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摘要：作为世界人口最多和最大的工业品生产国，我国的能源消耗总量已经位居世界第一，以煤、石油和天然气为代表的化石燃料满足了我国主要的能源需求。虽然我国在改善能源结构上做了很大的努力，但煤炭依然占据了我国能源消耗的60%。2003-2018年，我国累计生产原煤482亿t，超过其他时间采煤量的总和。近年来，我国煤炭产量始终稳定在35亿t左右，自中华人民共和国成立以来，我国共生产原煤超过800亿t，其中90%的煤炭采用井下开采的方式，这不仅给井下作业的煤炭工人带来巨大安全隐患，也在矿区形成了大面积的采空区。随着废弃矿井内支护结构的老化，煤炭采空区已经开始出现塌陷、滑坡等地质灾害。大面积的塌陷不仅破坏了大量的耕地，还对采空区上空生活的居民生命和财产安全造成极大的威胁。
关键词：煤矿采空塌陷；地下水；影响
引言
煤矿采空区地面塌陷与地裂缝是其常见病害问题之一，其问题形成主要是由于煤矿矿层开采形成采空区后，采空区岩层与结构的稳定性主要通过洞壁与支撑柱进行维持，但是由于其岩体内部空洞对这种天然应力的平衡作用会产生相应的破坏影响，导致其存在局部应力过于集中等，在采空区面积较大的情况，一旦围岩的强度不能够对上覆岩土体的重力形成抵抗，就会造成采空区顶板岩层内的拉张应力高于岩层的抗拉强度极限，从而产生一种向下弯曲与移动作用力，引起采空区地面断裂以及破碎、冒落等情况，发生地面塌陷与地裂缝。煤矿采空区地面塌陷与地裂缝不仅对煤矿的安全开采与生产存在着极大的不利影响，而且对其周围环境影响也十分不利。
1研究煤矿采空区塌陷重要性
通过分析煤矿采空区变形与塌陷的形成原因，能够帮助有关研究人员更好的了解煤矿采空区结构特点，提前制定出相应的预防对策，有效减少采空区塌陷、变形现象的发生。为了保证煤矿采空区周围居民的生命财产安全，研究人员要运用先进的研究方法进行分析，并结合自身丰富的工作经验，明确煤矿采空区发生变形与塌陷的原因，制定出更为科学的治理对策。煤矿采空区发生变形与塌陷，对当地的生态环境产生较大影响。
2煤矿采空塌陷对地下水的影响
2.1地下水径流分流
在正常条件下，地下水会从高水位向低水位保持稳定运动，径流基本不会出现太大的变化，但在煤矿采空塌陷问题出现后，径流则会出现不同程度的分流变化。煤矿采空塌陷后会形成一定的陷空区，受重力影响，地下水径流在流动过程中会向这些陷空区持续下渗，如陷空区与下方含水层或其他地下水径流相连接，那么就会逐渐形成新的连通通道，并导致矿区地下水的分流，即便陷空区的矿坑未与其他径流及下方含水层连通，也会从坑口排出，这同样会产生分流的效果。另外，在采空塌陷区的底层，部分矿坑内汇集的地下水通常都无法立即排出，长期下来就会出现比较严重的积水，这意味着加大地下水的储水空间会进一步增加，如果这样的积水矿坑较多，那么矿区地下水的水位就会严重下降，一旦地下水标高低于矿坑的高度，那么地下水径流的流线就必然会出现变化。
2.2地下水补给方式改变
地下水的补给方式虽然比较多，但除了地下水径流的补充外，其他补给方式都与岩石地层结构存在着直接的关系，因此在采空塌陷破坏了岩层结构的情况下，其补给方式也会发生较大的改变。一方面，煤矿矿区大多都位于山地区域，这类区域的地下水通常为基岩缝隙水，补给方式也以大气降水下渗为主，如当地降水较多，超出了地表的下渗能力，则会形成地表径流并对矿区地下水进行持续补充。然而在煤矿采空塌陷出现后，由于地表形成了较大规模的塌陷区。
而地下岩层结构也被破坏，因此地面与地下的基岩阻隔会大大减少，地表土层的下渗能力则会随之增加，部分区域甚至会形成直接连通地面与地下含水层的“天窗”，并使得地面大气降水会迅速渗入或“汇入”到地下水径流中，这意味着矿区很难形成地表径流，大气降水下渗将成为该区域地下水最为主要的补给方式。另一方面，对煤炭的大规模开采会使得矿区采空面积不断增加，导水缝隙带与地面塌陷范围也会随之持续扩大，在这些缝隙带的影响下，地下含水层底部岩层也会出现不同程度的断裂情况，形成的裂缝则会成为地下水下渗的主要通道。这意味着随着矿坑排水与地下水下渗的持续，地下水径流很难对矿区地下水进行补给，甚至可能会导致周围的地下水径流分支枯竭，使矿区地下水的这一补给途径完全丧失。
2.3地下水污染加剧
在煤炭开采过程中，虽然各种污染物质通常不会与地下水直接接触，但在矿区形成了采空塌陷后，各种污染物就会沿着采空区的塌陷裂缝与塌陷洞来进入到包气带与含水层，最终融入到地下水中，使地下水受到严重污染。例如煤炭开采所形成的矿井水中会含有大量的酸性物质、悬浮物，这些矿井水虽然会从其他渠道被直接抽取出来，但在抽取过程中，部分矿井水却会深入到每层下方的岩土层，如果岩土层与地下含水层间存在塌陷裂缝，那么含有污染物质的矿井水就会继续渗入地下水，对地下水造成污染。
3煤矿采空塌陷区域地下水治理保护措施
3.1建立地下水观测系统
煤矿采空塌陷对于矿区地下水的影响是持续性的，很多问题并不会在采空塌陷形成后立即显现出来，而是会随着地下水径流、地下岩土层结构的变化而出现成圣。因此对于煤矿来说，除了要根据采空塌陷去的地质勘察结果来制定矿区地下水治理方案，同时也要建立信息化的地下水观测系统，通过相关监测设备与传感器来对矿区地下水径流的实时动态观察来对水患进行准确预测，一旦发现矿坑积水之间由采空通道形成连通，就应立即通过排空积水、截断通道等方式来进行治理，避免采空塌陷对地下水的影响进一步加大。
3.2填充处理
对于煤矿采空塌陷问题，最直接的处理方式就是根据采空区地质条件来选择合适的填充材料，之后对采空区进行及时填充，这样采空区在填空材料的支撑下不会再出现塌陷，对地下水的影响也会大大降低。另外，在采空塌陷区形成后，煤矿也同样可以通过填充处理来降低煤矿采空塌陷的影响，例如在通过地质勘察确定矿坑位置与分布情况后，就可以先将矿坑处的积水排出，之后选择合适的填充材料对矿坑进行填充，这样既可以避免矿区地下水水位降低，也能够避免地下水径流流线出现太大的变化。
结语
大量民采活动形成的塌陷和民窿对矿区含水岩组造成了很大的破坏，极大地的改变了矿区地下水的补给、径流和排泄条件。不仅使矿区的地下水大大降低，在采空民窿内形成积水和涌水，且易在矿床的开采过程中造成突水和涌水等安全隐患。因此，在矿区水文地质勘查过程中，需要详细查明采空塌陷和民窿的位置、规模、积水涌水情况，并详细绘制不同标高采空、民窿结构图，以便为下一阶段工作如矿床开采方案的制定和实施提供依据。
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