潞城市煤炭开采区地表沉陷治理研究

煤炭工业是我国重要的能源产业，山西更是我国的煤炭大省，含煤面积6.2万平方公里，查明保有储量2653亿吨，占全国的26%，有力的支持了国家的经济建设，为我国能源做出了巨大的贡献。近20余年来，潞城市依靠煤炭资源的开发，经济得到了快速发展，工业化、城镇化、产业化和县域经济民营化进程显著加快。这种依靠高投入、高消耗和高污染的经济增长方式虽然给潞城市带来了巨大的经济效益，但同时环境资源压力，空气污染、水污染以及水土流失等环境问题日益严重，尤其是对土地资源的破坏以及引发次生环境的变化，其严重后果不仅伴随整个开采过程，而且在开发结束后仍将继续存在。进行潞城市煤炭开采区地表沉陷治理，在促进经济发展的同时，实现有效生态环境保护和资源可持续供给，是一种可以实现经济发展与环境双赢的发展模式。

一、煤炭开采区地表沉陷的原因及危害性

近年来，潞城市煤炭生产迅猛发展，大面积开釆造成地下矿层采空，矿层上部的岩层失去支撑，平衡条件被破坏，随之产生弯曲、塌落，以致于部分地区地表下沉变形， 形成釆煤沉陷。地表变形开始形成凹地，随着采空区的不断扩大，凹地不断发展成凹陷盆地，造成水土流失、环境污染和土地荒芜等，形成对生态环境的破坏。

1.对土地资源的破坏

地表沉陷引起一系列的地表变形和破坏，表现为土地资源的破坏。开采沉陷破坏了耕地生态系统的物质能量平衡，致使耕地发生潜在荒漠化。因采矿造成土地塌陷、山体滑坡，很多山区居民因无水不得不搬迁，遗弃的耕地因缺水，植被不能很好恢复，造成土地荒漠化。土地一旦荒漠化，就会给人们的生产和生活带来灾难。煤层大面积开采后，不仅使地表出现沉陷现象，而且采空区的垮落和下沉会造成地下导水断裂带贯通，改变地下水的径流条件，甚至导致煤矿周围各含水层疏干，改变区域土壤层水分的动态关系，使地表更趋于干燥，抗蚀能力减弱，水土流失加剧，促使耕地荒漠化。

2.对水资源的破坏

煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径流，大量排出地下水。同时还造成区域含水层水位下降，形成大规模地下水降落漏斗，直接影响到区域水文地质条件。开采产生的地表变形沉陷影响到地表水体，从而使部分沟泉水量减少甚至干涸，影响当地居民的正常生产和生活，进而影响区域植被生长，甚至土地沙漠化。事实上，在煤炭开采过程中，无论是矿井的正常涌水，还是以防治矿井水害为目的进行的人为疏于排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，都会不同程度地影响或破坏地表水，造成地下水资源的极大浪费，或污染水环境。塌陷导致地表水渗漏，破坏地下储水结构，改变水文循环系统，引起泉水、河流干枯，地下水水位下降或上升。地面的下沉，还可诱发滑坡、塌陷，此外由于地面污水的渗入，造成对地下水水质的污染。

3.对植物资源的破坏

首先塌陷区地表裂缝处植物生长环境被破坏，植被明显稀少，在塌陷坑深度为2米以上，如潞城市李家庄村耕地中，出现地表塌陷导致植物根系拉断，枯蒌死亡；其次，地表张口裂缝、塌陷漏斗、塌陷盆地造成地面大量土层松散，加剧水土流失，破坏植物生长环境，如不加以治理甚至招致植被大面积死亡，加剧风蚀和沙漠化。塌陷破坏地下水体，降低了地下水位，植物生长明显受到影响，甚至死亡，改变了原有的生态系统。

4.加剧水土流失

地表塌陷的形成改变了原地面形态，塌陷区范围内特别是塌陷坑、塌陷盆地周围水蚀和重力侵蚀加剧；沟谷、岸坡的塌陷可诱发崩塌、滑坡、槽状塌陷坑若形成于沟谷两侧，且走向与沟谷平行，必然使沟谷进一歩下沉和拓宽，槽状塌陷坑本身也是一种特殊的沟道，流水侵蚀会不断加剧其发育；塌陷发生特殊区域出现垮坝引起山洪，水库渗漏现象。

5.危及地面的建筑物

由于地下的局部采空，形成地表塌陷，从而使天然的地貌发生变化，地面倾斜，形成“大坑”，地表塌陷下沉，较严重的危及到地面的建筑物，如潞城市黄沙岭、郝家沟、秦家山、李家庄一带土地塌陷、民房裂缝问题非常严重，致使村民房屋出现裂缝成为“危房”，直接影响居民的生活甚至危及生命。

二、沉陷区治理研究

1.已废弃的采空区出现地面沉降、地裂缝时，应利用煤矸石和粉煤灰回填塌陷区，减缓地面沉降速度；为制止地面塌陷形成，通过地面裂缝灌注尾矿砂浆（或水泥砂浆)，加快填充废渣的固化。地表形成塌陷但规模不大时，应采取由地面自外向内将废渣填入下部，中上部用细粒尾矿填充，为覆绿打好基础。回填采用水力填充法：将煤矸石破碎，筛分至粒径在12mm以下，以煤矸石与水质量比为1:4的大致比例配料，搅拌成泥浆，用泥浆泵把矸石泥浆输送到采空区内。数日之后填充料渗出水并干燥固结成一体，把渗出的水用泵抽回，循环使用，而把均匀紧密的煤矸石填充料留在采空区内，以稳定地支撑地面，流程示意图如下（图1）；

2.地下坑道尚在使用阶段，地面出现地裂缝或沉降迹象时，应果断对地裂缝发育地段采取灌注尾矿浆（或水泥砂浆）措施，在地下坑道采取防塌加固措施，流程图见（图2）；

3.房屋搬迁工程

由于采煤形成地裂缝及地表移动变形，浅层地下水位下降，对村民住宅及供水造成不同程度的破坏，所以需要对这类村庄进行搬迁。工程实行统一规划、统一规格、统一面积、统一建设。新村住宅为二层砖混结构，村里除建造村委会大楼以外，新村统一建设学校、卫生所、文化广场、老年活动中心、幼儿园等公共建筑，并按照新村大小进行统一的中心绿化。其他配套设施有：供水管线、排水设施、供电设施、电信、闭路电视、环卫等。同时每个新村新建水井一个。

需要搬迁的村庄有：黄沙岭（安华宋村煤矿）、郝家沟、秦家山（郝家沟煤矿)、李家庄（柳沟煤矿）、宋村(苗凹煤矿)。