采煤沉陷區(qū)表現(xiàn)形式及生態(tài)恢復(fù)治理研究

韓翠花

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

由于歷史遺留的采煤沉陷區(qū)范圍廣、破壞嚴重，不僅給沉陷區(qū)居民生活帶來困難，威脅到部分居民生命財產(chǎn)安全，而且經(jīng)常引發(fā)群體性事件影響社會安定，黨中央和國務(wù)院對采煤沉陷區(qū)治理工作高度重視，多年來采取了一系列重要舉措綜合治理采煤沉陷區(qū)問題，努力緩解采煤沉陷區(qū)帶來的不良影響。采煤沉陷區(qū)治理是改善農(nóng)村人居環(huán)境中關(guān)鍵性工程之一。

為深化采煤沉陷區(qū)治理，進一步做好采煤沉陷區(qū)內(nèi)受災(zāi)群眾的搬遷安置工作，解決受災(zāi)群眾安居問題，2015年山西省制定并發(fā)布了《山西省采煤沉陷區(qū)治理2015年行動方案》。為此，本文結(jié)合工作實際，針對采煤塌陷區(qū)表現(xiàn)形式以及生態(tài)修復(fù)智力開展研究，即通過對某礦礦區(qū)設(shè)立地表巖移，結(jié)合實地勘測，找出該區(qū)地表沉陷的特點，按照沉陷破壞程度，提出相應(yīng)的治理措施，對目前礦區(qū)治理存在的問題提出相應(yīng)對策建議。

1 研究區(qū)位置及開采歷程

1.1 地理位置

沉陷區(qū)位于山西朔州平魯區(qū)某煤礦礦區(qū)901采區(qū)，行政區(qū)劃屬山西省朔州市平魯區(qū)陶村鄉(xiāng)。

1.2 研究區(qū)開采歷程

該礦始建于2003年，生產(chǎn)能力0.6Mt/a，2007年進行機械化升級改造，生產(chǎn)能力1.2Mt/a。2009年進行兼并重組整合，生產(chǎn)能力1.8Mt/a，經(jīng)過4年的建設(shè)并于2013年底正式投入生產(chǎn)，現(xiàn)已投產(chǎn)4個月。

2 研究區(qū)沉陷影響及措施

2.1 沉陷影響范圍及表現(xiàn)形式

2.1.1 兼并重組整合前

2007年以前，礦井生產(chǎn)能力0.6Mt/a，采用刀柱炮采采煤方法，開采煤層平均厚8.21m，埋深130m，開采面積0.38km2。由于炮采采煤屬于部分回采，能夠有效地控制覆巖移動，煤柱能夠支撐地表長期穩(wěn)定不沉陷，地表移動和變形不明顯，基本上沒有對地表產(chǎn)生影響。

2008年至2009年，礦井生產(chǎn)能力1.2Mt/a，采用綜合機械化放頂煤采煤方法，開采煤層平均厚8.21m，埋深130m，開采區(qū)面積1.15km2。根據(jù)調(diào)查，形成沉陷區(qū)兩處，共計29.00hm2，主要表現(xiàn)形式為地表裂縫，極少部分區(qū)域有崩塌現(xiàn)象。一處沉陷面積4.0hm2，地表形態(tài)為半圓形，長15～30m，下沉落差1.0～2.0m，裂縫寬度為5～15cm，另一處沉陷面積約25hm2，地面裂縫最大長度70m，落差3m，裂縫寬度為20cm左右。礦方對沉陷影響的土地主要采取了填充、夯實裂縫、平整地面等人工和機械相結(jié)合的治理措施。耕地區(qū)地表裂縫由農(nóng)民自行填充復(fù)墾治理，其他受影響的土地根據(jù)受損土地的地形地勢和受損程度分別采取措施，對于地勢低洼處的受損土地采取了簡易的人工裂縫填充，對于地勢較為陡峭的受損土地采取了機械的方式進行了填充、夯實裂縫?，F(xiàn)場調(diào)查時，治理后耕地內(nèi)原有裂縫已基本不可見，農(nóng)田耕作得到了有效保護和恢復(fù)。

2.1.2 兼并重組整合后

于2013年底開始開采，生產(chǎn)能力1.8Mt/a，目前還未治理。沉陷區(qū)位于本工程901采區(qū)的90101工作面，該工作面長197m，走向長970m，煤層平均傾角4°，平均厚13.11m，平均采深195m，采煤方式為綜采一次性采全高。

(1)沉陷范圍及地表變形情況

根據(jù)調(diào)查，90101工作面日推進2.16m，已推進了526m，累計開采面積10.65hm2，形成地面沉陷區(qū)約13.78hm2。

為了獲得本礦區(qū)各種巖移參數(shù)，準確掌握該煤礦地表移動變形規(guī)律，從而科學(xué)、合理的確定礦區(qū)范圍內(nèi)各重要建(構(gòu))筑物和井巷保護煤柱的邊界，并為今后各項工作奠定堅實可靠的基礎(chǔ)，本次調(diào)查組對90101工作面地表移動變形進行觀測與研究。

觀測站共設(shè)2條觀測線，一條傾向觀測線和一條走向觀測線，在傾向觀測線上布置32個觀測點(Q1－Q32)，走向觀測線上布置測點18個(Z1－Z18)，共50個觀測點。控制點均使用Ф16鋼筋，長度0.60m，用重錘錘擊入地，并標上技術(shù)標志。在開采前于2013年12月進行了兩次全面觀測，2014年1月－3月各進行了1次測量。

從地表巖移觀測點記錄得出，隨著井下工作面的開采和推進，已采區(qū)域相對應(yīng)的地表有輕微的裂縫和沉降現(xiàn)象，且隨著時間的推移，沉降越來越明顯，地表裂縫的分布表現(xiàn)為垂直于工作面的推進方向和平行于工作面的推進方向(主要分布在工作面邊緣)兩種。分析其變形規(guī)律，4個月來所開采區(qū)域地表沉陷最大下沉點位于Q24，下沉量為1586mm，位于工作面開采區(qū)域的中部。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，在工作面上方發(fā)現(xiàn)數(shù)條裂縫，地表裂縫走向基本上可分為兩類，一類為平行于工作面的推進方向，主要位于工作面的邊緣，裂縫長度可達幾十米，寬度為0.2m左右，上下錯位幅度為0.2～0.65m，裂縫間距在30m左右，當?shù)匦味盖蜁r裂縫寬度和落差較大;另一類裂縫與開采工作面推進方向垂直，整體呈半圓弧形垂直于工作面推進方向發(fā)展，其長度大致與工作面的采寬相近，數(shù)量較多，裂縫間距較小，通常1m左右，寬度0.1m左右，該組裂縫屬于動態(tài)裂縫，當停采一段時間后大部分裂縫會自動閉合。

從地表沉陷調(diào)查結(jié)果來看，目前地表沉陷主要為輕度，在工作面邊緣部位已發(fā)展到了中度影響。典型性沉陷裂縫情況見表1。

(2)沉陷影響調(diào)查

通過調(diào)查可知，沉陷裂縫隨工作面推進而變化，沉陷裂縫一般先拉伸后逐步恢復(fù)，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，在自然條件(風化、搬運、沉積)作用下逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)。按照全國土地利用現(xiàn)狀調(diào)查規(guī)程和全國土地利用現(xiàn)狀分類標準系統(tǒng)(GB/T21010－2007)，根據(jù)平魯區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖及相關(guān)資料，沉陷區(qū)地類為旱地、有林地和其它草地，其中旱地7.22hm2，有林地0.64hm2，其它草地5.92hm2。

根據(jù)實際調(diào)查，耕地全部為旱地，絕大部分已經(jīng)撂荒或者退耕，不耕作，僅小部分地塊平坦、緊鄰路邊交通便利的耕地耕種，種植農(nóng)作物主要為玉米、谷類，裂縫寬度在10cm以下，經(jīng)過春耕翻土后地表沉陷裂縫不明顯，基本上不影響正常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。林地區(qū)沉陷裂縫寬度在3～15cm之間，落差在5～25cm之間，裂縫區(qū)的喬木依然挺立，植株生長、發(fā)育基本不受裂縫的影響。

表1 典型性沉陷裂縫情況表

2.2 沉陷區(qū)治理原則及措施

2.2.1 治理原則

實事求是，借鑒歷史，結(jié)合現(xiàn)實;防治結(jié)合，按輕重分類實施，逐步治理;建立沉陷區(qū)的巖移監(jiān)測，及時了解沉陷區(qū)塌陷情況，確保安全;以修復(fù)生態(tài)為目標，治理與補償相結(jié)合。

2.2.2 治理措施

由于本礦井為復(fù)采，經(jīng)計算采區(qū)開采3年后才可達到穩(wěn)沉，故現(xiàn)階段大規(guī)模治理不太現(xiàn)實。另外，根據(jù)《平魯區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006－2020年)》(平魯區(qū)人民政府)，塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)原則上不改變原地類，所以先期針對不同地類采取相應(yīng)的臨時措施，期間由于采煤沉陷影響農(nóng)民耕作的，采取直接經(jīng)濟補償?shù)姆绞竭M行賠償。具體措施如下：

對于輕度影響的耕作耕地由農(nóng)民自行填充治理，并給予一定的經(jīng)濟補償;對于中度影響的所有地類和撂荒的耕地，按照復(fù)墾要求，組織人力進行人工或機械充填裂縫治理，同時結(jié)合本流域農(nóng)田整治規(guī)劃把沉陷影響的撂荒地整治成耕地，主要措施為田面修正、坡改梯，把不具備畜牧業(yè)利用價值的其它草地整治成人工牧草地，采取的主要措施裂縫平整、播撒草籽，對受損的樹木采取及時扶正樹體，填充裂縫的措施，保證其正常生長。

(1)耕地措施

(a)表土剝離。一般礦區(qū)表層土壤經(jīng)過多年植物作用，其土壤的理化及生物學(xué)性狀比深層生土具有較大優(yōu)勢，對于植物種子的萌發(fā)和幼苗的生長有著重要作用，故在裂縫充填前先將表土剝離保存，用于復(fù)墾的覆土。對于黃土高原區(qū)的表層土壤由于長期受水蝕、風蝕影響，肥力貧瘠，表層下200cm的黃土母質(zhì)營養(yǎng)元素的含量及保護抗蝕能力已無顯著差別，不用進行剝離表土，土地整治完成后進行土壤培肥。本礦區(qū)屬于山西臺拱平朔臺地黃土丘陵溝壑區(qū)，不用進行表土剝離。

(b)裂縫充填。本項目由于產(chǎn)生的裂縫較小，采取就近取土充填，采用推土機或鏟運車將土運填至裂縫處，采用搗實機進行搗實，每充填0.5m高度，搗實一次，使夯實土體的干容重達到1.4t/m3以上。

(c)土地平整?？紤]地塊坡度5°～10°，裂縫落差0.2～1.0m，充填裂縫后地塊高低不平，不能耕種，所以裂縫充填后需進行土地平整。考慮每個地塊面積不大，且坡度也不陡，在平整過程中，挖高墊低，采用機械施工，將每個地塊平整為6°以內(nèi)的旱地，并在地塊地墊低的邊界修筑田坎，以利于保水保肥。

(2)有林地措施

對有林地采取及時扶正樹體，填充裂縫的措施。先對傾斜的樹木扶正，然后對林地內(nèi)裂縫進行充填、夯實。土方直接從裂縫落差上臺階段取土，填入裂縫，用木桿搗實，每充填0.3～0.5m高度，夯實一次，使夯實土體的干容重達到1.4t/m3以上。充填完裂縫后，依地形對裂縫周邊進行平整。有林地坡度較大，不易采用機械施工，一般采取人工施工。

(3)其它草地措施

對地塊內(nèi)裂縫先要進行充填，就近取土充填，坡度小的地方采取機械施工，同旱地施工工藝，坡度大的地方采取人工充填，同有林地施工工藝。然后僅對裂縫周邊進行平整，在填完裂縫后，依地形對裂縫周邊進行平整，采用人工施工。最后撒播當?shù)夭莘N長芒草，以恢復(fù)植被。

3 存在的問題

3.1 治理不全面

通過調(diào)查，目前礦區(qū)僅重視對采煤沉陷區(qū)地表植被的補償和治理，對水體污染、水資源損失、水土流失等環(huán)境問題還未采取有效措施。

3.2 管理不健全

對采煤沉陷區(qū)引發(fā)的環(huán)境問題，無特定部門管理，發(fā)生問題時，由礦方臨時指定部門解決。

4 對策建議

采煤沉陷區(qū)治理是改善農(nóng)村人居環(huán)境中關(guān)鍵性工程之一。多年來黨中央和國務(wù)院對采煤沉陷區(qū)治理工作高度重視，采取了一系列重要舉措綜合治理采煤沉陷區(qū)問題，努力緩解采煤沉陷區(qū)帶來的不良影響。

由于歷史遺留的采煤沉陷區(qū)范圍廣、破壞嚴重，不僅給沉陷區(qū)居民生活帶來困難，威脅到部分居民生命財產(chǎn)安全，而且經(jīng)常引發(fā)群體性事件影響社會安定。為深化采煤沉陷區(qū)治理，進一步做好采煤沉陷區(qū)內(nèi)受災(zāi)群眾的搬遷安置工作，解決受災(zāi)群眾安居問題，2015年山西省制定并發(fā)布了《山西省采煤沉陷區(qū)治理2015年行動方案》。為此，本文結(jié)合工作實際，針對采煤塌陷區(qū)表現(xiàn)形式以及生態(tài)修復(fù)智力開展研究，即通過對某礦礦區(qū)設(shè)立地表巖移，結(jié)合實地勘測，找出該區(qū)地表沉陷的特點，按照沉陷破壞程度，提出相應(yīng)的治理措施，對目前礦區(qū)治理存在的問題提出相應(yīng)對策建議。

研究指出，對采煤沉陷區(qū)的治理，不能只考慮對地表植被的治理，不考慮對地下水資源、水土流失的治理，這是治表不治根，達不到預(yù)期的治理目的;另外，還要設(shè)立專門的管理部門，定期巡視，制定長期有效的措施，發(fā)現(xiàn)問題及時采取相應(yīng)的措施。

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