土地與煤炭在工業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展中是同樣重要的有限資源,是長期制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素,但采煤采掘工作面會(huì)導(dǎo)致地面塌陷,形成采空區(qū)。采空區(qū)塌陷的機(jī)理是比較是復(fù)雜的,本文就采空區(qū)的塌陷機(jī)理及發(fā)展因素做一探討。
1 煤礦采掘工作面塌陷的機(jī)制與對環(huán)境的影響
1.1 煤礦采掘工作面塌陷的機(jī)制 當(dāng)煤層采掘工作面采空以后,采空區(qū)上部的覆巖,及采空形成的煤柱邊邦,均形成自由面。原來的應(yīng)力平衡被破壞,在上覆巖土層重力作用下,覆巖承受的壓力隨著采空區(qū)范圍的擴(kuò)大而增加,當(dāng)這種壓力超過煤層頂板巖石的承載力以后,頂板巖石就要破裂塌落形成冒落帶。冒落的巖塊大小不一,雜亂無章地充填到采空區(qū)。冒落的巖塊突出的與上部巖層相接觸,但支撐力已不足以托住上部的巖層,于是上部巖層下沉,向下彎曲,并且破裂,產(chǎn)生裂隙,即形成裂隙帶。裂隙帶巖層上部的巖層,由于裂隙帶的巖層向下彎曲,在自身重力及上覆巖層的重壓下,發(fā)生整體向下彎曲,但既不破裂,也不脫落,故稱為彎曲帶。在彎曲帶影響下地面上造成塌陷,形成塌陷盆地、塌陷坑。
1.2 煤礦采掘工作面塌陷對環(huán)境的影響?、倜旱V機(jī)械化開采造成地表大面積塌陷,塌陷破壞了土地資源,使塌陷區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境趨向惡化。②耕地面積逐年減少,人地矛盾加劇。煤礦開采造成地表下沉、塌陷,致使農(nóng)田水利設(shè)施部分或完全破壞,河溝不暢,汛期水澇災(zāi)害嚴(yán)重,農(nóng)作物減產(chǎn),甚至絕收,地面諸多良田成為常年積水的坑塘。再加上人口增長,工程建設(shè)占地等原因,加重了塌陷區(qū)失去耕地農(nóng)民群眾的生產(chǎn)、生活困難。③人居環(huán)境影響嚴(yán)重。受采煤塌陷影響,塌陷區(qū)內(nèi)的群眾住房開裂、歪斜,出現(xiàn)大面積危房,居民的人身安全受到嚴(yán)重威脅。④制約地區(qū)城鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)展建設(shè),加重地礦兩方的資金及人力、材料的投入。因采煤造成地表下沉,塌陷,致使許多道路受到破壞。城鎮(zhèn)建設(shè)因解決工程穩(wěn)固問題而不得不加大建設(shè)費(fèi)用,工程建設(shè)穩(wěn)固的人力、物力資源增加,加重了地方的財(cái)政負(fù)擔(dān);同時(shí)因采煤塌陷造成的道路破壞,煤礦企業(yè)每年因此需投入不小的資金。針對上述問題,地方政府和礦方攜手并進(jìn),勵(lì)精圖治,全面綜合規(guī)劃,在恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、增加有效耕地面積、改善農(nóng)業(yè)設(shè)施條件、改善礦區(qū)群眾生產(chǎn)生活方面做了一些有益的嘗試。
2 防范煤礦采掘工作面塌陷的措施
2.1 建立專項(xiàng)防范資金 煤礦采掘工作面塌陷治理是一項(xiàng)耗資巨大的工程。在積極爭取煤炭可持續(xù)發(fā)展基金的同時(shí),地方財(cái)力、城建資金和政策性收入仍是投資的主渠道,應(yīng)廣辟渠道,多方籌資,集中用于采煤塌陷地治理。一要積極爭取國家以及省、市政府的資金支持,按照國家有關(guān)煤炭可持續(xù)發(fā)展基金3個(gè)投向的原則,積極爭取,統(tǒng)籌安排、集中配置、合理使用,采用投資補(bǔ)助、轉(zhuǎn)貸、貸款貼息等方式給予投資扶持,重點(diǎn)落實(shí)地方煤礦的采煤塌陷地治理;二要收取土地復(fù)墾費(fèi)。依據(jù)“誰破壞、誰治理”的原則,將采空區(qū)治理納入煤炭生產(chǎn)成本,向造成塌陷危害的煤炭企業(yè)收取一定比例的土地復(fù)墾費(fèi),并將耕地開墾費(fèi)、耕地占用費(fèi)、新增建設(shè)用地有償使用費(fèi)捆綁起來使用。三要激活民間資金。依據(jù)“誰治理、誰受益”的原則,充分發(fā)揮社會(huì)力量,廣泛吸收社會(huì)閑散資金,采取承包責(zé)任制、拍賣、租賃等形式,實(shí)行有償使用土地、有償治理,投入采煤塌陷地治理建設(shè)。
2.2 提高防范技術(shù)保障 煤礦采掘工作面治理是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)工程和社會(huì)工程,既涉及地下地質(zhì)變化,又涉及地上田、林、路、水、氣等因素。因此,必須提高科技含量,依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)治理。一要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃,既要處理好近期規(guī)劃與長遠(yuǎn)規(guī)劃,局部治理與總體布局的關(guān)系,也要考慮塌陷區(qū)的自然資源和社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要。二要因地制宜。針對不同類型的塌陷地采取不同的治理方法,宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、宜漁則漁、宜建則建。在塌陷不深或積水不多的地方可以平整土地,改善耕作條件?;謴?fù)地貌;在面積大、積水深的塌陷區(qū),可以發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游休閑等產(chǎn)業(yè)。通過治理,變廢地為寶地,收到綜合治理的效果。三要堅(jiān)持預(yù)防為主,標(biāo)本兼治的原則。要采用先進(jìn)的檢測手段,加強(qiáng)對采空區(qū)進(jìn)行監(jiān)測,采取有效辦法填充采空區(qū),最大限度地減少采空區(qū)塌陷面積,以達(dá)到標(biāo)本兼治的目的。
2.3 消除采掘邊界的影響 地下采掘影響地面最嚴(yán)重的地方是地面下沉盆地的邊緣,它位于采掘邊界兩側(cè)的上方。所以在建筑物下布置回采工作面時(shí),垂直走向的工作面應(yīng)有足夠的長度,使地表出現(xiàn)充分采動(dòng),從而使建筑物位于移動(dòng)盆地的平底部分。此外,當(dāng)回采工作面通過建筑物下部時(shí),應(yīng)盡量加快回采速度,不能停采,尤其不得留殘柱。地表移動(dòng)規(guī)律表明,地表永久性的不均勻下沉和變形都集中在地表下沉盆地的邊緣區(qū)。井下每出現(xiàn)一個(gè)永久性開采邊界,地表就出現(xiàn)一個(gè)變形值較大的區(qū)域。為了最大限度減少開采對受護(hù)建筑物的有害影響,要求必須實(shí)現(xiàn)全柱開采:就是在整個(gè)井田煤層范圍內(nèi),有限制地進(jìn)行大面積全面開采,以避免在煤層范圍內(nèi)形成永久性開采邊界和各煤層變形值的累加,以最大限度地減少對受護(hù)建筑物的有害影響。因此必須實(shí)現(xiàn)長工作面開采和一層一層的分層采掘。
2.4 加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)工作 這主要是指對已經(jīng)受到污染的區(qū)域進(jìn)行治污的技術(shù)處理,這同樣也是采掘塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要前提。礦山開發(fā)主要是對礦區(qū)的大氣、水體造成污染以及對土地造成嚴(yán)重破壞,因此,大氣、水體、土地的修復(fù)治理乃是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)(治理)的主要任務(wù)。關(guān)于這方面的傳統(tǒng)技術(shù)措施,國內(nèi)外的相關(guān)研究已經(jīng)非常豐富。在這里重點(diǎn)介紹一下新興的“植物修復(fù)技術(shù)”,這是目前為止最經(jīng)濟(jì)、最生態(tài)同時(shí)也是非常高效的一種生態(tài)修復(fù)技術(shù)。所謂植物修復(fù)技術(shù),是利用綠色植物以及根際微生物體系吸收、揮發(fā)和轉(zhuǎn)化、降解的作用機(jī)制來清除環(huán)境中的污染物質(zhì)的一項(xiàng)新興的污染治理技術(shù)。根據(jù)修復(fù)植物某一方面的修復(fù)功能和修復(fù)特點(diǎn)可將植物修復(fù)技術(shù)的種類概括為植物吸取修復(fù)法;植物揮發(fā)修復(fù)法;植物穩(wěn)定修復(fù)法;植物降解修復(fù)法和根際生物降解修復(fù)法。
2.5 積極使用充填注漿施工工藝 采空區(qū)充填注漿技術(shù)是利用注漿泵為動(dòng)力源,把具有充填膠結(jié)性能的漿液,通過注漿管路和止?jié){系統(tǒng)注入采空區(qū)內(nèi),以達(dá)到充填采空區(qū),控制上覆巖層移動(dòng)和地表變形的目的。采空區(qū)充填注漿按照適用條件可分為全充填注漿和半充填注漿。全充填注漿是對上覆巖層穩(wěn)定性要求較高或巖層本身強(qiáng)度較低的情況下,采用合適的、成本較低的注漿材料,使處理的采空區(qū)和上覆巖層的裂隙得到充分充填;半充填注漿是在確定處理的采空區(qū)范圍內(nèi),進(jìn)行局部的有效充填,且同時(shí)達(dá)到控制上覆巖層移動(dòng)和地表變形的目的。