吳二剛

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二零七地質(zhì)隊(duì)，四川樂山 614000）

0 引言

多年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦的開采規(guī)模也不斷擴(kuò)大。煤礦地質(zhì)災(zāi)害的相應(yīng)隱患逐漸增加。隨著煤礦開采工作的不斷發(fā)展，煤礦地質(zhì)中的土地沉陷預(yù)測(cè)工作也得到了越來越大的重視。煤礦地質(zhì)沉陷的問題會(huì)造成很多的危險(xiǎn)，不僅煤礦生產(chǎn)本身會(huì)出現(xiàn)安全事故，煤礦周邊的居民也會(huì)受到煤礦沉陷的影響，周邊的生態(tài)環(huán)境也會(huì)被破壞。所以，煤礦地質(zhì)沉陷研究工作也是重中之重，能有效防止和減少煤礦地質(zhì)災(zāi)害造成的破壞，減少污染，防止災(zāi)害的再次發(fā)生。

1 煤礦土地沉陷原因及影響分析

煤礦地質(zhì)沉陷是指，因井下采掘活動(dòng)引起地表巖層移動(dòng)，造成上覆地表土地沉陷、植被破壞、水源枯竭、農(nóng)田減產(chǎn)、房屋裂縫、道路沉降及其他附屬物被破壞。而采煤沉陷區(qū)綜合治理主要是根據(jù)采煤沉陷成因及影響范圍，采取井上井下綜合治理措施，減小井下開采對(duì)地表的破壞，減少由于采煤沉陷對(duì)地表各類設(shè)施、土地、水資源、環(huán)境造成的損失，實(shí)現(xiàn)煤炭資源合理化開采和企地協(xié)同發(fā)展。

1.1 井下采掘方法與沉陷成因關(guān)系

煤礦地質(zhì)上覆巖層移動(dòng)變形方向、范圍及速率也隨開采方法、布置方式、深度變化的不同而不同。采用分層式走向長(zhǎng)壁式采煤方法，地表存在二次沉陷的問題，勢(shì)必會(huì)擴(kuò)大沉陷范圍，巖層移動(dòng)破碎的程度強(qiáng)烈，沉陷深度較大；采用放頂煤式采煤方法沉陷范圍、深度相對(duì)較小，但在山區(qū)地形復(fù)雜區(qū)域沉陷也較為明顯；采用一次采全高式采煤方法，采高大，沉陷深度和范圍隨之增大，對(duì)地面的破壞程度較為明顯。當(dāng)然，沉陷范圍也與工作面布置寬度、采深有較大關(guān)系，基本成正比變化。

1.2 地質(zhì)體性質(zhì)與沉陷成因的關(guān)系

根據(jù)某礦井田范圍分布特征，煤層整體呈現(xiàn)東高西低，煤層的采深在200～400m，3#煤層上覆巖層以砂巖為主，基本屬于堅(jiān)硬巖層，地表地形基本屬于山區(qū)丘陵地形復(fù)雜區(qū)域，采煤對(duì)上覆巖層擾動(dòng)范圍、方向與巖層地質(zhì)體有大的影響。根據(jù)多年來對(duì)該礦地表巖層移動(dòng)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)開采深度與地表變形影響范圍成正比變化，但與沉陷深度和破壞程度成反比變化。在山區(qū)地形復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行井下開采時(shí)，地表出現(xiàn)滑移現(xiàn)象較為明顯，井下工作面鄰邊連續(xù)開采時(shí)，地表沉陷影響范圍呈現(xiàn)二次沉陷，而且范圍擴(kuò)大。

1.3 地表環(huán)境因素特征與沉陷成因關(guān)系

地表環(huán)境因素特征主要包括植被、耕地、建（構(gòu)）筑物、設(shè)施、水資源等，其采煤沉陷帶來的破壞價(jià)值是沉陷治理研究的主要方向，該礦礦井田范圍內(nèi)地表大部分區(qū)域?yàn)橹脖缓土謪^(qū)，其次為耕地，零散分布有村莊、建（構(gòu)）筑物、設(shè)施等，同時(shí)，在井田山區(qū)溝谷內(nèi)分布有季節(jié)性河流。根據(jù)多年來對(duì)地表沉陷情況的調(diào)查分析，山區(qū)植被耕地沉陷區(qū)裂縫較大，通常裂縫的方向與回采工作面的走向傾向保持一致，在保護(hù)煤柱范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物、設(shè)施井下開采影響程度隨建筑物的堅(jiān)固程度而成正比變化的情況下，采煤沉陷造成的水資源、水系破壞較為明顯，在沉陷未穩(wěn)定前河流的水量有明顯減少的趨勢(shì)，待穩(wěn)定后水量會(huì)明顯減少但變化量很小。

2 煤礦地質(zhì)沉陷預(yù)測(cè)模型

煤礦地質(zhì)的預(yù)測(cè)通常是要經(jīng)過嚴(yán)格的把關(guān)來進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃：①對(duì)很多方面產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)算和計(jì)劃安排。先是對(duì)于只需要開采單個(gè)地方時(shí)產(chǎn)生的地表預(yù)算點(diǎn)的下沉量進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析，然后對(duì)每個(gè)計(jì)算出來的多個(gè)地面的下沉量進(jìn)行疊加；②計(jì)算不規(guī)則煤礦的形狀開采面預(yù)算，可以通過將形狀不規(guī)則的工作面按照煤層的方向進(jìn)行劃分的方法進(jìn)行計(jì)算，將它們分成很多的矩形開采面來替代原有的不規(guī)則的開采面。

在煤炭的開采過程中，因?yàn)榈叵碌拿禾績(jī)?chǔ)量越來越少，從而造成大量土地發(fā)生沉陷的現(xiàn)象，而沉陷發(fā)生的時(shí)候，地面各個(gè)點(diǎn)的沉降率和受力狀態(tài)不同，導(dǎo)致地表原有的平衡狀態(tài)出現(xiàn)問題。所以，在沉陷地表內(nèi)的某些地方，通常會(huì)因?yàn)榈乇砀鱾€(gè)方向發(fā)生了不完整的水平移動(dòng)和沉陷的現(xiàn)象，讓盆地形成很大的裂縫。裂縫的產(chǎn)生又受到地表沉陷的影響，但是并不是在地表沉陷剛剛開始就產(chǎn)生的現(xiàn)象，而是通過日積月累慢慢的形成的現(xiàn)象，在煤炭開采工作量越來越大的情況下，導(dǎo)致地表的某些地方所要感受到的拉力達(dá)到極限的承擔(dān)狀態(tài)而慢慢形成的。

在煤礦地質(zhì)沉陷的研究中，往往要注意到的裂縫臨界開采的面積，它是指在煤礦的開采過程中，讓地表中出現(xiàn)一些處于裂縫的臨界狀態(tài)的面積。裂縫的臨界開采面積受到非常多的因素的影響，其中主要包括的有：煤礦的開采深度、煤礦上覆巖層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、煤礦的開采厚度等物理因素。然而地表裂縫臨界值的發(fā)生，主要受地表中物理力學(xué)現(xiàn)象的影響。在煤礦的開采過程中，如果已開采面積超過裂縫臨界開采面積，那么它會(huì)在開采區(qū)的周邊的地表上方出現(xiàn)一個(gè)裂縫區(qū)域，之后伴隨著采空面積的不斷增加，裂縫區(qū)域會(huì)慢慢擴(kuò)大，特別是在上山和下山的相關(guān)邊界處和切眼處的地方，而且，工作面地表上方的裂縫也會(huì)隨著開采的推進(jìn)慢慢的向前面移動(dòng)。這時(shí)之前所形成的裂縫區(qū)就會(huì)因?yàn)槭艿綁毫ΧM(jìn)入壓縮變形模式。這個(gè)時(shí)候所出現(xiàn)的裂縫將慢慢合攏，嶄新的裂縫就會(huì)在裂縫區(qū)的以外位置形成。

3 煤礦地質(zhì)土地沉陷綜合治理措施

礦井開采造成的地面沉陷區(qū)治理，需要在研究開采沉陷區(qū)成因和影響范圍的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的地表沉陷物及屬性，采取井上井下綜合治理措施，恢復(fù)或重新構(gòu)建地表沉陷物屬性原有用途、景觀，或解決沉陷造成的地質(zhì)環(huán)境安全問題。

（1）采取留設(shè)保護(hù)煤柱或搬遷避讓措施，合理布局井下資源開采與地表建（構(gòu)）筑物的關(guān)系。為了合理解決“三下”采煤?jiǎn)栴}，綜合分析“三下”采煤的合理性、經(jīng)濟(jì)性、可行性，最大限度釋放煤炭資源，提高煤炭開采的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)，為減少因采煤造成的建筑物沉陷裂縫，影響居民居住環(huán)境安全，對(duì)于“三下”壓煤，應(yīng)根據(jù)礦井采掘規(guī)劃、煤炭資源量、國(guó)家及地方政策，充分分析村莊建（構(gòu)）筑物的綜合保護(hù)措施，做到資源的應(yīng)采盡采和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的最大化。

（2）積極開展土地沉陷復(fù)墾治理，確保地表經(jīng)濟(jì)作物的正常耕種。由于采煤造成的土地沉陷是有區(qū)域性的且范圍廣，不能一概而論地大范圍、無目的治理，在選擇治理措施時(shí)必須有選擇性、針對(duì)性、可操作性。在治理過后，不僅要考慮原始土地的恢復(fù)，還要考慮恢復(fù)土地利用價(jià)值的可行性。根據(jù)土地沉陷的穩(wěn)定性理論，分為暫時(shí)性的沉陷裂縫充填和再造性的土地復(fù)墾。暫時(shí)性的沉陷裂縫充填主要針對(duì)在沉陷不穩(wěn)定期內(nèi)的土地采取人工或小型機(jī)械簡(jiǎn)易充填沉陷裂縫，恢復(fù)原有土地狀況，保證土地經(jīng)濟(jì)作物的正常耕種；再造性的土地沉陷復(fù)墾主要是土地沉陷達(dá)到穩(wěn)定期后，采用大型機(jī)械進(jìn)行整體復(fù)墾治理，再造土地利用價(jià)值。

（3）采取針對(duì)性的治理措施治理采煤沉陷造成的不同性質(zhì)的受損物。由于采煤造成地表地形發(fā)生變形和破壞，地表附著的各類附屬物必然會(huì)受損或被破壞，主要包括道路、建（構(gòu)）筑物、人工池、墳?zāi)?、管線以及地表附著的具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的私有或共有財(cái)產(chǎn)等。針對(duì)采煤沉陷造成的不同性質(zhì)的地面附屬物，要充分與受損物權(quán)屬人溝通，從安全、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面綜合考慮治理措施，依據(jù)有關(guān)規(guī)定采取重建、避讓、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償、安全技造等措施，避免由于采煤沉陷造成的安全和經(jīng)濟(jì)損失。

（4）重新構(gòu)建水資源系統(tǒng)，解決采煤沉陷水資源被破壞的問題。隨著煤炭的長(zhǎng)期大量開采，造成上覆巖層中或地表河流的水系遭到破壞，水質(zhì)下降，隨之造成農(nóng)田灌溉及飲用水資源系統(tǒng)被嚴(yán)重破壞，引發(fā)沉陷區(qū)水環(huán)境的一系列問題。為此，需要采用一定的方法和措施，人工改造或重構(gòu)水資源系統(tǒng)，切實(shí)改善當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活用水環(huán)境。針對(duì)不同地區(qū)、不同飲水方式，一般分為臨時(shí)性改造引水和永久性構(gòu)建水資源系統(tǒng)。臨時(shí)性改造引水主要是針對(duì)由于采煤沉陷對(duì)原有飲水系統(tǒng)造成的破壞，通過恢復(fù)或改造水系統(tǒng)，保證居民在一段時(shí)期內(nèi)的正常生活用水。而永久性構(gòu)建水資源系統(tǒng)主要是針對(duì)長(zhǎng)期以來采煤沉陷造成連片區(qū)域水資源嚴(yán)重被破壞，臨時(shí)性飲水改造已無法滿足當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)用水時(shí)，由當(dāng)?shù)卣y(tǒng)一規(guī)劃，礦方負(fù)責(zé)為當(dāng)?shù)鼐用駱?gòu)建區(qū)域性的深層水資源引水工程。此方法可切實(shí)提高飲水環(huán)境質(zhì)量，但后期的維護(hù)和運(yùn)行需要有專業(yè)部門統(tǒng)一管理。

4 結(jié)語

綜上所述，煤礦地質(zhì)中開采的可持續(xù)發(fā)展對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很重要的影響，煤礦地質(zhì)沉陷的發(fā)生會(huì)給煤礦企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此，非常有必要對(duì)煤礦地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效防治。因此，為促進(jìn)煤礦行業(yè)的正常發(fā)展和運(yùn)行，必須要加強(qiáng)對(duì)煤礦地質(zhì)中土地沉陷預(yù)測(cè)的研究及沉陷治理，降低煤礦開采工作中對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，使其可以根據(jù)我國(guó)的發(fā)展順利進(jìn)行。