劉丹

摘 要：煤礦的地下開采帶來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題日益突出，其主要表現(xiàn)為地面水下跌、地層錯(cuò)動(dòng)與地表下沉、煤矸石占地及風(fēng)化污染問題、地面水受到污染、對(duì)森林植被的破壞、二次揚(yáng)塵污染問題等。該文選取一個(gè)地方案例，通過對(duì)其地質(zhì)環(huán)境問題的分析，探討其防治工程的部署。

關(guān)鍵詞：煤礦 地面塌陷 地裂縫 地質(zhì)環(huán)境防治工程

中圖分類號(hào)：TD713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（c）-0066-02

1 礦區(qū)概況

寶豐縣華鑫煤礦位于寶豐縣大營(yíng)鎮(zhèn)趙莊村西約700 m的山坡上，礦區(qū)距韓梁公路1.8 km，西北距207國(guó)道1 km，有碎石或柏油路相通。

1.1 自然地理

根據(jù)寶豐縣氣象站歷年的觀測(cè)記載可以知道，年最大降水量為1 235.5 mm，最小降水量為550 mm，平均降水量772.7 mm，降水量多集中在6～8月，約占年降水量的70%。年最高氣溫42 ℃，最低氣溫-11.7 ℃，平均氣溫14 ℃，月均氣溫一般在2月份最低，7月份最高。

1.2 水文

礦區(qū)內(nèi)為低山丘陵地貌，受地形的影響，沖溝較發(fā)育。常年性地表水體欠發(fā)育，地表無河流，無水體，無井泉，主要表現(xiàn)在季節(jié)性河流。

1.3 地形地貌

礦區(qū)屬?zèng)_洪積傾斜平原地貌，井田工業(yè)廣場(chǎng)位于青草嶺東坡處，坡度較陡，地勢(shì)西高東低。西部青草嶺標(biāo)高479.4 m，娘娘山最高峰為528 m；礦區(qū)地形標(biāo)高在+255～+350 m之間，相對(duì)高差95 m。

1.4 地層

礦井及周鄰范圍賦存的地層有老至新有：上寒武統(tǒng)崮山組、上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組、下石河子組、第四系。其中含煤地層為下二疊統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組、下石河子組。

1.5 地質(zhì)構(gòu)造

礦井所屬的韓梁礦區(qū)位于華北板塊的南緣，三門峽——魯山斷裂帶的北東側(cè)。受其影響，地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為兩個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，即西部的青草嶺逆沖斷裂帶和東部的大莊不對(duì)稱向斜。

1.6 水文地質(zhì)

井田范圍內(nèi)，按地層由老到新的順序分為4個(gè)含水層，分別為寒武系巖溶裂隙承壓灰?guī)r含水層、太原組巖溶裂隙承壓灰?guī)r含水層、山西組孔隙裂隙承壓砂巖含水層和第四系含水層。

1.7 工程地質(zhì)

礦井內(nèi)第四系巖性由松散的砂質(zhì)黏土夾鈣質(zhì)結(jié)核及礫石組成?；鶐r為二疊系含煤巖系，由細(xì)粒砂巖、中粒砂巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成互層，間夾煤層，巖石組合以層狀巖層堅(jiān)硬巖為主。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀評(píng)估

現(xiàn)狀條件下礦區(qū)范圍內(nèi)有地面塌陷、地裂縫現(xiàn)象，主要分布于礦區(qū)東北角及西南角的老采空區(qū)范圍。

主副井工業(yè)廣場(chǎng)、風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)的修建以及堆放的煤矸石堆，都破壞了原生的地形地貌景觀。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境問題預(yù)測(cè)評(píng)估

據(jù)國(guó)內(nèi)外采礦經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)煤層采深采厚比小于30時(shí)，煤采出一定面積后，會(huì)引起巖層移動(dòng)并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時(shí)間上都有明顯的不連續(xù)特征，地表變形劇烈，煤礦采空區(qū)上方會(huì)形成較大的裂縫或塌陷坑。當(dāng)采深采厚比介于30～100之間，地層中沒有較大地質(zhì)構(gòu)造破壞情況下，煤層采出一定面積后，會(huì)引起巖層移動(dòng)并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時(shí)間上都有明顯的連續(xù)性和一定的分布規(guī)律，常表現(xiàn)為地表移動(dòng)盆地。

從煤層底板高線來看，該礦井田為一緩傾斜的單斜構(gòu)造，地層西北方向傾向東南，地層傾角平緩，一般為40°～59°。

下沉系數(shù)取q初=0.60，水平移動(dòng)系數(shù)取b初=0.36；移動(dòng)角δ取72°，γ取72°，β取67°；主要影響角正切tgβ=2.35。

根據(jù)行業(yè)公式及計(jì)算參數(shù)可知，二1、一4煤開采后，考慮兩煤層的疊加和加劇情況，地表沉陷面積37.54 hm2，塌陷中心最大下沉值5 340 mm，最大傾斜值77.30 mm，最大曲率1.71×10-3 mm，最大水平移動(dòng)值1 922 mm，最大水平變形值42.30 mm/m，地表沉陷和變形量均較大。

根據(jù)開采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和觀測(cè)資料分析結(jié)果表明，長(zhǎng)壁式全垮落采煤法采空區(qū)上方地表的移動(dòng)變形是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，工作面停采時(shí)間越長(zhǎng)，其殘余沉降量越小。

二1煤層開采深度：135～250 m，一4煤層開采深度185～330m，利用公式T=2.5H（d），H為工作面平均采深（m）。

計(jì)算得，地表移動(dòng)變形延續(xù)時(shí)間T為：二1煤層：0.94～1.74年，一4煤層： 1.27～2.08年。該礦先開采二1煤層，再開采一4煤層，一4煤層生產(chǎn)期限為2.9年。故閉坑后煤礦地表移動(dòng)變形時(shí)間為1.27～2.08年。

上述地表移動(dòng)變形時(shí)間只是煤層開采后地表常規(guī)移動(dòng)變形期。由于采空區(qū)完全充填、冒落物的充分壓密以及煤柱的變形等因素都影響地表移動(dòng)，因而地表移動(dòng)變形可能會(huì)延續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

沉降變形相對(duì)較小的區(qū)域位于礦區(qū)主副井工業(yè)廣場(chǎng)及風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)區(qū)域，變形較大區(qū)域位于礦區(qū)西南側(cè)擬采區(qū)范圍區(qū)域，受威脅對(duì)象為華鑫煤礦本身，危害程度較嚴(yán)重。

礦區(qū)東北角涉及趙莊一部分，現(xiàn)狀條件下，因地面塌陷地裂縫的原因，已造成房屋歪斜及開裂現(xiàn)象。待華鑫煤礦開采完畢之后，該范圍內(nèi)的地面塌陷及地裂縫現(xiàn)象將進(jìn)一步加劇，威脅其范圍內(nèi)的房屋建筑及村民安全。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境防治工程

按照《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》，堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合，誰開發(fā)誰保護(hù)、誰破壞誰治理、誰投資誰受益的原則。通過工程治理和生物工程，最大限度地避免和減小礦山地境問題的發(fā)生。

4.1采空塌陷區(qū)綜合治理工程

對(duì)于煤礦開采大面積塌陷區(qū)，沉降穩(wěn)定之后，采取削高填低、回填整平，使地形保持平整，恢復(fù)土地功能。

為防止地表水沿地裂縫滲入井下和人、畜掉入裂縫發(fā)生傷害，對(duì)采礦引發(fā)的地裂縫及時(shí)充填。一般寬度小于100 mm的裂縫為輕微等級(jí)，寬度為100～300 mm的裂縫為中等裂縫，寬度大于300 mm的裂縫為嚴(yán)重裂縫，采空區(qū)已經(jīng)過多年沉降穩(wěn)定，地表發(fā)生的裂縫多為輕度裂縫。

待煤礦開采結(jié)束后，將擬采區(qū)內(nèi)原本是旱地土地類型的區(qū)域覆土0.5 m厚，恢復(fù)為旱地。

村民搬遷后，拆除建筑物，清運(yùn)建筑垃圾，而后客土，平整土地，種植刺槐樹，恢復(fù)為林地。

4.2 主副井工業(yè)廣場(chǎng)綜合治理工程

閉坑后，將堆放的煤矸石運(yùn)走作為燒磚原料。對(duì)現(xiàn)有煤矸石堆占用的位置進(jìn)行覆土植樹，恢復(fù)成林地。

對(duì)主副井工業(yè)廣場(chǎng)報(bào)廢建筑物進(jìn)行清理，拆除井口房、空壓機(jī)房、車房、機(jī)組房、職工宿舍等在內(nèi)的建筑物，清運(yùn)建筑垃圾；拆除主副井廣場(chǎng)混凝土硬化地面，清運(yùn)垃圾；而后覆土0.5 m，平整后恢復(fù)為耕地。

對(duì)主副井進(jìn)行回填。主副井井筒用廢石、拆除建筑物后的廢棄物充填，充填到離井口2～3 m處；然后在井口外圍修建鋼筋混凝土井座，上覆現(xiàn)澆鋼筋混凝土井蓋進(jìn)行封閉。井口治理后設(shè)置警示標(biāo)志，警示標(biāo)牌上注明廢棄井口的相關(guān)信息，埋設(shè)在井口的顯著位置。

4.3 風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)綜合治理工程

閉坑后，對(duì)風(fēng)井進(jìn)行回填，在井口外圍修建鋼筋混凝土井座，上覆現(xiàn)澆鋼筋混凝土井蓋進(jìn)行封閉。井口治理后設(shè)置警示標(biāo)志，警示標(biāo)牌上注明廢棄井口的相關(guān)信息，埋設(shè)在井口的顯著位置。

拆除風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)廢棄建筑物，清運(yùn)建筑垃圾，而后覆土0.5 m，進(jìn)行土地平整，恢復(fù)為旱地。

5 結(jié)語

礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理工程實(shí)施后，可避免因礦山地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的危害，提高礦區(qū)附近居民生活環(huán)境的質(zhì)量。因礦山開挖及廢碴堆放惡化的生態(tài)環(huán)境將得到極大的改善，樹木覆蓋率有大幅度提高。該項(xiàng)目的實(shí)施，將起到很好的示范作用，有力地推動(dòng)當(dāng)?shù)氐V山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)

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