(山東省地質環境監測站，濟南，250014)
在分析山東省采礦引起地面塌陷(沈陷)現狀的基礎上，結合礦產開發規劃，分析其發展趨勢，並提出相應的防治措施，對減少地質災害、保護地質環境具有重要意義。
關鍵詞:地面沈降現狀、趨勢分析及防治措施
序
山東省是中國的礦業和經濟大省，全省共發現礦產150種，其中能源礦產11種，金屬礦產45種，非金屬礦產90種，水氣礦產4種。山東省礦業歷史悠久，礦業在我省國民經濟和社會發展中具有重要的基礎性作用。目前，全省95%的可支配能源和80%的原材料由開發礦產資源提供，共有礦山企業9482家。隨著礦業經濟的發展和礦產資源開發規模和強度的加大，礦山地面塌陷(沈陷)問題越來越突出，已成為礦山地質災害的主要類型。
1礦井地面塌陷(沈陷)地質災害分布特征
山東省礦山地面塌陷地質災害按其成因和塌陷特征可分為采空區地面塌陷和巖溶地面塌陷。
1.1采空區塌陷(沈陷)
采空塌陷(塌陷)是山東最主要的礦山地質災害，涉及煤礦、金礦、鐵礦、石膏、滑石等所有地下開采礦山，並常伴有地裂縫和山體裂縫。采空塌陷(塌陷)主要分布在煤礦采空區，其次是黃金、鐵礦、石膏、滑石等采空區，但從突發性和對人民生命財產的安全性來說，黃金、鐵、石膏、滑石較為嚴重。全省有17個城市存在不同規模的采空區塌陷(塌陷)，主要分布在煤炭資源開采強度大的地區。塌陷面積較大的有泰安(主要分布在煤炭資源豐富的新泰、寧陽、肥城)、濟寧(主要分布在兗州、濟寧煤田)、棗莊(主要分布在滕州、陶棗煤田、翼城、底格石膏礦區)、萊蕪(四大國有煤礦礦區、張家窪、小官莊鐵礦區、萊蕪鐵礦馬莊礦區)。
1.2巖溶地面塌陷
礦井巖溶地面塌陷是由開采排水(包括礦井突水)引起的，主要發生在萊蕪鐵礦顧家臺和葉壯礦區、蒙陰紅溝煤礦區和沂南銅井金礦區，其中萊蕪鐵礦最為發育。
2.礦山地面塌陷(沈陷)地質災害發展現狀
2.1地面塌陷(沈陷)
采空區塌陷(沈陷)是指煤層(體)開采後，采空區上方巖層在重力作用下發生彎曲、離層甚至崩落。其發生發展過程和地表變形程度主要取決於煤層條件、頂板巖性特征、地質構造、采高和開采條件。根據2002年的調查數據，我省各類礦山的采空塌陷面積為403.01km2，其中煤礦塌陷面積最大，占采空塌陷面積的97%。主要礦種采空塌陷(沈陷)現狀描述如下:
2.1.1煤礦采空區塌陷(塌陷)
山東省煤炭開采歷史悠久，開采方式從過去的小規模開采轉變為現在的大規模機械化深部開采。隨著采空區的不斷擴大，各煤礦區發生了壹系列大小不壹、形態各異的采空地面塌陷(沈陷)。據不完全統計，截至2002年底，全省因采煤造成的采空塌陷(塌陷)800余處，累計塌陷面積392.625km2，其中非生產性面積50km2以上，開采萬噸煤平均塌陷率0.0037km2，山東省煤礦區采空塌陷(塌陷)基本情況見表1。
表1山東省煤礦區地面塌陷(沈陷)統計表
塌陷(沈陷)平面形態多為圓形、橢圓形塌陷(沈陷)盆地，盆地中心沈陷深度因地而異，最大沈陷深度12.50m(肥城王瓜店)，最小沈陷深度0.10m(棗莊黃莊煤礦)。其中，沈陷區最大沈陷深度小於1.50m，地表形態變化相對較輕的沈陷區面積為124.6km2，占全省總沈陷面積的31.74%。沈陷區沈陷深度大於1.50m，地表形態比較大的沈陷區分布面積為268.03km2，占全省沈陷區總面積的68.26%。在這種塌陷(沈陷)分布區，地表地形起伏較大，往往在第四紀沈積物厚度較大或地下水位較淺的地區形成季節性甚至常年澇窪地，使土地復墾困難或無法進行。據不完全統計，目前，全省部分老塌陷區常年積水面積已達48.2km2以上，造成大面積耕地拋荒棄耕。
由於成煤條件(厚度、埋深、頂底板巖性等)的差異。)不同地區、不同礦區的開采方式不同，不同礦區采空塌陷(沈陷)發育規模差異較大。省內濟寧、棗莊、泰安、龍口、臨沂、淄博、坊子7個煤礦區中，淄博煤礦區采空塌陷(塌陷)發育規模較小，其他地區采空塌陷(塌陷)嚴重。特別是泰安、濟寧、棗莊所轄煤田的采空塌陷(塌陷)最為嚴重，累計塌陷(塌陷)面積達312.81 km2，占全省采空塌陷(塌陷)總面積的79.67%。不僅沈陷面積大、沈陷深度深，而且積水面積廣，造成巨大損失和社會影響。
2.1.2鐵礦采空區塌陷(塌陷)
全省鐵礦采空區塌陷(沈陷)較輕。雖然濟南、萊蕪、淄博等鐵礦主產區的開采已達到較大規模，但大部分采空區都是用礦石開采後的尾礦充填的。因此，鐵礦采空區塌陷(沈陷)的發生得到了有效控制。據調查，至2002年底，全省僅發生3次采空塌陷(天坑)，其中淄博1，萊蕪2次，累計塌陷面積2.673km2。
2.1.3金礦采空區塌陷(塌陷)
膠東金礦區金礦采空塌陷(塌陷)主要分布在招遠、萊州、穆平、威海等地。據不完全統計，截至目前，黃金礦區采空塌陷(塌陷)160余處，累計塌陷(塌陷)面積約0.851km2。塌陷(沈陷)形態多為條帶狀，走向與脈狀走向壹致。塌陷坑兩側坡度較陡，地表巖石中沿礦脈的拉伸裂隙發育，裂隙寬度可達20厘米。受礦脈的地質特征和開采規模控制，開拓規模(長、寬、深等。)的塌坑很不壹樣。塌陷坑的長度壹般從10 m以上到幾個10m不等，最長的有800m
2.1.4石膏、滑石等礦物開采出來塌陷。
(1)山東省石膏礦十分豐富，石膏產量逐年增加，礦區采空塌陷(沈陷)問題日益突出。目前，采空區塌陷(沈陷)主要分布在臨沂市平邑縣、蒼山縣和棗莊地格石膏礦區，累計塌陷(沈陷)面積1.774km2。
(2)滑石礦采空塌陷區主要分布在棲霞和萊州，已有三個采空塌陷區。最大的壹次發生在萊州市滑石礦采空區，呈橢圓形盆地狀，面積約0.45km2，塌陷(沈陷)中心下沈深度約3m，對位於西部的萊州市滑石礦構成極大威脅。目前廠區圍墻出現多處斜裂縫，墻體裂縫最寬處為10cm。
(3)此外，臨沂、濰坊等地重晶石開采過程中，相繼發生大面積采空區塌陷(塌陷)，造成嚴重人員傷亡。
2.2巖溶地面塌陷
礦山巖溶地面塌陷是由於開采礦產資源疏幹地下水(包括礦井突水)引起的。目前全省巖溶塌陷面積約30.6544ha，與采空塌陷(塌陷)相比，巖溶塌陷面積較小，目前僅限於萊蕪鐵礦區、蒙陰紅溝煤礦區、沂南金礦區。
3礦井地面塌陷(沈陷)趨勢分析
3.1煤礦采空區塌陷(塌陷)
目前采煤主要在山東東部的淄博煤田、肥城煤田、新汶煤田、兗州煤田、滕州煤田、陶竈煤田、臨沂煤田、黃縣煤田進行。通過對采空區塌陷(沈陷)現狀的分析，山東煤礦采空區塌陷(沈陷)基本有兩種情況:①淄博、陶竈、臨沂等煤田多位於低山丘陵地帶，煤層較薄。上覆第四系厚度小於100m，開采深度多在- 500m m以下，煤層開采頂板落後，很快自動壓實，地表僅出現小規模。(2)兗州、滕州、肥城、黃縣等煤田多位於山前沖積平原或盆地。第四系覆蓋層厚，開采煤層8 ~ 12m。煤層的產狀平緩。開采後，頂板煤層失去支撐，產生破碎冒落和彎曲下沈。隨著采空區的逐漸擴大，地面上出現緩慢而持續的盆地塌陷(。可見，後者采空塌陷(沈陷)的規模和危害大於前者。
根據煤礦發展規劃，近期煤炭生產的重點區域是濟寧、兗州、滕州、新汶(含萊蕪)、肥城等深部煤田。煤礦采空塌陷(沈陷)也主要發生在濟寧、兗州、滕州煤田，其次是肥城、龍口、新汶煤田。淄博煤田面臨閉坑期，采煤沈陷影響很小。也就是說，除淄博煤田外，其他煤田都將繼續開發，尤其是濟寧、兗州、滕州煤田，開發潛力很大，采煤塌陷(沈陷)屬於第二種情況，因此采空塌陷(沈陷)的規模和危害程度尤為突出。
省煤炭工業局數據顯示，近期我省煤礦塌陷面積年均增加20.4km2。按此計算(以2002年392.625km2的沈陷面積為基礎)，2005年和2010年我省煤礦沈陷面積將分別增加102km2和204km2。
未來煤炭資源開發前景在魯西南、黃河以北，這裏的煤田位於黃河沖積平原。雖然煤層埋深較大，但由於上覆第四系厚度、煤層厚度、煤層產狀平緩等與計燕煤田相似的自然地質條件，推測在今後的開發中會發生嚴重的塌陷(沈陷)。采用采煤沈陷系數法，結合2010年規劃采煤能力9000萬噸，預測采空區沈陷面積為21.6km2
3.2鐵礦采空區塌陷
省內鐵礦采空塌陷相對較輕。目前主要產於淄博黑王鐵礦朱雅礦區妙子采空區、魯中礦業公司(萊蕪)張家窪小官莊礦區和萊蕪鐵礦馬莊礦區。根據2002年的調查資料，受當地城鎮和個體采礦的影響，妙子采空區範圍有所擴大，而位於采空區正上方的妙子村仍存在采空區塌陷的隱患。隨著張家窪、小官莊、馬莊礦區開采深度的增加和采用科學合理的采礦方法(砂尾礦充填法)，作為萊蕪市的重點恢復區，這些地區的采空塌陷面積將逐年減少。
3.3金礦采空區塌陷
根據金礦開拓規劃，2003年至2010年，采空區塌陷將隨著采空區面積的不斷擴大而加劇。因為三山島、新城、金城等金礦已轉入水下或深部開采，采空區塌陷規模不會增加太多；而穆平、乳山、龍口，特別是招遠金礦資源相對豐富，國有礦山、集體礦山、個體礦山聯合無序開采，會增加采空區塌陷面積，采空區塌陷的危害會越來越突出。
3.4石膏和滑石礦采空區塌陷
山東省石膏礦產資源集中在魯中地區，尤其是泰安、棗莊和臨沂。滑石礦產資源主要分布在魯東北地區。目前石膏、滑石開發強度大，產品供大於求，經常發生采空塌陷，對礦區安全造成了嚴重危害。隨著開采強度的增加，其采空塌陷將越來越突出。
3.5礦井排水巖溶塌陷
由礦井開拓排水(包括礦井突水)引起的巖溶塌陷主要發生在萊蕪鐵礦區第三系缺失的“天窗”及斷裂帶附近。根據監測資料，該區巖溶塌陷近年來發展迅速，1997年面積為65438+6320m2，2000年達到8450m2，2002年達到9912.17m2，年均增加700多平方米，累計塌陷坑228個，最大塌陷密度252.5個/km2。隨著開采強度的增加和壹些礦山的恢復(如顧家臺礦區等。)，該地區的巖溶塌陷面積將繼續增加。
4礦井地面塌陷(沈陷)防治措施
礦山地面塌陷是由人類開采礦產資源引起的。因此，防治首先要考慮人類活動，目的是既要預防和減少災害造成的破壞和損失，又要保證礦產資源的有序開發。根據以往的生產實踐經驗，提出了防治建議。
4.1探索科學的采礦方法
4.1.1充填采礦法
防止采空區塌陷(沈陷)最有效的方法是充填開采。這裏推薦中國礦業大學研發的高水速凝充填材料。該填充材料具有填充速度快、強度高、穩定性好的特點。充填液用砂水20分鐘即可凝固成高結晶度的水充填體，其強度壹天可達3 MPa，三天可達4-5 MPa，最後可達5 MPa以上。填充材料無需脫水排水，具有壹定的膨脹性，填充系數優於混凝土。招遠金礦的充填試驗取得了良好的效果。
防止采空區塌陷(沈陷)的充填開采在目前開采的鐵金礦中具有很強的可操作性，因為這類礦山的礦體大多呈脈狀或條狀，相應的采空區呈條狀，便於充填，所需充填材料相對較少，經濟上不需要太多投資，效果明顯。目前，充填法開采鐵金礦已在全省全面推廣應用，萊蕪鐵礦區和招遠金礦區已基本采用這種采礦方法。而煤礦等沈積礦產的開采，采空區範圍廣。如果進行充填，費用大且效果不明顯，分析采煤的經濟效益也不經濟。因此，放頂煤是目前采煤的主要方法。
4.1.2煤炭地下氣化項目研究
煤炭地下氣化(UCG)項目是指煤層在地下直接燃燒成為可燃氣體燃料的過程。它是壹種化學采煤法，屬於潔凈煤新技術研發項目。目前，氣化爐產生的煤氣主要用於燃氣發電機組發電，此外，還可用於氣體化工生產甲醇、二甲醚等化工產品。該技術方法的應用可有效減輕煤炭生產對礦區生態環境的壓力，改善礦區及其周邊地區的生態環境。具有較高的經濟效益、社會效益和環境效益，是今後煤炭生產發展的主要方向，值得好好研究、開發和推廣。
目前，山東新汶礦業集團公司鄂莊煤礦在這方面進行了有益的探索試驗，並於2002年投產，綜合效益良好。萊蕪鄂莊煤礦地下氣化站項目是新汶礦業集團公司十五期間科技攻關項目，重點研究煤炭地下氣化穩定控制技術，已列入國家高技術研究發展計劃(“863計劃”)實驗研究基地。
4.2科學采煤方法的研究
4.2.1不同方向“自下而上”開采
煤礦開采壹般從頂煤開始，對煤礦建設具有有效、快速回收投資的優點，但對采空區塌陷(沈陷)的影響越來越強烈。許多塌陷(沈陷)區反復塌陷再塌陷，淺部采空區塌陷(沈陷)也對深部開采構成威脅。比如在汛期，大氣降水直接經過塌(陷)坑。
湘潭礦院煤炭系立項研究煤炭開采方式，提出多層煤的煤田，采用由深到淺的開采方式，可有效降低采空區塌陷(沈陷)的危害。目前，這項研究已經通過國家官方鑒定。如果這種開采方法是可行的，我們認為它對今後魯西南和黃河以北的遠景煤田的開采具有借鑒意義。
4.2.2加強科學研究，提高煤礦開采技術水平。
目前，世界上壹些國家將煤矸石開采於地下，用於充填地下采空區，既可減少采空區塌陷(沈陷)，又可避免矸石排放對地質環境的影響，可謂壹舉兩得。但是，省內煤礦的采煤方式與國內大部分煤礦相同，導致井下采空區煤矸石充填復雜、費用高，這在新汶礦務局張莊煤礦和國內其他煤礦都得到了證明。也就是說，在目前的技術水平下，直接用矸石充填采空區而不排放到地表是不現實的。因此，必須加強科學研究，努力提高煤礦開采技術，趕上國際先進水平。目前，為了減少煤礦開采中采空區塌陷(沈陷)的危害，根據各礦井的實際情況，主要采取的技術措施有:①同壹煤層多個工作面協調開采，減少地表不均勻沈陷，減少傾斜和水平變形對房屋的影響；(2)不同煤層工作面交錯布置，可以減少不均勻下沈和靜態變形，使部分變形得以抵消。不同煤層的開采界限是交錯的。偏移量控制在40 ~ 80m(3)積極推廣沿空掘巷、沿空留巷等采煤新技術、新方法，實施無煤柱開采，使地表均勻下沈；④積極開展新技術、新方法的研究。如華豐礦通過註漿減沈取得了良好的效果；文南礦在開采13和15煤層時，采用矸石充填采空區，既減少了礦井排矸量，又減緩了頂板下沈，減輕了開采對地表的影響。
4.3帷幕灌漿堵水方法
利用大型帷幕註漿工程不僅可以治理水害，保護地下水資源，還可以減少巖溶塌陷，成為除降水法外治理礦山災害的又壹有效方法。該方法已成功應用於肥城礦務局張馬屯鐵礦和楊韜煤礦。
4.4礦井預排水與供水相結合
據本次調查不完全統計，僅魯中國有煤礦、鐵礦坑排水就達4億m3/a，數量驚人。它造成了大量的水資源浪費和巖溶塌陷等地質災害。這種方法可以提前利用水資源，同時減少巖溶塌陷的水動力條件。
4.5合理有序的挖掘和災難恢復
開采前應在壓礦區進行壹次性征地，減少采空塌陷(沈陷)損失。為了減少采空區塌陷的危害，除了對村莊進行搬遷，對重點交通、水利設施布置禁采區，或設置保護煤柱，保護人民生命財產和國家重點建築物不受損害外，更重要的是對塌陷(塌陷)區進行治理和回收。根據實際情況，塌陷區大部分土地可以復墾還田，少數地區塌陷嚴重，因常年積水或地形起伏過大無法復墾。可以發展養殖業，可以建公園，既美化了環境，又豐富了人們的文化生活。
5結論
本文以全省礦山地質災害調查報告為基礎，結合礦山開采規劃，分析災害現狀和災害趨勢，總結以往礦山災害防治的生產實踐經驗，希望對礦山地面塌陷(沈陷)防治起到積極作用。