馬騰

摘要：近年來(lái)，采礦引起的一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題不僅威脅到人們生命財(cái)產(chǎn)安全，而且嚴(yán)重影響和制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此研究礦山地質(zhì)環(huán)境變異特征和演化規(guī)律，對(duì)于有效地防治這些災(zāi)害的發(fā)生具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)環(huán)境；地質(zhì)災(zāi)害；影響預(yù)測(cè)；保護(hù)與治理

1.礦井基本概況

太原西峪煤礦位于山西省太原市位于太原市西南邊山。第一類地形單元為井田的北部和東部黃土組成的丘陵，為太原斷陷盆地的組成部分，地面向盆地方向傾斜。沖溝寬而稀疏，沖溝的向源侵蝕作用明顯。第二類地形單元為局部黃土覆蓋的砂泥巖低山丘陵，剝蝕、侵蝕作用為主要的外動(dòng)力地質(zhì)作用，是西峪煤礦主要采煤區(qū)。

2.地面塌陷變形預(yù)測(cè)

礦區(qū)總的地勢(shì)為西高東低，礦界開(kāi)狀呈正多邊形。從全礦區(qū)分布穩(wěn)定的3^#煤層底板高線來(lái)看，煤層埋深為西部深、東部淺，西部埋深約70m-90m，東部埋深約19m-45m。煤層埋深最深點(diǎn)位于礦區(qū)西南部（A點(diǎn)），埋深約96.54m，最淺點(diǎn)位于礦區(qū)東北部溝谷中（F點(diǎn)），煤層埋深約19.54m。礦區(qū)開(kāi)采3^#煤層，厚度平均6.46m。在井田內(nèi)選取典型地段進(jìn)行采深采厚比計(jì)算，各計(jì)算點(diǎn)煤層埋深及采深采厚比見(jiàn)表1。

經(jīng)計(jì)算，煤礦開(kāi)采3^#煤層采深采厚比介于3.03～14.94之間。礦區(qū)內(nèi)，大部分地區(qū)，采深采厚比小于30。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。

為定量評(píng)價(jià)煤礦開(kāi)采3#煤層后地表變形特征，下面依據(jù)國(guó)家煤炭工業(yè)局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）中的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)煤層開(kāi)采后地表最大移動(dòng)、變形和傾斜值進(jìn)行預(yù)測(cè)。公式如下：

根據(jù)礦區(qū)煤層儲(chǔ)存穩(wěn)定的特點(diǎn)，煤礦采用單一走向長(zhǎng)壁式采煤法，工作面寬度130m，工作面年平均推進(jìn)長(zhǎng)度900m，屬充分采動(dòng)。由于煤礦過(guò)去小煤窯開(kāi)采過(guò)程中沒(méi)有積累地表下沉參數(shù)，本次評(píng)價(jià)中根據(jù)覆巖性質(zhì)及頂板單向抗壓強(qiáng)度在《規(guī)程》中選擇經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行研究。選取3#煤層覆巖類型為中硬。

下沉系數(shù)取q=0.7；水平移動(dòng)系數(shù)取b=0.25；煤層近似水平，取煤層移動(dòng)角8=Y=β=70°

按上述公式，計(jì)算煤礦開(kāi)采3^#煤層后煤層典型地段地表產(chǎn)生的最大變形值列于表2。

將表2與《規(guī)程》中規(guī)定的地表變形對(duì)地面建筑物破壞程度進(jìn)行對(duì)比，可以看出：3^#煤層采空后，礦區(qū)范圍內(nèi)地表不同部位地表水平變形、地表曲率變形及傾斜變形值均很大，變形值等級(jí)均為Ⅳ級(jí)。由此可見(jiàn)，地面變形對(duì)地面建筑物（構(gòu)筑物）的影響程.嚴(yán)重。

3.開(kāi)采引起的礦界外地表移動(dòng)范圍計(jì)算

該煤礦礦區(qū)為一多邊形，礦界由14個(gè)拐點(diǎn)組成，3^#煤層平均厚度6.46m。礦區(qū)邊界各拐點(diǎn)采深列于表3。

礦區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)煤層2-3°，近似水平，取煤層移動(dòng)角β=Y=8=70°。地表覆蓋黃土，黃土厚度平均20m。地表移動(dòng)邊界的計(jì)算公式采用：

3^#煤層采空后，礦區(qū)地表變形嚴(yán)重，對(duì)建筑物影響為Ⅳ級(jí)，從采礦對(duì)土地資源影響情況來(lái)看，現(xiàn)有的地表會(huì)產(chǎn)生大量的地裂縫和地面塌陷，使土利用功能降低，造成減產(chǎn)，礦山型水土流失與土地退化嚴(yán)重；從采礦對(duì)巖土環(huán)境來(lái)看，采空后的荒坡中地表裂縫與塌陷較為發(fā)育，地表巖土變得疏松，土壤含水量大降低，會(huì)使土壤沙化，加劇水土流失程度，地表自然植被的存活與生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響，地表自然植被覆蓋率會(huì)降低；因此，采礦對(duì)土地資源和巖土環(huán)境影響嚴(yán)重。

4.礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題治理措施

煤礦應(yīng)成立專門(mén)的地質(zhì)環(huán)境管理機(jī)構(gòu)，有專人負(fù)責(zé)，建立規(guī)范的測(cè)量體系，定期對(duì)地面裂縫及采空區(qū)的時(shí)、空關(guān)系進(jìn)行專門(mén)測(cè)量；建立滑坡、崩塌災(zāi)害點(diǎn)及隱患點(diǎn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，建立雨季汛期巡查制度。

（1）對(duì)礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)的地面裂縫及時(shí)進(jìn)行填埋，進(jìn)行植樹(shù)造林。應(yīng)溝坡兼治，防治并重，工程、林草結(jié)合，以小流域?yàn)閱卧虻刂埔?，綜合治理。

（2）對(duì)礦區(qū)溝谷兩旁采礦誘發(fā)的滑坡、崩塌堆積物及時(shí)清理，預(yù)防阻塞河道形成泥石流。并對(duì)滑坡、崩塌采取適當(dāng)治理措施，進(jìn)行削坡減荷，降低監(jiān)空面，減小崩塌、滑坡發(fā)生的可能。

（3）改進(jìn)頂板管理方法：在采區(qū)邊部試行半充填式開(kāi)采方法，可減少拉伸區(qū)的移動(dòng)變形值，大大降低地表破壞范圍。也可采用條帶式開(kāi)采、限厚開(kāi)采等方法，減少地表變形量。endprint