开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司生产技术部 河北蔚县 075700
摘要：根据部、省关于矿山地质环境保护的有关规定要求，为了做好矿山环境保护和恢复治理工作，减少或避免采矿活动引发的环境问题及矿业活动引发地质灾害给人民生命财产带来损失，为矿山企业和监督管理部门对矿山环境实施保护、监测和恢复治理工作提供依据。
关键词：采矿；塌陷；监测；恢复治理
1 单侯矿地形地貌
单侯矿区处于张家口坝下蔚县盆地西部的山前倾斜平原区。区域内盆地以壶流河为中心呈西南～东北走向长条状展布，矿区位于壶流河与盆地西北侧盆缘间倾斜波状平原区内。盆地西北侧盆缘属中山区，海拔标高1300～1500m，相对高差约200m，山体坡度多为10°～50°，山间沟谷断面形态多成“V”字形，大部分基岩出露。壶流河南北两侧为大面积山前坡洪积倾斜波状平原区，总体地势较平缓，地表黄土冲沟发育，地形坡度一般0.4°～2°；盆地南东侧盆缘属中低山区，海拔标高1100～1500m，相对高差约400m，山体坡度多为35°～55°，山间沟谷断面形态多成“V”字形，山体大部基岩裸露。
矿区范围内所处的山前倾斜波状平原区，地形总体呈北西高南东低，地势平缓开阔，自然坡度约2.0%～3.0%（照片1-1）。海拔高度940m～1100m，相对高差约160m，地表全部为第四系坡洪积层所覆盖，平均厚度为135米左右。北西向冲沟密布，沟谷横断面上游呈“V”字形，中下游多呈“U”字形和箱形，冲沟两壁陡直，宽度10～200m，深度一般10～20m（见照片1-2）。
2矿区井下开采与地面沉降现状
矿井设计生产能力150万t/a，矿井开采方式仍为走向长壁，主要在首采区和首采区西南翼6煤层中进行采掘，目前生产区域全部在首采区，首采区分东西两翼开采，采掘工作主要集中在首采区的北部和西南部。现正在回采的综采工作面有6103N、6205N、5101N和6109S四个工作面，6207N（里）、6105S两个工作面已掘进完毕，5102N、6202工作面正在掘进。
单侯煤矿为地下开采，在生产过程中产生的地质灾害为开采煤层形成的地面沉陷和地裂缝。矿区地处山前倾斜波状平原区，不存在崩塌、滑坡、泥石流等其它地质灾害。
单侯矿到目前为止主要开采首采区的6号煤层，形成了大面积的采空区，开采形成的采空区面积达1.308km2（见表3-1）。
由于采空区面积较大，开采厚度均匀，形成整体塌陷，地面变形表现形式以错台、地裂缝为主。根据单侯矿提供的地面沉陷观测资料首采区最大沉陷量1.627m，地面沉陷影响面积约为1.6786km2，其中地裂缝发育密集区面积0.4788km2。
根据煤矿工作人员和当地村民介绍，结合现场调查可知，目前形成的地裂缝主要分布于已有采空区东西两侧的农田及荒地内。地裂缝发生后，经过矿方回填治理、村民农田耕作及风吹雨水冲刷等作用，除个别错动较大、裂缝较宽较深的以外，多数地裂缝地表形迹已不甚明显。据本次调查及以往资料可知：至目前为止，地面沉陷区区内共发现近东西向地裂缝3条，近南北向裂缝14条，地裂缝最宽处为0.15m，最长达653.3m，最大可见深度1.5m，对附近村民的农业生产影响较大。各地裂缝发育情况见表3-2。
现状条件下地面沉陷区及伴生地裂缝地质灾害分布区域错台、地裂缝破坏土地资源严重，对矿山地质环境影响严重，对周边村庄农业生产带来不便。
3地面沉降治理方案
3.1 地面塌陷变形监测
本矿自成立以来从未进行地表变形监测，没有地表变形监测的记录。为了切实加强矿山环境保护，应建立健全矿山环境监测机制和地质灾害预警机制，建立专职矿山环境监测机构，设专职管理人员，负责企业矿山环境监测工作，对环境监测统一管理。监测内容主要为采空区引起的地表移动监测。
3.1.1 采空区引起的地表移动监测：
为了观测开采过程中及开采结束后地表移动变形情况，合理优化开采规划及设计，检验地表移动变形预计值和岩移参数的准确性，在方案适用期内采区设计工作面上方设置地表移动变形观测站。
（1）观测线设计
本次设计的观测站由四条观测线组成，即在首采区、首采区西南翼及二采区的地表移动盆地的主断面上设走向观测线两条和倾斜观测线两条。
① 观测站设在地表移动区的主断面上，观测期间不受临近开采影响。设计采用剖面线观测站，共设计走向和倾向两条相互垂直的观测线，并在观测线上设工作测点和控制点，用来观测控制点的平面坐标和高程。
② 地表移动监测点布置：根据矿山采空区形状及走向长度，确定观测线。在倾向观测主断面上按最大下沉角划线与地表相交于O点，通过O点做平行于矿体走向的垂直断面，此断面就是走向观测线位置。
观测点均匀地布置在观测线全长上，观测点间距100m。控制点设在观测线两端，必须设置在工作测点外侧且不受采动影响的地方，也就是在移动盆地范围以外设置。本次设置观测线长度为超出移动盆地边缘200m，控制点布置在超出移动盆地边缘300m处。
共布置2横2纵共4条监测线，共120个点。其中8个控制点，112个监测点。
③ 观测点埋设要求：观测点采用预制混凝土直埋，测点桩的上部用直径为20mm、长为250mm的螺纹钢筋作为标志，标志顶部加工成半球面状，并钻一深为10mm、直径2mm的孔，作为测点中心，测点高出地面100mm。埋点时，首先在所标定的位置上开挖500mm（长）×500mm（宽）×800（高）的坑，坑底素土夯实，然后埋预制混凝土测点。
（2）观测内容、时间要求及方法
①观测站各点埋设后10～15天，点位稳固后进行连接测量，独立进行两次。在采动影响前，进行两次全面观测，两次观测时间一般不超过5天，获得基准值；
②井下煤层开采后对工作面上方的全部观测点进行水准测量，并以观测点下沉10mm作为衡量地表开始移动的指标，以便及时掌握建筑物和有关设施受采动影响的时间；
③地表移动监测方法：观测点高程用几何水准测量进行，两点间的距离丈量用经过比长的钢卷尺往返丈量。每次丈量读数三次，互差不超过2mm。观测点的支距测量用经纬仪配合支距尺进行。
④观测内容和时间要求：
观测站连测：根据矿区控制点测定观测站控制点的平面坐标和高程。
变形监测：分为水平位移监测和垂直位移监测两部分，均按照二等标准监测。观测点的水准测量，测点间的距离丈量、观测点偏离观测线的支距测量。从方案适用期开始进行监测，每月监测两次。
地表破坏的测定与编录：在进行各项测量工作的同时，还必须测定和编录地表、地质、采矿、水文地质等变化情况，并及时记录在案，在地表移动过程中，各单位观测工作应尽可能在一日完成，最多不超过两天。
⑤观测成果整理工作，包括计算和绘图两个部分，首先计算各观测点的高程和相邻两点之间观测线方向的水平距离；然后计算观测线各点的移动和变形值。并依此绘出相应的移动变形曲线图。
4 采煤塌陷恢复治理方案
4.1地面沉陷及伴生地裂缝监测方案
单侯矿开采方式为顶板全部垮落法开采，规划治理期内将形成大面积采空区，存在发生地面沉陷和地裂缝地质灾害隐患，主要防治工程有在岩移范围周边设置警示牌，对沉陷区和地裂缝及时回填；对期内已形成的煤矸石台阶整平、覆土、绿化；建立地面变形监测网，加强地面变形监测。安排专人对当时正在开采的采区地表进行定期巡查，发现地裂缝及时填埋，特别是雨季，应对冲沟内的地裂缝重点进行巡查并回填。
4.2 地面沉陷及伴生地裂缝治理方案
矿山规划治理期至规划闭坑期开采过程中，采空区沉陷引起的地裂缝将几乎遍及大部分矿区内的耕地、荒地、冲沟及道路，在沉陷区内应安排专人对当时正在开采的采区地表进行定期巡查，发现地裂缝及时填埋，特别是雨季，应对冲沟内的地裂缝重点进行巡查并回填，防止雨水沿裂缝灌入采区。
根据采动影响程度分为地表轻微形变、地表沉陷比较严重和地表严重沉陷破坏三种情况，主要针对矿区内的耕地采取不同的治理措施，包括：
①地表轻微变形的土地：这类形变一般不影响植被生长。植被自然恢复，此种类型适宜恢复到原有土地状态。
②地表沉陷比较严重的土地：需对地表裂缝和坡坎进行填充、整平。对受影响的林木、植株进行扶正、移栽或重新播种等。
③地表沉陷严重破坏的土地：这类土地由于受沉陷作用，土地表面严重变形，植被不能正常生长，应作整地处理。对其中裂缝较大，坡坎高差大于1m以上的，以机械平整为主，或将土地分块进行梯级化，达到小平大不平，以恢复耕种。
参考文献：
[1]王成海.综合治理采煤塌陷地 实现矿区可持续发展[J].煤炭科技，2006（2）：61-63.
[2]秦胜.衮州矿区采煤塌陷地现状分析[J].中国矿业，2011（1）：81-83.
论文作者:张建国
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/26
标签：地表论文; 裂缝论文; 采区论文; 采空区论文; 矿区论文; 地面论文; 观测站论文; 《基层建设》2017年6期论文;