磁窯溝煤礦礦區環境地質研究與預測

郭曉明

(山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局，山西 太原 030045)

煤礦礦區開發在該地區經濟建設和社會發展中占有很大比重，對促進工業化、城市化進程起著重要作用。但其開發和利用對環境造成的負面影響日益突出，環境地質幾乎與礦業發展相伴而生，煤礦開發帶來了諸多環境地質問題，包括環境污染、生態破壞、地質災害等［1］。礦山地質環境評價主要是通過調查和評價，摸清礦山地質環境現狀，查明主要環境地質問題及其危害，為合理開發礦產資源、保護礦山地質環境、整治礦山環境、恢復與重建礦山生態、實施礦山地質環境監督管理等提供基礎科學資料和依據。

山西河曲晉神磁窯溝煤礦由原磁窯溝煤礦、四家塔煤礦、鹿固鄉煤子塔煤礦及部分空白資源整合而成，該井田位于山西省河曲縣南東53°直距18 km處的磁窯溝村、駱駝焉村一帶，井田范圍內較大村莊有寺焉村、磁窯村、焉頭村、東山梁及輝塔、辛莊子等6處，生產規模 1.2 M 萬 t/a，井田面積 10.622 7 km2.

1 區域環境地質背景

井田位于河東煤田北部，山西地臺西北部呂梁隆起北部之西段與鄂爾多斯盆地東部邊緣的交接部位，地層分區屬華北地層大區晉冀魯豫地層區鄂爾多斯地層河東地層小區。區內賦存地層自老而新主要有奧陶系中統下、上馬家溝組;石炭系中統本溪組、上統太原組;二疊系下統山西組、下石盒子組和上統上石盒子組、石千峰組;三疊系下統劉家溝組;上第三系上新統保德組、靜樂組以及第四系中上更新統和全新統。

區內含煤地層為石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組。太原組為主要含煤地層，巖性為灰白、灰、深灰色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、砂巖(S1、S2、S3)，灰、灰黑色灰巖或生物碎屑灰巖，土黃色泥灰巖、海相泥巖夾透鏡狀灰巖，黏土巖及煤層組成。井田內穩定、較穩定的可采煤層為太原組的10－1、10－2、11、13－1、13 號煤層，13 號煤層在井田北部、東部有分層現象。

2 地質災害

2.1 地質災害現狀

1)崩塌、滑坡、地裂縫、地面塌陷等地質災害現狀。

井田內局部有裂縫和塌陷區，陡峭懸崖有較小規模的黃土崩塌現象。在井田東部由于10－1、10－2號煤層有大面積采空區，采空區上方地表曾出現裂隙、坍塌和地表下沉，下沉幅度0.30～1.50 m，并在下沉邊緣伴有裂隙出現，裂隙寬度0.05～0.50 m，長度16～200 m.

2)泥石流地質災害現狀。

在野外調查過程中，發現工業廣場東部梁峁頂部出現山體滑塌，但由于滑坡危害對象為旱地，且地表無建筑物等人類工程，造成的地質災害危險性小。

2.2 地質災害預測

隨著下部煤層的開采和采空區面積的進一步擴大，地表將會產生大片裂隙和地表塌陷，如果遇到多雨季節，可能還會產生更大規模的黃土崩塌，造成嚴重的水土流失，如果不及時對地表裂隙及塌陷進行填埋處理，雨季地表水將會沿裂隙滲入井下，增大礦井涌水量，甚至還可能引發淹井事故。

2.2.1 工業廣場地質災害預測評估

1)遭受崩塌、滑坡地質災害預測。

據現場調查，工業廣場東部、北部存在不穩定挖方邊坡，坡高20～40 m，坡度50°～70°，組成邊坡的巖性上部為Q3黃土，下部為Q2黃土。邊坡在長期風化剝蝕及降雨沖刷下，個別已發生小型崩塌，尚未造成建筑損壞，人員傷亡，但在降水浸潤等因素影響下，工業廣場建設工程可能會遭受崩塌、滑坡地質災害。

2)遭受泥石流地質災害預測。

工業廣場G1溝谷現狀條件下無泥石流發生，溝谷內平時干涸無水，只有在暴雨季節才有洪水流過，但在地形和匯水條件上具備發生泥石流的必要條件。煤礦采空后，溝谷邊坡可能發生崩塌、滑坡，堆積物增多，泥石流物源增加，可能發生泥石流地質災害。

3)地面塌陷、地裂縫地質災害危險性預測。

煤層開采后，工業廣場地表會發生不同程度的地表變形，可能會遭受地裂縫、地面塌陷的危害。當復采下伏11、13號煤層后，副井工業廣場及風井工業廣場地表變形程度較大，造成的經濟損失較嚴重，地質災害危險性大。

2.2.2 其它區域地質災害預測

1)采礦活動引發崩塌、滑坡預測。

礦區地勢東高西低，最高海拔1 202.93 m，最低海拔925 m，最大相對高差278 m，屬中低山區。地面多為第四系黃土所覆蓋，地面植被較少，地表侵蝕劇烈，水土流失嚴重。

煤層采空后，采下層煤時更會加劇變形，地表最大移動、水平變形值和傾斜值在邊坡自重應力的影響下會變得更大，易引發邊坡崩塌與滑坡。采空區塌陷后，溝谷邊坡傾斜地表將產生附加采動滑移，滑移方向指向山體的下坡方向，因而凸形變坡部位將產生附加水平拉伸變形，凹形地貌部位將產生附加的水平壓縮和正曲變形，而地層傾向與坡體一致，可能導致高陡邊坡產生滑坡。如果集中暴雨等沿裂縫下滲，會誘發崩塌、滑坡地質災害，也可能加劇崩塌和滑坡。

2)泥石流地質災害預測。

礦區內地面植被稀少。地表沖刷劇烈，區內主要溝谷在東西走向的磁窯溝。主溝橫斷面為“∨”型溝谷，匯水面積為2.60 km2，溝底寬20～40 m，縱坡降25‰左右，溝谷切割深度介于25～50 m，兩側邊坡坡度大多介于30°～45°，溝谷植被覆蓋率約30%.

磁窯溝溝谷上游狹窄而下游寬緩，現狀條件下無泥石流發生。煤礦采空后，溝谷邊坡可能發生崩塌、滑坡、堆積物增多，泥石流物源增加，可能發生泥石流地質災害。地處磁窯溝溝口的磁窯溝村，但村莊位置高出河谷20～50 m，遠高于最高洪水位，泥石流對磁窯溝村的地質災害危險性小。

3 井田水環境

該礦、鄰礦及附近小窯對井田內 10－1、10－2、13號煤層的長期開采中，一直伴隨著礦坑水的大量疏排，采空區內產生的導水裂隙帶和地表地裂縫、塌陷的產生，均已改變了井田開采前原生的水文地質環境。

隨著開采深度的增加、開采范圍的擴大及開采時間的延續，繼續大量疏排地下水，從而引起區域性水位下降。首先表現為淺層地下水被疏干，水位下降，井、泉干枯，從而破壞了地下含水層結構，破壞了自然的地下水水力聯系，地表水及大氣降水均會沿地裂縫和塌陷區向下滲漏，而經采空區從巷道排出。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、耕地墑情降低，給當地農業生產造成一定經濟損失，而且嚴重影響該礦和周邊居民生活供水。而長遠的影響則是水土流失加劇，植被受到破壞，進而影響到整個礦區的生態環境和巖土體環境的改變。同時，在地下水疏排過程中，還會將巖煤層中有害元素排放至地表，引起地表水、潛水水質的污染，對地表生態環境產生影響。

現13號煤層的上覆砂巖裂隙含水層已被破壞，疏干或者部分疏干其中所含地下水，礦井及周圍含水層水位下降約25 m.目前，該礦井正常涌水量為1 200 m3/d，對井田內的地下含水層已造成一定影響。井田內淺層水井因煤礦的多年開采地下水位有所下降，水質變差，影響了礦區及周圍部分生產生活用水。

4 有害物質

井田有害物質主要以下幾個方面:

1)廢氣:生產和生活鍋爐產生的廢氣，煤炭生產儲運過程中產生的煤粉塵和土塵。廢氣污染大氣環境，使當地空氣質量下降，影響人體健康;廢水在流經區域，向下入滲，污染該區的地下水，不僅影響地表的植物和當地農作物生長，進一步影響居民的生活飲水質量，危害人體健康。

2)固體廢棄物:目前主要是生活垃圾、煤矸石。固體廢棄物不僅影響環境的美觀，而且占用大量的土地資源，再若煤矸石自燃，會生產更為嚴重的后果;有害元素在煤與矸石燃燒的過程中，會產生大量的有害氣體，作為廢氣排入大氣中，污染空氣。煤與矸石堆放時間較長，經人工灑水和大氣降水淋濾后產生廢水，最后污染地下水。

3)有害元素:煤層中有害的硫、砷等元素。

4)廢水:生活廢水、礦井排水和煤、矸石淋水。

5 結論及防治建議

1)針對地質災害，開發礦區的地面建設要充分考慮未來礦山的總體開拓方案，減少開采帶來的破壞因素及地面搬遷造成的損失。對于地裂縫、地表塌陷，需采取防治措施。如在工業場區、生活區下的開采區應留有足夠的保安煤柱，其它區域內，對地裂縫、地面塌陷，應采取防滲處理、利用煤矸石填埋、削高填低、回填平整等方式，恢復土地的使用功能。對于崩塌、滑坡的防治工程，工程措施為將邊坡開挖成臺階狀，每5 m一個臺階，臺階寬1.0 m.削坡后，緊貼坡體進行防護工程，以降低人工切坡的下滑力，使坡體保持穩定安全。

2)針對水環境，礦區應保護現有地表水體及潛水，綜合利用水資源，節約水資源;采取有效措施，對礦井水進行凈化使用，避免水環境污染;開采煤層時，要采取措施，加強隔水層保護，防止礦井水污染奧灰水水質;做好污水處理和回收復用工作，嚴格執行排污標準。

3)針對有害物質，應加強煤矸綜合利用，減少資源浪費，防止環境污染。

礦井水必須經污水處理站處理達標后才能排入河道，建立環境監測系統，按照環保要求，及時處理。

［1］宋志敏，崔樹軍.煤礦可持續發展與生態環境重建的探討［J］.焦作工學院學報，2000(6):430.