某礦地質環境保護與治理恢復方案研究★

王 澳， 吳 華， 白桂洲

（西藏大學工學院， 西藏 拉薩 850000）

引言

煤炭工業是我國國民經濟的基礎產業，在國民經濟中具有重要的戰略地位[1]。煤炭在我國一次能源生產和消費結構中占比很高[2-4]。從我國富煤、貧油、少氣的資源結構來看，在未來相當長的時間內，煤炭仍將是我國主要的基礎能源。但是煤炭開采產生的各種不利影響愈發嚴重。煤炭開采后形成的采空區和廢棄礦井等影響區[5-6]，周圍會出現不同程度的地質災害以及煤炭開采過程導致大量有毒有害氣體的釋放，以及地層中含水層由于采動影響形成的導水裂隙帶，讓大部分地表淡水資源流水，干旱地區增加，土壤污染，農作物無法生長等問題[7]。因此需要對煤炭資源開采后產生的影響進行監理監管。

1 礦井基本情況

陜西某礦屬彬長礦區，位于陜西省中西部，井田西南邊緣有西（安）—蘭（州）的312 國道通過，中部有彬（縣）—正（寧）的省級公路穿過。鐵路方面，擬建的西平鐵路從井田南部、西部通過，與咸陽至隴海鐵路線相接，建立了該區與我國東西大動脈的通道；向西與寶（雞）—中（衛）鐵路并軌，為西進寧夏、甘肅搭建了快車道。交通極為便利。

主采煤層有4-1 煤層與4 煤層：主要分布于西區，位于4 煤層之上，為4 煤層的上分岔煤層。距下面的4 煤層0～4.22 m，平均1.59 m，見煤點21 個，可采點20 個，見煤點可采率95%，可采面積12.8 km2。煤層平均厚度2.16 m，屬較穩定煤層。4-1 煤結構簡單，一般只有一層加矸，4-1 號鉆孔見4 層夾矸。夾矸巖性主為泥巖。頂板巖性絕大多數為泥巖，局部為粗砂巖。底板巖性全部為泥巖。4-1 煤主要分布于井田西部，屬局部可采煤層。4 煤層位于延安組下部，基本全井田分布，結構單一，見煤點64 個，可采點62 個，見煤點可采率97%，可采面積57 km2。

2 某礦開采后地質環境問題

2.1 地質災害

煤礦采完以后會出現地面沉降與塌陷、滑坡、泥石流，采完煤層后上覆巖層塌陷，有未封閉空間，形成采空區，并大多數煤礦采用放頂采煤這樣會遺留部分煤層到采空區，煤層在采動后對煤層卸壓，煤層中含有大量瓦斯氣體以及有毒有害氣體，這些氣體采空區積聚，存在著潛在的危險。地面沉降與塌陷的主要原因是井下煤層開采后上覆巖層垮落，由于西北大部分煤礦埋深深度不大，這樣容易造成地表沉降和塌陷。滑坡、泥石流與尾礦庫潰壩是露天礦山和地下礦山均有的現象。還可能存在地熱儲存，形成小型火山。在地質災害中，小莊煤礦含水層含水量挺大，在礦井開采完后對上覆巖層充分卸壓導致各煤層巖層之間易形成導通裂隙帶，導致含水層的水大量涌進采空區，這樣會出現地面人用淡水的加劇減少，并且這些水資源會溶入有毒有害氣體，二次利用很難。

2.2 環境問題

環境問題主要包括：大氣污染與酸雨、地下水污染、土壤污染等，以及煤炭開采過程、選煤廠洗選以及煉焦廠生產時釋放的“三廢”（廢氣、廢液、廢渣）和納米級粉塵，有些礦區未經允許直接排放到大氣中，對大氣造成污染，形成酸雨，對農作物以及建筑物造成不同程度的損壞，最主要的造成這些氣體屬于溫室氣體，對國家提出的“碳達峰”和“碳中和”背道而行。

2.3 煤礦開采完井下資源浪費問題

我國大部分煤礦開采屬于井工開采，多采用機械化自動化開采煤層，一個采區內需要掘進多個運輸順槽和回風順槽，有寫巷道在采掘完后會保留下來，回采工作面在煤層采完會形成采空區，以及大部分發煤礦存在地下停車場、避難室等多種大型空間，這些空間都是花費高額成本開挖加固形成的。在煤礦開采完成后，基本保留并廢棄掉，造成空間資源的浪費。

同時煤炭開采過程中伴隨著很多很多種伴生資源，比如：瓦斯氣體、硫化氫、一氧化碳以及各類烷烴氣體。由于大部分煤礦采用放頂煤開采和留煤柱長壁回采，造成很多煤炭資源保留到采空區，這些煤層在充分卸壓后會釋放瓦斯氣體，瓦斯氣體在采空區運移富集，形成瓦斯富集區，因此需要開發相關技術對該類氣體加以利用，如圖1 所示。

3 煤礦開采后地質環境問題治理措施設計

3.1 煤炭開采后地下遺留資源開發

對采空區煤層氣化處理形成氣體，通過地面井對煤層氣抽采加以利用，主要設計如圖2 所示。

3.2 地面防塌陷治理方案

對于耕種條件好的采空區地面，可以對其采用地下注漿和充填來恢復地表耕地。在煤炭開采過程中，一塊煤田劃分幾個生產區，分布范圍相對來說很大，這樣在煤層開采后，形成的采空區范圍也會很大，導致地表支撐性不強，容易造成地表沉陷，且范圍大，難治理，因此，采用邊采邊治理的方式來防止大范圍地表下沉，也就是對一個生產采區的每個采煤面對應的采空區進行局部注漿，這樣就不會導致大范圍塌陷。為防止這一問題發生，現提出采空區注漿的治理措施，如圖3 所示。

3.3 煤礦礦井水污染處理方案

某礦處于我國西北地區，該區域淡水資源貧乏。受采動影響，在工作面上覆巖層會形成導水裂隙帶，會將覆巖層含水層中水引入到采空區，這樣導致的地表水資源也會滲漏，造成水資源缺乏，影響周邊地區人生活用水的困難，針對此問題需要提出解決措施。

1）對陜西某礦上覆巖層地層情況進行勘探測明含水層和隔水層具體分布情況以及距離開采煤層的間距，盡最大可能保證不破壞隔水層，這樣不會導致地表水滲漏。

2）對已經因采動造成含水層水流入采空區的采區進行地下水資源重復利用，再重復使用前，進行水質優化等措施，建立礦井水質優化站- 輸送站- 使用等一系列服務。

4 結論

隨著科技進步，煤礦機械化自動化以至于智能化礦山都已實現，煤礦開采強度愈加強烈，這樣導致的地質災害問題和環境問題將愈來愈多，對采后煤礦影響區的修復治理過程和難度將持續增大，對應的造成地質災害和環境問題也在愈發嚴重，并可能出現難以逆轉的生態與環境災難。因此，通過本文分析，提出對煤炭開采過程中可能出現地質災害以及環境問題可進行提前加強治理，采用邊采邊治理以及對已采區進行全方位補救，相應的提出對每個礦的治理策略，符合“一礦一策”措施。采取科學有效的保護與恢復治理措施，加快對礦山環境的綜合治理，改善生存環境，真正實現“煤炭綠色開采”，研究治理煤礦開采環境問題非常有助于實現“碳達峰”和“碳中和”的終極目標。