湖南省地质矿产勘查开发局418队 湖南娄底 417000
摘要：娄底市矿产资源丰富，是湖南省著名的能源基地，享有“百里煤海”之美誉，过去煤炭能源大量的开采，引发一系列地质环境问题，其中以采空地面变形最为严重，给生态环境带来了很大影响，造成巨大经济损失。本文就湘中地区煤矿开采所形成的采空地面变形表现形式、造成危害、形成机理进行探讨，并提出一些治理措施，以期能够对地质环境治理恢复有所帮助。
关键词：煤炭；地面变形；形成机理；治理措施
引言
煤炭是地球形成以来到现在历经几十万年的自然变化所形成的自然资源，煤炭资源在我国能源中具有战略性地位，随着社会工业发展以及人们生活需求的不断提高，对煤炭开采力度不断增加，煤矿开采历史年代久，开发强度大，引发一系列的地面塌陷、地裂缝、含水层破坏以及地表景观植被的破坏和水污染、土地污染等严重环境问题，采矿活动给地球身上造成了难以愈合的创伤，地球正以地质灾害的形式给人类以惩罚，为此我们必对的这些创伤进行补救、修复。
一、采空地面变形的主要表现形式
地面变形是湘中地区最突出、最严重的矿山地质灾害之一，具有分布范围广、致灾对象多、突发性强等特点，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，是制约地方经济建设和矿山企业发展的主要因素。
地面变形包括地面塌陷、地面沉降、地裂缝，三者在表现形式、形成因素、危害性等方面具有一些基本相似的特征，并且往往呈现相互关联的伴生特点。
1、地面沉降
采空区地面沉降总的形态是地表形成一个凹陷盆地，并在盆地内伴生地面开裂、陷坑、塌陷槽；娄底矿山采空区岩移盆地直径一般1—8km，大者15km；地表垂向沉降量一般在80—600mm之间，最大达4.5m（冷水江大建煤矿沉陷区），水平位移量一般在30—260mm。
2、地面塌陷
塌陷带内集中或分散性的分布着一些塌陷坑，其塌坑一般具较规则形态，平面多呈圆形、椭圆形，少数长条形，剖面多呈盆状、筒状、坛状、蝶形状、锥状；单个塌陷坑直径一般3—10m，可见深度介于3—9m之间；采空塌陷往往变形范围广，塌陷带一般通过居民住房开裂反映，在煤矿集采区内突出，如恩口煤矿区、双峰县洪山殿矿区、冷水江金竹山矿区等矿区内房屋开裂极为严重。
3、地裂缝
采矿引起的地裂缝一般呈不规则的折线、曲线或弧形展布，在群采、大规模开采矿区，地裂缝较常见，往往是采空地面变形的前期征兆，以采空岩移动盆地边缘地带最为发育。如资江煤矿采空区，单条裂缝张开最宽达4.5m，裂缝带最宽达370米左右，裂缝最长达1200米。
同时，采空地面变形还会引发崩塌、滑坡，泥石流等地质灾害，如渣渡镇侯家滑坡，由于利民煤矿二采区的采煤，1990年6月暴雨后，出现滑坡，滑坡体上82栋房屋受到不同程度的破坏。
二、采空地面变形的危害
采空地面变形灾害规模大、影响面广和渐变影响持久等特点。地面变形对地面房屋、道路、铁路、桥梁、农田、水库、沟渠、涵洞、电灌站、山塘、井泉、土地资源及电力、通信、管网等设施造成损坏或毁坏最为严重，有时导致人员伤亡，例如娄星区恩口煤矿，从1973年至1998年，累计产生8757个塌陷坑，后来该煤矿破产关闭，地下水位大幅度回升，岩溶地面又产生新的塌陷坑125个，恩口煤矿岩溶塌陷区总面积达到15km2，塌陷影响范围内大片农田因漏水，或减产或抛荒；99口山塘、13座水库、9896m渠道破坏严重，无法蓄水；有塘坝9座，拦河坝4座，河堤150m受到不同程度的损坏，直接经济损失达到800余万元，可谓危害极深。
三、 采空地面变形形成机理
采空地面变形形成的原因主要有以下两种：一是煤矿开采抽排地下水，造成在下水位反复升降引发岩溶地面塌陷。二是由于采空区顶板覆岩整体变形移动，地表形成了岩移盆地，造成地面沉降、地裂缝及塌陷坑。前者以恩口煤矿岩溶塌陷地面变形为典型，后者以冷水江市资江煤矿采空地面变形为典型。
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导致恩口煤矿岩溶塌陷地质灾害发生的原因：
①煤层底板的灰岩岩溶发育强烈，含丰富岩溶水，煤层与强含水层间的隔水层薄，无论巷道开掘在煤层或底板含水层顶部，底板含水层中丰富的岩溶水都沿着大溶蚀裂隙或溶洞以突水点形式大量涌入矿井巷道。矿井强行抽排水，使地下水位急剧大幅度下降，在负压吸蚀作用及浮托力消减作用下，诱发了岩溶塌陷。
②矿井长期排水造成地下水缓慢大幅度降低，雨季，暴雨使地表大面积为洪水所淹，地表水大量补给地下水，使地下水位急剧上升，土体自重增大，并产生潜蚀、散解等作用，从而冲暴地面土层，产生岩溶塌陷；旱季，地下水位急剧下降，又产生负压吸蚀作用，再次诱发岩溶塌陷。该因素在煤矿开采期间属于次要因素，但是在煤矿闭坑后却起主导作用，也是闭坑后矿区内岩溶塌陷反复发生的原因。
③闭坑后水位恢复，原有岩溶洞隙中空气正压力作用、潜蚀作用及渗泡软化散解作用，再次导致岩溶塌陷的发生。
四、地面变形地质灾害治理措施
针对湘中地区采空区地面变形灾害治理，应从以下二方面着手，一是对采空区地面塌陷的防治，二是加强对采空区地质环境的恢复治理。
（一）采空地面塌陷地质灾害防治
（1）封闭法
通过用隔离设施(封闭墙等)将采空区与其他生产作业地点的通道隔绝，防止人员进人采空区，避免采空区中围岩塌落所产生的冲击波危及人身安全和设备安全。适用于分散、独立、不连续的小矿体和盲矿体形成的采空区，以及虽然规模稍大但顶板稳固的采空区。
（2）崩落法
通过采用崩落采空区上盘围岩，使岩石充满采空区并形成缓冲岩石垫层，以防止采空区内大量岩石突然冒落所造成的危害。适用于不能采用充填法进行处理，且地表允许陷落或岩石移动的采空区。对于离地下采场较近的采空区，可采用崩落法与下部巷道隔绝封闭相结合的处理方法。
（3）充填法
通过采用充填材料对采空区进行充填处理，有效控制地压和防止地表塌陷。适用于地表及地下含水层不允许大面积塌落、采空区上部积存有大量尾砂、采空区顶板容易产生较大规模冒落的矿山采空区。鼓励优先采用充填法进行采空区处理。
（4）注浆法
将胶结材料配制成浆液并注入含裂隙的岩层、溶洞、破碎带使其固化。浆液凝结硬化后，起到胶结、堵塞作用，使地层稳固并隔断水源。
（5）矿柱法
对于正在开采的煤矿，主要巷道和采区都要留设安全煤柱。
（6）避让法
搬迁采空区地表塌陷影响范围内的居民，并在塌陷影响范围外设置围栏和警示牌，避免造成人员伤亡和财产损失。适用于塌陷影响范围内居民较少，安全隐患不能完全消除的采空区。
（二）采空区地质环境恢复
（1）植树造林
对于那些无积水的塌陷盆地来说，要采用植树造林、增加绿化，由于考虑到开采地区的环境恶劣，因此将塌陷盆地的区域进行植树造林，一来可以防风固定土壤使该区域的地质状况得到改善，再者可以起到绿化矿山的目的，为我国空气质量做出一份贡献。
（2）打造农业生态园
对于那些塌陷程度较小、产生的盆地或是坑较浅的区域因其采用土石填充方法所耗费的资源相对较小，且直接收益相比于植树造林来说更为可观，因此对塌陷区域进行填补对地貌和土地质量进行恢复，打造出一个种植蔬菜粮食等农作物兼顾经济和环境效益的农业生态园。
（3）新建鱼塘
有些塌陷程度较大的坑或是盆地没有积水，但有一部分地区的塌陷区是有大量积水的，而对这些有大量积水的区域则不能采用土石填充或是植树造林的思路来治理，这时就要根据其自然条件选择最佳方案那就是对塌陷积水加以利用而不是去改变，在此基础上建鱼塘来做养殖，其中根据不同地段水深度的不同对方案做出一些改变，在深水区域养殖鱼虾而在浅水区域则可以种植一些水生的农作物。
五、结束语
综上所述，煤炭是目前能源结构中的重要组成部分，但在获取煤炭的同时也要顾及到自然环境，因此我们要做好对已经受损地区的环境治理工作，和以后开采时对环境保护的考虑，使我国的自然环境得到改善。
参考文献：
[1]郝晓安. 煤矿采空区矿山地质环境治理模式分析[J]. 能源与节能， 2017(6):111-112.
论文作者:曾团员
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：采空区论文; 地面论文; 岩溶论文; 煤矿论文; 盆地论文; 地表论文; 裂缝论文; 《防护工程》2018年第32期论文;