江头煤矿矿山地质环境综合防治探析

李常辉， 李万平， 齐文博

(湖南省煤田地质局第六勘探队， 湖南 湘潭 411100)

现状条件下江头煤矿矿业活动影响主要有：矿业活动造成矿山地质环境和土地的破坏，对人居环境影响较重；矿山进一步的开采活动加剧了这样影响的可能性。我队制订的综合防治方案有针对性地提出了防治措施，最大程度实现人与自然和谐共处，实现资源在开采中保护、在保护中开发的目标。

1 矿山地质环境概况

1.1 矿山基本情况

江头煤矿位于白沙矿区江头井田，隶属耒阳市龙塘镇。区内有居民4 468人、房屋956栋，房屋多为 1～3 层砖木或砖混结构。设计生产能力为15万吨/年，尚存在服务年限18.4年。

1.2 矿山及周边其他人类工程活动情况

1.2.1 周边矿业活动对地质环境的影响

(1)周边生产矿井：矿井南部为枫树煤矿，北部有磨田煤矿，水文地质条件均简单，矿山开采均未与本矿巷道贯通，对本矿山地质环境影响较轻。

(2)老窑：江头煤矿煤层露头处遍布20余个老窑，开采5～6煤层，开采范围沿走向60～200 m、垂深±0水平以内。小煤窑停采后，窑口倒塌，自然堵塞，坑、巷积水，域内矿山地质环境破坏较严重。

1.2.2 周边其他人类工程活动及其影响

区内主要为林地、果园、水田，除矿业活动外其他人类工程活动主要为民用建筑、道路和林业及农垦。人类工程活动对地质环境的影响较轻。

1.3 矿山地质环境条件

(1)矿区水文地质条件属中等类型，为富水性弱裂隙充水矿床。目前矿山开采最低水平为-350 m，一般涌水量为65 m3/h，最大为107 m3/h，预测未来开采至-500 m水平井底一般涌水量为273 m3/h，最大为449 m3/h。地下水疏干排水未导致地面裂缝、地面塌陷；矿坑进水边界条件简单，充水地层岩溶不发育，老窑水威胁中等；地表水体少，地表水与地下水联系不密切，对矿坑充水影响小。

(2)矸石、矿渣或矿坑水有害组分少，含量低，堆渣条件好，矿渣堆稳定，不易污染水、土环境。

(3)矿区地质构造复杂，断裂构造较发育，断层对矿坑充水和采矿影响小。

(4)区内工程地质条件中等，岩土体工程地质条件一般，可溶岩类较少，残坡积一般厚0～20 m，煤层顶底板工程地质条件中等。

(5)采空区面积和空间中等，重复开采较少。

(6)现状条件下矿山地质环境问题中等，危害中等。

(7)地形简单，地貌单元类型少，主要为丘陵地貌，地形坡角一般小于20°，坡向与地层倾向以斜交为主。

综合所述，矿山地质环境条件确定为中等复杂类型[1]。

2 矿山地质环境问题

2.1 矿山地质环境问题现状

现状条件下矿业活动影响如下：(1)对水资源、水环境影响较轻；(2)矿业活动占用破坏土地资源影响较重，采矿地表变形破坏对土石环境影响较轻，矸石堆对土石环境影响较重；(3)矿业活动引发崩塌、滑坡、泥石流影响较轻，引发地面塌陷(变形)地质灾害影响较重；(4)对重要建筑物及工程、设施和自然保护区影响较轻；(5)对景观影响较轻；(6)对人居环境影响较重。

现状评估矿山地质环境整体影响较重。

2.2 矿山地质环境保护与治理现状

2.2.1 废水的治理

经污水处理池处理后的矿坑水经过区域植被生长正常，2018年10月检测水质达标，治理效果较好，对溪水污染影响较轻。

2.2.2 矸石治理

矿山现有矸石堆3处：第一处(G1)目前仍在使用，在矿部附近，占地约11 750 m2，堆积方量约7.83万立方米；第二处(G2)位于北风井；第三处(G3)在聚鑫井口附近，目前不再新增矸石量，占地约6 000 m2，堆积方量约3.0万立方米。矿山每年往外运矸石，故近几年来堆放矸石量正在减少，煤矸石综合利用取得了一定成效。

2.2.3 采空区地面变形治理

1992年10月矿山南风井东面老采空区地面变形破坏，稻田中出现一个地面塌陷漏斗，附近一栋民房开裂。经调查，原开裂的房屋居民已经搬迁，周边没有其他建筑；原地面塌陷位置经过回填处理，目前为一水塘；周边地面未见新的地面塌陷或裂缝。

2.3 矿山地质环境问题预测

矿业活动影响预测如下：(1)预测评估矿业活动对水资源影响较重、水环境影响较轻；(2)预测评估矿业活动对土地(石)资源、土石环境破坏影响较重；(3)预测评估矿业活动引发采空区地面变形影响较重，矿山建设遭受地质灾害影响较轻；(4)预测评估矿业活动对重要建筑物及工程、设施和自然保护区影响较轻；(5)预测评估矿业活动对景观影响较轻；(6)预测评估对评估区内人居环境影响较重。

综上，预测评估矿业活动对矿山地质环境影响较重[2]。

3 矿山地质环境综合防治方案

3.1 防治目标

根据矿山地质环境现状、预测存在的主要地质环境问题和评估结果、矿区地质环境特征、矿山开发利用方案及建设规划，为科学、有效地治理矿山地质环境问题，矿山地质环境综合防治目标如下：

(1)综合治理矿山地质环境，对矿区可能存在的灾害隐患点进行定期监测、巡查，并采取有效措施及时消除隐患。

(2)有效治理固体废弃物堆，不再造成次生灾害。

(3)需对矿山废水(矿坑水、矸石淋滤水)得到100%处理，保护水环境。

(4)减少土地压占面积，对矿山地面建设场地、矸石堆场地进行平整，种植绿化，闭坑后全面恢复矿区地质环境，确保土地复垦率100%，使开采后矿区植被覆盖率不低于原有覆盖率水平。

3.2 防治任务

为综合治理矿山地质环境，控制或消除矿山存在的地质灾害隐患，防止矿山建设、生产等活动对地质环境的破坏，结合实际，矿山地质环境保护与治理恢复任务主要包括：

(1)采取工程措施及临时防护措施，不影响矿山生产，兼顾对矿业活动压占或破坏的土地、植被资源进行恢复，减少新增地质灾害造成的危害，改善矿区生态、景观环境，实现矿业开发与区域生态环境的协调发展。

(2)加强矸石综合利用力度，减少矸石堆放量；对已有煤矸石进行分层堆放，降低矸石堆高度，减缓矸石堆堆积坡度，杜绝矸石堆发生崩滑、矸石流等地质灾害。

(3)对矿业活动引发、遭受的地质灾害及隐患进行有效防治，避免造成不必要的经济损失和人员伤亡。

(4)开展地质灾害预警监测工程，包括对地质灾害隐患点的监测、矿山废水水质的监测等。

3.3 矿山地质环境保护与恢复治理方案

地面建设综合防治方案：(1)严格控制用地面积与范围，尽可能避免新增破坏面积；(2)闭坑后场地复垦恢复植被。

矸石堆综合防治方案：(1)加强矸石的综合利用，减少积存量；(2)闭坑后场地复垦恢复，修建截排水沟。

采空区地面塌陷地质灾害防治方案：(1)留设足够的保安矿柱；(2)利用矸石充填废弃巷道；(3)发现地面开裂受损，及时进行填平整治；(4)发现地面建筑物受损，及时采取监测、维修补偿、地基钻孔注浆加固、异地安置(达到D级破坏的须搬迁)等措施，以简易监测或观测为主，定期使用钢尺或设备仪器等进行测量。

矿山废水防治工程方案：对矿坑水进行沉淀、净化处理，达标后再排放，在溪沟下游设水质监测点，定期检测水质情况，若水质变差则及时采取措施治理。井口封闭工程方案：闭坑后，对各井口应采取适当工程措施进行永久性封堵。

3.4 综合防治方案设计及工程量

3.4.1 采空区地面塌陷地质灾害防治

前已详述，预测采空区地面塌陷对局部居民区的影响较重，因无法确定其破坏的具体情况，只是存在破坏的可能性。因此，提出由矿方负责进行监测，及时发现问题，及时采取有效措施，控制经济损失。设计防治工程为布置监测点、房屋维修、经济赔偿，损坏严重的搬迁避让等；本方案提出预留资金，作为防治措施预备经费。

3.4.2 井口封堵工程

按国家安全生产监督管理局令第28号，2009年9月，平硐井口封闭时采用浆砌片石封闭即可，厚2 m。斜井井口封闭时在井口下长24 m处砌筑1座浆砌片石墙，厚2 m，然后采用废石填至井口，长20 m，井口采用浆砌片石封闭，厚2 m；为了防止填渣段的淋滤水聚积，造成挡墙坍塌或渣流，在井口下部封闭挡墙，底部留设渗水孔，孔径Ф100 mm，孔的上方可用较大的大块石堆积，防止孔径堵塞；报废的立井应当填实封堵，或者在井口浇注1个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土盖板，并设置栅栏和标志。

本矿山有5个井口(聚鑫煤矿主井、副井已封闭，在2016年已通过了分期验收)，即主井、北风井(原副井)、南一风井、原北风井、南二风井。矿山闭坑时，应予以封闭。

3.4.3 排水工程

由于G1矸石场南面、G2矸石场周围汇水面积小，不需修砌截水沟；G1矸石场北面、G3矸石场上方需布置截水沟工程。

3.4.4 废水处理工程

矿山建有污水处理池，对矿坑水进行酸性中和、沉淀处理，并定期捞渣。设计在沉淀池出口设水质监测点1个，并每个季度采水样进行检测，设计1个监测点，监测期为18.4 a，取水样2*18.4*4=148组。矿山地质环境恢复治理工程量统计见表1。

表1 矿山地质环境恢复治理工程量统计表

3.5 矿山土地复垦工程

3.5.1 复垦工程设计

复垦方向为林地、旱地，土地复垦工程主要包括砌体拆除、表土剥离、土地翻耕、植树种草。

(1)砌体拆除。矿山闭坑后，先将地面建筑、硬化层等拆除，地面建筑为浆砌砖结构房屋1～3层，房屋建筑方量200～300 m3，平均约250立方米/栋。地面硬化物厚0.2～0.4 m，平均厚0.3 m，计拆除量约0.3 m3/m2。可将建筑垃圾用于井口封堵、铺路等，运距500～1000 m。

(2)表土剥离。对取土场进行表土剥离，用于复垦所需覆盖土方。

(3)土地翻耕。地面建筑及硬化物拆除后进行土地翻耕，然后再挖树坑。

(4)植树、撒草籽。树坑规格为0.5 m×0.5 m×0.5 m，并暴露一段时间，坑内放少量客土，树种为杉树。树的株行距为 2.0 m×2.0 m，初植密度为2 500株/平方百米；苗木规格为两年实生苗，苗高1 m以上，土球直径10 cm以上；造林时间一般为冬、春季。

3.5.2 复垦工程量计算

根据前述复垦设计，矿山地面建设复垦工程量计算见表2，矸石堆、沉淀池复垦工程量见表3。

表2 矿山地面建设复垦工程量测算表

表3 矸石堆、沉淀池复垦工程量测算表

4 结语

本矿山服务年限较长，采矿许可证为5年有效期，因此本方案主要服务期为近5年(2019年8月～2024年7月)，同时对远期(2024年8月～2041年12月)进行展望与规划。方案最大限度地减轻矿业活动对地质环境的影响，实现矿山地质环境综合防治，落实矿山企业对矿山地质环境综合防治义务，为矿山企业实施矿山地质环境综合防治提供技术支撑，为矿山地质环境恢复治理验收与监督管理提供依据。