矿区地面沉降的危害及其防治
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( 河北理工大学 资源与环境工程学院 , 河北 唐山 063009)
关键词: 地下开采; 地面沉降; 危害 摘 要: 地下开采引起的地面沉降问题越来越受到人们的关注, 因此要从多方面总结地面沉降 的危害, 及时采取有效措施, 减少由地下采矿引起的百度文库降, 真正实现可持续发展 。 中图分类号: X141 文献标识码 : A
3 总结
地下开采引起的地面沉降越来越受到人们的普遍关注 , 因此, 必须采取有效措施控制 , 解决资源的合理 开发与环境保护协调发展的问题, 减少由地下采矿引起的地表塌陷及其对环境的危害, 真正体现土地的价 值 , 保持土地的可持续利用和矿业城市的可持续发展。 参考文献:
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] 赵德深 . 矿区地面塌陷控制技术研究现状与发展方向 [ J] . 中国地质灾害与防治学报 . 2001( 6) 张忠尧 . 地面沉降塌陷对区域环境经济的影响及防治对策研究 [ J] . 北方环境 , 1999( 4) . 刘毅 . 地面沉降研究的新进展与面临的新问题 [ J]. 地学前缘 , 2001 ( 4) . 隋惠权 . 矿区塌陷控制与灾害防治技术研究 [ J]. 中国地质灾害与防治学报 , 2002( 9) .
2 地面沉降防治措施
2 1 预防措施 2 1 1 准确预测分析
图 1 塌陷盆地示意图
矿山地下开采引起地表塌陷是一个复杂的地质力学过程 , 是受扰动岩体破坏、 移动与变形过程在地表的 最终体现。地下资源被采出后 , 引起岩层移动 , 当采空区足够大时 , 岩层移动达到地表 , 形成下沉盆地 , 如图 1 所示。地表最大下沉量可达开采煤层开采厚度的 60% ~ 90 % 。减少地表变形的途径就是减少地表下沉 值 , 开采时可以采用充填开采或条带开采。充填开采时 , 覆岩的破坏比较小 , 从而减小了地表下沉, 减小程度 取决于充填方法和充填材料 , 水砂充填下沉值为采厚的 10 % ~ 15 % , 其他充填法约为 30 % ~ 50 % 。使用条 带开采 , 保留的条带可以支撑顶板及上覆岩层 , 减小地表下沉及变形, 下沉量一般在 15 % 以下。在资源开采 之前要先对开采引起的地表下沉进行精确的预测和分析, 以便及时调整开采方案, 采用最优方案, 减小不利 影响。 2 . 1 . 2 调整开采方案减少沉降 在一般开采深度条件下, 减少地表下沉的开采措施主要有: 采用充填采矿法 , 减少地表下沉 , 其减少程度 取决于充填方法和充填材料。合理确定采宽和保留矿柱宽度是关键问题, 留宽过大, 采出率低, 留宽过小 , 矿 柱易遭破坏 ; 采宽过大 , 地表可能出现不均匀下沉, 对保护建筑物不利 , 采宽过小, 则回采率低。云驾岭铁矿 采用嗣后胶结充填采矿法 , 留有 25 % 的矿柱。 当几个矿层或同一个矿层的几个部分同时开采时, 根据它们的工作面相互位置关系, 每个工作面的开采 影响可能是互不联系的, 也可能是彼此重叠的。如一个工作面水平拉伸变形和第二个工作面的水平拉伸变 形叠加 , 使地表出现的水平拉伸变形值大大增加。 保护矿柱很大时 , 一般应连续不停顿地进行回采, 避免在矿柱范围内形成永久性的开采边界, 使本来只 承受动态变形的地表发展到承受静态变形, 对建 ( 构 ) 筑物造成损害。经验表明 , 在有断层、 采区边界、 阶段 或水平边界时, 容易形成回采工作面的长期停顿和永久性边界。因此 , 应在断层两侧, 事先做好开拓准备工 作 , 尽可能地保证回采工作连续进行。 2 2 治理措施 2 2 1 地面加固保护措施 如果不能避免地表变形, 在经济分析上可行的话, 可以根据具体情况对地面建筑物或其他基础设施进行 加固保护措施。 预计建 ( 构 ) 筑物将受到 ! 级破坏时, 一般不需要采取加固保护措施, 甚至不需要采取全面维修的措施,
第 29 卷
第 1期
河 北 理 工 学 院 学 报 Journal of H ebei Institute of Technology
V ol 29 No 1 F eb . 2007
2007 年 2 月
文章编号 : 1007 2829( 2007) 01 0122 03
矿区地面沉降的危害及其防治
段丽丽, 朱明
H arm of the G round Sed i m en tation in M in ing A reas and Preven tion and C ure
DUAN L i l,i ZHU M ing ( Co llege of Resource and Env ironm en,t H ebei Po ly techinc Un iv ersity, T angshan H ebe i 063009 , Ch in a) K ey w ord s : underground exp lo itation ; ground sed i m etat io n ; har m Abstract : Sedi m entation prob le m s caused by underg round exp lo itation are be in g paid mo re and m ore atten tio n Byr rem oving har m o f ground sedi m entation from vario us aspects and taking effective m easures in ti m e and reduc ing sed m entation i , contin uab le deve lo pm ent w ill com e true .
1 地面沉降的危害
在我国 , 采矿活动引起的地面沉降问题更为突出, 三下 开采直接危害着地面的建筑设施和自然环境, 地下开采引起的地面沉降危害主要表现在对生存环境、 生命财产安全和当地经济三个方面。 1 . 1 对人类生存环境的影响 主要表现在 : 塌陷区建 ( 构 ) 筑物损坏, 由于产生不均匀沉降, 使道路、 桥涵、 铁路、 上下水管线、 堤坝、 供 电设施和通讯线路等受到破坏 ; 地面大面积积水, 耕地受淹 , 造成有限耕地面积减少 ; 地表水位下降 , 致使生 活及灌溉用水困难; 山地滑坡及环境污染 ; 地面出现大面积塌坑, 造成交通的堵塞, 自然景观的毁坏 , 甚至造 成河流改道 ; 对人类生存环境质量也有较大破坏, 如地下水的疏干 , 土壤质量下降 , pH 值增高 , 土壤中生物的 生存条件变坏, 生物量减少 , 最终破坏土壤生产力等等, 破坏了人类赖以生存的环境, 对人类生存构成极大的 威胁。 1 . 2 对人生命财产的威胁 三下 采煤直接危害着地面的建筑与设施。例如, 我国抚顺矿区特厚煤层开采 , 给车辆厂、 石油一厂、 发电厂、 挖掘机厂等造成不同程度的损害 , 甚至停产或被迫移址; 本溪矿区职工医院 , 受采动危害, 墙体严重 开裂, 不能正常就诊; 学校楼房受采动影响 , 使学生不能上课。国外的事例也较多, 例如 , 德国因开采影响造 成铁轨悬空 , 引起房屋毁坏 ; 波兰巴库依钢铁公司, 由于地下采煤, 尽管采取了积极的防护措施, 仍造成了天 车轨道两端竖向高差达 620mm 之多。 1 . 3 对地区经济的影响 我国是世界产煤大国 , 97 % 的煤炭生产为地下开采, 煤炭作为一次能源还将持续到下世纪中叶 , 地下采 煤与地表塌陷损害的矛盾将长期存在。根据统计资料, 我国因开采煤炭所造成的地面塌陷面积已达 40. 2 万
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理
工
学
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学
报
第 29卷
而只需要进行局部维修; 预计建 ( 构 ) 筑物将受到 ∀ 级破坏时, 一般只需要采取简单的加固保护措施, 如挖补 尝沟、 设置钢拉杆、 钢筋混凝土圈梁、 废钢丝绳圈梁等; 预计建 ( 构 ) 筑物将受到 Il# 级破坏时 , 应采取中等加 固保护措施 , 即除上述简单加固保护措施外, 还应增设基础应力梁、 钢筋混凝土柱等; 预计建 ( 构 ) 筑物将受 到 ∃级破坏时, 应采取专门加固保护措施 , 即除上述中等加固保护措施外, 还应增设基础应力板等。 2 2 2 生态复垦 当前对采区塌陷地的处理方式为 : 资源开采造成塌陷后 , 按照政府确定的补偿标准 , 对农民进行补偿之 后 , 土地处于闲置状态 , 这样既是对环境的破坏 , 又使矿业企业负担了高额的补偿费。因此要从实际出发 , 对 沉降区域进行综合治理和复垦利用。在适宜栽种农作物的区域, 利用煤矸石回填 , 覆土造田, 种植农作物 ; 在 不适宜的区域, 则可以覆土植树造林 ; 若塌陷区水域面积较大 , 则可以发展渔业或建造水上公园 ; 在交通便利 的沉区 , 回填稳定后还可以建民宅或简易厂房等。如淮北市对煤矿塌陷区废弃土地进行有效的治理和大面 积复垦 , 既恢复了土地的自然状态, 促进了生态平衡 , 又提高了土地资源的利用率和再生率。
0 引言
地面沉降广义是指自然或人为因素作用下形成的地面标高降低。自然因素引起的地面沉降是地质历史 时期普遍存在的现象 , 是不可避免的现象。人为因素指开采地下资源, 地下开采破坏了岩体内原有的应力平 衡状态 , 使采空区周围的岩层乃至地表产生移动和变形 , 进而导致地面建筑物的变形和损坏 , 影响工农业生 产建设和人们的生存环境。 矿山开采引起的地面塌陷问题由来已久, 属于人为的地质灾害之一 , 长期困扰和阻碍着矿区的经济发展 及环境保护。
收稿日期 : 2006 05 26
第 1期
2
段丽丽 , 等 : 矿区地面沉降的危害及其防治
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h m , 其中 75 % 是农田, 而且还正在以每年 667hm 的速度递增, 我国每采 1 万吨煤炭就要有近 4 亩的耕地被 毁坏, 造成减产或绝产 , 一个中型矿井为此付出的赔偿每年达近亿元。许多矿区内原来地势平坦 , 农田肥沃, 但由于开采塌陷 , 形成了数塌陷积水坑, 致使耕地无法利用。同时 , 地面建筑物、 道路、 桥涵、 铁路、 管线等基 础设施的改建或维修耗费大量的人力、 物力和财力 , 若地面沉降严重, 甚至要搬迁整个村庄 , 更是一种极大的 损耗。随着开采这对于矿区, 特别是平原地区的矿区是一个不可忽视的问题。
关键词: 地下开采; 地面沉降; 危害 摘 要: 地下开采引起的地面沉降问题越来越受到人们的关注, 因此要从多方面总结地面沉降 的危害, 及时采取有效措施, 减少由地下采矿引起的百度文库降, 真正实现可持续发展 。 中图分类号: X141 文献标识码 : A
3 总结
地下开采引起的地面沉降越来越受到人们的普遍关注 , 因此, 必须采取有效措施控制 , 解决资源的合理 开发与环境保护协调发展的问题, 减少由地下采矿引起的地表塌陷及其对环境的危害, 真正体现土地的价 值 , 保持土地的可持续利用和矿业城市的可持续发展。 参考文献:
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] 赵德深 . 矿区地面塌陷控制技术研究现状与发展方向 [ J] . 中国地质灾害与防治学报 . 2001( 6) 张忠尧 . 地面沉降塌陷对区域环境经济的影响及防治对策研究 [ J] . 北方环境 , 1999( 4) . 刘毅 . 地面沉降研究的新进展与面临的新问题 [ J]. 地学前缘 , 2001 ( 4) . 隋惠权 . 矿区塌陷控制与灾害防治技术研究 [ J]. 中国地质灾害与防治学报 , 2002( 9) .
2 地面沉降防治措施
2 1 预防措施 2 1 1 准确预测分析
图 1 塌陷盆地示意图
矿山地下开采引起地表塌陷是一个复杂的地质力学过程 , 是受扰动岩体破坏、 移动与变形过程在地表的 最终体现。地下资源被采出后 , 引起岩层移动 , 当采空区足够大时 , 岩层移动达到地表 , 形成下沉盆地 , 如图 1 所示。地表最大下沉量可达开采煤层开采厚度的 60% ~ 90 % 。减少地表变形的途径就是减少地表下沉 值 , 开采时可以采用充填开采或条带开采。充填开采时 , 覆岩的破坏比较小 , 从而减小了地表下沉, 减小程度 取决于充填方法和充填材料 , 水砂充填下沉值为采厚的 10 % ~ 15 % , 其他充填法约为 30 % ~ 50 % 。使用条 带开采 , 保留的条带可以支撑顶板及上覆岩层 , 减小地表下沉及变形, 下沉量一般在 15 % 以下。在资源开采 之前要先对开采引起的地表下沉进行精确的预测和分析, 以便及时调整开采方案, 采用最优方案, 减小不利 影响。 2 . 1 . 2 调整开采方案减少沉降 在一般开采深度条件下, 减少地表下沉的开采措施主要有: 采用充填采矿法 , 减少地表下沉 , 其减少程度 取决于充填方法和充填材料。合理确定采宽和保留矿柱宽度是关键问题, 留宽过大, 采出率低, 留宽过小 , 矿 柱易遭破坏 ; 采宽过大 , 地表可能出现不均匀下沉, 对保护建筑物不利 , 采宽过小, 则回采率低。云驾岭铁矿 采用嗣后胶结充填采矿法 , 留有 25 % 的矿柱。 当几个矿层或同一个矿层的几个部分同时开采时, 根据它们的工作面相互位置关系, 每个工作面的开采 影响可能是互不联系的, 也可能是彼此重叠的。如一个工作面水平拉伸变形和第二个工作面的水平拉伸变 形叠加 , 使地表出现的水平拉伸变形值大大增加。 保护矿柱很大时 , 一般应连续不停顿地进行回采, 避免在矿柱范围内形成永久性的开采边界, 使本来只 承受动态变形的地表发展到承受静态变形, 对建 ( 构 ) 筑物造成损害。经验表明 , 在有断层、 采区边界、 阶段 或水平边界时, 容易形成回采工作面的长期停顿和永久性边界。因此 , 应在断层两侧, 事先做好开拓准备工 作 , 尽可能地保证回采工作连续进行。 2 2 治理措施 2 2 1 地面加固保护措施 如果不能避免地表变形, 在经济分析上可行的话, 可以根据具体情况对地面建筑物或其他基础设施进行 加固保护措施。 预计建 ( 构 ) 筑物将受到 ! 级破坏时, 一般不需要采取加固保护措施, 甚至不需要采取全面维修的措施,
第 29 卷
第 1期
河 北 理 工 学 院 学 报 Journal of H ebei Institute of Technology
V ol 29 No 1 F eb . 2007
2007 年 2 月
文章编号 : 1007 2829( 2007) 01 0122 03
矿区地面沉降的危害及其防治
段丽丽, 朱明
H arm of the G round Sed i m en tation in M in ing A reas and Preven tion and C ure
DUAN L i l,i ZHU M ing ( Co llege of Resource and Env ironm en,t H ebei Po ly techinc Un iv ersity, T angshan H ebe i 063009 , Ch in a) K ey w ord s : underground exp lo itation ; ground sed i m etat io n ; har m Abstract : Sedi m entation prob le m s caused by underg round exp lo itation are be in g paid mo re and m ore atten tio n Byr rem oving har m o f ground sedi m entation from vario us aspects and taking effective m easures in ti m e and reduc ing sed m entation i , contin uab le deve lo pm ent w ill com e true .
1 地面沉降的危害
在我国 , 采矿活动引起的地面沉降问题更为突出, 三下 开采直接危害着地面的建筑设施和自然环境, 地下开采引起的地面沉降危害主要表现在对生存环境、 生命财产安全和当地经济三个方面。 1 . 1 对人类生存环境的影响 主要表现在 : 塌陷区建 ( 构 ) 筑物损坏, 由于产生不均匀沉降, 使道路、 桥涵、 铁路、 上下水管线、 堤坝、 供 电设施和通讯线路等受到破坏 ; 地面大面积积水, 耕地受淹 , 造成有限耕地面积减少 ; 地表水位下降 , 致使生 活及灌溉用水困难; 山地滑坡及环境污染 ; 地面出现大面积塌坑, 造成交通的堵塞, 自然景观的毁坏 , 甚至造 成河流改道 ; 对人类生存环境质量也有较大破坏, 如地下水的疏干 , 土壤质量下降 , pH 值增高 , 土壤中生物的 生存条件变坏, 生物量减少 , 最终破坏土壤生产力等等, 破坏了人类赖以生存的环境, 对人类生存构成极大的 威胁。 1 . 2 对人生命财产的威胁 三下 采煤直接危害着地面的建筑与设施。例如, 我国抚顺矿区特厚煤层开采 , 给车辆厂、 石油一厂、 发电厂、 挖掘机厂等造成不同程度的损害 , 甚至停产或被迫移址; 本溪矿区职工医院 , 受采动危害, 墙体严重 开裂, 不能正常就诊; 学校楼房受采动影响 , 使学生不能上课。国外的事例也较多, 例如 , 德国因开采影响造 成铁轨悬空 , 引起房屋毁坏 ; 波兰巴库依钢铁公司, 由于地下采煤, 尽管采取了积极的防护措施, 仍造成了天 车轨道两端竖向高差达 620mm 之多。 1 . 3 对地区经济的影响 我国是世界产煤大国 , 97 % 的煤炭生产为地下开采, 煤炭作为一次能源还将持续到下世纪中叶 , 地下采 煤与地表塌陷损害的矛盾将长期存在。根据统计资料, 我国因开采煤炭所造成的地面塌陷面积已达 40. 2 万
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第 29卷
而只需要进行局部维修; 预计建 ( 构 ) 筑物将受到 ∀ 级破坏时, 一般只需要采取简单的加固保护措施, 如挖补 尝沟、 设置钢拉杆、 钢筋混凝土圈梁、 废钢丝绳圈梁等; 预计建 ( 构 ) 筑物将受到 Il# 级破坏时 , 应采取中等加 固保护措施 , 即除上述简单加固保护措施外, 还应增设基础应力梁、 钢筋混凝土柱等; 预计建 ( 构 ) 筑物将受 到 ∃级破坏时, 应采取专门加固保护措施 , 即除上述中等加固保护措施外, 还应增设基础应力板等。 2 2 2 生态复垦 当前对采区塌陷地的处理方式为 : 资源开采造成塌陷后 , 按照政府确定的补偿标准 , 对农民进行补偿之 后 , 土地处于闲置状态 , 这样既是对环境的破坏 , 又使矿业企业负担了高额的补偿费。因此要从实际出发 , 对 沉降区域进行综合治理和复垦利用。在适宜栽种农作物的区域, 利用煤矸石回填 , 覆土造田, 种植农作物 ; 在 不适宜的区域, 则可以覆土植树造林 ; 若塌陷区水域面积较大 , 则可以发展渔业或建造水上公园 ; 在交通便利 的沉区 , 回填稳定后还可以建民宅或简易厂房等。如淮北市对煤矿塌陷区废弃土地进行有效的治理和大面 积复垦 , 既恢复了土地的自然状态, 促进了生态平衡 , 又提高了土地资源的利用率和再生率。
0 引言
地面沉降广义是指自然或人为因素作用下形成的地面标高降低。自然因素引起的地面沉降是地质历史 时期普遍存在的现象 , 是不可避免的现象。人为因素指开采地下资源, 地下开采破坏了岩体内原有的应力平 衡状态 , 使采空区周围的岩层乃至地表产生移动和变形 , 进而导致地面建筑物的变形和损坏 , 影响工农业生 产建设和人们的生存环境。 矿山开采引起的地面塌陷问题由来已久, 属于人为的地质灾害之一 , 长期困扰和阻碍着矿区的经济发展 及环境保护。
收稿日期 : 2006 05 26
第 1期
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段丽丽 , 等 : 矿区地面沉降的危害及其防治
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h m , 其中 75 % 是农田, 而且还正在以每年 667hm 的速度递增, 我国每采 1 万吨煤炭就要有近 4 亩的耕地被 毁坏, 造成减产或绝产 , 一个中型矿井为此付出的赔偿每年达近亿元。许多矿区内原来地势平坦 , 农田肥沃, 但由于开采塌陷 , 形成了数塌陷积水坑, 致使耕地无法利用。同时 , 地面建筑物、 道路、 桥涵、 铁路、 管线等基 础设施的改建或维修耗费大量的人力、 物力和财力 , 若地面沉降严重, 甚至要搬迁整个村庄 , 更是一种极大的 损耗。随着开采这对于矿区, 特别是平原地区的矿区是一个不可忽视的问题。