磁窑沟煤矿矿区环境地质研究与预测

郭晓明

(山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西 太原 030045)

煤矿矿区开发在该地区经济建设和社会发展中占有很大比重，对促进工业化、城市化进程起着重要作用。但其开发和利用对环境造成的负面影响日益突出，环境地质几乎与矿业发展相伴而生，煤矿开发带来了诸多环境地质问题，包括环境污染、生态破坏、地质灾害等［1］。矿山地质环境评价主要是通过调查和评价，摸清矿山地质环境现状，查明主要环境地质问题及其危害，为合理开发矿产资源、保护矿山地质环境、整治矿山环境、恢复与重建矿山生态、实施矿山地质环境监督管理等提供基础科学资料和依据。

山西河曲晋神磁窑沟煤矿由原磁窑沟煤矿、四家塔煤矿、鹿固乡煤子塔煤矿及部分空白资源整合而成，该井田位于山西省河曲县南东53°直距18 km处的磁窑沟村、骆驼焉村一带，井田范围内较大村庄有寺焉村、磁窑村、焉头村、东山梁及辉塔、辛庄子等6处，生产规模 1.2 M 万 t/a，井田面积 10.622 7 km2.

1 区域环境地质背景

井田位于河东煤田北部，山西地台西北部吕梁隆起北部之西段与鄂尔多斯盆地东部边缘的交接部位，地层分区属华北地层大区晋冀鲁豫地层区鄂尔多斯地层河东地层小区。区内赋存地层自老而新主要有奥陶系中统下、上马家沟组;石炭系中统本溪组、上统太原组;二叠系下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组、石千峰组;三叠系下统刘家沟组;上第三系上新统保德组、静乐组以及第四系中上更新统和全新统。

区内含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组。太原组为主要含煤地层，岩性为灰白、灰、深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩(S1、S2、S3)，灰、灰黑色灰岩或生物碎屑灰岩，土黄色泥灰岩、海相泥岩夹透镜状灰岩，黏土岩及煤层组成。井田内稳定、较稳定的可采煤层为太原组的10－1、10－2、11、13－1、13 号煤层，13 号煤层在井田北部、东部有分层现象。

2 地质灾害

2.1 地质灾害现状

1)崩塌、滑坡、地裂缝、地面塌陷等地质灾害现状。

井田内局部有裂缝和塌陷区，陡峭悬崖有较小规模的黄土崩塌现象。在井田东部由于10－1、10－2号煤层有大面积采空区，采空区上方地表曾出现裂隙、坍塌和地表下沉，下沉幅度0.30～1.50 m，并在下沉边缘伴有裂隙出现，裂隙宽度0.05～0.50 m，长度16～200 m.

2)泥石流地质灾害现状。

在野外调查过程中，发现工业广场东部梁峁顶部出现山体滑塌，但由于滑坡危害对象为旱地，且地表无建筑物等人类工程，造成的地质灾害危险性小。

2.2 地质灾害预测

随着下部煤层的开采和采空区面积的进一步扩大，地表将会产生大片裂隙和地表塌陷，如果遇到多雨季节，可能还会产生更大规模的黄土崩塌，造成严重的水土流失，如果不及时对地表裂隙及塌陷进行填埋处理，雨季地表水将会沿裂隙渗入井下，增大矿井涌水量，甚至还可能引发淹井事故。

2.2.1 工业广场地质灾害预测评估

1)遭受崩塌、滑坡地质灾害预测。

据现场调查，工业广场东部、北部存在不稳定挖方边坡，坡高20～40 m，坡度50°～70°，组成边坡的岩性上部为Q3黄土，下部为Q2黄土。边坡在长期风化剥蚀及降雨冲刷下，个别已发生小型崩塌，尚未造成建筑损坏，人员伤亡，但在降水浸润等因素影响下，工业广场建设工程可能会遭受崩塌、滑坡地质灾害。

2)遭受泥石流地质灾害预测。

工业广场G1沟谷现状条件下无泥石流发生，沟谷内平时干涸无水，只有在暴雨季节才有洪水流过，但在地形和汇水条件上具备发生泥石流的必要条件。煤矿采空后，沟谷边坡可能发生崩塌、滑坡，堆积物增多，泥石流物源增加，可能发生泥石流地质灾害。

3)地面塌陷、地裂缝地质灾害危险性预测。

煤层开采后，工业广场地表会发生不同程度的地表变形，可能会遭受地裂缝、地面塌陷的危害。当复采下伏11、13号煤层后，副井工业广场及风井工业广场地表变形程度较大，造成的经济损失较严重，地质灾害危险性大。

2.2.2 其它区域地质灾害预测

1)采矿活动引发崩塌、滑坡预测。

矿区地势东高西低，最高海拔1 202.93 m，最低海拔925 m，最大相对高差278 m，属中低山区。地面多为第四系黄土所覆盖，地面植被较少，地表侵蚀剧烈，水土流失严重。

煤层采空后，采下层煤时更会加剧变形，地表最大移动、水平变形值和倾斜值在边坡自重应力的影响下会变得更大，易引发边坡崩塌与滑坡。采空区塌陷后，沟谷边坡倾斜地表将产生附加采动滑移，滑移方向指向山体的下坡方向，因而凸形变坡部位将产生附加水平拉伸变形，凹形地貌部位将产生附加的水平压缩和正曲变形，而地层倾向与坡体一致，可能导致高陡边坡产生滑坡。如果集中暴雨等沿裂缝下渗，会诱发崩塌、滑坡地质灾害，也可能加剧崩塌和滑坡。

2)泥石流地质灾害预测。

矿区内地面植被稀少。地表冲刷剧烈，区内主要沟谷在东西走向的磁窑沟。主沟横断面为“∨”型沟谷，汇水面积为2.60 km2，沟底宽20～40 m，纵坡降25‰左右，沟谷切割深度介于25～50 m，两侧边坡坡度大多介于30°～45°，沟谷植被覆盖率约30%.

磁窑沟沟谷上游狭窄而下游宽缓，现状条件下无泥石流发生。煤矿采空后，沟谷边坡可能发生崩塌、滑坡、堆积物增多，泥石流物源增加，可能发生泥石流地质灾害。地处磁窑沟沟口的磁窑沟村，但村庄位置高出河谷20～50 m，远高于最高洪水位，泥石流对磁窑沟村的地质灾害危险性小。

3 井田水环境

该矿、邻矿及附近小窑对井田内 10－1、10－2、13号煤层的长期开采中，一直伴随着矿坑水的大量疏排，采空区内产生的导水裂隙带和地表地裂缝、塌陷的产生，均已改变了井田开采前原生的水文地质环境。

随着开采深度的增加、开采范围的扩大及开采时间的延续，继续大量疏排地下水，从而引起区域性水位下降。首先表现为浅层地下水被疏干，水位下降，井、泉干枯，从而破坏了地下含水层结构，破坏了自然的地下水水力联系，地表水及大气降水均会沿地裂缝和塌陷区向下渗漏，而经采空区从巷道排出。所以，采煤引起地下水疏干、水位下降、地表井、泉干枯，使表土水、耕地墒情降低，给当地农业生产造成一定经济损失，而且严重影响该矿和周边居民生活供水。而长远的影响则是水土流失加剧，植被受到破坏，进而影响到整个矿区的生态环境和岩土体环境的改变。同时，在地下水疏排过程中，还会将岩煤层中有害元素排放至地表，引起地表水、潜水水质的污染，对地表生态环境产生影响。

现13号煤层的上覆砂岩裂隙含水层已被破坏，疏干或者部分疏干其中所含地下水，矿井及周围含水层水位下降约25 m.目前，该矿井正常涌水量为1 200 m3/d，对井田内的地下含水层已造成一定影响。井田内浅层水井因煤矿的多年开采地下水位有所下降，水质变差，影响了矿区及周围部分生产生活用水。

4 有害物质

井田有害物质主要以下几个方面:

1)废气:生产和生活锅炉产生的废气，煤炭生产储运过程中产生的煤粉尘和土尘。废气污染大气环境，使当地空气质量下降，影响人体健康;废水在流经区域，向下入渗，污染该区的地下水，不仅影响地表的植物和当地农作物生长，进一步影响居民的生活饮水质量，危害人体健康。

2)固体废弃物:目前主要是生活垃圾、煤矸石。固体废弃物不仅影响环境的美观，而且占用大量的土地资源，再若煤矸石自燃，会生产更为严重的后果;有害元素在煤与矸石燃烧的过程中，会产生大量的有害气体，作为废气排入大气中，污染空气。煤与矸石堆放时间较长，经人工洒水和大气降水淋滤后产生废水，最后污染地下水。

3)有害元素:煤层中有害的硫、砷等元素。

4)废水:生活废水、矿井排水和煤、矸石淋水。

5 结论及防治建议

1)针对地质灾害，开发矿区的地面建设要充分考虑未来矿山的总体开拓方案，减少开采带来的破坏因素及地面搬迁造成的损失。对于地裂缝、地表塌陷，需采取防治措施。如在工业场区、生活区下的开采区应留有足够的保安煤柱，其它区域内，对地裂缝、地面塌陷，应采取防渗处理、利用煤矸石填埋、削高填低、回填平整等方式，恢复土地的使用功能。对于崩塌、滑坡的防治工程，工程措施为将边坡开挖成台阶状，每5 m一个台阶，台阶宽1.0 m.削坡后，紧贴坡体进行防护工程，以降低人工切坡的下滑力，使坡体保持稳定安全。

2)针对水环境，矿区应保护现有地表水体及潜水，综合利用水资源，节约水资源;采取有效措施，对矿井水进行净化使用，避免水环境污染;开采煤层时，要采取措施，加强隔水层保护，防止矿井水污染奥灰水水质;做好污水处理和回收复用工作，严格执行排污标准。

3)针对有害物质，应加强煤矸综合利用，减少资源浪费，防止环境污染。

矿井水必须经污水处理站处理达标后才能排入河道，建立环境监测系统，按照环保要求，及时处理。

［1］宋志敏，崔树军.煤矿可持续发展与生态环境重建的探讨［J］.焦作工学院学报，2000(6):430.