一.沉陷的防治技術(shù)途徑
沉陷破壞的防治技術(shù)途徑可以從兩方面考慮;(1)對開采沉陷的控制,即通過合理選擇采礦方法和工藝、合理布置開采工作面、采取井下充填法、覆巖離層帶空間充填等措施,來減少地表下沉,控制地表下沉速度和范圍,達到保護地表和地面建、構(gòu)筑物與耕地的目的。(2)開采沉陷破壞的恢復(fù)和整治,運用土地復(fù)墾技術(shù)和建筑物抗采動變形技術(shù),對開采沉陷破壞的土地進行整治和利用。
1.1.1全部充填開采
在煤炭采出后頂板尚未冒落之前,用固體材料對采空區(qū)進行密實充填,使頂板巖層僅產(chǎn)生少量下沉,以減少地表的下沉和變形,達到保護地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中減少地表下沉效果作好的方法,其次是風(fēng)力充填和矸石自溜充填。但充填采礦法需要專門的充填設(shè)備和設(shè)施,還需要有充足的充填材料。礦井初期投資大,噸煤成本相應(yīng)的增加。
1.1.2條帶開采
根據(jù)煤層和上覆巖層組合條件,按一定的采留比,在被開采的煤層中采出一條,保留一條。由于條帶開采僅是部分地采出地下煤炭資源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撐上覆巖層。從而減少覆巖移動,控制地表的移動和變形,實現(xiàn)對地面建、構(gòu)筑物的保護。但該方法采出率低、巷道掘進多,工作面效率低。
1.1.3覆巖離層帶充填
根據(jù)采空區(qū)上方覆巖移動形成三帶的巖移特性,在煤炭采出后一定時間間隔內(nèi),用鉆孔往離層帶空間高壓注漿,充填,加固離層帶空間,將采動的砌體梁結(jié)構(gòu)加固為穩(wěn)定性較好的連續(xù)梁結(jié)構(gòu),使離層帶的下沉空間不再向地表傳遞,以減少或減緩地表下沉,保護地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田。但該技術(shù)難度大,再近一步研究。
1.1.4限厚開采
根據(jù)礦區(qū)地形、水文地質(zhì)條件和建、構(gòu)筑物抗變形能力,以不產(chǎn)生地表積水和滿足建筑物所要求的保護等級為依據(jù),確定可開采的煤層厚度,開采是僅回采這一厚度的煤,其余各煤層均不開采,以實現(xiàn)減少下沉保護地面建、構(gòu)筑物及土地的目的。但該技術(shù)采出率低,僅在薄煤層中應(yīng)用有一定的使用價值。
1.1.5協(xié)調(diào)開采
厚煤層分層開采時,合理設(shè)計各工作面的開采間距,相互位置與開采順序,使開采一個煤層(工作面)所產(chǎn)生的地表變形和開采另一個煤層(工作面)所產(chǎn)生的地表變形相互抵消或抵消一部分,以減少采動引起的地表變形,保護地面建、構(gòu)筑物。但該技術(shù)要保持一定的錯距,因此組織生產(chǎn)難度較大。我國尚未開展這種工業(yè)性實驗。
1.1.6 “采-注-采“三步法開采
充分利用覆巖結(jié)構(gòu)對巖層移動的控制作用,應(yīng)用荷載置換的原理,進行小條帶開采-注漿充填固結(jié)采空區(qū)-剩余條帶開采的三步法開采,有效的對巖層移動和地表沉陷的控制,解決了大面積開采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率,保護了地面建、構(gòu)筑物,但也存在工藝復(fù)雜,成本較大等缺點。
二.土地復(fù)墾技術(shù)
2.2.1煤矸石充填復(fù)墾和粉煤灰充填復(fù)墾
(1)地下開采產(chǎn)生的大量煤矸石運到地表排放,既占地有污染環(huán)境。利用煤矸石作為充填材料,即可使采煤破壞的土地得到恢復(fù),又能減少矸石的額占地。
?。?)利用電廠的廢棄物--粉煤灰充填沉陷區(qū)復(fù)墾土地,可以化兩害(沉陷區(qū)、粉煤灰)為三利(電廠、煤礦、農(nóng)民三放面有利)。
2.2.2平地和修建梯田復(fù)墾
對積水沉陷區(qū)、潛水位較低的邊坡地帶,可采取平整土地、改造成梯田的方法復(fù)墾利用。梯田的水平寬度和梯坎高度,應(yīng)根據(jù)地面坡度抖緩、土層薄厚、工程量大小、作物種類、耕種機械化程度綜合考慮確定,田間坡度的大小和坡向,應(yīng)根據(jù)原始坡度的大小、有無灌溉條件、復(fù)墾土地用途來決定。
2.2.3輸排法復(fù)墾
開挖排水渠道,將沉陷區(qū)淺積水引入河流、湖泊、坑塘、水庫等,作為蓄水用,是沉陷水淹地重新得到耕種。
2.2.4深挖墊淺復(fù)墾
運用人工或機械方法,將局部積水或季節(jié)性積水沉陷區(qū)下沉大區(qū)域挖深,適合養(yǎng)魚、蓄水灌溉等,用挖出的泥土充填開采沉陷較小的地區(qū),使其成為可種植的耕地。
2.2.5積水區(qū)綜合利用技術(shù)
對地面大面積積水和積水深度很大的沉陷區(qū),科學(xué)的綜合利用,發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)魚、圍欄養(yǎng)魚、蓄洪作灌溉水源、建造水上公園等。
2.2.6固體微生物復(fù)墾技術(shù)
煤矸石添加適量微生物活化劑,經(jīng)過一個植物生長期(約6個月)就可建立起穩(wěn)固的植物生長層,形成熟化的土壤。
三. 結(jié)束語
開采沉陷是造成礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的直接原因,有效控制和減輕地面沉陷程度是避免開采沉陷環(huán)境災(zāi)害的基本途徑。充填采煤法是減少地表下沉效果作好的方法,近年在山東有些礦區(qū)正在做膏體充填的實驗,這種方法可使采場沒有或減少垮落帶,能更好的減少地表下沉。但它的技術(shù)含量很大,輸送倍線大,管路易阻塞,如果成功那將是煤礦開采的一次技術(shù)革命。
開采沉陷對土地資源的影響和破壞是難以避免的,所以各個煤礦應(yīng)該應(yīng)用根據(jù)自己的實際情況和條件合理應(yīng)用防止和控制開采沉陷技術(shù)和土地復(fù)墾技術(shù),礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾技術(shù)等多學(xué)科知識,對地表塌陷進行綜合治理和開發(fā)利用,才能更好地保護地表、礦區(qū)的環(huán)境、農(nóng)民的利益。