采煤沉陷区成因及综合治理的实践研究_马东山.pdf

202313技术应用与研究99Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究99Modern Chemical Research当代化工研究采煤沉陷区成因及综合治理的实践研究马东山（山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司 山西 046600）摘要：采煤活动对地层结构造成的破坏及地表沉陷是一种常见的地质灾害，给周边环境和居民生活造成了严重危害。本研究旨在探讨采煤沉陷区成因及其综合治理的实践研究，分析采煤塌陷的危害，剖析采煤沉陷区的成因，并提出相应的综合治理技术实践方法，以减少采煤沉陷区带来的负面影响。关键词：采煤；沉陷区；成因；综合治理中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.033Practical Research on the Causes of Coal Mining Subsidence and Comprehensive ManagementMa Dongshan(Zhaozhuang Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Jinmei Group,Shanxi,046600)Abstract：The destruction of strata structure and surface subsidence caused by coal mining activities is a common geological disaster,which has caused serious harm to the surrounding environment and residents life.The purpose of this study is to discuss the causes of coal mining subsidence area and the practical research of comprehensive treatment,analyze the hazards of coal mining subsidence,analyze the causes of coal mining subsidence area,and put forward the corresponding comprehensive treatment technology and practical methods,in order to reduce the negative impact of coal mining subsidence area.Key words：coal mining；subsidence zone；cause of formation；comprehensive control随着采煤活动的不断发展，采煤沉陷区问题日益凸显，采煤塌陷带来的地面下沉和地表破坏给周边环境和人民生活造成了严重的影响。采煤沉陷区的成因是多方面的，包括采煤方法、地质条件、工程技术等因素的综合作用，加强综合治理技术，要通过科学的手段和技术手段，对采煤沉陷区进行有效的治理和修复，减少其对环境和人民生活的不利影响。1.采煤塌陷的危害图1 采煤塌陷现场采煤塌陷是指因采煤活动引起的地面坍陷和地下空洞形成，这种现象会给生态环境和人们的生活带来很大的危害，首先，采煤塌陷会破坏道路和设施，由于采煤活动导致地下空洞形成，地面会出现坍塌现象，道路和建筑物会受到损坏，这会给人们的出行和生产带来很大不便，增加了维修和修建成本。而且采煤塌陷会增加山体松动裂缝风险，采煤活动破坏了地下的地质结构，使得地下空洞的形成和扩大，导致地面产生裂缝，山体松动，甚至引发山体滑坡等自然灾害，给人们的生命财产安全带来威胁，采煤塌陷见图1。采煤塌陷对生态环境安全将会造成影响，采煤活动破坏了地下水资源，导致地下水位下降和水质变差，同时也会破坏土地的肥力，影响农业生产，采煤活动还会释放大量的二氧化碳和二氧化硫等有害气体，加剧空气污染，对人类健康和环境造成威胁。采煤沉陷区是指在煤矿开采过程中，由于地下煤炭资源的抽取导致地表发生沉陷和变形的地区，其形成是一个渐进的过程，当煤矿进行采煤作业时，煤层中的煤炭会被提取出来，导致煤层体积减少。原本支撑在煤层上方的岩石和土壤会下沉和坍塌，形成沉陷区1。2.采煤沉陷区成因分析（1）地质体性质因素。采煤沉陷区的形成会受到地质体性质因素的影响，地质体的性质包括地层结构、岩性、含水层等，此类因素会影响煤层的稳定性和固结性。例如，地层结构不稳定或存在断裂带，煤层容易发生滑动或塌陷现象，此外，如果地下水位较高或含水层较厚，采煤过程中会引起地层水压增大，202313技术应用与研究100Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究100Modern Chemical Research当代化工研究进一步加剧煤层的变形和沉陷。（2）井下采掘方法不合理因素。井下采煤方法的不合理选择是导致采煤沉陷区形成的重要原因，当选择的采煤方法与地质条件或地下煤层特点不匹配时，会增加煤层的破坏和变形风险，导致沉陷现象的发生。例如，采用大面积开采或长壁工作面时，由于煤层的连续破坏和控制困难，塌陷的可能性会增加，为减少采煤沉陷区的发生，应在采煤方法的选择上注重地质条件和煤层特点，合理设计采煤方案，以降低煤层破坏和沉陷风险。（3）地下水因素。地表水体、地下水抽采和排水工程的不当操作等，都会对地下水位和水流动态产生影响，进而造成煤层的稳定性和沉陷风险。例如，地表水体的存在会增加地下水位，导致煤层与地表之间的承载力减小，将加剧沉陷现象。而地下水抽采和排水工程的不当操作，则会导致地下水位下降过快，煤层失去支撑，进而引发地面塌陷。地表建筑物、道路等结构物的布局和施工也会对采煤沉陷区形成产生影响，如果建筑物和道路等结构物建设不合理，会导致地下的地质结构遭到破坏，煤层变形，增加地表沉陷的风险。3.采煤沉陷区综合治理技术实践方法以赵庄煤业井田为例，该煤矿的复垦区域位于赵庄煤业矿区内东南部，整体地势东高西低，北高南低，最高点高程为1154.48m，在采煤沉陷区的综合治理技术实践中，要明确技术方法和技术要点，提高治理水平。（1）构建和优化水资源系统，应对采煤塌陷破坏。在采煤沉陷区的综合治理中，构建和优化水资源系统是非常重要的一项措施。由于采煤活动可能导致地下水位下降和地表水体积聚，需要建立合理的水资源管理系统，确保水资源的平衡和稳定。在采煤沉陷区的综合治理中，合理利用水资源和保护水环境，要通过水资源调配和分配的方式，合理利用地下水和地表水，满足农田灌溉、城市供水和生态用水等需求。建设水利工程、构建灌溉系统和供水管网，提高水资源利用率，满足社会发展和生活需求，缓解因采煤活动导致的水资源短缺问题。加强水环境监测和保护工作，防止采煤活动对水体质量造成污染和破坏，包括建立水环境监测网络，定期对水质进行监测和评估，及时发现和处理水污染问题。制定和实施相关的环境保护措施，例如，加强采煤区附近水源的保护、建设污水处理设施等，以减少采煤活动对水环境的影响2。（2）留设保护煤柱，加强压煤村庄的搬迁避让管理。为了减轻采煤沉陷区的地表沉陷和变形，可以采取保护煤柱的措施，在采煤过程中保留一部分煤炭未采出，以支撑地层并减少地表沉陷的程度。为了有效减缓地表沉陷速度，需要科学、合理地确定保护煤柱的位置和大小，在采煤过程中留下一定的煤柱，使其作为地层支撑，避免煤层发生大规模的塌陷。确定保护煤柱的位置和大小，进行地质勘探和数值模拟等研究，以确定煤柱的最适宜位置和大小，避免对煤矿开采效益的影响。保护地表建筑物和基础设施的完整性，要对建筑物和基础设施进行合理规划和设计，避免建筑物和基础设施建设在地层变形和地基沉降的高风险区域需。加强对压煤村庄的搬迁避让管理，确保居民的生活安全和生活质量，在采煤沉陷区，对于受到影响的压煤村庄居民，应该依据科学数据和专业意见，采取科学的搬迁方案，以确保居民的生活和财产得到合理的保护和安置。进行详细的调查和评估，了解压煤村庄的实际情况，包括地理环境、居民人口、建筑结构等，通过测量和监测，获取准确的地表沉降数据，以及与之相关的地下水位、土壤条件等信息，考虑压煤村庄的社会经济状况、居民的生计来源和就业情况等因素，基于收集的科学数据和专业意见，制定搬迁方案。搬迁方案应该综合考虑居民的利益、社会经济发展的可行性和环境保护的要求，根据沉陷程度和风险评估，确定需要搬迁的区域和范围，在安置居民时，应提供适当的补偿和福利，确保居民顺利过渡到新的居住地，包括提供住房、基础设施、就业机会和教育医疗等公共服务设施，以及合理的经济补偿和社会保障。实施搬迁过程中，要建立专门的搬迁管理机构，负责组织协调各项工作，该机构应包括相关的政府部门、专业技术人员和社会组织代表，确保搬迁工作的科学性、公正性和透明度。与居民进行广泛的沟通和协商，听取他们的意见和建议，确保搬迁方案的合理性和可行性3。（3）保护现有农田，合理布局农田。在采煤沉陷区的综合治理中，保护现有农田是非常重要的任务，农田是人们生产和生活的重要基地，需要采取措施保护农田的耕作土壤和农作物的生长环境，在采煤沉陷区的综合治理中，合理布局农田，避免在沉陷区建设新的农田，以减少农田面积的损失和风险，通过科学的规划和土地利用管理，合理划定农田的边界，避免农田位于潜在的塌陷区域，减少农田受到沉陷影响的可能性，采用灌溉技术，提高农田的灌溉水平，确保农作物的生长需要。采煤活动会导致地下水位下降或水质变差，进而202313技术应用与研究101Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究101Modern Chemical Research当代化工研究影响农田的灌溉供水，为此，可以引入现代化的灌溉技术，例如滴灌、喷灌或微灌系统，以提高灌溉效率和水资源利用率。通过水资源调配和供水管网建设，保障农田的灌溉水源供应，减少农作物因水资源不足而受到的影响4。（4）加强地质灾害点的生态修复。随着采煤活动的增加，地质灾害点也越来越多，这些灾害点对周边生态环境和人民生命财产安全构成了威胁，因此，对于地质灾害点的生态修复管理至关重要。生态修复的目的是通过恢复和重建生态系统，尽可能地还原原来的生态环境，减少损失，提高资源的利用效率，在采煤沉陷区，要采取一系列的措施来加强地质灾害点的生态修复管理。采用生物修复技术，利用植物和微生物等生物体来修复土壤和水体环境的技术，在地质灾害点采用植物和微生物来修复受损的山体生态环境。加强环境监测，有效应对采煤沉陷区的环境问题，特别是在地质灾害点附近，需要建立健全的环境监测系统，及时发现和处理环境问题，以保障人民群众的生活安全和生态环境的稳定。采用遥感技术，通过卫星遥感图像和地面监测设备，可以实时监测采煤沉陷区域的地表变化情况，尤其是山体的变化，遥感技术可以提供高分辨率的图像数据，对地表的形态、变形和沉降进行定量化监测，帮助预测可能的地质灾害风险，及时发现异常情况，为采取防范措施提供依据，复垦区位置见图2。图2 复垦区位置图利用环境监测设备，如地下水位监测井、水质监测站等，对地下水位和水质进行实时监测，这有助于了解采煤活动对水资源的影响，以及地下水位下降和水质变差对周边环境和农田的影响。建立监测站网，及时获取数据并进行分析，发现潜在的环境问题，并采取相应的环境保护和治理措施。建设生态修复工程，指的是通过建设人工湿地、植被掩盖、绿化带等措施，提高生态系统的稳定性和恢复能力，在地质灾害点附近，建设生态修复工程，通过人工湿地和植被掩盖，改善土壤条件，提高山体的生态稳定性5。（5）对土地塌陷进行复垦治理。土地塌陷是采煤活动带来的一种常见地质灾害，土地塌陷会导致土地沉降，影响土地的利用价值，因此，要采取措施对土地塌陷进行复垦治理，提高土地的利用价值。土地塌陷的复垦治理中，要对受到土地塌陷影响的进行重新开垦和利用，在复垦过程中，对土地加强调查和评估，制定合理的复垦方案，恢复土地的生产力。提高土地改良水平，土地改良是指通过添加有机肥料、矿物质等来改善土地质量，提高土地的利用价值，在土地塌陷区，采用土壤改良技术，改善土地的结构和肥力，提高土地的生产力。为了防止土地再次塌陷，需要采取一系列防治措施，在土地塌陷区域建设固定措施，如桩、杆、墙等，来增强土地的稳定性。建设固定措施，有效地防止土地再次塌陷，保护地表建筑物和基础设施的完整性，选择固定措施，根据具体的地质条件和土地塌陷的程度来确定，以达到最好的防治效果。加强地下水管理，防止地下水位下降，从而减少土地塌陷的可能性，通过增加地下水的补给量和减少地下水的利用量两个方面措施，建设地下水补给工程、加强水资源的管理和保护力度，以保持地下水位的稳定。采取其他防治措施，如加强监测和预警、实施土地复垦和治理、加强规划和管理等，及时发现和预测土地塌陷的可能性，利用土地资源，减少土地塌陷的影响，加强规划和管理，从源头上控制土地开发和利用的过程6。4.结论综上所述，采煤沉陷区的成因及其综合治理是一个复杂而重要的课题，在采煤活动中，采取合理的采煤方法和措施，加强对地质条件和工程技术的研究和评估，可以降低采煤活动对地下矿层和地表的破坏。工作人员要加强科学研究和技术创新，推动采煤沉陷区治理技术的发展，为采煤活动的可持续发展提供支持，深入分析采煤塌陷的危害、剖析采煤沉陷区的成因，推动煤矿产业的可持续发展。【参考文献】1胡海峰,廉旭刚,蔡音飞,等.山西黄土丘陵采煤沉陷区生态环境破坏与修复研究J.煤炭科学技术,2020,48(4):70-79.2喻洋,董明知.关于对采煤沉陷区建设水面光伏电站的探索研究J.中国战略新兴产业,2020(12):245-246.3韩科明.荷载作用下采空区覆岩稳定性评价理论研究D.北京:煤炭科学研究总院,2020.【作者简介】马东山（1990-），男，汉族，山西晋城人，本科，助理工程师，研究方向：煤炭开采。