宝丰华鑫煤矿地质环境问题探讨与防治工程部署

刘丹

摘 要：煤矿的地下开采带来的环境污染和生态破坏问题日益突出，其主要表现为地面水下跌、地层错动与地表下沉、煤矸石占地及风化污染问题、地面水受到污染、对森林植被的破坏、二次扬尘污染问题等。该文选取一个地方案例，通过对其地质环境问题的分析，探讨其防治工程的部署。

关键词：煤矿 地面塌陷 地裂缝 地质环境防治工程

中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0066-02

1 矿区概况

宝丰县华鑫煤矿位于宝丰县大营镇赵庄村西约700 m的山坡上，矿区距韩梁公路1.8 km，西北距207国道1 km，有碎石或柏油路相通。

1.1 自然地理

根据宝丰县气象站历年的观测记载可以知道，年最大降水量为1 235.5 mm，最小降水量为550 mm，平均降水量772.7 mm，降水量多集中在6～8月，约占年降水量的70%。年最高气温42 ℃，最低气温-11.7 ℃，平均气温14 ℃，月均气温一般在2月份最低，7月份最高。

1.2 水文

矿区内为低山丘陵地貌，受地形的影响，冲沟较发育。常年性地表水体欠发育，地表无河流，无水体，无井泉，主要表现在季节性河流。

1.3 地形地貌

矿区属冲洪积倾斜平原地貌，井田工业广场位于青草岭东坡处，坡度较陡，地势西高东低。西部青草岭标高479.4 m，娘娘山最高峰为528 m；矿区地形标高在+255～+350 m之间，相对高差95 m。

1.4 地层

矿井及周邻范围赋存的地层有老至新有：上寒武统崮山组、上石炭统本溪组、下二叠统太原组、下二叠统山西组、下石河子组、第四系。其中含煤地层为下二叠统太原组、下二叠统山西组、下石河子组。

1.5 地质构造

矿井所属的韩梁矿区位于华北板块的南缘，三门峡——鲁山断裂带的北东侧。受其影响，地质构造主要表现为两个三级构造单元，即西部的青草岭逆冲断裂带和东部的大庄不对称向斜。

1.6 水文地质

井田范围内，按地层由老到新的顺序分为4个含水层，分别为寒武系岩溶裂隙承压灰岩含水层、太原组岩溶裂隙承压灰岩含水层、山西组孔隙裂隙承压砂岩含水层和第四系含水层。

1.7 工程地质

矿井内第四系岩性由松散的砂质黏土夹钙质结核及砾石组成。基岩为二叠系含煤岩系，由细粒砂岩、中粒砂岩与泥岩、砂质泥岩构成互层，间夹煤层，岩石组合以层状岩层坚硬岩为主。

2 矿山地质环境问题现状评估

现状条件下矿区范围内有地面塌陷、地裂缝现象，主要分布于矿区东北角及西南角的老采空区范围。

主副井工业广场、风井工业广场的修建以及堆放的煤矸石堆，都破坏了原生的地形地貌景观。

3 矿山地质环境问题预测评估

据国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。当采深采厚比介于30～100之间，地层中没有较大地质构造破坏情况下，煤层采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。

从煤层底板高线来看，该矿井田为一缓倾斜的单斜构造，地层西北方向倾向东南，地层倾角平缓，一般为40°～59°。

下沉系数取q初=0.60，水平移动系数取b初=0.36；移动角δ取72°，γ取72°，β取67°；主要影响角正切tgβ=2.35。

根据行业公式及计算参数可知，二1、一4煤开采后，考虑两煤层的叠加和加剧情况，地表沉陷面积37.54 hm2，塌陷中心最大下沉值5 340 mm，最大倾斜值77.30 mm，最大曲率1.71×10-3 mm，最大水平移动值1 922 mm，最大水平变形值42.30 mm/m，地表沉陷和变形量均较大。

根据开采的实践经验和观测资料分析结果表明，长壁式全垮落采煤法采空区上方地表的移动变形是一个长期的过程，工作面停采时间越长，其残余沉降量越小。

二1煤层开采深度：135～250 m，一4煤层开采深度185～330m，利用公式T=2.5H（d），H为工作面平均采深（m）。

计算得，地表移动变形延续时间T为：二1煤层：0.94～1.74年，一4煤层： 1.27～2.08年。该矿先开采二1煤层，再开采一4煤层，一4煤层生产期限为2.9年。故闭坑后煤矿地表移动变形时间为1.27～2.08年。

上述地表移动变形时间只是煤层开采后地表常规移动变形期。由于采空区完全充填、冒落物的充分压密以及煤柱的变形等因素都影响地表移动，因而地表移动变形可能会延续更长的时间。

沉降变形相对较小的区域位于矿区主副井工业广场及风井工業广场区域，变形较大区域位于矿区西南侧拟采区范围区域，受威胁对象为华鑫煤矿本身，危害程度较严重。

矿区东北角涉及赵庄一部分，现状条件下，因地面塌陷地裂缝的原因，已造成房屋歪斜及开裂现象。待华鑫煤矿开采完毕之后，该范围内的地面塌陷及地裂缝现象将进一步加剧，威胁其范围内的房屋建筑及村民安全。

4 矿山地质环境防治工程

按照《矿山地质环境保护规定》，坚持预防为主、防治结合，谁开发谁保护、谁破坏谁治理、谁投资谁受益的原则。通过工程治理和生物工程，最大限度地避免和减小矿山地境问题的发生。

4.1采空塌陷区综合治理工程

对于煤矿开采大面积塌陷区，沉降稳定之后，采取削高填低、回填整平，使地形保持平整，恢复土地功能。

为防止地表水沿地裂缝渗入井下和人、畜掉入裂缝发生伤害，对采矿引发的地裂缝及时充填。一般宽度小于100 mm的裂缝为轻微等级，宽度为100～300 mm的裂缝为中等裂缝，宽度大于300 mm的裂缝为严重裂缝，采空区已经过多年沉降稳定，地表发生的裂缝多为轻度裂缝。

待煤矿开采结束后，将拟采区内原本是旱地土地类型的区域覆土0.5 m厚，恢复为旱地。

村民搬迁后，拆除建筑物，清运建筑垃圾，而后客土，平整土地，种植刺槐树，恢复为林地。

4.2 主副井工业广场综合治理工程

闭坑后，将堆放的煤矸石运走作为烧砖原料。对现有煤矸石堆占用的位置进行覆土植树，恢复成林地。

对主副井工业广场报废建筑物进行清理，拆除井口房、空压机房、车房、机组房、职工宿舍等在内的建筑物，清运建筑垃圾；拆除主副井广场混凝土硬化地面，清运垃圾；而后覆土0.5 m，平整后恢复为耕地。

对主副井进行回填。主副井井筒用废石、拆除建筑物后的废弃物充填，充填到离井口2～3 m处；然后在井口外围修建钢筋混凝土井座，上覆现浇钢筋混凝土井盖进行封闭。井口治理后设置警示标志，警示标牌上注明废弃井口的相关信息，埋设在井口的显著位置。

4.3 风井工业广场综合治理工程

闭坑后，对风井进行回填，在井口外围修建钢筋混凝土井座，上覆现浇钢筋混凝土井盖进行封闭。井口治理后设置警示标志，警示标牌上注明废弃井口的相关信息，埋设在井口的显著位置。

拆除风井工业广场废弃建筑物，清运建筑垃圾，而后覆土0.5 m，进行土地平整，恢复为旱地。

5 结语

矿山地质环境保护与治理工程实施后，可避免因礦山地质灾害对矿区人民生命财产安全的危害，提高矿区附近居民生活环境的质量。因矿山开挖及废碴堆放恶化的生态环境将得到极大的改善，树木覆盖率有大幅度提高。该项目的实施，将起到很好的示范作用，有力地推动当地矿山地质环境保护与恢复治理工作的顺利开展。

参考文献

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[2] 门玉明，王勇智，郝建斌，等.地质灾害治理工程设计实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[3] 徐友宁.矿山地质环境调查研究现状及展望[J].地质通报，2008，27（8）：1235-1244.