矿山开采塌陷区生态环境恢复与重建浅析

矿山开采塌陷区生态环境恢复与重建浅析摘要：矿山塌陷区的产生与发展,不仅直接影响矿产资源的经济、合理开采，而且会对生态环境造成不同程度的破坏，尤其是对塌陷区周边的建筑、农田、植被、河流和湖泊等的影响，严重威胁人类的生命和财产安全。要想对其进行治理，首先我们必须了解何为塌陷区，塌陷区的形成机理等，然后提出相应的治理与重建措施。关键词：塌陷、形式、形成机理、破坏、恢复与重建。0前言塌陷是指地壳浅部岩土体在自然和人为因素作用下向下陷落或沉陷的一种动力地质作用和现象。采煤塌陷是由于煤层采空、覆岩破坏所引起,埋藏于地下的煤炭被采动、掘空之后,煤层上部覆岩的力学平衡就会被打破,覆岩岩石力学性质也必然随之发生变化,在重力和压力作用下,便产生裂隙和断移。地下水也乘虚而人,通过裂隙向采空区渗漏,这又加速覆岩的破坏,造成覆岩冒、落、引起岩层和地表移动,最终表现为地表变形和塌陷。塌陷将引发地面塌陷，造成耕地减产绝产、水资源污染流失、建筑物开裂倒塌、公共设施毁损报废等，因此矿山塌陷问题不容忽视。1矿井开采塌陷区的形成机理1.1地面变形的形式矿区开采塌陷指的是：矿井下的矿物被采出以后，开采区域周围岩体的原始应力平衡状态收到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在此过程中，岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏。矿井开采塌陷的直接外在表现即为地面变形。主要有塌陷、沉降、开裂三种形式，它们一般相继产生、伴随出现。矿区的地面沉降一般先塌陷，影响范围广，分布面积大。由矿井水疏干所引起的沉降区，基本处于地下水降落漏斗范围内，当地下水位降低和排水量增大时，沉降范围和深度也随之增大。同时，沉降中心亦随着地下水降落中心的转移而转移，有垂直位移和水平位移。地裂缝常伴随滑坡(后壁形成拉张裂隙、前缘发育鼓胀裂隙、周缘发育剪切裂隙)、崩塌等地质灾害出现。地面开裂是塌陷和沉降的伴生产物，涉及范围广、数量多，形状为弧形、直线形、封闭形或同心圆形。裂缝的发育程度与表土的塑性和黏性大小、表土遭受拉伸变形的强度密切相关。1.2采空造成地面塌陷的机理矿山塌陷区的形成规律,取决于很多因素,但对某一矿床来说,当水文工程地质条件一定时,矿坑排水量的多少是引起塌陷面积大小的很重要的影响因素。矿山井下采空造成地面塌陷的机理主要有三种情况：一是采空区安全顶板厚度不够，采空引起顶板坍塌冒顶后造成的地面塌陷；二是地下采空引起地下水位下降造成上覆土体失去顶托后发生的地面沉降；三是地下大面积的采空后。矿层上部失去支撑，岩体自上而下产生变形，最终在地面形成下降变形的移动盆地。1.3塌陷区的分带按照塌陷区上覆岩层的破坏程度，一般将塌陷区分为冒落带、裂缝带和整体移动带。冒落带是指用全部垮落法管理顶板时，回采工作面放顶后，引起矿层直接顶板岩层产生破坏的范围。岩层破坏的特点是：随着煤层的开采，其直接顶板在自重力作用下发生法向弯曲，当岩层内部的拉应力超过岩层的抗拉强度时，便产生断裂、破碎成块垮落，冒落带块大小不一，无规则地堆积在采空区内。根据冒落岩块的破坏和堆积情况，冒落带可分为不规则冒落和规则冒落两部分，冒落岩石具有一定碎胀性，冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水砂，泥土通过。冒落岩石体积大于冒落前的原岩体积。岩石具有碎胀性是使冒落能自行停止的根本原因。裂缝带是指在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那部分岩层，位于冒落带和弯曲带之间。裂缝带内岩层产生较大弯曲、变形及破坏。其破坏特征是：内岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且产生顺层理面的离层裂缝。根据裂缝的大小及其连通性的好坏，裂缝带内的岩层断裂分为严重断裂、一般断裂和微小断裂三部分。冒落带和裂缝带合称为两带，又称为冒落裂缝带。一般没有明显的分界面，均属于破坏性影响区。整体移动带又称为弯曲带，位于裂缝带之上直至地表，岩石移动的特点是：岩石在自重力的作用下产生层面法向弯曲，水平方向上处于双向受压缩状态，因而其压实程度较好，一般情况下具有隔水性，尤其是岩性较软时，隔水性能更好，成为含水层下开采时的良好保护层。2塌陷区对生态环境破坏的结构类型根据塌陷地性质划分为塌陷干旱地、塌陷沼泽地、季节性积水塌陷地、长年浅积水塌陷地和常年深积水塌陷地。根据塌陷地的稳定程度分为稳定塌陷地和不稳定塌陷地。2.1塌陷干旱地其特点是一般不积水，地形起伏大，耕作极其不便，造成大面积的作物减产。2.2塌陷沼泽地主要分布于地势平坦、排水不畅的平原地区，土壤出现沼泽化和次生盐碱化现象，既不宜发展农业生产，也不宜进行水产养殖，往往造成农作物减产，开发难度大。2.3季节性积水塌陷地在塌陷区内，由于局部地块塌陷，使地面较周围地表低，在雨水较多的季节积水形成水塘，而在少雨或无雨的季节形成板结地，对农业生产极为不利，一般农田减产40%-50%。2.4长年浅积水塌陷地下沉深度大，一般在0.5-3m，积水深度0.5-2.5m。极易造成作物绝产，导致土地生产结构的突变，需进行处理。2.5常年深积水塌陷地下沉深度最大，一般均在3m以上，特点是地表下沉至地下水位以下，形成不规则的地表水域，有的与河道相通，形成塌陷人工湖或小水库。水质较好，水量充足，是发展渔业的理想场地。3塌陷区生态环境恢复与重建3.1积水稳定塌陷地农林业综合开发模式地表高低不平，但土层并未发生较大的改变，土壤养分状况变化不大，只要采取工程措施修复整平，并进行水利条件改进，即可恢复土地原有的实用价值。根据工程措施的不同可分为以下三种。矸石充填——利用矸石作为塌陷区的填充材料。分为新矸石充填、预排矸石充填和老矸石充填。矸石充填后，可覆土作为农林种植用地，也可经过地基处理后用做建筑用地。粉煤灰充填——将坑口电厂粉煤灰充填于塌陷区，用于农林种植。其他物充填——再利用煤矸石和粉煤灰进行充填重建时，也可利用矿区其他物质。如固体废物、淤泥等，可用于农林种植。3.2非积水稳定塌陷地开发为建筑用地用做建筑用地，带来经济效益与社会效益。3.3季节性积水稳定塌陷地农林渔综合开发生态重建模式季节性积水稳定塌陷地较非积水塌陷干旱地开发难度大，土壤结构不同程度发生变化，多雨水季节积水成沼泽状，干旱季节成结状。重建的主要工程措施为挖深垫浅，即将塌陷下沉较大的土地挖深，用来养鱼、栽藕或蓄水灌溉，用挖出的泥土垫高下沉较小的土地，使其形成水田或旱地，种植农作物或果树。3.4常年浅水位积水稳定塌陷地渔林农生态重建模式在地下水位较高的塌陷区，即使沉陷量不大，也终年积水，而周围的农作物则是雨季沥涝，旱季泛碱。由于水浅不能养鱼，地涝不能耕作，形成大片荒芜的景象。重建的主要工程措施为挖深垫浅，即将塌陷下沉较大的土地挖深，使其适合养鱼、栽藕或其他水产养殖，形成精养鱼塘；然后挖出的土垫到浅的沉陷区使地势抬高成为水田或旱地，建造林带或发展林果业。3.5常年深积水稳定塌陷地水产养殖与综合开发重建模式不适宜于发展农业，但适宜水产养殖或进行旅游、自来水产等综合开发。3.6不稳定塌陷地因地势利导综合开发生态重建模式不稳定塌陷地是指新矿区开采引起塌陷或老矿区的采空区重复塌陷而造成的塌陷地。重建时采用因势利导自然利用模式。对于不稳定的塌陷干旱地，有针对性地整地还耕，修建简易型水利设施，灵活利用，避免土地的长期闲置。对于季节性积水不稳定塌陷地，因其水位常变，以发展浅水种植为主，也可因势导利开挖鱼塘养鱼，四周垫地。种优质牧草做鱼饲料。常年积水不稳定塌陷地以人放天养的形式进行养鱼，但不宜建造水上或水下设施。4结语矿山资源的开发，不可避免地将持续、严重地改变地形地貌及构造稳定性，影响应力的均衡和水均衡，从而导致塌陷等矿山地质灾害发生。通过了解井工开采塌陷形成的机理、塌陷的主要形式和塌陷区对生态环境破坏的结构类型等，针对性地提出相应的恢复和重建模式，施予合理的工程措施。参考文献：[1]纪万斌．我国采煤塌陷生态环境的恢复及开发利用［J］．中国地质灾害与防治学报，1998.[2]方创琳．采煤塌陷地的综合开发与协调发展［J］．中国人口与资源与环境，2000.[3]纪万斌．工程塌陷与治理[M].北京：地震出版社，1998.[4]卢高生.环境生态学[M].北京：经济科学出版社，2006.[5]沈渭寿.矿区生态破坏与生态重建[M].北京：中国环境科学出版社，2004.