——访山西省第四地质工程勘察院院长贾志宁张金萍●采空区大小与分布和煤炭的累计开采量成正比●科学采煤方法可有效减少塌陷影响●老空区旁从事开采,可能活化、诱发老空区地质灾害●浅层平整法、挖深垫浅法、排矸充填法或全充填压力注浆法治理技术最近,煤采空区频频出现的地质灾害,引起广泛关注。山西第四工勘院凭借多年专业化采空区治理方面的经验,近年来已经承担了大小采空区治理100多项。日前,记者就采空区治理问题,采访了该院院长贾志宁。贾志宁认为,目前一些地方对采空区的治理还停留在“事后处理”层面上,不应等到煤采完了出了事故才为采空区的治理着急,采空区治理应有超前意识,走科学治理之路。1. 采空区塌陷事出有因我国近20年来矿石开采量不断增加,每年从地下开采出约50亿吨矿石,由于一些地方对采空区疏于及时有效的回填和注浆治理,使我国地下采空区面积越来越大。采空区改变与破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡,就会产生采空区塌陷等地质灾害。贾志宁介绍,采空区塌陷是因矿体(层)采空、覆岩破坏引起的。埋藏于地下的各种大小矿体被采动、掘空后,矿体上部覆岩的力学平衡就会被打破。在重力和应力作用下,便产生裂隙和断移,地下水乘虚而入,通过裂隙向采空区渗漏,这又加速了覆岩的破坏,引起岩层和地表移动,最终形成了采空塌陷区。塌陷区不仅会导致地下水枯竭,耕地破坏,生态环境恶化,还会使当地房屋受损,道路地裂变形,高速公路、铁路、机场等重大工程以及城市建筑因处理采空区塌陷而增加建设难度和费用。此外,地表裂缝会为地下自然煤层提供充足氧气,地下煤火会使采空区顶板承压减弱,冒落加剧,地裂缝加宽、加长,最终形成“地裂—火区—地表裂陷”的恶性循环。2. 采空区塌陷的地质动态演变规律采煤塌陷地的地质动态演变机制和塌陷破坏程度,可运用开采沉陷理论和流体力学理论进行分析。贾志宁介绍,随着采煤量的增加,煤层上覆的围岩开始下沉变形,当变形波及地表时,就在采空区上方形成比采空区面积更大的地表移动盆地。当地表拉伸值每米超过3毫米~6毫米时,可产生断裂带及塌陷坑。当采煤长壁工作面离开切眼的推进距离平均采深大于0.45~0.55、开采面积大于或接近1300平方米~1500平方米时,地表开始移动变形,当深厚比介于150~200时,移动变形宏观上呈连续态,否则为非连续的离散态。当地下采煤区的长宽尺寸都达到或超过开采深度的1.4倍~1.8倍时,地表移动变形过程为塌陷过程。当塌陷最大深度为煤层开采厚度的70%~90%时,称其为充分采动塌陷。从宏观总体上看,一般地表塌陷容积约为煤层采出体积的60%~70%,塌陷面积系数约为1.2,积水率为30%~50%,附加坡度为1°~3°。贾志宁说,只要确定了采矿要至少,如煤层倾角与厚度、开采深度、长壁工作面长度、煤炭产量等,就可确定地表移动与塌陷参数,如下沉系数、塌陷面积系数、水平移动系数、积水率等,进而求得地表任意点下沉值和下沉持续时间等。以这些计算与预测结果为依据,即可及时预警塌陷强度和破坏程度,因地制宜地采取生物与工程措施,防患于未然。3. 老空区周边开采应慎之又慎贾志宁说,对居民住宅建筑造成损害的多是老空区(旧的采空区域)。因多年不开采,已形成的沉陷相对稳定。但如果老空区旁边又从事开采活动,老空区便可能活化(活动变化),尤其因为地质因至少,煤矿断层延伸一二百米,一旦受水浸泡,便可能引发地表变形,进而导致事故发生。专家调查证实,8月7日广东大兴煤矿事故是一起典型的煤矿采空区透水事故。所谓“透水”,是指矿井在建设和生产过程中,地面水和地下水通过各种通道涌入矿井,造成井下水灾。在各种透水事故中,最常见的是俗称“老空水”肇祸,即井下废弃的煤矿巷道和因采掘而形成的采空区,因地表水和地下水长期渗漏,天长日久形成大量积水——“老空水”。由于位于地层深处,“老空水”水压往往非常大,一旦被掘透,汹涌咆哮而出,其破坏性远远超过地面的洪水。据矿井资料,大兴煤矿旁边偌大的采空区是四望嶂煤矿经过30年开采及地方小煤窑开采留下的,地下常年的渗水逐渐填满了这个巨大的采空区,积水有1500万~2000万立方米,相当于一个中型水库,而大兴煤矿就在采空区下面-290米~450米处开采,中间的隔水煤柱仅有110米,“水库”底下采煤,最终招致严得事故。4. 采空区塌陷累计损失500亿元据山西省社会科学院研究员李连济去年主持完成的国家社会科学基金项目《我国煤炭城市采空塌陷灾宁及防治对策研究》表明,目前我国煤矿采空塌陷面积已超过70万公顷,因采空塌陷造成的经济损失累计已超过500亿元。贾志宁介绍,采空区的在小与分布和各地区煤炭的累计开采量成正比,根据1949年~2002年的统计资料分析,按累计原煤产量占全国比重从大到小排序,依次是山西、河南、河北、黑龙江、山东、湖南、四川(含重庆)、辽宁、贵州、内蒙古、江苏、去南、安徽、陕西、甘肃、吉林、江西等。排名前8位的省区原煤产量占全国总量的80.22%,同时也成为我国煤炭采空区最集中的地区,其中采空塌陷灾害最为严重的是山西。研究结果显示,我国矿产城市采倾家荡产塌陷的平均塌陷系数为0.24,也就是每采1万吨煤就有0.24公顷的土地塌陷。而与此形成鲜明对照的是,我国采空区历史欠账巨大,治理滞后。因此,系统研究分析我国煤炭采空塌陷灾害现状及防治措施,是各地煤矿及地勘单位的当务之急。5. 多元化采煤方法可减少塌陷针对采空塌陷治理难题,贾志宁认为,要因地制宜地采煤方法可有效地减少塌陷影响。目前,绝大多数地区的煤炭开采都采取竖井开采方式,但在开采方法上应有所改进。除继续采用长壁、分层、放顶等常规开采方法外,还可在合适的地区采用充填开采法、顺序开采、协调开采、条带开采、高压注浆等采煤方法。对于“三下”(建筑物下、路下、水下)压煤建议采用充填开采法;对地表村庄少、煤埋深小于400米的矿井,建议采用条带开采法;对于厚层煤建议采用分层开采法,并适当缩小分层厚度,以降低开采对地面的破坏程度;对多层煤建议采用顺序开采法和协调开采法,使数个煤层按顺序同时开采,但应将工作面错开一定距离,使开采一个煤层产生的地表压缩区准确地置于开采另一个煤层所产生的地表拉伸变形区内,保证地表变形应力相互抵消;对于上覆冲积层很厚的煤层,仍可采用长壁与放顶等常规开采法。6. 走科学治理采空塌陷之路贾志宁介绍,西方发达国家包括德国著名的鲁尔矿区都曾不可避免地遇到采空区塌陷等难题,发达国家目前对采空区的治理大致采取一片回填一片的办法,用矸石、土石和水泥填埋采空区。我国目前在治理采空区塌陷时,一般因地制宜地采用浅层平整法、挖深垫浅法、排矸充填法或全充填压力注浆法去处理,回填材料可用毛石砼、粉煤灰或砂、煤矸石等。浅层平整法就是在塌陷不深或积水不多的地方(3米以下),采取平整土地、修缮排灌系统的方法,改善耕作条件,恢复作物种植。挖深垫浅法(5米以下)就是在塌陷区的深部取土填在浅部,复垦成耕地,深部建塘养鱼,坡地栽树植草。排矸填充法就是利用煤矸石回填塌陷区,表面覆土,用于种植或建设。此外,对面积大、塌陷深、积水多的区域(5米以上),可借势开发,进行科学整治,用于发展水产养殖、休闲度假等产业,重建矿区生态环境。贾志宁最后强调,采空区的监测工作很重要,预防为主的治理原则千万不能放松。治理采空区塌陷必须在专家的指导下,对采空区进行实地考察、评估,并成立相关工作组,依托过硬的勘察、设计及施工技术实施综合治理。(5-9083-DKDB)

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