天泰锦辰煤业矿区矿山地质环境综合治理研究

孔庆祥

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024：2.山西泽州县天泰集团公司，山西 晋城 048000）

天泰锦辰煤业矿区矿山地质环境综合治理研究

孔庆祥1，2

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024：2.山西泽州县天泰集团公司，山西 晋城 048000）

以泽州县天泰集团锦辰煤业有限公司矿区为研究对象，在总结研究区概况的基础上，对研究区内矿山地质环境的现状进行调查研究，发现区域内存在大量煤矸石松散堆放、地面塌陷、地裂缝、道路损毁等地质灾害现象，并对主要治理内容、治理措施的可行性进行研究，最终提出煤矸石堆场治理方案和土地破坏治理方案。

矿山地质环境；地质灾害；综合治理方案

山西省晋城市煤炭资源丰富、重视煤炭开采，矿山地质环境问题日趋严重[1-3]。天泰锦辰煤业有限公司在给当地带来巨大经济效益的同时也影响到人民的正常生活。由于多年开采煤炭产生的大量煤矸石场内没有排水系统，雨季雨水下渗，使煤矸石中有毒有害物质随渗水体污染地下水系；晴天空气对流造成煤矸石堆体内部温度升高，排放出大量CO2、CO、SO2、H2S、NOx等气体及烟尘物质，严重污染了晋城市的空气质量，危害着人民的身体健康[4-7]。同时，煤炭资源开采导致周边土地塌陷、开裂、退化、良田荒芜、道路毁坏等，井田范围内矿山地质环境恶劣，环境地质问题日益突出，严重影响着企业和周围村民的正常生产和生活[8-9]。因此急需对其地质环境综合治理进行研究。

1 研究区的概况

研究区位于山西省东南部沁水煤田晋城矿区，晋城市东北直距约15 km处，地理坐标：东经112° 53′09″～112°56′31″，北纬35°38′09″～35°39′37″。西部边缘为太（原）—焦（作）铁路和太（原）—洛（阳）公路，呈南北向延伸，太—焦铁路南与京广、焦枝、陇海线相接，北至晋中与同蒲铁路相连，设置有北板桥火车站，距矿区仅1.5 km。研究区井田位于太行山西南边缘的泽州盆地内，属太行山系支脉，区内地形为中间高四周低的锥形山丘，比较简单，整体地势北东高南西低。井田位于丹河河床东侧支流-巴公河地带，属于黄河流域沁河水系。河流水系呈羽状排列，属于地下水径流区域，河川径流主要接收大气降水补给，无常年径流的地表水系，均属季节性河流。

研究区黄土覆盖面广，地质构造简单，主要以平缓开阔背向斜为主；在井田中部，井下开采揭露一个陷落柱，呈椭圆形，长轴65 m，短轴45 m；未揭露较大断裂构造；井田内外无岩浆侵入，对本区地层、煤层无影响。

2 矿山地质环境问题

1）煤矸石堆场：位于井田西北角外沟谷中，西靠太焦铁路线和福盛钢铁有限公司约300 m，东与农田相邻，属于黄土冲沟下游地带（见图1）。该堆场南北长约150 m，东西宽约70 m，高约8 m，堆放总体积约9万m3，堆放量约240 kt。雨季地表径流沿矸石间空隙下渗，将矸石中有毒有害物质淋滤溶解，污染土壤和地下水系。2007年4月煤矸石堆发生自燃以来，排放出大量有害气体及烟尘物质，不仅破坏当地生态环境，污染周边地区的环境空气，而且严重危害着人民的身体健康。

2）地面塌陷：据野外调查，地面塌陷主要分布在井田东部和南部黄土覆盖农田区域，塌陷特征以塌陷坑、塌陷槽、波状起伏塌陷居多（见图2和图3）。一般长约80～150 m，宽约40～60 m，落差1～2 m，面积一般为0.30～4万m2，大者塌陷面积约近30万m2。地面塌陷的形成，致使表土大量流失，土壤结构破坏，土质下降，肥力降低，土地贫瘠化，成为“三跑田”（跑水、跑土、跑肥），给当地农民的生产活动造成很大危害，严重影响了农民生活水平和农业生产的可持续发展。

3）地裂缝：井田塌陷区内地裂缝分布较普遍，一般分布在近期受煤矿采空影响的东部黄土地带，在塌陷坑边缘的拉伸变形区形成派生地面裂缝（见图4）。随着采空区的扩大、增多、延伸，形成拉张下错裂缝，大多表现为张性裂隙。农田区黄土垂直节理发育，地裂缝延伸多呈直线、弧线分布，走向一般与采掘方向相同，具有延伸长、落差大、对土地资源破坏严重等特点。

4）道路损毁：井田东部北-刘公路南北向横穿采空区域，由于地面各部位不同程度塌陷，导致公路损毁长约620 m，多处出现横向断裂，地裂缝东西方向延伸，中部塌陷严重，南北端较弱，形成地堑式阶梯状沉降，各阶梯落差约15～20 cm，整体落差约2 m，道路损毁严重。

3 综合治理方案研究

3.1 煤矸石堆场的治理方案

1）修建挡渣墙：煤矸石堆场周围原筑有高约2.0 m的梯形干砌石挡渣墙，此墙内部为松散石料堆积，因强度低，需重新修建重力式浆砌石挡渣墙（墙体高度2.0 m，底宽1.5 m，顶宽0.5 m，长度486.5 m），用以拦挡煤矸石垮塌。

2）整治边坡：现坡面堆放角度大于30°，为使边坡稳定，使其平均坡度小于30°；将原有松散堆放的煤矸石堆推平、压实，按1∶2坡面进行修整。预计形成护坡面积约13 200 m2，采用浆砌石骨架护坡治理，骨架内覆土0.3 m，种草绿化；为了便于日常管理，坡面修建人行通道1条，路宽2 m、长44 m，采用浆砌石砌筑。

3）修建排水设施：a.在煤矸石堆场坡面修建纵向排水渠6条，排泄顶面径流。排水渠断面的深度和宽度均为0.4 m，壁厚0.3 m，总长153 m。b.在堆场周围、挡渣墙内侧修建浆砌石截水沟，排泄排水渠汇水。截水沟断面的深度和宽度均为0.4m，壁厚0.3 m，总长486.5 m。

4）浇注灰乳：在煤矸石自燃区域顶面按照6 m间距，梅花式布置钻孔，共需布置钻孔148个。根据通常煤矸石孔隙度，以煤矸石压实后水的渗透速率为标准，即K渗≤1×10-5m/s，将钻孔深度控制在距顶面6 m范围内，钻进深度共计888 m。将石灰与粉煤灰、黄土搅拌制成乳浆，由泥浆泵注入钻孔进行灌浆灭火。

5）平整顶部、覆土压实、绿化营林：运用铲车，将原堆场顶部乱放的煤矸石及垃圾推平，并用铲车往返运移对煤矸石顶部压实，以减小煤矸石松散块体之间的孔隙。煤矸石场地整平后，上部覆以0.7～ 0.8 m黄土层，推平压实，以阻止空气的上下流通，满足植树的用地要求，并可防止煤矸石自燃，减少地表水体下渗，降低煤矸石淋溶物质，减小污染程度。进而种植适合当地生长的乡土绿化草种，定时浇水，以保证绿化和树木成活率。

3.2 土地复垦方案

井田属于丘陵山区，平整后的土地宜沿等高线方向延展，修整为水平梯田或隔坡式梯田。对因采煤破坏的土地，共需复垦土地50.10万m2。

3.3 道路修复方案

根据现场调查，因采煤沉陷导致沥青公路损毁的路面宽度为6 m，破损路面长约620 m，破损面积达3 720 m2，属于重度塌陷。道路修复方案包括：夯实路基、充填裂缝、重新铺设路基、铺设沥青路面约3 720 m2，恢复为原沥青公路。

3.4 生物复垦方案

土地复垦过程中，由于土壤中掺入了大量的生土、不利于作物生长，为了尽快恢复土壤物理结构和养分水平，需要进行生物复垦工程，具体包括：蓄水保土、改良土壤、品种筛选、科学种植、精心管理等。

4 结论

经对天泰锦辰煤业有限公司矿山地质环境研究，得出以下结论：1）整治煤矸石堆场：以原煤矸石堆场为基础，主要通过修建挡渣墙、边坡整治、修建排水设施、浇注灰乳、平整顶部、覆土压实、绿化营林等工程措施治理，能够彻底根治煤矸石堆场的污染。这种治理方案符合该地的地质地形条件和社会需要，难度小、投资少、易于实施。2）土地复垦方案:以因地制宜、尽量减少工程量为原则，主要采取充填地裂缝及地面塌陷，平整田面或修建梯田等工程措施，以土方工程为主，有可操作性，技术方案可行。3）所述综合治理方案实施后，不仅具有一定的生态、环境、经济和社会效益，而且也有重要的现实和长远意义。

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[2]侯坤颉，黄亮，张汇涛.二广高速及焦枝铁路（济源段）沿线矿山地质环境恢复治理研究[J].科技创新导报，2012（17）：1-2.

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[4]谢宏全，张光灿.煤矸石山对生态环境的影响及治理对策[J].北京工业职业技术学院学报，2002，1（3）：27-30，62.

[5]郭小娟，贾萍，刘霞.煤矸石山环境问题及其治理的研究[J].山西农业大学学报，1998，18（2）：47-49，94.

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Comprehensive Treatment on Geological Environment in Jincheng Mine

KONG Qingxiang1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Tiantai Group,Jincheng 048000,China)

Taking Jincheng Mine of Tiantai Group as the research object,based on the profile summarization of the mine,its geological environment is investigated.The results show that there are a lot of geological hazards in the mining area,including loose piling of a large amount of coal gangue,surface collapse,ground fissures,and road damage.Finally,on the feasibility analysis of major treatments and measures,the paper proposes a comprehensive treatment scheme for coal gangue stock dump and land deterioration.

geological environment in mines;geological hazards;comprehensive treatment scheme

X82

A

1672-5050（2015）01-0089-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.029

（编辑：刘新光）

2014-10-29

孔庆祥（1964-），男，山西晋城人，在读工程硕士研究生,高级采矿师，从事煤矿安全生产管理工作。