矿采引起的地质灾害及防治对策研究

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摘 要 本文以陕北沙沟岔井田煤矿为例，结合小煤矿生产过程中所引起的地面塌陷、水资源短缺、环境污染、破坏植被等环境地质问题，对煤矿引起的环境地质灾害的类型和发生原因进行分析，并提出防治对策。

关键词 煤矿；环境；地质灾害；防治对策

中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0119-02

大荔县是渭南市一个农业大县，随着国家深入推进西部大开发新十年规划的落实和《关中—天水经济区发展规划》的逐步推进及城镇化速度的加快，城市供水严重不足，已成为制约经济发展的主要因素。本文通过对洛北育红一带水文地质特征研究，对供水工程的可行性进行分析。

大荔县地处陕西关中平原的东部，东西长约42.5 km，南北宽约39 km，面积1776 km2。东隔黄河与山西永济县相望，南临渭河与潼关县、华阴市、华县相邻，西以洛河与蒲城县接壤，北倚黄土高原南畔与澄城、合阳县毗邻。

县内地形北高南低，北部塬区最高高程533.5 m；中部洛灌区地形平坦，高程在340 m～370 m之间，洛河以南沙苑区和黄河滩区为沙丘和沙滩地，高程在333 m～365 m之间。大荔县属半干旱大陆性季风气候，四季分明，春季冷暖多变，夏季炎热多雨，秋季阴雨连绵，冬季干燥寒冷，雨雪稀少。年平均气温13.4℃，一月平均气温-2.5℃，七月平均气温26.8℃，年降雨量495.02 mm，蒸发量1261.03 mm，最大冻土深度21 cm，无霜期212天，主导风向为东北风。

拟建的育红水源地位于县城北23 km的洛河一级阶地，据状头水文站观测，洛河最大流量4420 m3/s，最小流量3.0 m3/s，平均流量20 m3/s，年迳流量6.0亿m3，最高洪水位373.8 m，最低水位365 m。

1 地质概况

高石崖联办矿、孤山二矿位于井田东南的沙沟岔沟内，出露地层为侏罗纪延安组二段，岩性以灰、深灰色粉砂岩、泥岩为主，细粒砂岩少之，含煤层数较多，细粒砂岩和粉砂岩中变形层理、水平层理、波状层理和互层层理发育，砂岩分选中等，磨圆度较差，泥钙质胶结，具板状交错层理及交错层理。上述二矿均开采4-3煤层，厚度3.80 m～4.15 m，顶板基岩厚度

5.10 m～8.10 m，岩性为粉砂岩、泥岩，上覆地层：新近系上新统保德组（N2b）岩性为钙质结核层与棕红色、浅红色块状粘土、亚粘土，底部常有3 m～5 m的底砾岩，成份复杂、分选差，大小不等，砾石直径2 cm～15 cm，厚度5 m～18.30 m；第四系中上更新统（Q2+3）岩性主要为浅黄色、褐灰色亚粘土、亚沙土、粉砂、细砂夹钙质结核层，垂直节理较为发育，底部常见1 m～2 m的沙砾石层，厚度17 m～25 m。

2 工程地质特征

对上述二矿的煤层顶板均采集岩石力学样品，并进行力学性质测试。4-3号煤层厚度为4.10 m、4.15 m，煤层倾角2～4度。顶﹑底板岩性多以砂质泥岩﹑泥岩为主，次为粉砂岩细粒砂岩。砂岩多为泥质胶结，少部分为泥钙质胶结，粉砂岩的抗压强度为27.08 Mpa，泥岩的抗压强度为25.01 Mpa；软化系数粉砂岩为0.60，泥岩为0.57；声速测井确定的强度指数粉砂岩为

19.06 Mpa，泥岩为15.90 Mpa。综合分析煤层顶板岩石均为软弱岩类，抵抗变形的能力较差，稳定性差。中、上更新统黄土，结构疏松，垂直节理发育，多不具湿陷性，承载力差。第三系保德组红土，结构较致密，可塑性强，承载力低，稳定性差，加之其上下界面常有地下水活动，附近土体吸水膨胀后变软，塑性增强，结构减弱，力学性质降低。

考虑到岩体结构面以层面为主及基岩上部的风化带等因素，煤层冒落带和导水裂隙带计算采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》GB-12719-91中的中硬岩类（抗压强度20 Mpa～40 Mpa）冒落带﹑导水裂隙带最大高度经验公式计算。

冒落带计算公式：

Hc=（3～4）M

导水裂隙带高度计算公式：

Hf=〔100M/（3.3n+3.8）〕+5.1

式中：Hc-冒落带最大高度（m）

Hf-导水裂隙带最大高度（m）

M-累计采厚（m）

n-煤分层层数

注：1）冒落带计算公式中系数取4。2）因上述二矿煤厚均大于3.5 m时，导水裂隙带计算公式中n取1。冒落带、导水裂隙带计算结果见表1。

由表1可以看出：上述二矿冒落带均大于煤层上覆基岩厚度，可直达地面。说明开采此煤层时导水裂隙带使地表水和浅部地下潜水直接补给矿井采区，会增大矿井涌水量，必然引起地表不均匀沉降等工程地质现象。

3 环境地质现状

3.1 水资源破坏

煤矿的开采破坏了原有的地层结构，使其围岩产生大量的裂隙，加速了地下水的下渗，使原本含水较弱的岩层变成不含水岩层。煤矿生产又必须长期疏排矿坑水，使得地下水水位逐年下降，改变了矿区原有的自然水文地质条件，引起水资源的严重短缺。

3.2 地面塌陷

随着矿井开采规模的扩大，形成大面积的采空区，使煤层顶板失稳下沉，产生冒落和塌陷。被采掘的煤层越厚，冒落和塌陷高度越大。因上述二矿的煤层顶板基岩较薄，冒落带直接影响到地表，使房屋倒塌，道路、通讯等公共设施遭到破坏。地表水及大气降水直接顺裂隙带流入矿井，给矿井生产及人身安全带来极大危害。高石崖联办煤矿和孤山二矿在开采4-3煤层时造成地表大面积塌陷，致使守口墩村部分房屋开裂、坍塌，甚至危害村民的生命，地裂隙位于村北黄土塬区，塌陷区面积0.30 km2，裂隙靠近塌陷区边缘处，缝距3 m～4 m，中心密集处每米3条，缝深可达1.5 m，发育两组，主要一组走向118°，倾向208°，次要的走向为125°，倾向35°，缝宽一般

0.05 m-0.30 m，最宽1.30 m。

3.3 环境污染

小煤矿开采引起的房屋破坏 小煤矿开采引起的地面裂缝

煤矿生产出的煤随意堆放、运输过程中不可避免地产生粉尘、煤尘、噪音等，都可危害人体的健康，矿井生产过程中堆积的煤及矸石堆等，也将大量占据土地资源。据化验资料，煤及矸石含有多种有害元素，经风吹、日晒、雨淋后再通过氧化、溶解、扩散等作用，可直接污染空气、水体、土壤等，使周围环境逐年恶化，煤矿附近沟谷地表水体污染严重，地下水也受到不同程度污染。

3.4 破坏植被

上述环境地质问题直接导致植被枯死，农作物无法种植，也加剧了水土流失，土地沙漠化的速度。

4 防治措施

1）树立局部与全局、近期与长远、开发与保护相统一的观念，尊重自然规律，实行科学发展。

2）执行“以防为主，防治结合”的方针，切实加强地质灾害机理、灾害评估、灾害预警机制系统的综合研究，最大可能地降低环境地质问题的影响范围和程度。建立一套完整的防治预案，使环境地质保护工作有条不紊地得以顺利实施。

3）针对煤矿的采矿生产活动，应及时了解采空位置的地形地貌状况，对坡形较陡、表层岩石松软的地段应及时人工卸载，改造坡形。对产生裂缝的地段，采取拉土回填，并修筑挡土墙和截水渠，减少诱发因素的影响程度。

4）综合利用合理处理采矿中形成的固体废弃物，填沟造田并复垦，不仅防止泥石流的产生，又可节约土地资源。同时在封存时应设置粘土垫层，以防降水淋滤对地下水的污染。

5）采取有效的退耕还林、还草、峁梁梯田化改造工程阻截水土流失等措施，合理垦殖，增加植被覆盖率，防风固沙，控制水土流失，建立新的生态平衡。

6）在开采过程中做好保水采煤工作，采用一切可利用的新技术和新方法节水，制定行之有效的节水措施；严格控制地下水的开采，做到无补给不开采或有限地开采，对于过度开采地带，还需采取措施逐步补给地下水，使其达到植被能够自然生长的合适水位。落实水资源的统一分配和使用，并按水蚀荒漠化发展程度进行科学的区域治理规划。另在采煤中要注意监测地面裂缝和塌陷。

7）加强水资源的管理，选用水质良好，便于防护的水源地作为生活用水。对矿井排出的水应清污分流，未受污染的水可直接排出作为工业用水，也可进行农业灌溉。受污染的水经过处理后进行综合利用。

8）在矿井建设中应提前编制水土保持预案，加强管理力度，完善管理机构。

参考文献

[1]彭苏萍，王金安.承压水体上安全采煤[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

[2]范立民.论保水采煤问题[J].煤田地质与勘探，2005，33（5）：50-53.

[3]叶东生，屈永利，杜飞虎.煤矿底板岩溶水水害防治的理论与实践[M].北京：地质出版社，2010.

作者简介

张卫萍（1963-），女，陕西华县人， 1990毕业于常州煤田地质学校水文工程地质专业，2011年毕业于中国地质大学资源勘查专业，现在陕西省煤田地质局一三一队任职水文地质工程师，从事水文地质工程地质环境地质勘查工作。