关于煤炭开采引发的地质灾害及治理

　论文关键词:地质灾害  地面塌陷  地裂缝  煤矸石  灾害治理

　　论文摘要:本文以沙峪煤矿为例,论述了煤炭开采引发的地质灾害以及对矿区居民生活造成的危害。详细阐述了沙峪煤矿的地质灾害现状及地质灾害类型,对矿区内的地面塌陷、房屋塌陷、地裂缝以及煤矸石所造成的潜在威胁进行了实地调查分析,提出了因地制宜治理地质灾害的综合方案,对于沙峪煤矿地质灾害治理的工程量进行了详细计算,并依据建筑工程定额进行了预算,指出了地质灾害治理耗资不菲、工期较长,进一步提出地质灾害要以防为主,治理与避让相结合的方针。

　　分布在山西省91个县(区、市)的小煤矿绝大部分是县及县以下煤矿,多数诞生于20世纪80年代。改革开放以来,山西省煤矿发展迅猛,最多时有10 000多座小煤矿。长期以来,煤矿多、分散的格局和粗放落后的矿业经济增长方式给山西带来了严重后果,资源浪费、环境污染、生态破坏,已直接影响到煤炭工业的可持续发展以及当地居民的生存环境。

　　1　矿山环境地质问题

　　以沙峪煤矿为例,沙峪煤矿矿区范围内分布着4个行政村,农业人口2 000余人。矿区内沟谷发育,地形破碎,土地较贫瘠,受采煤的影响,使原本脆弱的生态环境日趋恶化。土地退化、荒芜、房屋裂缝、水源干枯等环境地质问题日益突出,居民的基本生存条件受到严重威胁。煤炭的大规模开采造成了对矿山环境的较大破坏,采空塌陷、地面裂缝、区域地下水位下降、煤矸石堆放、矿坑排水等一系列地质灾害和地质环境问题相继发生和出现。

　　沙峪煤矿是一个具有34年开采历史的集体矿山,采掘生产机械化程度中等,回采率达65%,累计原煤产量110万,t采动面积约2.6 km2。采煤活动对矿山地质环境的破坏和影响,主要包括以下几个方面。

　　1.1　地下水位下降

　　据调查,沙峪煤矿现采2#煤,矿坑排水主要来自其顶板(多层)砂岩裂隙水,达300~500 m3/d,由于其集中排放,改变了地下水运移状态,周边地下水向井下巷道汇流,地下水位呈下降趋势,使煤层之上含水层储水结构遭到破坏。矿区中部出露于二叠系石盒子组砂岩中的1眼天然泉以及各村中8处水井,浅层均先后干枯,使矿区内的村庄、居民及大小牲畜用水受到不同程度影响。而矿坑排水大多数直接排放,造成了水资源的浪费。

　　1.2　采煤引发的地面裂缝、塌陷等地质环境问题

　　沙峪煤矿采用长壁式采煤法,全冒落顶板管理,回采率65%以上,煤矿投产34年来,采动面积达2·6 km2,因井田地处低—中山区,地表大面积黄土覆盖,松散层厚度30~70m。据实地调查,在采空影响范围内发现地裂缝20余处,矿区内部分民居于1997年末开始出现地裂缝(图1),地裂缝宽度1·5~2 cm,最大降幅1 cm,最大宽度5 cm。农田中也可见到多条地裂缝,宽度10~20 cm,最大降幅15cm,最大宽度38 cm。采空塌陷面积达0·1 km2,造成33·3 hm2土地破坏(图2),房屋轻微破坏51间,严重破坏32间,给当地居民的生产和生活造成极大危害。

　　1.3　煤矸石堆放的潜在危害

　　据相关资料,煤矸石对环境的危害主要有以下三点:

　　1)煤矸石自燃对环境的污染

　　据统计,我国大约有1/3的矸石山发生过自燃,放出大量的SO2、H2S、CO、CO2和氮氧化物等有害气体并伴有大量烟尘(图3),对矿区环境造成严重污染[1];

　　2)煤矸石对水体和土壤的污染

　　煤矸石经雨水淋溶进人水域或渗入土壤,会影响水体和土壤,并被植物根部所吸收,影响农作物的生长,造成农业减产,同时,还会通过食物链进入人体,危及人类健康[2];

　　3)矸石山造成的滑坡和泥石流

　　矸石山堆积过高,坡度过大,就容易造成滑坡;由于降雨等作用使得矸石山的含水量达到饱和状态时便可能形成泥石流。

　　沙峪煤矿现有废石堆放场2处,分别堆放于主井口西侧的山坡和风井附近的沟谷中,堆放量分别为8万m3、12万m3,形成了约38°的松散边坡。高度分别达12~20 m、8~10 m。废石堆放既压占土地,破坏植被,又存在引发相关地质灾害的隐患。主井口附近的废石堆距东-夏公路仅10~15 m,在极端暴雨条件下极可能形成滑坡,严重威胁过往车辆、行人安全。风井附近废石堆距风井约10m,在极端暴雨条件下极可能形成泥石流,从而对风井造成毁坏,给煤矿安全生产带来极大隐患。废石露天堆放,在降水淋滤下还会造成地下水的污染。

　　2　治理与恢复方案

　　2.1　避让搬迁

　　由于煤矿的多年开采,采空塌陷面积达0·1 km2,造成村民房屋不同程度的破坏,目前塌陷还在不断扩大。村庄地下浅层水疏干,人畜吃水困难,对村民生命财产均造成威胁,需采取部分避让搬迁方式进行治理。选取的新村址范围内地形地貌较好,有一定量的地下水资源,可基本满足当地人畜用水。耕地、植被情况较好,水土流失轻微,仅有挖方量较小的交通、居住、耕作方面的人类工程活动,交通方便,无采空区、地面裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,适宜建筑[3]。

　　2.2　采空塌陷、裂缝的治理与恢复耕地

　　首先清理旧村庄,用推土机推平,通过压道机、推土机和运送汽车往复压实,及时覆盖黄土。对因采空塌陷造成破坏的耕地采用人工或机械方式进行填埋(夯实)裂缝和陷坑[