开采沉陷区土地的治理论文

开采沉陷区土地的治理论文（精选5篇）

开采沉陷区土地的治理论文 篇1

在我国, 煤炭是非常重要的能源, 但是大量开采煤炭就不可避免地会对开采区域的土地造成损害, 最为明显地就是导致煤炭开采区沉陷。通常而言, 轻度沉陷经过简单的平覆和处理便可以使沉陷区域获得原有的农业生产力;中度沉陷影响的耕地经过复垦处理便能够获得原有的生产力;重度沉陷影响的耕地需要利用铲运机对沉陷区域进行分层剥离、分层回填处理, 处理之后便可以获得生产力。

1 煤矿开采沉陷区综合治理的必要性和重要性

煤层的采出, 因岩体原始力学平衡受到破坏, 开采煤层上覆的岩层将产生移动与破坏。当开采面积达到一定范围后, 移动与破坏将扩展到地表。煤层采出后, 其上覆岩层的移动过程通常是首先从煤层的直接顶板开始, 自下而上依次发生冒落、断裂、离层、裂隙、弯曲等各种不同的移动与破坏形式, 最后在开采煤层上方地表形成比开采范围大得多的塌陷区, 称为下沉盆地。

在我国的能源结构当中, 煤炭占有非常大的比重;同时, 我国95%以上的煤炭均来自于地下, 只有少部分来自于露天煤矿。大量的井工开采掏空了地下, 而且, 井工开采通常均是利用走向长壁全部垮落法管理顶板, 导致土地下沉系数很大。一般情况下, 井工开采对土地的破坏能力特别大, 通常在整个因为煤炭开采导致的土地破坏中, 因为井工开采而破坏土地占总体的90%以上。我国的煤矿很多分布于东北和华北等平原地区, 其中在东北地区, 煤矿地区所占的土地几乎全部是高产农田;在华北地区, 因为采煤而导致沉陷的土地几乎均为基本农田。

人地矛盾突出是我国的重要国情之一, 面对人多地少的现状, 对煤矿开采沉陷区进行综合性治理, 实现矿区生态环境的动态平衡具有非常重要的现实意义。我国开始对煤炭采矿区进行综合治理的实践比较晚, 直到今天, 煤炭开采区域沉陷土地的复垦率还不到20%。根据相关单位的推算, 我国的耕地总量中有超过40%的土地含有煤炭资源, 由此看来, 坚决推行对煤矿开采沉陷区的综合治理, 可以有效缓解我国目前人地矛盾突出的现状, 同时, 由于提供了更多的土地, 也可以在一定程度上保证我国的粮食安全。

2 利用“采→注→采”三步法方案进行综合治理

吸收条带开采和充填开采等岩层移动和地表沉陷控制技术的优点, 充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用, 布置条带式工作面跳跃式开采, 注浆充填和加固采空区破裂岩体恢复承载能力, 应用荷载置换原理, 实现对上覆岩层的控制;据此提出“小条带开采→注浆充填固结采空区→剩余条带开采”三步法这一开采新方法, 进行岩层移动和地表沉陷控制, 以解决大面积开采地表沉陷控制和提高煤炭回采率的矛盾问题。

具体而言, 开采区需要利用条带式的开采方法将工作面布置为宽、窄条带相间的形状。具体要求是, 窄条带的工作面应该严格控制宽度, 一般情况下应该保持在上覆基岩厚度的1/6～1/4, 同时, 确保单位面积采出率应该小于35%;宽条带的工作面也应该严格控制宽度, 一般情况下应该保持在上覆基岩厚度的1/5～1/3。

首先, 开采窄条带工作面。留煤柱 (宽条带) 控制覆岩移动, 采后覆岩破坏形成自然平衡拱式平衡体系, 地表沉陷与变形微乎其微。

其次, 注浆充填与固结窄条带采空区垮落、断裂带破裂岩体。注浆材料可选用成本较低的粉煤灰-高水材料 (水泥) 或砂-高水材料 (水泥) 复合浆液, 将采空区及其上覆破裂岩体固结为一个整体形成复合固结体, 恢复其承载能力。

最后, 对剩余的宽条带煤柱进行开采作业。开采宽条带的时候, 为了降低冒矸和注浆对煤炭质量的影响, 确保固结破裂岩体支撑带的良好稳定性, 为了给上、下顺槽地掘进提供便利并保证其稳定性, 应该在宽条带的两侧预留一条5米宽的小条形隔离煤柱。恢复了承载能力的复合固结岩体条带可以有效支撑上覆岩层, 并能够转移荷载, 最终形成比较完整的覆岩移动与稳定体系 (体系构成主要包括小煤柱包裹的复合固结岩体条带支撑、上部完整岩层以及老顶砌体梁) , 在地表则能够呈现出条带状开采的大面积平缓下沉情况, 进而实现减轻地表沉陷、降低地表变形的目标。

总之, 综合治理煤矿开采沉陷区应该强化对排矸场上下游地下水情况进行实时监测, 并增强对地表变动动态的观测力度, 为制订废物堆存场地地下水污染的防治方案提供有力的数据支持, 为制订煤矿开采沉陷区的综合治理方案提供信息支持。另外需要注意的是, 要重视整治之前对当地现实情况的调查和研究, 并争取地方政府的协助和支持, 建立高效的符合生态要求的煤矿开采沉陷区综合治理制度, 认真监督土地复垦区、排矸场的综合治理情况。通过对该制度的落实, 最终实现恢复该区域生态环境动态平衡的目标。

摘要：因为开采煤矿导致开采区沉陷的现象比较常见, 同时因为煤矿开采区域大多集中于我国的粮食生产区域或者是生态环境比较脆弱的区域, 开采区的沉陷会破坏粮食生产或者让原本脆弱的生态环境更加脆弱。对煤矿开采沉陷区进行综合治理, 可以有效恢复该区域生态环境的动态平衡。依照煤矿开采沉陷区的实际特征, 运用复垦沉陷区的方式, 实施综合性的治理, 以期恢复沉陷区生态环境的原始平衡。本文针对煤矿开采沉陷区的实际特点, 简要分析和探讨了综合治理煤矿开采沉陷区的具体措施。

关键词：煤矿开采,沉陷区,综合治理,生态复垦

参考文献

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开采沉陷区土地的治理论文 篇2

1 区域地质采矿条件

1)地层。

井田内为典型的黄土高原地貌,地表大部为上第三系、第四纪所覆盖,仅在较大的冲沟中有基岩出露,出露地层有奥陶系中统(O2),石炭系中统本溪组(C${}_2^{\text{b}}$),上统太原组(C${}_3^{\text{t}}$),二叠系下统山西组(P${}_1^{\text{s}}$),下石盒子组(P${}_1^{\text{x}}$),上统上石盒子组(P${}_2^{\text{s}}$)。

2)构造。

井田为一宽缓的不对称的向斜构造,该向斜是中阳—离石向斜的次一级构造。向斜轴在井田的南部走向为北北东,中部走向为近南北,向北逐渐转向北北西。该向斜轴部较宽缓,两翼倾角相差很大,东翼较缓,倾角为1°～5°,西翼较陡,倾角为15°～25°。

3)煤层。

井田内含煤地层由石炭系上统太原组和二叠系下统山西组构成。井田内共有7层可采煤层,自上而下山西组有03号、3号、4号、5号煤层,太原组有6号、8号、10号煤层。其中,8号、10号煤层全区可采,4号煤层全区大部可采,03号、3号煤层局部可采,5号、6号煤层仅个别见煤点可采。现开采4号煤层,煤层厚度0.29 m～2.02 m,平均厚度为1.51 m,顶板岩性以泥岩、砂质泥岩为主,底板岩性以砂岩、粉砂岩为主。结构简单,偶含一层厚0.05 m的夹矸。

4)采掘情况。

4113工作面位于一采区轨道下山西南侧,地面无建筑物,工作面标高710～733,地面标高1 050 m～1 090 m,埋深305 m～375 m。离石煤矿4113工作面现在开采4号煤层,该工作面开采厚度1.7 m,设计采高1.7 m,循环进度0.8 m。采煤方法为走向长壁全部垮落法,一次采全高。一采一冒式管理顶板。配置MG240/300-WB型双滚筒采煤机,SGZ- 630/220型刮板输送机,配合DW-20型单体液压支柱,3.0 m ∏型梁支护。

2 观测站地形地貌

本次布设观测站选择了4113工作面,走向观测线处于东西方向,地形是中间高,两面低。工作测点大部分位于山脊两面的山坡上。其中位于山脊西南方向的地表坡度大约为26°,位于山脊东北方向的地表坡度约为25°,倾向观测线位于山脊东北方向的山坡上。整个观测线都布设于第四纪的黄土覆盖层上。

3 地表移动观测站布置和观测

4113工作面设计长540 m(切眼至停采线距离510 m),宽150 m。开采4号煤层,底板标高710 m～730 m,煤层倾角约3°,属于近水平煤层,煤层厚度1.65 m～1.88 m,平均厚度1.7 m。布设一条走向观测线ZB,观测线长730 m,其中控制点点间距50 m,控制点3个,每隔20 m(水平距离)布设一个工作测点,工作点30个;倾向观测线布设1条(QA线),位于工作面中部,观测线长530 m,布设工作点19个,3个控制点。共布工作测点49个,控制点6个,测线总长度为1 260 m。控制点和工作测点采用混凝土现浇而成。观测站的连接测量、全面测量的各点平面位置均采用测距导线测定,高程采用测距三角高程。观测工作分为:观测站的连接测量、全面观测、单独进行的水准测量和地表破坏的测定及编录,根据生产实际具体调整观测了14次,合计观测22次。

4 地表移动时间过程及地表移动规律

4.1 地表移动与变形动态分布特征

4113工作面开采4号煤层,煤层厚度1.7 m,开采深度317 m。采深和采厚比为186,地表的移动和变形属于连续变形。走向长为540 m,其采宽采深比$\frac{540}{317}=1.70>1$,所以为充分开采,地表下沉盆地属充分采动条件下的移动盆地。根据Z9,Z10点地表移动观测站多次监测结果分析,地表点移动过程大致出现以下几种情况:当工作面由开切眼向这两个点的方向推进时,这些点的下沉速度由小逐渐变大,其移动方向与工作面推进方向相反。当工作面推进到该点正下方并继续向前推进时,地表点下沉速度明显加大,直至达到最大下沉速度,其移动方向近似铅锤方向。当工作面开采远离地表点一段距离后,这些点下沉速度逐渐减缓,直到最后处于稳定状态。4113工作面倾向长为150 m,其采宽采深比$\frac{150}{317}=0.47<1$,所以为非充分开采,地表下沉盆地属非充分采动条件下的移动盆地,即不完全移动盆地。根据Q5～Q15点地表移动观测站多次监测结果分析,当工作面由开切眼向这些点的方向推进时,达到超前影响距时,这些点的下沉速度由小逐渐变大,其移动方向基本是工作面推进方向与倾向方向的合矢量方向。当工作面推进到该点正下方并继续向前推进时,地表点下沉速度明显加大,直至达到最大下沉速度,其移动方向近似铅锤方向。

4.2 地表移动特征分析

1)边界角。根据走向及倾向观测线最终的地表下沉分布曲线,以下沉10 mm作为判断地表移动盆地边界的标准,确定走向边界角为55°36′,上山边界角为55°21′。2)移动角。根据最终实测数据确定:走向移动角为71°40′,上山移动角为72°59′;由于本区没有松散层移动角资料,故所求的移动角均为不考虑松散层情况的综合移动角。3)工作面超前采动影响距(D)。工作面超前采动影响是指地下煤层工作面开采引起的地表移动超前于工作面位置的影响边界(下沉10 mm),一般以超前影响角(ω)确定。山西神州煤业有限责任公司煤矿4113工作面开采4号煤层,该区域采深(H)为317 m,根据实测资料分析、计算工作面超前影响距为95.1 m,超前影响角(ω)。4)采动影响延续时间(T)。煤矿地表移动观测资料表明,4113工作面开采地表移动的总时间约为309 d,移动初始期(开始下沉10 mm至每月下沉量小于50 mm)约占总延续时间的1%,移动活跃期(每月下沉量大于50 mm)约占总延续时间的40%,移动衰退期(每月下沉量小于50 mm至连续6个月下沉量小于30 mm)约占总移动延续时间的59%。5)地表最大下沉速度(Vm)。4113工作面开采时,初期由于受地质构造影响开采速度较慢,属于非正常开采期。2006年7月15日基本恢复正常生产,2006年12月23日工作面回采完毕,开采时间大约192 d(6个多月)。在这期间工作面平均推进速度为C=3.07 m/d,最大下沉值为991.29 mm,最大下沉速度为4.91 mm/d。6)地表最大下沉速度滞后角(Φ)。井下煤层采动引起的地表最大下沉速度一般发生在工作面下方的一定距离(S)上,即最大下沉速度的发生滞后于工作面,其滞后距离一般可用最大下沉速度滞后角(Φ)来表示。4113工作面开采深度为317 m,最大下沉速度滞后距离32 m,地表最大下沉速度滞后角为84°14′:Φ=arccot$\frac{S}{{\rm H}{}_0}$。其中,S为最大下沉速度滞后距离,m;H0为平均开采深度,m。

5 结语

1)矿区地处山区和丘陵地带,采煤沉陷区虽无明显的沉陷盆地,但地表采动裂缝、采动滑移和采动滑坡现象随处可见。由于山区存在附加滑移,采煤沉陷影响范围比类似地质采矿条件的平坦地区加大,沉陷区内的移动变形也更为严重。2)山西神州煤业有限责任公司煤矿4113工作面盖山厚度较大,开采煤层薄,采深采厚比较大$(\frac{{\rm H}}{m}=197)$,地表变形基本属于连续变形,只有局部地区有宽度为4 cm,落差大约10 cm的地表裂缝。3)4113工作面回采过程中,地表监测点的移动和变形与地表地形特征关系非常大,坡度大于45°的高陡坡,孤立山嘴或“V”字形冲沟的沟边部位部分地区出现崩塌现象。4)通过现有资料分析,该地区上山方向边界角γ0=55°21′;走向方向边界角δ0=55°36′;上山方向移动角γ=72°59′;走向方向移动角δ=71°40′。5)当开采引起的倾斜与地表坡度方向一致时,地表坡面上的水平移动明显增大,从而导致水平移动系数增大,且水平移动边界范围也有所扩大。6)4113工作面采深采厚比较大,地表水平移动系数b=0.50,相对偏大,而下沉系数q=0.62,相对偏小,这基本符合山区地表移动规律。

摘要：通过对矿区地质条件及地形地貌的综述,研究了矿区地表移动观测站布置、地表移动与变形动态分布特征以及地表移动规律,结果表明:该区地表沉陷规律基本符合山区地表移动规律。

关键词：矿区开采,沉陷,地表移动规律

参考文献

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[9]吴立新,胡世彬.山区厚硬覆岩条件下采动损害特征[J].水文地质工程地质,1994(3):123-124.

煤矿开采中沉陷区充填技术的运用 篇3

煤矿作为人类应用历史最悠久的化石能源之一, 其开采和应用伴随着人类社会的进步和发展。煤矿在给人类提供能源和生活便利的同时, 煤矿开采也给环境带来很多问题, 煤矿开采沉陷区的形成正是煤矿开采过程中环境破坏的重要表现之一, 因此, 对煤矿开采沉陷区进行回填和处理受到社会各界的广泛重视。

1 煤矿开采沉陷影响分析

1.1 煤矿开采中沉陷对地表的影响

中国有位居世界第三的煤炭资源探明储量, 中国作为煤炭消耗大国, 在煤炭开采中十分重视煤炭开采沉陷回填技术的发展。煤矿一旦出现沉陷, 将会直接导致沉陷区上方地层荷载能力降低, 从而在重力和地表建筑的影响下严重威胁矿安全。如果要继续开采剩余煤炭资源, 必须拆迁地表建筑, 在拆迁过程中投入大量人力、物力和财力, 不仅会影响煤矿开采企业的发展, 而且还会给拆迁对象的生活带来很大困扰。即便地表没有建筑, 煤矿采空区也会给地表的生态系统带来灾难性的破坏, 一旦地表生态系统被破坏, 即便投入大量资金修复也很难恢复到正常标准, 不仅会破坏环境, 还不符合中国可持续性发展战略的环境保护精神。

1.2 煤矿开采中沉陷区对地下水资源的影响

煤矿开采企业为获得优质煤矿, 在开采过程中会大量排出地下水, 地下水排入水系或其它地区, 会影响煤矿开采区域的地下水位, 地下水位不规则升降将会直接影响地面上人们正常的生产和生活。不仅如此, 地下水位下降还会对地表植物、动物带来较大影响。地下水作为水资源的重要组成部分, 有水量稳定、水质好的特点, 不仅是农业灌溉和城市用水的重要来源, 也是保证地区水体能够正常循环的条件。由于开采沉陷区导致地下水位不规则沉降, 将会直接影响区域气候, 导致气候不规则变化。区域气候不规则变化, 会给人的生产和生活及当地的自然生态系统造成巨大的影响和破坏。

1.3 煤矿开采中沉陷区对煤矿开采的影响

煤矿开采过程中一旦出现沉陷, 将会给煤矿开采带来极大影响。沉陷区一旦出现, 煤矿企业为保证地表建筑和环境不受影响, 必然会暂停煤矿开采, 这会导致大量煤矿资源无法开采利用。另外, 一旦煤矿出现沉陷区, 会给煤矿所在地的地层稳定性带来较大影响, 地层稳定性下降将会给煤矿矿洞带来较大的安全隐患, 如果煤矿要继续开采必须投入大量资金治理和处理沉陷区, 这无疑增加了煤矿开采成本, 给煤矿开采企业带来额外的经济支出。

2 煤矿开采中沉陷区充填技术的应用意义

煤矿沉陷区充填技术是解决煤矿开采沉陷区问题的重要措施, 煤矿开采沉陷区填充技术不仅可以解决煤矿开采过程中的沉陷问题, 通过对煤矿开采废弃物回填, 还能够解决煤矿开采废弃物堆放产生的矿区空间利用率低和环境污染问题。煤矿开采沉陷区充填技术作为煤矿开采沉陷区治理的有效措施, 被广泛应用于中国煤矿开采的沉陷区治理工程中。煤矿开采沉陷区充填技术相比于矿区居民拆迁及沉陷之后带来的环境问题治理, 经济效益更好, 利用沉陷区充填技术, 不仅能够实现保护矿区地层结构稳定性的目的, 还能够有效实现涵养地下水、保护地区生态环境及煤矿开采等目的。

沉陷区充填技术包含部分充填开采技术和全部充填开采技术两种。对于杂质较多、煤矿开采废弃物较多的煤矿开采中, 一般会采用全部充填开采技术, 实现保护地层稳定性和节约矿区空间的目的。对于煤矿质量较好、含煤矸石等废弃物较少的煤矿, 则会采用部分充填开采技术。现如今, 煤矿沉陷区部分开采和回填技术作为煤矿绿色开采技术中的重要技术, 被广泛应用于煤矿沉陷区的治理工作中, 并取得了较好的治理成果, 为中国煤矿资源开采和利用做出了贡献。

3 煤矿开采中沉陷区充填技术的运用

应用煤矿开采沉陷区充填技术前, 需要仔细分析煤矿成矿条件、开采方式及地层结构稳定性, 并根据分析结果有针对性地选择和设计煤矿开采沉陷区充填技术。针对中国应用的煤矿沉陷区充填技术进行分析, 中国煤矿开采沉陷区充填技术主要有以下几种。

3.1 膏体充填技术

膏体充填就是在将煤矿开采过程中的矸石或其它城市建筑垃圾与水优化配比, 最终形成具有一定稳定性、流动性和可塑性的膏状浆体, 并利用泵或重力作用以柱塞流的形态用管道输送到沉陷区, 充填沉陷区实现提高沉陷区顶板稳定性的充填技术[1]。膏体充填技术在应用时必须保证膏体具有稳定性、流动性和可塑性。稳定性是指配比设计的膏体填充物料必须具有抵抗分层、离析能力, 并实现在输送管道中停留数小时不沉淀、不分层, 可顺利连续输送。流动性是指所配膏体必须能够在外力或重力作用下流动。可塑性是指膏体必须能够在输送管道或关键时能够发生形状变化, 当到达沉陷区后能够内部结构不发生变化, 并实现有效填充。

3.2 煤粉灰煤研石粉活性激发胶结充填

粉煤灰是煤炭燃烧后的工业废料, 如果粉煤灰不经处理随意丢弃到环境中, 不仅会污染环境, 还会给动、植物带来灾难性的后果。在煤矿开采中沉陷区填充时, 可以利用粉煤灰作为填充原料, 并结合同样不具有经济价值的煤研石激发其潜在活性, 从而提升粉煤灰的凝结稳定性, 并将其用于煤矿开采中沉陷区充填中。目前, 中国已经有一些单位成功研制粉煤灰研石粉活性激发胶结料, 并应用于煤矿开采中沉陷区的充填工作中。这一技术的应用, 不仅有效解决了粉煤灰的处理问题, 还能够极大地提升煤矿顶板稳定性, 具有极高的推广和研究价值。

3.3 水砂充填

水砂充填是中国煤矿开采中沉陷区充填的常用方法。水砂充填是指利用水力将砂子、碎石或炉渣等充填材料输送到井下, 用来支撑围岩, 防治或减少围岩垮落和变形。水砂充填采煤法需要建立水力充填系统、充填材料开采加工及选运系统、贮砂及水砂混合系统、输砂管路系统、供水及废水处理系统等。水砂充填有沁水量大、充填工序较复杂、存在较大充填沉缩量的问题, 因此受充填密实度和材料的影响很大[2]。

3.4 干式充填

干式充填就是将煤矿开采中的矸石等废弃物破碎、筛分和混合后, 回填入沉陷区, 并进行机械捣实的一种充填技术。干式充填作为煤炭开采中充填效果最好、经济效益最节约的充填技术, 得到广泛应用和发展。随着一批专业化干式充填设备的出现, 更是节约了干式充填法的工程时间和造价。现如今, 干式充填法的充填料已不仅包含煤矿开采过程中的废弃物, 一些城市垃圾也可以利用干式充填法进行处理。回收利用城市垃圾并作为充填料的干式填充法, 不仅实现了保护煤矿顶板稳定性的目的, 还对城市垃圾进行无害化处理, 具有极高的经济价值。

4 结语

煤矿开采中沉陷区充填技术的运用, 不仅是煤矿实现进一步开采的前提, 也是保护矿区地下水资源及地表生态系统稳定性的重要措施。因此, 在处理煤矿开采沉陷区时, 一定要根据煤矿地层和开采特点, 合理选择和设计沉陷区回填技术和方法, 保证煤矿持续开采, 保护矿区生态和自然环境。

摘要：煤矿开采过程中, 经常会对沉陷区采取充填措施, 针对煤矿开采中沉陷的影响及沉陷区充填技术进行研究, 并分析了几种应用于煤矿开采中沉陷区充填的技术, 为煤矿开采中沉陷区充填技术选择和设计提供资料参考。

关键词：煤矿开采,沉陷区,充填技术,运用

参考文献

[1]张文瑞.浅谈控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术[J].中国新技术新产品, 2012 (18) :56-58.

开采沉陷对环境的影响及其治理 篇4

环境, 是指人类赖以生存并以人为中心围绕着人的物质世界。环境是一个极其复杂的、相互影响、相互制约的辨证的自然综合体, 一般可分为自然环境和社会环境。人类的自然环境, 就是指环绕于我们周围的各种自然因素的综合。人类的社会环境, 是指人类的社会制度、经济状况、职业分工、文化艺术、卫生等上层建筑和生产关系等。

人类的活动如采矿等, 既影响人类的自然环境, 又影响人类的社会环境。

环境保护就是采取法律的、行政的、经济的、科学技术的措施, 合理地利用自然资源, 防止环境污染和破坏, 以求保护和发展生态平衡, 扩大有用自然资源的再生产, 保障人类社会的发展。

开采沉陷对环境的影响突出地表现在:地表耕地受到破坏;平原地区大片地表移动盆地积水;干旱山区由于地表水系受到破坏, 影响居民生活用水和灌溉用水;受采动的山地易产生滑坡, 危及工民用建筑物和生活生产设施的安全等等。

2 开采沉陷对土地影响的整治

随着煤矿开采范围的不断扩大和塌陷、破坏土地的日益增多, 矿区土地的大面积塌陷, 不但严重破坏了矿区的生态环境, 使农田荒芜, 农民少地或无地耕种, 而且使煤矿征地越来越困难, 严重影响煤炭生产任务的完成。

开采沉陷所造成的地表塌陷区, 特别是常年积水的塌陷区内, 耕地可耕性的降低常常是永久性的。也就是说, 如果不采取适当的整治措施, 我们将永远失去这些土地。长此以往, 将给子孙后代带来不可估量的损失。因此, 受开采破坏的土地的整治和恢复是一项极其重要的、刻不容缓的工作。

2.1 地表塌陷区造地复田

2.1.1 利用煤矸石造地复田

地下开采煤炭时产生大量的煤矸石运到地表, 堆成矸石山。目前全国煤矸石积存量约为六亿多吨, 年新生矸石一亿多吨。应用煤矸石作为塌陷区造地复田的充填材料, 既可使破坏了的土地得到恢复, 又可减少矸石山占地, 消除矸石山对环境的污染。

煤矸石复田可分为三种情况:新排矸石复田、推平老矸石堆复田和预排矸石复田。

新排矸石复田, 是应用排矸石复田系统, 将矿井新产生的煤矸石直接排入塌陷坑, 推平复土造田;推平老矸石堆复田, 是应用积存的矸石作复田的填充料, 并推平老矸石山, 在其上复土绿化或处理矸石山作为它用;预排矸石复田, 是在建井过程和生产初期, 在采区上方地表预计要发生下沉的地区, 将表土取出堆放在其四周, 按预计的下沉等值线图, 预先排放矸石, 待到下沉停止、矸石充填到预期水平后, 再将堆放四周的表土平推在矸石层上复土成田。

复土可用汽车、挖掘机、铲运车等设备, 如果是从积水塌陷坑中取土时, 可用水力挖塘机和小型挖泥船等。复土厚度根据土地使用情况而异, 通常是做建筑场地时厚度为0.2-0.5m, 做耕地时厚度为0.5-0.8m。

2.1.2 利用电厂粉煤灰造地复田

我国许多大型煤炭生产基地附近都有电厂, 利用电厂的废渣粉煤灰造地复田, 在技术上是可行的, 在经济上也是合理的。

利用粉煤灰对塌陷区进行造地复田的方法如下:

在计划复田的塌陷区内修筑储灰场, 用推土机、铲运车或汽车, 按设计用量取出塌陷区的耕植土, 运到塌陷区周围, 压实筑坎形成储灰场。在塌陷积水时, 可用挖泥船或挖塘机组取土, 存放在塌陷区周围留作复土时使用。

水力输灰。从电厂到复田的塌陷坑之间铺设双排管道, 把粉煤灰用水混合为灰水, 用电厂原有的泵类把灰水排放到储灰场。

沉淀和排水。灰场内的灰水随着充灰不断地沉淀累积, 沉淀后的水由储灰场的排水口流经排水沟, 排入河流和江湖。由于这种水的水质较好 (ph小于9) , 不影响民用和工业使用。

复土造田。储灰场沉积的粉煤灰达到设计标高后停止充灰, 将水排净, 即可复土, 复土厚度一般为10-50cm。

2.1.3 利用湖泊、河泥造地复田

在一些靠近湖、河的煤矿中, 可以利用湖泥、河泥充填塌陷区造地复田。其方法是:先将矿井矸石排入到塌陷区填底, 湖泥堆在矸石上, 待泥干后用推土机推平, 然后改良土壤, 完善排灌系统, 绿化和再种植, 最后还田。

2.2 塌陷区的综合治理

一般说来, 平原地区塌陷的范围很大, 有的还有相当多的积水。造地复田是有许多的优点, 但要花费大量的经费, 还要有足够的充填材料。所以, 造地复田的塌陷区只能是全部塌陷区的一部分。为了更好地全面地整治塌陷区, 应进行塌陷区的综合治理, 即要因地制宜、全面规划、统一安排, 使造地复田、复原、重建工作同时进行, 发展多种经营, 妥善安排被煤矿占用了土地的农民的生活, 以取得最好的经济和环境效益。综合治理塌陷区的方法主要有:

塌陷区疏干:在塌陷后地表大部分高于附近的河、湖水面的地区, 可以采用疏干塌陷区的方法。具体做法是, 开挖大量排水渠, 把塌陷区积水排入河、湖或水库;在低洼地挖深垫浅建设水库, 涝季存水、旱季灌溉;在因河床的坡降变化而使河水不能畅流时, 在河流的适当地段设置扬水站, 以便雨季时把河水泵入下游排走。疏干塌陷区不但可使大部分农田恢复为可耕地, 而且可使村庄和其他建筑物周围不再积水, 避免了不必要的迁移, 保护了生态环境。

平整土地:在地表下沉量不大, 但有大量裂缝、台阶、塌陷坑等不连续变形和破坏时, 可使用推土机等对土地进行修补、平整;在漏水严重时, 可将水田改为旱地或水旱作物兼种;对于塌陷区内不深或潜水位较低的地段, 可改造成梯田。

挖深垫浅:在下沉比较大的地区取土, 垫在下沉较小的地区, 使前者成为鱼塘或蓄水库, 使后者成田。

发展水产和养殖业:对面积广、深度大、积水多的塌陷坑, 不必过分强调复田, 可因地制宜进行整治、发展水产、养殖业和调节工农业用水, 以提高经济效益。

此外, 有许多老矿区已经发展成为工业城镇。他们对不能复田的塌陷区, 加以修整, 并进行了绿化和美化, 成为员工们休息娱乐的场所, 有的还建立了福利和生活、生产设施, 都取得了较好的效果。

3 结语

开采沉陷的研究对国民经济的发展和人民生活的提高都有着重要的意义。为了进行现代化建设, 需要开采大量的有用矿物, 但是开采这些有用矿物产生的开采沉陷又反过来影响和破坏岩体内和地面上的一些生产和生活设施, 影响生产的发展和人民生活的提高。

开采沉陷对环境的影响及其整治的重要性, 已为越来越多的人们所认识, 随着时间推移, 这个问题必将逐渐成为矿山开采沉陷学科的一个重要组成部分。怎样合理、系统地将由于开采沉陷造成的各方面消极影响减小到最低程度, 还有待于更进一步的探讨和研究。

摘要：煤炭和其他有用矿物的大规模开发和利用, 既给人类带来了巨大的经济效益和社会效益, 也对人类生存的环境产生了一系列的消极影响。要解决好这个矛盾, 只有依靠系统深入地研究, 才能既保证生产, 又能将由于生产所带来的对环境的危害减小到最低程度。

关键词：开采沉陷,环境,评价,整治

参考文献

[1]《中华人民共和国环境保护研究文献选编》.

[2]国务院第19号令, 《土地复垦规定》, 《人民日报》.

[3]《矿业与环境保护》.

[4]《矿山环境工程学》.

开采沉陷区土地的治理论文 篇5

在矿区开采中, 开采沉陷的预计是一个重要的课题, 对开采沉陷的理论和实践都有重要意义。讨论预计方法并找出治理对策, 能够为安全生产提供必要的信息, 便于相关人员对生产过程中出现的问题做出相应的决策, 有利于矿区的可持续发展。

1 矿区开采沉陷预计方法

在开采之前, 根据地质采矿条件选择预计函数, 计算出岩层和地表变形, 称为开采沉陷预计。在我国, 主要有以下5种开采沉陷预计方法[1]。

1.1 灰色系统理论法

灰色系统又称为贫信息系统, 顾名思义, 它含有很多未知或不确定信息, 同时又含有部分已知信息。难以建立数学模型的系统都可以归入灰色系统。对于灰色系统, 只需要对其内部参数、系统结构进行总体的研究, 而不需要完全了解系统的物理机制, 可以充分体现已有信息的价值, 利用已有信息判断系统的发展, 并对局势进行决策。在矿山开采中, 影响岩层及地表移动的因素有很多, 这时可以将开采沉陷看作一个灰色系统, 用已知信息对沉陷进行预计。

1.2 剖面函数法

在不同的条件下, 地表下沉盆地的剖面形状千差万别, 可以利用不同的剖面函数来对下沉盆地进行描述, 这种预计地表移动和变形的方法称为剖面函数法。剖面函数法具有直观、方便计算机运算等优点, 然而该方法并没有被广泛使用。究其原因, 虽然剖面函数法用较少的实测数据就可以快速确定函数的参数, 但是剖面函数和实际下沉盆地的形状并不是非常吻合, 这些偏差着重体现在预报特征点的变形值上。如果要使用该方法预计工作面上的地表移动变形, 那么只有在地质采矿条件相同的条件下才行。国内常用的剖面函数有:双曲函数、皮尔森函数、负指数函数等。

1.3 典型曲线法

通过建立在研究区域的观测站观测地表移动情况, 把观测值绘制成无因次曲线来表示移动盆地主断面上的变形曲线方法, 称为典型曲线法。河南平顶山矿区就是有名的典型曲线。该方法虽然预计精度比较高, 但是需要大量的实测数据, 由于很多区域数据不足, 造成这种方法局限性比较大, 并未被广泛使用。

1.4 函数影响法

把煤层划分成很多的小单元, 首先计算每个小单元对地表变形的影响, 接着把这些小单元对地表变形的影响进行叠加计算, 最终得到地表变形值。该方法利用了微积分的原理, 并且能够应用在三维空间里。

函数影响法分为多种类型。移动变形预计公式中含有概率积分函数的方法称为概率积分法, 是一种比较常见的函数影响法。可以把矿山的岩体看作一种松散介质, 开采时发生的岩层及地表的移动可以类比松散介质的移动, 可以用概率的方法揭示其中的规律, 其公式为

在我国, 概率积分法主要适用于水平和倾斜煤层充分采动条件下的地表移动变形计算, 在非充分采动条件下的误差比较大。该方法在我国运用较为广泛。

1.5 相似材料模拟法

将岩层用相似材料按比例缩小后做成模型, 在其中模拟开采活动, 观察表层的移动变形情况, 并据此分析推理实际岩层的变化规律。该方法的用处也越来越广泛。

各种开采沉陷预计方法的优缺点及适用范围见表1。

2 矿区开采沉陷治理对策

要降低开采沉陷带来的损害, 除了要加强沉陷预计外, 还可以通过以下方法来实现对矿区环境的保护[2]。

2.1 选择绿色环保的开采方式

2.1.1 充填开采法

通常煤炭采出后顶板会发生冒落, 在此之前, 在工作面进行开采的同时, 逐步用充填料煤矸石等固体材料把采空区充填起来, 这种方法叫做充填开采法。该方法利用充填体管控地压, 减少顶板岩层下沉量以及地表的下沉和变形, 从而保护了地面的建筑物以及农田, 保障了回采的安全, 同时还能预防煤炭自燃可能引起的火灾。

2.1.2 房柱开采法

房柱式开采有利于保护地面的建筑物, 其所引起的地表移动变形量仅为长壁开采法的1/5左右, 同时也缩短了地表移动持续的时间。可以根据上覆岩层的岩性条件, 选择采用房柱开采法。日本、前苏联、波兰等国家都曾经采用该方法在大型钢铁厂下进行过大面积开采。我国吉林蛟河、河南鹤壁等矿区, 在隧道和民用建筑物下也使用了该方法, 均取得了不错的成效。

2.1.3 协调开采法

设立多个临近工作面, 并对其间距、位置关系以及开采顺序进行合理规划的方法称为协调开采法。采用该方法后, 一个工作面开采引起的地表变形可与另一个工作面开采引起的地表变形相互抵消, 这样可以减少地面总体移动变形量, 从而保护地面建筑物。在实际生产中, 一般采取分煤层布置工作面的方式, 煤层开采边界错距控制在45~75 m范围内。

2.1.4 条带开采法

与房柱开采法类似, 条带开采法将煤层分为许多条带, 只采出部分条带, 留下来的条带以煤柱的形式支撑上覆岩层。该方法有效缓解了地表沉陷问题。由于该方法有回收率偏低的缺点, 因此比较适合应用于“三下一上”采煤, 即在建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上采煤。

2.2 对已破坏土地的恢复和再利用

如果土地沉陷量较小, 只要地表平整就可以恢复使用。如果土地沉陷量较大, 可以在沉陷区旁挖一些储水沟, 把水引出去, 然后将地表平整化修成水田。如果土地沉陷量非常大, 可以利用沉陷区发展水产养殖业, 需要因地制宜, 制定具体措施。

建立煤矸石微生物肥料厂, 用煤矸石改善土壤条件。一方面, 可以对煤矸石进行加工, 分离出对农作物有害的物质, 再与沉陷区的地表土混合后搅拌, 这样改善后的土壤肥力更好。另一方面, 可以在处理过的煤矸石碎末中加入微生物, 对肥力较差的沉陷区土地进行改善, 这样不仅实现了废料的再利用, 而且改善了周围的环境, 可谓一举两得[3,4]。

2.3 加大矿区生态环境保护的执法力度

由于开采沉陷对环境的破坏很大, 会从多种方面导致环境的恶化, 因此在矿山生产中要充分开发和利用资源。要做到这点, 就必须在生产过程中加强执法, 因为我国现在还没有一部专门针对矿山环境保护的法律, 所以执法不严的问题经常出现。虽然我国现在有许多涉及矿山环境保护的法律, 如《中华人民共和国煤炭法》《中华人民共和国环境保护法》等, 但这些法律并没有得到很好地落实与实施, 因而造成了这样的现象:国土部门只注重经济效益, 即使企业没有自己的环保方案也允许其投产, 结果企业赚到了钱, 发展了国民经济, 但对环境造成了难以估量的损失, 环保部门只重视空气质量, 而对水土流失视而不见。鉴于此, 矿区企业应建立自己的地质灾害防治制度和环境破坏恢复制度, 要遵循“谁破坏谁恢复, 谁批准谁负责”的方针, 加强矿区生态环境的执法力度, 国土部门要对矿区企业环保方案进行严格审查, 把矿山开采对环境的危害降到最低[5,6]。

3 结束语

煤矿开采在推动国民经济发展的同时, 也给环境带来了很多负面影响, 这个问题不能回避。矿区开采沉陷的核心课题是开采沉陷预计, 在做好沉陷预计的同时, 各煤矿企业应根据自己的实际情况, 选择绿色环保的开采方式进行煤矿开采, 利用土地复垦技术, 对已破坏的土地实现再利用。相关政府部门也应当加大监管力度, 这样才能实现环境效益和经济效益的统一。

参考文献

[1]邹友峰, 邓咯中, 马伟民, 等.矿山开采沉陷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.

[2]杜计平, 汪理会.煤矿特殊开采方法[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.

[3]张鸿飞.矿山开采地质环境影响分析与经济评价[D].阜新:辽宁工程技技术大学, 2008.

[4]镡志伟.煤层群开采的地面沉陷评价研究[D].北京:中国地质大学, 2007.

[5]方华斌, 高良敏.煤炭开采及利用过程对环境的影响分析[J].矿业安全与环保, 2000, 27 (6) :42-43.