采煤塌陷区的危害与防治对策

一、采煤塌陷现状

采煤塌陷是指在煤炭开采过程中，由于破坏了原有地质环境的平衡，在各种动、静载荷作用下，或外部条件改变，使顶板弯曲、塌落及上覆岩体移动和变形。在井下主要表现为项板塌落，在地表则主要表现为塌陷坑和地裂缝。

煤矿井下顶板冒落严重时导致井毁人亡，地表塌陷则不仅毁坏耕地、破坏房屋和道路等地面建筑物，而且导致矿区生态环境的恶化，故采煤塌陷是煤矿主要的环境地质灾害之一。

河南各主要矿区采煤地表都有塌陷现象，给煤炭生产和环境保护带来了严重影响。1990年仅据原5个统配矿务局的不完全统计，矿区地表塌陷面积已达14.7万多亩，最大塌陷深度达21米。历年来，各矿区对开采区地表塌陷，大都在开采前采取了征地迁村赔偿等安全防范措施。在深塌后，分别采取填堵地表，仿照治理丘陵地区模式，修整水平梯田，以及利用局部积水区改为蓄水池塘等办法，以恢复沉陷区的生态环境。仅据1987～1990年5个统配矿务局的统计，因地表塌陷征地、迁村费用即达11076.9万元，其中，平顶山矿务局7585.47万元，郑州（新密）矿务局1241.34万元，义马矿务局278.17万元。按同时期实际产量计算，平均每吨煤因地表塌陷支付征地、迁村费0.68元。80年代以来，各统配和部分省重点煤矿，陆续建立了地表移动观测站，以观测和研究不同地区因井下采动影响地表塌陷规律，为塌陷区的综合治理工作提供科学依据。

焦作矿区开采年代已久，井田破坏严重，加之水文地质条件复杂，采空区引起地表塌陷持续时间长，地表塌陷严重。至1990年，仅焦作矿务局所属各矿因开采引起的地表塌陷面积约71081.3亩，塌陷深度2.5米，因地表塌陷迁村赔偿费用累计已达12636.49万元。

平顶山矿区系新中国建立后开发的新矿区，但地表沉陷亦较严重。至1990年，平顶山矿务局所属各矿因开采影响形成的地表塌陷面积5124亩，其中常年积水的塌陷地3572亩，最大塌陷深度3.5米，受塌陷影响而搬迁的村庄已达22个，搬迁居民3249户16245人。平顶山矿务局为治理塌陷区环境，已在平顶山十二矿深陷区修建了平顶山东湖公园，设有假山、凉亭，游船等设施，可供职工和居民游玩。

鹤壁矿区亦属新中国建立后才大规模开发的矿区，因开采形成的地表塌陷总面积已达48766.36亩，平均塌陷率为3.72亩／万吨，最大塌陷深度6米，因开采搬迁的村庄已达50个，搬迁人数43729人。

义马矿区因开采影响地表形成许多大小、深浅不一的塌陷坑，并出现裂缝，台阶地和地表平移现象。义马矿务局所属各矿深陷面积约189.98亩，深陷深度0.9～21米，地表裂缝长达40米，宽0.2米，局部台阶地高差约0.3米。

郑州（新密）矿区因开采引起的地表深陷总面积约21806.85亩，最大深陷深度达10米。部分深陷区经过治理，已复垦面积1950.6亩。

地方煤矿塌陷毁地现象也颇为严重。如禹州白庙矿，由于塌陷的不均匀性，耕地中的塌陷坑随处可见，使原本平坦的耕地凹凸不平，给农田耕作和浇灌带来困难，塌陷处庄稼杆矮叶黄。在该矿附近贺庙村一带，地裂缝呈SW－NE方向成群出现，穿越耕地、道路、砖窑和房屋，延伸450余米。最宽处0.45米，上宽下窄，呈锯齿状，可见深度达1.9米。据村民反映，农民种田，拉车和小孩玩耍时，经常有人陷进地裂缝。据统计，该地区塌陷面积达20余亩。

梁洼矿务局许坊矿七采区702、704、706、708工作面采掘造成地面塌陷，0点煤底板标高＋79米，地面标高＋205米，塌陷距离64米；1点煤底板标高＋77米，地面标高＋197米，塌陷距离61米；2点煤底板标高＋61米，地面标高＋193米，塌陷距离67米；3点煤底板标高＋66米，地面标高＋178米，塌陷距离57米。仅七采区导致的地面塌陷达0.4平方公里。

在龙门煤矿的一处花生地中，出现平行延伸约120米的6条地裂缝，上宽0.6米，被浮土填埋后的深度为1.2米。这一带因塌陷毁坏耕地15亩。

焦作西部矿区，采空塌陷形成6个大的移动盆地，分布在东王封～西王封、李封～塔掌～上百作、北朱村、许家坟、嘉禾屯和焦西砂锅窑，近东西向展布，塌陷面积20.89平方公里。焦作东部矿区，5个塌陷区分布于周庄、百间房、上马村、小马村、田门、冯营、方庄一线，塌陷面积达30.8平方公里，北东向展布，在前靳作、韩王、演马庄、白庄、吴村等地形成严重塌陷区（图14－1）。小窑采煤形成的塌陷沿山前冲洪积扇及坡洪积裙顶部分布，煤层埋深较浅（一般＜100米），闫河等地的闫河公园塌陷盆地形态各异，以碟形和槽形为主。小窑密集地带，如百间房，塌陷坑呈鸡窝状分布，土地遭到严重破坏。新近投产的辉县境内的程村、赵固矿井地势平坦，目前正形成新的塌陷区，目前正在治理。

图14－1　焦作矿区主要塌陷坑分布图

据有关单位对华东、华北40个矿区的统计，平均每采1万吨煤塌陷耕地0.5～0.8亩。90年以来，据调查河南地方煤矿年产量在4700～5600万吨之间，以塌陷率0.5亩万吨计（河南地方部分煤矿分布于丘陵地区，耕地塌陷率要比平原区低），1990年年产原煤4762.29万吨，毁坏耕地2381亩；1991年产4842.97万吨，毁坏耕地2421亩；1992年产5021.5万吨，毁坏耕地2510亩；1993年产5350.77万吨，毁坏耕地2675亩；1994年产5636.90万吨，毁坏耕地2818亩，五年累计毁坏耕地12805亩。若加上1990年以前的采煤塌陷耕地数字，估计累计毁坏耕地4.8万亩。

河南是一个农业大省，土地资源紧张，采煤塌陷毁坏耕地是导致耕地减少的一个因素。

（一）采煤塌陷对地表建筑物的破坏

采煤引起的地表移动，其方向多变，速度不匀，引起地表建筑物的破坏。由于移动盆地范围内各点的移动变形的性质和大小各不相同，故建筑物受损的性质与程度也有很大差异。在移动盆地中央，地表主要表现为下沉塌陷（开采非充分时伴有压缩变形），如不积水，对建筑物的损害较轻，而在采空区四周边内外侧上方地表附近，是各种变形的集中区，对建筑物的损害较重。

禹州白庙矿的采煤塌陷使得贺庙村及附近形成一个面积达0.3平方公里的塌陷坑，最大深度达4.1米，致使房屋出现裂缝，地基下沉，房屋歪斜，危及村民生命财产安全，导致贺庙村21户人家举村搬迁。

龙门煤矿诸葛井东部的曹嘴村，位于已回采过后122工作面上方。从近几年地表移动观测资料看，局部地面标高下沉1米左右，在距122工作面天板巷204米地面出现了不同程度的下沉的裂缝。该矿计划回采123工作面，势必产生更严重的塌陷，危及曹嘴村民生命财产安全。该矿按岩层移动角42～57°，122工作面上山移动角42°，从露头按42°移动角计算，其上山方向塌陷距离安全边界确定为238米（影响范围138米＋100米安全系数）。由于曹嘴村位于塌陷区，整个村庄已经搬迁。

在梁洼地区，由于上百家个体煤矿的狂挖滥采，使得塌陷对地表建筑物破坏本已严重的局面雪上加霜。梁洼学校的三层教学楼地基下沉，裂缝多处可见，边墙裂缝长达数丈，宽约40厘米，整座大楼岌岌可危。该校已废弃，由矿方出资60万元移地再建。梁洼镇和梁洼北街局部下沉达3米多，许多房屋东倒西歪，裂缝密布，一片狼藉，矿方赔偿80余万元。龙窑等两处烧瓷器的窑被破坏，赔偿近30万元。

（二）对矿区铁路和公路和破坏有一定的损坏

在梁洼矿区，有2.5公里的铁路位于塌陷区，塌陷深度约3.2米，铁路中基下沉，需工人们经常性地铺垫。现在，原来低于周围地面的铁路路基已高出地面1米多。

（三）对其他设施的破坏

包括对桥涵、管线、输电线路、河堤等的破坏。鹤壁集九孔桥因地表塌陷桥面下沉6米，被迫重建。对管线的破坏在地方煤矿中更为常见，主要表现为地表移动变形对管壁产生的拉、压、剪等附加应力超过管线极限时，使管壁断裂，改变管路的原坡度，致使流通不畅。对输电线路的损害主要是由于地表移动变形，使塔杆歪斜，梯距改变，从而影响线路的驰度和高度。

二、塌陷区分类，塌陷坑分区及地表变形特征

（一）塌陷区分类

煤矿地下开采造成的地表塌陷程度与矿区地质构造、顶底板岩性及厚度、开采方式和开采深度有关，造成的危害又因所处的经济和地理条件不同而异。根据河南省煤矿的分布和受塌陷影响程度，可大体划分两类：

1.丘陵地区

黄河以北及豫西等地的煤矿部分分布在丘陵地带，塌陷后形成局部漏斗式的塌陷坑和锯齿状地裂缝，地形地貌无明显变化，一般也不易积水。丘陵地带人口较稀少，塌陷区相当部分为山岭荒地，农民对土地及时加以平整，“填平补齐”后即可耕种，故虽然塌陷也较严重，但对地面建筑物的破坏及赔偿比平原区要小。

2.平原地区

河南省部分煤矿分布于平原地区。这类地区耕地质量好，人口稠密，地表建筑物比较集中，塌陷危害较大。因地势平坦，地下水位较浅，如永城煤田、焦作东部赵固煤田，不少塌陷区常积水，淹没良田，居民搬迁。故在这类地区的煤矿塌陷危害比前者严重。

（二）塌陷坑分区特征

塌陷引起岩体移动，在地表表现为垂直移动和水平移动；在地表的变形则表现为倾斜、弯曲和水平变形（伸张或压缩）。根据地表变形值的大小和变形特征，自移动盆地中心向边缘可分为三个区，即：

1.均匀下沉区（中间区）。当开采尚未达到充分采动时，该区没有形成，水平和垂直变形都发展较快，且不均匀。当充分采动时，移动盆地形成平底，该区初具规模，区内地表运动以均匀下沉为主，地面平坦，一般无明显裂隙。如焦西矿采空塌陷的南部平底（已停采），经历数年，已基本稳定，城市规划已经盖楼，运行正常。

2.移动区（危险变形区）。区内地表下沉不均匀，垂直移动和水平移动强烈，倾斜、弯曲和水平介张变形较大。因此，该区常出现地表裂隙、裂缝，形状与采空区边缘有关，常见的有条形、弧形。焦作九里山采空区的塌陷地带，裂缝带宽约60米，裂缝10余条，沿塌陷区形成半环形，裂缝宽0.1～0.5米，裂缝交叉形成Y型节理。梁洼矿区和龙门矿等都有这种情况。

3.轻微变形区。地表变形值很小，一般对建筑物不起损害作用。该区与移动区的移动边界，是以建筑的容许变形值来划分的，其外围边界实际上难以确定，通常以地表的下沉值10mm为标准圈定的。

焦作矿区塌陷盆地中心的沉降量一般为5～7米，最大约10米，平均塌陷强度为10～100个／平方公里，主要受工作面多少的控制（表14－9）。

表14－9　焦作矿区塌陷特征

续表

（三）地表变形特征

河南省乡镇及个体小煤矿大多用手工开挖，单个采空范围一般＜1平方公里，开采深度一般＜50～100米，平面延伸＜200～300米，以巷道采掘为主，多沿煤层开挖，支巷多无规律，有时呈网格状，巷道一般不支撑或临时支撑，任其跨落。故地表变形有以下特征：

1.采空范围小，地表不易产生移动盆地，开采深度小，顶板任其跨落，地表变形急剧，多形成裂缝和陷坑。如焦作闫河一带的地方小煤矿开采，塌陷破坏了水源地的水井，使整套设备和水井报废，楼房开裂，陷坑密布，呈鸡窝状，地裂缝随处可见。

2.地表裂缝的分布常与工作面的前进方向平行，随着工作面的推进而发展，形成一组相互平行的地裂缝带。如白庙矿、龙门矿、军营矿、许坊矿等。

三、煤矿地表塌陷规律

摸清煤矿地表塌陷规律是进行塌陷预测的基础，而地表塌陷预测是进行塌陷影响评价、提出防治措施、制定矿区土地复垦与塌陷区综合治理规划和工程设计的依据。

河南省地方煤矿的地表塌陷，依其开采深度和煤层倾角，一般有两种情况：

（一）浅部开采倾斜煤层或厚煤层，形成漏斗状陷坑和台阶状裂缝。这类塌陷坑常突然发生，其上方的建筑物和耕地均遭破坏。但塌陷只在局部发生，危害剧烈但范围小。

（二）开采深部的倾斜煤层和开采深厚比＞20倍，煤层（一般是地方国营煤矿开采），发生大范围平缓的下沉盆地，缓慢地形成塌陷，虽不剧烈但影响范围大。

一般说来，地表塌陷的最大深度约为煤层开采厚度的70%～80%，但这必须是井下采煤区的长、宽度都达到或超过开采深度的1.4倍时才能发生，称充分开采塌陷，否则为非充分开采塌陷。地方小煤矿通常由于安全原因或挖肥丢瘦，留下各种不采的煤柱，它对地层的支撑作用使塌陷区出现凹凸不平的复杂形态，塌陷容积约为煤层采空体积的60%～70%，塌陷波及面积约为煤层开采面积的1.2倍。在塌陷深度超过潜水部分可形成常年积水，淹没农田，使其由陆生生态转化为水生生态。靠近煤层开采边界的塌陷盆地边缘部分不积水，产生1～3°的附加坡度，形成“坡子地”，使农作物减产。

煤矿地表塌陷的基本规律可用一系列公式来表达。下面是一个矩形采煤区形成的塌陷盆地主断面图（图14－2）。

图14－2　塌陷盆地主断面图

图中，Wmax—放大的充分开采塌陷最大沉值，W（x）—下沉曲线函数。

坐标原点选在下沉曲线的拐点位置，拐点以外下沉曲线为凸形，拐点以内下沉曲线为凹。一般拐点位于开采边界以内约0.1H处，其下沉值约为0.5Wmax，下沉盆地边界在煤层开采边界0.5H以外，其下沉值为0Wmax为极限下沉值，采空区再扩大时，其值不会再增加，只增加下沉盆地平底部分的宽度，下沉曲线的形态左右基本对称。

四、顶板事故和地表塌陷的预防措施

（一）顶板事故预防措施

河南省煤炭科学研究所1991年7月完成了《河南省缓倾斜煤层工作面顶、底板分类研究报告》，他们根据沉积条件和构造破坏程度，将河南各矿区归并为三大区，即豫北区、黄河南岸地区和箕山以南地区，并划分了各矿区顶底板类级组合及建议的宏观组合。研究了105个矿井，其中67个属地方煤矿。该报告为矿井综采支架选型、单体柱支护方式和采空区顶板管理、确定支护强度等提供了科学依据。

预防顶板事故的技术措施，基本上是井巷支护和根据矿压特点进行顶板管理。建议采取以下措施：

1.掌握矿井生产地质变化规律，采用合理的巷道布置、开采程序和采煤方法。这一点，在乡镇矿显得尤其薄弱，它们大多采用非正规采煤方法，甚至没有正规的采面，以巷道采掘、手工开挖为主，巷道多沿煤层开挖，支巷伸向两侧，多无规律，有时呈网格状，巷道高、宽2～3米，一般不支撑或临时支撑，顶板任其跨落，是引发顶板事故的重要原因。

2.开展顶板预测工作，掌握矿压显现规律，进行顶板来压预报，掌握顶板移动规律。

3.加强工作面支护，做好回柱工作。禹州吕沟煤矿开采六4煤时，过去用矸石带充填法采煤，由于矸石带下沉量大，又未用升柱器，顶板下位的薄层泥岩破碎，下落伤人现象时有发生。取消矸石带用上升柱器后，控顶区泥岩比过去完整，再未发生下落伤人现象。由于改为全面陷落法，节约了大量人力和工时，还减少了矸石带充填原煤的损失，仅一个工作面年增收可达30余万元。当悬顶严重时，要进行人工强制放顶，坚持正规循环作业，加快工作面推进速度，降低支架载荷。

4.在制订顶板管理措施时，考虑类级变化范围，适当留有余地，使工作面的支护下位有一定的应变能力。采用省煤炭科研所的分类方案，当老顶变化在I～II级之间时，应当按II级考虑支护强度；在直接顶在1～2类之间变化时，工作面护顶应按I类考虑，以策安全。

5.解决坚硬难冒顶板管理办法。顶板坚硬，很难冒落，一旦冒落，就是大冒顶事故，更应引起重视。应采用强力支架强制放顶以及顶板注水，降低岩石强度等措施。大峪沟矿开采以石灰岩为顶板的薄煤层时，过去用木支柱加木垛管理顶板，灰岩顶板缓慢下沉。后来采用金属摩擦柱对柱控顶和双排密集柱切顶，实现了全部垮落法管理顶板，老顶来压不明显。

6.根据乡镇及其以下小煤矿的具体情况，由于技术力量和技术设备等原因，实现以上预防措施有一定困难。建议各地煤管局或矿管部门统一组织，以地方国营大矿的技术力量和仪器设备为依托，进行区域性统一管理和咨询，减少顶板事故。

（二）地表塌陷预防措施

地表塌陷是煤矿生产的一种消极因素，也是很难避免的一种环境地质灾害。它所产生的破坏性，应引起政府和煤矿的重视。

1.政策方面的措施，加强矿产管理和宏观调控，依法取缔无证开采。近年来，村办、联办、个体办的小煤窑大量涌现，一些地区对小煤窑管理失控，出现大量无证开采矿井，如鹤壁矿区内有小煤窑146对，无证矿占50%，义马矿区内小煤窑350个，其中无证矿298个，这些小煤矿均分布在煤层埋深小的地段，越层越界乱采滥挖，不仅给国营大矿的生产布局和井巷安全造成严重威胁，而且由于其掠夺式开采加剧了地表塌陷灾害。在韩（庄）梁（洼）矿区，个体小煤窑井架林立，在数平方公里的范围内不下120个。在梁洼，不少村民甚至在自家院内建井挖煤，有的井架相隔仅有十余米，使得本来就十分严重的地表塌陷（梁洼矿务局对本区已做塌陷赔偿）雪上加霜，学校教学楼开裂，房屋地基下沉，连新盖的小楼也东倒西歪，塌陷坑、地裂缝随处可见。有关部门应加强管理，克服地方保护主义和急功近利思想，取缔无证开采，进行统一规划，减轻塌陷灾害的危害程度。

2.工艺方面的措施

（1）矿井充填，减小地表下沉量。对采空区进行充填，是预防塌陷的一项重要措施。主要方法有：

①用煤矸石或过火矸充填采空区。(www.xing528.com)

②把白矸留在井下，用洗矸回填采空区。

③用粉煤灰充填。

④对中～厚煤层的采空区进行水砂充填，即用过火矸、粉煤灰加少量絮凝剂作矿井充填材料，只要粗细颗粒搭配适当，就能降低空隙度，提高强度。

（2）减少开采厚度或采用条带法开采，控制地表变形值不超过对建筑物的容许极限值。如永城矿区城郊矿采空区部分位于县城建筑物，从设计布置即采用条带开采，减少地表下沉。

（3）增大采空区宽度，使地表下沉缓慢，使得地表移动充分，使建筑物很快处于盆地中部的匀匀下沉区。

（4）均匀控制开采推进速度，避免工作面长期停在建筑物下方，合理进行协调开采。

3.避免受淹措施

平原区煤矿地表下富水，容易形成塌陷，充水受淹。在即将受淹的塌陷区地表下埋设引水管道，将多余的地下水引入集中池，用水泵排走，以保证土地的充分利用。

4.建筑物设计方面的措施

（1）在矿区进行建筑工程，设计时建筑物长轴应垂直工作面方向，目的是发生采空塌陷时，地基变形较同步，减少建筑物的破坏程度。为防止塌陷发生时地基应力状态的改变而使沉降不均，须使建筑物平面形态力求简单，以矩形为宜。基础底部应位于同一标高和岩性均一的地层上，否则应用沉降缝将基础分开。当基础埋深有变化时，应采用台阶，尽量不采用柱廊和独立柱。

（2）加强基础刚度和上部结构强度，在结构微薄易变形处更应加强。

五、地表塌陷预测方法

就河南省煤矿而言，一般设有计算机或具备电算技术手段，亦可采用粗略预测方法。

估计塌陷影响边界，可从煤层开采边界往外扩展0.5倍采深计算。例如采深为300米，塌陷影响边界可从煤层开采边界向外扩展150米。

估计塌陷面积可按开采面积的1.2倍计算。例如煤层开采面积为10平方公里，那么塌陷面面积可估计为12平方公里。估计最大塌陷深度，可按0.8采厚计算。如煤层开采厚度为5米，则最大塌陷深度约为4米。

估计每采万吨煤的塌陷率，可用估算的塌陷面积除以从该区域下采出的煤量，可得估算公式为：

式中：d—万吨煤塌陷率，亩／万t

n—影响系数，1.1～1.3；

K—采区或水平回采率；

M—煤层开采厚度，米；

r—煤的容重，t／m3；

α—煤层倾角。

例如，若n＝1.2，K＝0.8，M＝5米，r＝1.4t／m3，a＝30°，则可计算出万吨煤塌陷率d＝2.78亩／万t。

六、塌陷区治理对策

由于采煤塌陷已成为一种煤矿特有的生产破坏形式，它所产生的社会问题、经济问题和环境问题已迫使我国各大矿区陆续开展对其综合治理和利用。河南省各级煤矿曾多达2000余处，虽然都不同程度地存在地表塌陷危害，有些还相当严重，但除了被动赔偿外，很少有人积极对此加以治理。因此，治理和利用塌陷区任务艰巨。搞好这一工作，不但要靠各级政府的重视和相应的政策法规，更要靠各级煤矿对这一环境地质灾害危害性的认识和积极地治理。这一工作搞好了，可以改善矿区环境质量，减少赔偿，改善矿群关系，还可以变害为利，收到可观的经济效益，确是功在当代利在千秋的事业。

（一）塌陷地面稳定性评价

综合考虑采空塌陷的时间、空间特征（采空塌陷的年龄、最大沉降量、规模、强度、地面破裂）、开采条件（采厚、采深、规模方式）和地层条件（第四系厚度）等10项因子，按表14－10对每一地段的10项指标分别取值，再按表14－11判定各地段采空塌陷的地面稳定性。

（二）塌陷区充填复垦

充填复垦是利用矿区的固体废渣（如煤矸石、坑口电站粉煤灰及少量生活垃圾）作为充填物料来充填塌陷坑。这种方法兼有掩埋固体废弃物和复垦塌陷土地的双重效能。

近年来，河南省各级地方煤矿的原煤总产量在5000万t左右，产矸率5～35%不等（商品含矸率0.79～3.27%）按产矸率20%计，煤矿每年产矸1000万吨左右，但利用率很低，1993年仅利用418万吨左右，占矸石总量的30%左右。煤矸石不仅占用大量土地，而且污染矿区大气。消灭煤矸山的主要途径之一是充填塌陷区。从调查结果看，向塌陷区直接排矸与向矸石山排矸相比，前者的费用比后者低，运输上也不存在问题。部分丘陵地区煤矿（如龙门煤矿）向沟壑和塌陷区排矸，减少了土地损失。河南部分重点矿井采用绿化矸石山，矸石充填塌陷坑复垦后的土地可作建筑用地，也可覆土后作农田种植用地。

表14－10　划分采空塌陷地面稳定性的各级指标

表14－11　采空塌陷地面稳定性分级

在充填后的塌陷区建设地面建筑，既治理了塌陷，改善了矿区环境质量，也减少了煤矿建设征地费用。塌陷区充填矸石后，在其上覆土0.1～0.5米，种植玉米、红薯、豆类、蔬菜等，在矸石地基上挖1m3树坑，填入好土种树，成活率也很高。若矸石风化速率快，矸石地基不覆土。可直接栽种耐酸、耐贫瘠的刺槐等树种。这样，不但可绿化矿区、改善生活，还可收到一定的经济效益。

（三）塌陷区非充填复垦

矸石一般只能回填塌陷区总面积的20%，还必须采用非充填方式复垦部分塌陷区，这对于浅塌陷区（平均沉陷2m）治理具有明显的优越性。浅塌陷区多形成于开采煤层厚度不大的矿区，地下水位相对上升，地表积水，使农田减产或绝产。这在高潜水位地区尤为突出。

1.低潜水位塌陷区非充填复垦

低潜水位塌陷区是指潜水位虽相对上升，但基本上不积水或因渗漏使原水位下降的塌陷区，其主要受损特征是形成高低不平的丘陵地貌，如禹州、登丰、韩～梁等矿区。在这类塌陷区，塌陷范围不大时，略加平整既可治理。面积大时，治理模式可仿效北方丘陵山区的“围山转”绿色工程，在塌陷盆地底部挖塘蓄水或打井灌溉，使复垦后的塌陷区成为浇灌型保水、保土，保证相间的陆生态系统。

2.中潜水位塌陷区非充填复垦

中潜水位塌陷区指局部积水或季节性积水的塌陷区，积水面积和深度不仅受季节影响，还受丰水年和干旱年的影响。积水区域难以种植作物，也不能进行淡水养殖。我省大多数丘陵地带煤矿的塌陷区属此类型。

复垦模式是将盆地底部深挖成能蓄水养鱼的深水池塘，使其同时具有蓄洪和浇灌功能，将周围“坡子地”改建为围绕塌陷盆地的宽条带水平梯田，将塌陷前单一陆生农业改造为水陆混合型农业。或因地制宜，结合矿井排放水，在低凹积水区修建鱼塘。在这一方面，龙门煤矿创造了成功的范例。该矿的采煤塌陷曾一度破坏耕地，形成众多的积水坑。后来结合地貌特点，将这一区域开发成鱼塘，向塘内排放矿井水，形成面积达数亩，水深数米的鱼塘，交农民承包，变害为利，既免除了毁地赔偿，又密切了矿群关系。

3.高潜水位塌陷区非充填复垦

高潜水位塌陷区常年被水淹没。在焦作矿区东部、豫西豫东永城等局部地形平坦地区。这些塌陷区浅部无法进行农业种植，可采用“挖深垫浅、疏导水系”等综合治理方法，变水害为水利。可仿效江南水乡基塘模式，将塌陷区复垦为鱼米之乡，努力发展高产值、高效益农业。也可将常年积水的塌陷区辟为水上公园。所谓“挖深垫浅”，就是根据塌陷后的地形地貌，按照实际勘测制定的治理规划，将较深的塌陷区再挖深，深使其适合于深部养鱼，浅部栽藕、植菱角、芦苇或其它淡水养殖，用挖出的泥土将浅部垫高，使其成为旱田。

总之，对于沉陷积水区的治理一般均从井下和地面两方面进行研究。

井下治理的主要目标是减少地表下沉。其方法归纳起来有四种：

（1）限厚开采。根据矿区地形和水文地质条件，以不产生地表积水或潜水埋深过浅为依据，确定可开采的煤层厚度，开采时，仅采这一厚度的煤。

（2）条带充填开采。根据煤层和上覆岩层组合的条件，按一定的采留比留煤柱开采，减少上覆岩层的下沉。

（3）充填开采。对采空区进行材料充填，使顶板岩层仅产生少量下沉，以减少地表下沉。

（4）控制煤层开采后覆岩运动的幅度，应用注水、注浆等技术，减缓岩层的运动，从而降低地面沉陷。

地面治理也有三种：

（1）地表回填造地。在下沉区将表土翻开、回填煤矸石等材料，再将表土盖上，使地面保持与下沉前相同的标高。

（2）积水区水库化。在下沉深度较大地区大量开挖人工水库或池塘，并将开挖出的土方回填到沉陷深度较小的地区，使得沉陷区产生大面积水面，发展多种经营。

（3）地表综合治理。根据矿区有利地形条件采用人工方法，强行将水从积水区排走，保证沉陷区不产生积水。

就目前的条件来看，限厚开采这种方法对煤炭资源的浪费大，一般可采煤厚不超过2.5m，而大多数大矿区的可采煤层厚度均大于4.0m，因此，除在局部地区外，这种方法是很难接受的。条带开采的采留比很大，丢煤太多，同时增加了开拓工程量，开采工艺相对复杂，效率低，故一般也难采纳。充填开采的成本增加很高，平均要增加20元／t，而且，工艺复杂，大面积充填时不能保证充填材料。因此，目前基本上已不采用井下治理的方法。

地面治理方法中，回填造地法的成本为1.5～2.0万元／亩，使浅层地下水遭污染，土地种植受影响，因而，这种方法一直没能得到推广使用。积水区水库化，可将大片沉陷区土地变为人工水库，进行多种经营，产生巨大的经济效益，是一个经济技术可行的方法，但这种方法要浪费大量耕地，就国家土地资源情况，要求最大限度地减少土地损失，因此，在可能的情况下应尽量少采用这种方法。地面综合治理方法可保证地表不产生积水，能恢复大量耕地，使村庄不搬迁，是一个相当有前景值得认真研究的治理方法。

（四）地面综合治理方法

综合治理方法的基本目标是：恢复沉陷区80%以上的现有耕地，区内村庄不搬迁，破坏房屋就地重建，保持采前的生态环境，使农民在原居住地安居乐业。

这种方法具体的技术措施如下：

1.根据下沉情况，在下沉区内开挖一定数量的人工蓄水池。由蓄水池向四周开挖干渠和支渠，将周围的地表水汇水蓄水池，四周的大气降水也顺渠汇入蓄水池。

2.在下沉区按一定尺寸开挖平行排列的明渠，利用明渠将区内潜水位至少疏降到地表之下0.8m。将明渠与干渠相连，这样明渠中的水也可顺干渠流入蓄水区。

3.在大暴雨期间，利用水泵将蓄水池中的水排出下沉区或排入人工水库，控制蓄水池水位，使得四周地表水和大降水顺渠流入蓄水池，从而消除四周的地表积水。

4.平时，明渠长年将潜水逐渐排出，顺渠流入蓄水池，可保持潜水位在地表之下一定标高内。

显然，只要保证干渠的过水能力、水泵排水能力、受水系统的授受能力和明渠的密度满足要求，就能达到消除积水，降低地下水位，恢复环境的效果。