煤礦采空區地質災害類型分析及治理措施

劉桂蓮

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

煤炭是推動社會發展的重要資源，合理規劃開采以及對采空區進行治理是促進煤炭行業綠色發展的主要途徑之一。但在實際落實過程中，部分地區的煤炭企業在采空區治理方面缺少完善的工作體系。因此，針對煤礦采空區地質災害進行分析并制定整理方案對于煤炭行業的可持續發展具有重要的現實意義。

1 我國煤礦采空區基本情況

我國是產煤大國，煤炭資源相對較為豐富，但礦區周邊布滿各類采空區。例如，在神木縣煤炭的開采區域的整體采空區域面積已超過50km2;而山西全省范圍內的煤炭采空區面積約3×104km2;另外，在江蘇省礦區在采煤過程中同時伴隨嚴重的地表沉降。由于地下煤層通常處于地下深處位置，最深處可都超過1000m，而開采煤層厚度普遍在1～4m 左右，煤層狀況變化較大，采空區地質環境不盡相同。進一步對采空區進行分類，根據采煤作業深度可具體化分為淺層采空區、中深層采空區、深層采空區。

2 煤礦采空區地質災害的主要影響

2.1 水資源枯竭

根據實際地質結構的差異以及煤礦作業形式影響，在提高煤炭單位產量的過程中，礦井作業深度將逐漸增加，通常情況下煤層頂部以及底部附近維持與周邊水系相互關聯，因而在煤炭開采過程應針對地下含水層進行處理以避免出現突水問題。常用方案包括地表水源改道、地下含水層封堵等措施，以此降低對煤炭開采造成的影響，保障煤炭開采作業順利落實。但是就實際而言，此類煤礦開采作業方案不利于周邊水生態系統的循環發展，進而導致周邊生態系統市區水資源供給，原有的排水及補水結構逐漸失去作用，進而使得地下水資源逐漸流失。根據相關資料統計可知，現階段國內水資源分布失衡，南多北少是現階段水資源分布的基本概況，同時煤炭主要采區多位于北方區域，因而在煤炭開采過程中則可能導致北方地區的水資源匱乏問題逐漸加劇，進而增加南水北調工程的整體壓力，不利于區域煤炭經濟的穩定發展。另外，水資源匱乏也導致區域資源分配受到了影響，依托水資源發展的各類產業項目將逐漸從北方地區向南部轉移，進而導致北方地區的經濟發展逐漸減緩，進而對煤炭經濟造成嚴重打擊，不利于煤炭企業實現可持續發展。

2.2 破壞土地生產潛力

煤礦開采作業過程中通常產生大量的開采廢物，而此類廢棄物的堆積與積存將導致周邊土壤環境出現變化，影響土壤的肥力，進而出現大規模土壤荒廢等問題。同時，礦區作業過程中，為進一步提高開采生產效率，部分煤礦將周邊區域的植物進行拔除，但是在煤礦開采后，礦企并未針對遭受破壞的土地環境進行生態恢復，如此以來，則導致煤礦開采區域的土地環境形成惡性循環，難以用于生產耕種，受到煤礦開采廢料影響，此類土地在后續治理方面需要大量資金。隨著礦區水資源逐漸缺失，地質環境逐漸惡化，土地的生產價值顯著降低，周邊區域經濟發展始終依靠煤炭經濟，進而在煤炭資源消失后，此類地區的經濟增長窗口瞬間消失，進而導致區域經濟急劇回落，甚至出現經濟萎縮，受此影響，礦區廢棄土地治理工作將難以開展，導致生態環境不斷惡化，土地荒漠化面積逐漸增加。

2.3 采空區覆巖破壞

煤層在爆破開采后，內部穩定應力平衡狀態消失，長期開采形成的大面積采空區使周邊的巖體應力趨于不穩定發展狀態，地層為形成新的應力平衡將出現大規模土地位移或塌陷問題。采空區頂部巖層受重力影響，逐漸對采空區產生壓力，在開挖深度逐漸增加的情況下，頂部巖層對采空區的壓力逐漸上升，當變形超于采空區頂部巖層的極限應變時，將導致采空區塌陷。自上而下分別為彎曲帶、裂隙帶、冒落帶。①彎曲帶具有一定的隔水特性，其位于地表以下裂隙帶以上。在開采作業過程中，頂部覆巖應力平衡逐漸消失，此時巖層之間的應力強度仍處于極限范圍內，土層并未出現明顯松動與位移。②裂隙出現在彎曲帶之下，冒落帶之上，主要指待開采中的裂隙發育帶，離層現象較為明顯，且在隔水性方面較差，底部處于拉應力作用。③冒落帶處于采空區頂部巖層位置，整體結構相當脆弱。在開采擾動影響下頂部的覆巖體逐漸垮落，進而導致頂部巖層的透水性逐漸加劇，進而形成惡性循環，導致采空區頂部巖層結構穩定性逐漸消失，環境地質災害分類見圖1。

圖1 環境地質災害分類

2.4 采空區地表變形特征

煤礦規模存在較大差異，因而采空區環境也不盡相同，周邊的具體地表變形也存在一定的隨機性問題。大中型煤礦采空區的地表變形問題主要表現為地表移動、地表裂縫、臺階狀塌陷等。小型采空區的地表特性主要體現為地表裂隙、小規模沉降，并未處于移動盆地問題。具體表現如下：①地表移動盆地。從形成機理角度而言，采深超出采厚的20～40倍時，可能導致采區頂部巖層出現彎曲、塌落，進而在地表地形環境呈現出沉陷的區域或洼地，稱為地表移動盆地。這一地形特征的范圍普遍超出采空區，礦層傾斜度越高，地表傾斜問題則更加劇烈。移動盆地處于采空區頂部位置，且該區域的地表沉降量最高。內邊緣區位于采空區外側上方，成凹形，形成應力變形。外邊緣區處于采空區外側礦層頂部位置，地表存在大量的裂隙，地面位移出現傾斜跡象，成凸形。②地表裂縫。在移動盆地的邊緣位置出現大量的裂隙，其裂隙寬度與長度通常與土質、深度、寬度有關。塑性小的砂質粘土地表拉伸變形達到3～4mm/m時則可能出現大規模裂隙。內應力較高的粘性土處于6～10mm/m 變形范圍內方可出現裂縫。③臺階狀塌陷盆地。當采深與采厚差距過于懸殊時，則將出現大規模的塌陷盆地，盆地中央部分平坦，外側位置呈現階梯狀分布。④塌陷坑。塌陷坑需要在一定的地質變化條件下出現，主要是在緩傾斜煤層的開采中發生，或是在采集傾斜煤層的階段形成塌陷坑現象，采空區處理技術類型見圖2。

圖2 采空區處理技術

3 煤礦采空區災害治理的措施

3.1 合理開展地下水循環保護工作

由于煤礦開采過程中對地下水循環系統造成一定影響，因此作業人員須在煤礦開采過程中積極引入對應的地下水處理方案，避免水資源過度流失，同時應結合地下巷道建設規劃方案，綜合建設過程中可能出現的含水層結構擾動以及裂隙問題進行對應治理措施，按照相關建設標準制定后續各項工作，以此提高含水層治理效果。同時，針對煤炭開采過程中頻繁出現的地下水資源滲漏等問題時，技術人員應明確具體滲漏位置后，采用以堵漏為主的工作方案，在積極維持含水層原有流向的基礎上進行裂隙封堵，以此降低對地下含水層產生的各類型擾動問題。

3.2 積極優化煤礦開采方式

煤炭開采作業過程中，煤炭開采企業應積極重視開采技術的升級優化，盡可能避免在煤炭開采過程中大量采用斜井開采方案，應積極引入豎井開采，以此降低對煤層結構的擾動問題。同時，煤炭開采過程應盡可能避免采用爆破式開采方案，以免沖擊波對周邊礦區地形造成結構影響，進而導致周邊地區出現應力失衡問題。具體方案應積極引入新設備，通過信息化采掘設備降低開采過程中對煤層結構穩定性造成的影響。

3.3 不斷提高基礎設施建設水平

煤礦作業過程中應確?；A設施建設趨于標準化，以此為煤礦生產作業提供基本保障，將各類開采廢物進行集中處理，消除廢棄物對周邊環境產生的負面影響，從而為后續煤炭開采區域的生態恢復提供必要保障。同時，煤礦開采過程中應制定環境恢復工作計劃，結合本地區煤礦開采的實際情況，制定煤礦采空區恢復工作的具體布置方案，同時開展防水工程修建，借助煤矸石等廢料進行采空區回填，從而逐步推進后續采空區生態環境恢復工作。

3.4 嚴格落實土地復墾治理工作

為保護煤礦采空區周邊的生態環境穩定，維持基本耕地數量供應，煤企管理人員應當加強對煤炭開采技術應用認知，根據地區環保部門規劃的土地使用標準，合理調整煤礦開采方式，為煤礦采空區的土地復墾建立基礎，具體可通過建設大面積的土地生產恢復方案，提高本地采空區復墾率，并結合土地復墾的基本規劃要求，在對應區域種植不同類型的農作物，結合區域優勢制定對應的還林還草計劃，逐漸提高土壤肥力，逐步實現煤礦采空區的農業穩定發展工作，實現對土地資源的有效保護。

3.5 積極落實廢棄巷道加固治理工作

煤礦開采結束后，礦區位置通常存在大量的礦井巷道和采掘面，進而形成連片采空區，對后續區域建設以及恢復工作造成一定影響。為進一步提高恢復工作進度，工作人員應針對礦區中遺留的大量廢棄礦道進行填埋封堵工作，首先，應針對廢棄井下巷道進行填充處理，并根據礦道深度合理進行填埋規劃，將煤炭開采廢棄物進行最大化利用。在此基礎上，技術人員應結合煤礦采空區治理方案分步落實廢棄礦道的填埋與加固作業，以此降低區域內采空區的整體規模，從而為后續的環境治理與恢復提供一定的作業平臺。另外，針對開采中遺留的各類型廢物，則應采取生態化治理手段，將礦采廢棄物用于區域建筑材料的混合料使用，對于低價值廢棄物則可選擇直接回填至礦井采空區，以此消除巖層應力失衡導致的地面塌陷等問題的。煤礦采空區恢復重建工作開展過程中，工作人員要加強對該類方法的重視，合理開展后續各項工作，保障礦區重建質量。

4 結束語

綜上，煤礦采空區將對周邊生態環境的穩定性造成負面影響，因此煤炭企業必須重視煤炭采空區的后續治理工作，具體應建立完善的生態恢復工作方案，做好水資源以及耕地資源的保護，積極利用各類開采廢棄物對采空區進行回填處理，也可將廢棄物用于建筑混合料使用，促進地區經濟的穩定發展，確保生態環境區域穩定。