsidence state about open-underground combine mining of dump traverse transect

依據(jù)調(diào)查時(shí)開(kāi)采程度,9000樣帶下對(duì)9號(hào)煤層已開(kāi)采完畢,其下已成為采空區(qū);9001樣帶下4號(hào)煤層已經(jīng)采空,9號(hào)煤層正在進(jìn)行采掘,且只推進(jìn)了320 m;9002樣帶下4號(hào)煤層已經(jīng)采空,9號(hào)煤層尚未開(kāi)采;9003樣帶下4號(hào)煤層于2007年年底采完,9號(hào)煤層尚未開(kāi)采;9004樣帶下4號(hào)、9號(hào)煤層都尚未開(kāi)采。

表1中樣方名稱中的數(shù)字(如9001,9002)為樣帶名稱。深度值為可測(cè)量到的范圍。橫貫樣帶,縱貫樣帶為貫穿樣帶的裂縫占該樣帶裂縫總條數(shù)的百分比。由表1看出,9000、9001、9002平臺(tái)樣帶裂縫走向基本為東西走向,均貫穿樣帶,每條裂縫間隔約2m;9003平臺(tái)樣帶呈網(wǎng)格狀沉陷;9004平臺(tái)樣帶裂縫走向?yàn)槟媳弊呦?。由于裂縫走向與平臺(tái)走向基本相同,所以9003平臺(tái)樣帶和9004平臺(tái)樣帶都極易引起滑坡。

由表2看出,9000下斜坡樣帶裂縫較多,每條裂縫間隔約為2 m,寬度大于2 m的裂縫有3條,其中一條為其上平臺(tái)的延伸裂縫;9001下斜坡樣帶裂縫較小,多為雨水沖溝,有4條寬度大于30 cm的沖溝貫穿于斜坡;9002下斜坡樣帶和9003下斜坡樣帶裂縫較多;9004下斜坡樣帶主要以雨水沖溝為主,無(wú)裂縫,有的地方地表徑流嚴(yán)重。

由表3看出,橫向樣帶只有 N9000、N9001樣帶裂縫較多,其中N9000樣帶裂縫走向?yàn)闁|西走向,N9001樣帶呈網(wǎng)格狀沉陷;N9002、N9003、N9004樣帶則無(wú)裂縫,但有一定沉陷,雨水沖擊形成積水洼地,地表徑流嚴(yán)重;N9004樣帶在斜坡上,有雨水沖刷溝,旁邊為煤矸石堆放廠。見(jiàn)圖1。

調(diào)查時(shí),已對(duì)一些頂部平臺(tái)裂縫、沉陷嚴(yán)重的地區(qū)重新平整過(guò)(見(jiàn)圖2),沉陷狀況表現(xiàn)不明顯。對(duì)露井聯(lián)采區(qū)排土場(chǎng)外的原地貌進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,發(fā)現(xiàn)其沉陷狀況不明顯。

圖 1 煤矸石堆放場(chǎng)Fig.1 Dump of coal gangue

圖2 已平整的排土場(chǎng)平臺(tái)Fig.2 Leaved plots of dump

4 防治對(duì)策

4.1 同時(shí)充填開(kāi)采法

AJL露天礦在開(kāi)采時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量巖土和煤矸石,是合適的充填材料。此法可減少在原地貌上人工堆墊排土場(chǎng)的形成,有利于露井聯(lián)采區(qū)在原地貌上進(jìn)行復(fù)墾,從而降低由于松散的堆積地貌造成的水土流失、滑坡等人為地質(zhì)災(zāi)害。但需大幅度增加煤炭生產(chǎn)投資和成本[4]。

4.2 生態(tài)恢復(fù)措施

采煤影響煤層上部的裂隙水,引發(fā)淺層地下水滲漏;地表降水沿裂縫下滲,改變坡面徑流,使地表水補(bǔ)給受到影響。裂縫區(qū)域的拉伸或壓縮,改變土壤孔隙度,不利于蓄水保肥和土壤有機(jī)質(zhì)分解,景觀環(huán)境也受到影響。因而及時(shí)填堵裂縫,因地制宜平整土地;對(duì)滑坡和嚴(yán)重沉陷及沉陷坑邊緣地區(qū)進(jìn)行修復(fù)或補(bǔ)償[5～7]。

4.3 其它措施

(1)完善礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建立地面與地下變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),隨時(shí)收集礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中的地面、地下巖體變形的信息;預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害;隨時(shí)根據(jù)地質(zhì)環(huán)境變化修正最終開(kāi)采界限;建立地表水和地下水水化學(xué)動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng),以防止水體污染事件的發(fā)生。

(2)預(yù)防采動(dòng)滑坡

根據(jù)露天礦邊坡工程地質(zhì)條件,確定邊坡不穩(wěn)定區(qū),加強(qiáng)監(jiān)測(cè),重點(diǎn)加以防治,加強(qiáng)生產(chǎn)管理,嚴(yán)格執(zhí)行采掘生產(chǎn)規(guī)程,采取預(yù)裂爆破等減震措施,嚴(yán)禁邊坡上的亂采亂掘;坡腳堆放大石塊,攔截坡面下移泥沙,保護(hù)坡腳排水渠系;坡面不覆厚層黃土,采取土石混堆后立即種植,對(duì)重點(diǎn)防范區(qū)段進(jìn)行邊坡加固治理。

5 建議

5.1 建立采動(dòng)損害處理法律法規(guī)

目前我國(guó)尚無(wú)專門(mén)的沉陷損害處理法規(guī)。只是在有關(guān)法規(guī)中做了某些原則性的相關(guān)規(guī)定。如《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》;1988年國(guó)務(wù)院頒布的《土地復(fù)墾規(guī)定》;煤炭工業(yè)部《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》以及國(guó)務(wù)院國(guó)發(fā)(1980)176號(hào)、(1983)10號(hào)等有關(guān)文件[4]。

我國(guó)應(yīng)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的立法經(jīng)驗(yàn),結(jié)合礦山環(huán)保工作中存在的問(wèn)題,大力加強(qiáng)這方面的立法工作,如美國(guó)制訂了《資源保護(hù)與回收法》;法國(guó)制定了《廢物處理和資源回收法》等[8]。

5.2 礦區(qū)沉陷治理規(guī)劃

根據(jù)本礦區(qū)的地形地質(zhì)和采礦條件以及地表與巖層移動(dòng)觀測(cè)研究成果,對(duì)其各煤層開(kāi)采后地面各主要受護(hù)對(duì)象可能出現(xiàn)的地表沉陷變形與破壞進(jìn)行預(yù)測(cè),并根據(jù)已有的相關(guān)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),為深入認(rèn)識(shí)災(zāi)情、制定防災(zāi)政策、規(guī)劃防治區(qū)域、實(shí)施防治措施以及優(yōu)選防災(zāi)項(xiàng)目、進(jìn)行項(xiàng)目管理提供建議。

5.3 采沉區(qū)復(fù)墾

國(guó)外研究表明:現(xiàn)代復(fù)墾技術(shù)研究的重點(diǎn)應(yīng)是土壤因素的重構(gòu)而不僅是作物因素的建立,為使復(fù)墾土壤達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)力,構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)的土壤物理、化學(xué)和生物條件[9]。采用生物復(fù)墾技術(shù)對(duì)采沉區(qū)進(jìn)行復(fù)墾。

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[3]白中科,李晉川.露天煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)重建[M].北京:科學(xué)出版社,2000:18-28.

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