关于煤炭开采引发的地质灾害治理

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以沙峪煤矿为例,论述了煤炭开采引发的地质灾害以及对矿区居民生活造成的危害.提出了因地制宜治理地质灾害的综合方案,对于沙峪煤矿地质灾害治理的工程量进行了详细计算,并依据建筑工程定额进行了预算,指出了地质灾害治理耗资不菲、工期较长,进一步提出地质灾害要以防为主,治理与避让相结合的方针.

地质灾害地面塌陷地裂缝煤矸石灾害治理

分布在山西省91个县（区、市）的小煤矿绝大部分是县及县以下煤矿,多数诞生于20世纪80年代.改革开放以来,山西省煤矿发展迅猛,最多时有10000多座小煤矿.长期以来,煤矿多、分散的格局和粗放落后的矿业经济增长方式给山西带来了严重后果,资源浪费、环境污染、生态破坏,已直接影响到煤炭工业的可持续发展以及当地居民的生存环境.

1矿山环境地质问题

以沙峪煤矿为例,沙峪煤矿矿区范围内分布着4个行政村,农业人口2000余人.矿区内沟谷发育,地形破碎,土地较贫瘠,受采煤的影响,使原本脆弱的生态环境日趋恶化.土地退化、荒芜、房屋裂缝、水源干枯等环境地质问题日益突出,居民的基本生存条件受到严重威胁.煤炭的大规模开采造成了对矿山环境的较大破坏,采空塌陷、地面裂缝、区域地下水位下降、煤矸石堆放、矿坑排水等一系列地质灾害和地质环境问题相继发生和出现.

沙峪煤矿是一个具有34年开采历史的集体矿山,采掘生产机械化程度中等,回采率达65%,累计原煤产量110万,t采动面积约2.6km2.采煤活动对矿山地质环境的破坏和影响,主要包括以下几个方面.

1.1地下水位下降

据调查,沙峪煤矿现采2#煤,矿坑排水主要来自其顶板（多层）砂岩裂隙水,达300～500m3/d,由于其集中排放,改变了地下水运移状态,周边地下水向井下巷道汇流,地下水位呈下降趋势,使煤层之上含水层储水结构遭到破坏.矿区中部出露于二叠系石盒子组砂岩中的1眼天然泉以及各村中8处水井,浅层均先后干枯,使矿区内的村庄、居民及大小牲畜用水受到不同程度影响.而矿坑排水大多数直接排放,造成了水资源的浪费.

1.2采煤引发的地面裂缝、塌陷等地质环境问题

沙峪煤矿采用长壁式采煤法,全冒落顶板管理,回采率65%以上,煤矿投产34年来,采动面积达26km2,因井田地处低―中山区,地表大面积黄土覆盖,松散层厚度30～70m.据实地调查,在采空影响范围内发现地裂缝20余处,矿区内部分民居于1997年末开始出现地裂缝,地裂缝宽度15～2cm,最大降幅1cm,最大宽度5cm.农田中也可见到多条地裂缝,宽度10～20cm,最大降幅15cm,最大宽度38cm.采空塌陷面积达01km2,造成333hm2土地破坏,房屋轻微破坏51间,严重破坏32间,给当地居民的生产和生活造成极大危害.

1.3煤矸石堆放的潜在危害

据相关资料,煤矸石对环境的危害主要有以下三点：煤矸石自燃对环境的污染；煤矸石对水体和土壤的污染；矸石山造成的滑坡和泥石流.沙峪煤矿现有废石堆放场2处,分别堆放于主井口西侧的山坡和风井附近的沟谷中,堆放量分别为8万m3、12万m3,形成了约38°的松散边坡.高度分别达12～20m、8～10m.废石堆放既压占土地,破坏植被,又存在引发相关地质灾害的隐患.主井口附近的废石堆距东-夏公路仅10～15m,在极端暴雨条件下极可能形成滑坡,严重威胁过往车辆、行人安全.风井附近废石堆距风井约10m,在极端暴雨条件下极可能形成泥石流,从而对风井造成毁坏,给煤矿安全生产带来极大隐患.废石露天堆放,在降水淋滤下还会造成地下水的污染.

2治理与恢复方案

2.1避让搬迁

由于煤矿的多年开采,采空塌陷面积达01km2,造成村民房屋不同程度的破坏,目前塌陷还在不断扩大.村庄地下浅层水疏干,人畜吃水困难,对村民生命财产均造成威胁,需采取部分避让搬迁方式进行治理.选取的新村址范围内地形地貌较好,有一定量的地下水资源,可基本满足当地人畜用水.耕地、植被情况较好,水土流失轻微,仅有挖方量较小的交通、居住、耕作方面的人类工程活动,交通方便,无采空区、地面裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,适宜建筑.

2.2采空塌陷、裂缝的治理与恢复耕地

首先清理旧村庄,用推土机推平,通过压道机、推土机和运送汽车往复压实,及时覆盖黄土.对因采空塌陷造成破坏的耕地采用人工或机械方式进行填埋（夯实）裂缝和陷坑,平整田面,因地制宜,修筑相应的田间道路及排水工程,并在各级梯田的外边缘修筑护田堤,控制水土流失,保护坝田,恢复农田的耕种功能.土地复垦后,耕作层的土壤大部分变为生土,不利于作物的生长,需要在深翻的同时,配方施肥,培肥土壤.同时,为了保持人工土壤中的水分,宜尽量在其底部回填约05m的亚粘土或粘土,形成人工隔水层,然后再回填亚砂土.恢复耕地后种植一些抗旱性强的乡土植物.

2.3煤矸石堆放场的治理

沙峪煤矿每年矸石排出量1万～15万,t现在较大的煤矸石堆放场2处,累计堆放量20万m3,本次治理工程拟修筑一条煤矸石坝,并将残余煤矸石堆进行平整,表面覆盖05m黄土,然后种草植树,尽可能减轻或消除对生存环境、生态环境的危害.

2.4修建回风竖井地下储水仓,解决居民人畜用水

区内奥陶系岩溶水埋藏深,富水性不均匀,施工深井风险较大,增设井下储水仓将新施工的回风竖井井下排水作为供水水源加以利用,既避免水资源浪费,又降低了施工深井带来的风险.同时,可满足矿区居民供水.

3地质灾害的预防

综上所述,在煤炭开采之前对可能引发的地质灾害进行预测是十分重要的环节,对于有可能产生的灾害应遵循“以防为主,避让和治理相结合”的方针.在煤炭开采过程中,对于可能产生地面蹋陷及地裂缝等地质灾害的煤矿,可采取特殊的开采方法和顶板管理措施,以防止或减少地面塌陷地地裂缝等地质灾害的产生,对塌陷的地表随时进行综合治理,以恢复和进一步改善矿区环境质量.随着科技的进步,煤矸石亦可完全利用为充填开采或可再生资源,减少污染,促进资源与环境的可持续发展.