天泰錦辰煤業礦區礦山地質環境綜合治理研究

孔慶祥

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024：2.山西澤州縣天泰集團公司，山西 晉城 048000）

天泰錦辰煤業礦區礦山地質環境綜合治理研究

孔慶祥1，2

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024：2.山西澤州縣天泰集團公司，山西 晉城 048000）

以澤州縣天泰集團錦辰煤業有限公司礦區為研究對象，在總結研究區概況的基礎上，對研究區內礦山地質環境的現狀進行調查研究，發現區域內存在大量煤矸石松散堆放、地面塌陷、地裂縫、道路損毀等地質災害現象，并對主要治理內容、治理措施的可行性進行研究，最終提出煤矸石堆場治理方案和土地破壞治理方案。

礦山地質環境；地質災害；綜合治理方案

山西省晉城市煤炭資源豐富、重視煤炭開采，礦山地質環境問題日趨嚴重[1-3]。天泰錦辰煤業有限公司在給當地帶來巨大經濟效益的同時也影響到人民的正常生活。由于多年開采煤炭產生的大量煤矸石場內沒有排水系統，雨季雨水下滲，使煤矸石中有毒有害物質隨滲水體污染地下水系；晴天空氣對流造成煤矸石堆體內部溫度升高，排放出大量CO2、CO、SO2、H2S、NOx等氣體及煙塵物質，嚴重污染了晉城市的空氣質量，危害著人民的身體健康[4-7]。同時，煤炭資源開采導致周邊土地塌陷、開裂、退化、良田荒蕪、道路毀壞等，井田范圍內礦山地質環境惡劣，環境地質問題日益突出，嚴重影響著企業和周圍村民的正常生產和生活[8-9]。因此急需對其地質環境綜合治理進行研究。

1 研究區的概況

研究區位于山西省東南部沁水煤田晉城礦區，晉城市東北直距約15 km處，地理坐標：東經112° 53′09″～112°56′31″，北緯35°38′09″～35°39′37″。西部邊緣為太（原）—焦（作）鐵路和太（原）—洛（陽）公路，呈南北向延伸，太—焦鐵路南與京廣、焦枝、隴海線相接，北至晉中與同蒲鐵路相連，設置有北板橋火車站，距礦區僅1.5 km。研究區井田位于太行山西南邊緣的澤州盆地內，屬太行山系支脈，區內地形為中間高四周低的錐形山丘，比較簡單，整體地勢北東高南西低。井田位于丹河河床東側支流-巴公河地帶，屬于黃河流域沁河水系。河流水系呈羽狀排列，屬于地下水徑流區域，河川徑流主要接收大氣降水補給，無常年徑流的地表水系，均屬季節性河流。

研究區黃土覆蓋面廣，地質構造簡單，主要以平緩開闊背向斜為主；在井田中部，井下開采揭露一個陷落柱，呈橢圓形，長軸65 m，短軸45 m；未揭露較大斷裂構造；井田內外無巖漿侵入，對本區地層、煤層無影響。

2 礦山地質環境問題

1）煤矸石堆場：位于井田西北角外溝谷中，西靠太焦鐵路線和福盛鋼鐵有限公司約300 m，東與農田相鄰，屬于黃土沖溝下游地帶（見圖1）。該堆場南北長約150 m，東西寬約70 m，高約8 m，堆放總體積約9萬m3，堆放量約240 kt。雨季地表徑流沿矸石間空隙下滲，將矸石中有毒有害物質淋濾溶解，污染土壤和地下水系。2007年4月煤矸石堆發生自燃以來，排放出大量有害氣體及煙塵物質，不僅破壞當地生態環境，污染周邊地區的環境空氣，而且嚴重危害著人民的身體健康。

2）地面塌陷：據野外調查，地面塌陷主要分布在井田東部和南部黃土覆蓋農田區域，塌陷特征以塌陷坑、塌陷槽、波狀起伏塌陷居多（見圖2和圖3）。一般長約80～150 m，寬約40～60 m，落差1～2 m，面積一般為0.30～4萬m2，大者塌陷面積約近30萬m2。地面塌陷的形成，致使表土大量流失，土壤結構破壞，土質下降，肥力降低，土地貧瘠化，成為“三跑田”（跑水、跑土、跑肥），給當地農民的生產活動造成很大危害，嚴重影響了農民生活水平和農業生產的可持續發展。

3）地裂縫：井田塌陷區內地裂縫分布較普遍，一般分布在近期受煤礦采空影響的東部黃土地帶，在塌陷坑邊緣的拉伸變形區形成派生地面裂縫（見圖4）。隨著采空區的擴大、增多、延伸，形成拉張下錯裂縫，大多表現為張性裂隙。農田區黃土垂直節理發育，地裂縫延伸多呈直線、弧線分布，走向一般與采掘方向相同，具有延伸長、落差大、對土地資源破壞嚴重等特點。

4）道路損毀：井田東部北-劉公路南北向橫穿采空區域，由于地面各部位不同程度塌陷，導致公路損毀長約620 m，多處出現橫向斷裂，地裂縫東西方向延伸，中部塌陷嚴重，南北端較弱，形成地塹式階梯狀沉降，各階梯落差約15～20 cm，整體落差約2 m，道路損毀嚴重。

3 綜合治理方案研究

3.1 煤矸石堆場的治理方案

1）修建擋渣墻：煤矸石堆場周圍原筑有高約2.0 m的梯形干砌石擋渣墻，此墻內部為松散石料堆積，因強度低，需重新修建重力式漿砌石擋渣墻（墻體高度2.0 m，底寬1.5 m，頂寬0.5 m，長度486.5 m），用以攔擋煤矸石垮塌。

2）整治邊坡：現坡面堆放角度大于30°，為使邊坡穩定，使其平均坡度小于30°；將原有松散堆放的煤矸石堆推平、壓實，按1∶2坡面進行修整。預計形成護坡面積約13 200 m2，采用漿砌石骨架護坡治理，骨架內覆土0.3 m，種草綠化；為了便于日常管理，坡面修建人行通道1條，路寬2 m、長44 m，采用漿砌石砌筑。

3）修建排水設施：a.在煤矸石堆場坡面修建縱向排水渠6條，排泄頂面徑流。排水渠斷面的深度和寬度均為0.4 m，壁厚0.3 m，總長153 m。b.在堆場周圍、擋渣墻內側修建漿砌石截水溝，排泄排水渠匯水。截水溝斷面的深度和寬度均為0.4m，壁厚0.3 m，總長486.5 m。

4）澆注灰乳：在煤矸石自燃區域頂面按照6 m間距，梅花式布置鉆孔，共需布置鉆孔148個。根據通常煤矸石孔隙度，以煤矸石壓實后水的滲透速率為標準，即K滲≤1×10-5m/s，將鉆孔深度控制在距頂面6 m范圍內，鉆進深度共計888 m。將石灰與粉煤灰、黃土攪拌制成乳漿，由泥漿泵注入鉆孔進行灌漿滅火。

5）平整頂部、覆土壓實、綠化營林：運用鏟車，將原堆場頂部亂放的煤矸石及垃圾推平，并用鏟車往返運移對煤矸石頂部壓實，以減小煤矸石松散塊體之間的孔隙。煤矸石場地整平后，上部覆以0.7～ 0.8 m黃土層，推平壓實，以阻止空氣的上下流通，滿足植樹的用地要求，并可防止煤矸石自燃，減少地表水體下滲，降低煤矸石淋溶物質，減小污染程度。進而種植適合當地生長的鄉土綠化草種，定時澆水，以保證綠化和樹木成活率。

3.2 土地復墾方案

井田屬于丘陵山區，平整后的土地宜沿等高線方向延展，修整為水平梯田或隔坡式梯田。對因采煤破壞的土地，共需復墾土地50.10萬m2。

3.3 道路修復方案

根據現場調查，因采煤沉陷導致瀝青公路損毀的路面寬度為6 m，破損路面長約620 m，破損面積達3 720 m2，屬于重度塌陷。道路修復方案包括：夯實路基、充填裂縫、重新鋪設路基、鋪設瀝青路面約3 720 m2，恢復為原瀝青公路。

3.4 生物復墾方案

土地復墾過程中，由于土壤中摻入了大量的生土、不利于作物生長，為了盡快恢復土壤物理結構和養分水平，需要進行生物復墾工程，具體包括：蓄水保土、改良土壤、品種篩選、科學種植、精心管理等。

4 結論

經對天泰錦辰煤業有限公司礦山地質環境研究，得出以下結論：1）整治煤矸石堆場：以原煤矸石堆場為基礎，主要通過修建擋渣墻、邊坡整治、修建排水設施、澆注灰乳、平整頂部、覆土壓實、綠化營林等工程措施治理，能夠徹底根治煤矸石堆場的污染。這種治理方案符合該地的地質地形條件和社會需要，難度小、投資少、易于實施。2）土地復墾方案:以因地制宜、盡量減少工程量為原則，主要采取充填地裂縫及地面塌陷，平整田面或修建梯田等工程措施，以土方工程為主，有可操作性，技術方案可行。3）所述綜合治理方案實施后，不僅具有一定的生態、環境、經濟和社會效益，而且也有重要的現實和長遠意義。

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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

（編輯：劉新光）

2014-10-29

孔慶祥（1964-），男，山西晉城人，在讀工程碩士研究生,高級采礦師，從事煤礦安全生產管理工作。