寶豐華鑫煤礦地質環境問題探討與防治工程部署

劉丹

摘 要：煤礦的地下開采帶來的環境污染和生態破壞問題日益突出，其主要表現為地面水下跌、地層錯動與地表下沉、煤矸石占地及風化污染問題、地面水受到污染、對森林植被的破壞、二次揚塵污染問題等。該文選取一個地方案例，通過對其地質環境問題的分析，探討其防治工程的部署。

關鍵詞：煤礦 地面塌陷 地裂縫 地質環境防治工程

中圖分類號：TD713 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0066-02

1 礦區概況

寶豐縣華鑫煤礦位于寶豐縣大營鎮趙莊村西約700 m的山坡上，礦區距韓梁公路1.8 km，西北距207國道1 km，有碎石或柏油路相通。

1.1 自然地理

根據寶豐縣氣象站歷年的觀測記載可以知道，年最大降水量為1 235.5 mm，最小降水量為550 mm，平均降水量772.7 mm，降水量多集中在6～8月，約占年降水量的70%。年最高氣溫42 ℃，最低氣溫-11.7 ℃，平均氣溫14 ℃，月均氣溫一般在2月份最低，7月份最高。

1.2 水文

礦區內為低山丘陵地貌，受地形的影響，沖溝較發育。常年性地表水體欠發育，地表無河流，無水體，無井泉，主要表現在季節性河流。

1.3 地形地貌

礦區屬沖洪積傾斜平原地貌，井田工業廣場位于青草嶺東坡處，坡度較陡，地勢西高東低。西部青草嶺標高479.4 m，娘娘山最高峰為528 m；礦區地形標高在+255～+350 m之間，相對高差95 m。

1.4 地層

礦井及周鄰范圍賦存的地層有老至新有：上寒武統崮山組、上石炭統本溪組、下二疊統太原組、下二疊統山西組、下石河子組、第四系。其中含煤地層為下二疊統太原組、下二疊統山西組、下石河子組。

1.5 地質構造

礦井所屬的韓梁礦區位于華北板塊的南緣，三門峽——魯山斷裂帶的北東側。受其影響，地質構造主要表現為兩個三級構造單元，即西部的青草嶺逆沖斷裂帶和東部的大莊不對稱向斜。

1.6 水文地質

井田范圍內，按地層由老到新的順序分為4個含水層，分別為寒武系巖溶裂隙承壓灰巖含水層、太原組巖溶裂隙承壓灰巖含水層、山西組孔隙裂隙承壓砂巖含水層和第四系含水層。

1.7 工程地質

礦井內第四系巖性由松散的砂質黏土夾鈣質結核及礫石組成。基巖為二疊系含煤巖系，由細粒砂巖、中粒砂巖與泥巖、砂質泥巖構成互層，間夾煤層，巖石組合以層狀巖層堅硬巖為主。

2 礦山地質環境問題現狀評估

現狀條件下礦區范圍內有地面塌陷、地裂縫現象，主要分布于礦區東北角及西南角的老采空區范圍。

主副井工業廣場、風井工業廣場的修建以及堆放的煤矸石堆，都破壞了原生的地形地貌景觀。

3 礦山地質環境問題預測評估

據國內外采礦經驗認為，當煤層采深采厚比小于30時，煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的不連續特征，地表變形劇烈，煤礦采空區上方會形成較大的裂縫或塌陷坑。當采深采厚比介于30～100之間，地層中沒有較大地質構造破壞情況下，煤層采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的連續性和一定的分布規律，常表現為地表移動盆地。

從煤層底板高線來看，該礦井田為一緩傾斜的單斜構造，地層西北方向傾向東南，地層傾角平緩，一般為40°～59°。

下沉系數取q初=0.60，水平移動系數取b初=0.36；移動角δ取72°，γ取72°，β取67°；主要影響角正切tgβ=2.35。

根據行業公式及計算參數可知，二1、一4煤開采后，考慮兩煤層的疊加和加劇情況，地表沉陷面積37.54 hm2，塌陷中心最大下沉值5 340 mm，最大傾斜值77.30 mm，最大曲率1.71×10-3 mm，最大水平移動值1 922 mm，最大水平變形值42.30 mm/m，地表沉陷和變形量均較大。

根據開采的實踐經驗和觀測資料分析結果表明，長壁式全垮落采煤法采空區上方地表的移動變形是一個長期的過程，工作面停采時間越長，其殘余沉降量越小。

二1煤層開采深度：135～250 m，一4煤層開采深度185～330m，利用公式T=2.5H（d），H為工作面平均采深（m）。

計算得，地表移動變形延續時間T為：二1煤層：0.94～1.74年，一4煤層： 1.27～2.08年。該礦先開采二1煤層，再開采一4煤層，一4煤層生產期限為2.9年。故閉坑后煤礦地表移動變形時間為1.27～2.08年。

上述地表移動變形時間只是煤層開采后地表常規移動變形期。由于采空區完全充填、冒落物的充分壓密以及煤柱的變形等因素都影響地表移動，因而地表移動變形可能會延續更長的時間。

沉降變形相對較小的區域位于礦區主副井工業廣場及風井工業廣場區域，變形較大區域位于礦區西南側擬采區范圍區域，受威脅對象為華鑫煤礦本身，危害程度較嚴重。

礦區東北角涉及趙莊一部分，現狀條件下，因地面塌陷地裂縫的原因，已造成房屋歪斜及開裂現象。待華鑫煤礦開采完畢之后，該范圍內的地面塌陷及地裂縫現象將進一步加劇，威脅其范圍內的房屋建筑及村民安全。

4 礦山地質環境防治工程

按照《礦山地質環境保護規定》，堅持預防為主、防治結合，誰開發誰保護、誰破壞誰治理、誰投資誰受益的原則。通過工程治理和生物工程，最大限度地避免和減小礦山地境問題的發生。

4.1采空塌陷區綜合治理工程

對于煤礦開采大面積塌陷區，沉降穩定之后，采取削高填低、回填整平，使地形保持平整，恢復土地功能。

為防止地表水沿地裂縫滲入井下和人、畜掉入裂縫發生傷害，對采礦引發的地裂縫及時充填。一般寬度小于100 mm的裂縫為輕微等級，寬度為100～300 mm的裂縫為中等裂縫，寬度大于300 mm的裂縫為嚴重裂縫，采空區已經過多年沉降穩定，地表發生的裂縫多為輕度裂縫。

待煤礦開采結束后，將擬采區內原本是旱地土地類型的區域覆土0.5 m厚，恢復為旱地。

村民搬遷后，拆除建筑物，清運建筑垃圾，而后客土，平整土地，種植刺槐樹，恢復為林地。

4.2 主副井工業廣場綜合治理工程

閉坑后，將堆放的煤矸石運走作為燒磚原料。對現有煤矸石堆占用的位置進行覆土植樹，恢復成林地。

對主副井工業廣場報廢建筑物進行清理，拆除井口房、空壓機房、車房、機組房、職工宿舍等在內的建筑物，清運建筑垃圾；拆除主副井廣場混凝土硬化地面，清運垃圾；而后覆土0.5 m，平整后恢復為耕地。

對主副井進行回填。主副井井筒用廢石、拆除建筑物后的廢棄物充填，充填到離井口2～3 m處；然后在井口外圍修建鋼筋混凝土井座，上覆現澆鋼筋混凝土井蓋進行封閉。井口治理后設置警示標志，警示標牌上注明廢棄井口的相關信息，埋設在井口的顯著位置。

4.3 風井工業廣場綜合治理工程

閉坑后，對風井進行回填，在井口外圍修建鋼筋混凝土井座，上覆現澆鋼筋混凝土井蓋進行封閉。井口治理后設置警示標志，警示標牌上注明廢棄井口的相關信息，埋設在井口的顯著位置。

拆除風井工業廣場廢棄建筑物，清運建筑垃圾，而后覆土0.5 m，進行土地平整，恢復為旱地。

5 結語

礦山地質環境保護與治理工程實施后，可避免因礦山地質災害對礦區人民生命財產安全的危害，提高礦區附近居民生活環境的質量。因礦山開挖及廢碴堆放惡化的生態環境將得到極大的改善，樹木覆蓋率有大幅度提高。該項目的實施，將起到很好的示范作用，有力地推動當地礦山地質環境保護與恢復治理工作的順利開展。

參考文獻

[1] 高偉杰，李作明，柳小洪，等.環境地質調查與評價工作手冊[M].北京：地質出版社，2009.

[2] 門玉明，王勇智，郝建斌，等.地質災害治理工程設計實用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[3] 徐友寧.礦山地質環境調查研究現狀及展望[J].地質通報，2008，27（8）：1235-1244.