煤炭開采引發(fā)的地質(zhì)災害及治理總結(jié)報告
山西是產(chǎn)煤大省，全省91個縣(區(qū)、市)的小煤礦絕大部分是縣以下的煤礦,多數(shù)誕生于20世紀80年代。改革開放以來,山西省煤礦發(fā)展迅猛,最多時有10000多座小煤礦。長期以來,煤礦多、分散的格局和粗放落后的礦業(yè)經(jīng)濟增長方式給山西帶來了嚴重后果,資源浪費、環(huán)境污染、生態(tài)破壞,已直接影響到煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及當?shù)鼐用竦纳姝h(huán)
境。
一、礦山環(huán)境地質(zhì)問題
以沙峪煤礦為例,沙峪煤礦礦區(qū)范圍內(nèi)分布著4個行政村,農(nóng)業(yè)人口2000余人。礦區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育,地形破碎,土地較貧瘠,受采煤的影響,使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境日趨惡化。土地退化、荒蕪、房屋裂縫、水源干枯等環(huán)境地質(zhì)問題日益突出,居民的基本生存條件受到嚴重威脅。煤炭的大規(guī)模開采造成了對礦山環(huán)境的較大破壞,采空塌陷、地面裂縫、區(qū)域地下水位下降、煤矸石堆放、礦坑排水等一系列地質(zhì)災害和地質(zhì)環(huán)境問題相繼發(fā)生和出現(xiàn)。
沙峪煤礦是一個具有34年開采歷史的集體礦山,采掘生產(chǎn)機械化程度中等,回采率達65%,累計原煤產(chǎn)量110萬,t采動面積約2.6km。采煤活動對礦山地質(zhì)環(huán)境的破壞和影響,主要包括以下幾個方面。
1、地下水位下降
據(jù)調(diào)查,沙峪煤礦現(xiàn)采***煤,礦坑排水主要來自其頂板(多層)砂巖裂隙水,達300~500m3/d,由于其集中排放,改變了地下水運移狀態(tài),周邊地下水向井下巷道匯流,地下水位呈下降趨勢,使煤層之上含水層儲水結(jié)構(gòu)遭到破壞。礦區(qū)中部出露于二疊系石盒子組砂巖中的1眼天然泉以及各村中8處水井,淺層均先后干枯,使礦區(qū)內(nèi)的村莊、居民及大小牲畜用水受到不同程度影響。而礦坑排水大多數(shù)直接排放,造成了水資源的浪費。
2、采煤引發(fā)的地面裂縫、塌陷等地質(zhì)環(huán)境問題
沙峪煤礦采用長壁式采煤法,全冒落頂板管理,回采率65%以上,煤礦投產(chǎn)34年來,采動面積達2·6km2,因井田地處低—中山區(qū),地表大面積黃土覆蓋,松散層厚度30~70m。據(jù)實地調(diào)查,在采空影響范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)地裂縫20余處,礦區(qū)內(nèi)部分民居于1997年末開始出現(xiàn)地裂縫,地裂縫寬度1·5~2cm,最大降幅1cm,最大寬度5cm。農(nóng)田中也可見到多條地裂縫,寬度10~20cm,最大降幅15cm,最大寬度38cm。采空塌陷面積達0·1km2,造成33·3hm2土地破壞,房屋輕微破壞51間,嚴重破壞32間,給當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活造成極大危害。
3、煤矸石堆放的潛在危害
據(jù)相關(guān)資料,煤矸石對環(huán)境的危害主要有以下三點:
1)煤矸石自燃對環(huán)境的污染
據(jù)統(tǒng)計,我國大約有1/3的矸石山發(fā)生過自燃,放出大量的so2、h2s、co、co2和氮氧化物等有害氣體并伴有大量煙塵,對礦區(qū)環(huán)境造成嚴重污染;
2)煤矸石對水體和土壤的污染
煤矸石經(jīng)雨水淋溶進人水域或滲入土壤,會影響水體和土壤,并被植物根部所吸收,影響農(nóng)作物的生長,造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn),同時還會通過食物鏈進入人體,危及人類健康;
3)矸石山造成的滑坡和泥石流
矸石山堆積過高,坡度過大,就容易造成滑坡;由于降雨等作用使得矸石山的含水量達到飽和狀態(tài)時便可能形成泥石流。
沙峪煤礦現(xiàn)有廢石堆放場2處,分別堆放于主井口西側(cè)的山坡和風井附近的溝谷中,堆放量分別為8萬立方米、12萬立方米,形成了約38°的松散邊坡。高度分別達12~20m、8~10m。廢石堆放既壓占土地,破壞植被,又存在引發(fā)相關(guān)地質(zhì)災害的隱患。主井口附近的廢石堆距東-夏公路僅10~15m,在極端暴雨條件下極可能形成滑坡,嚴重威脅過往車輛、行人安全。風井附近廢石堆距風井約10m,在極端暴雨條件下極可能形成泥石流,從而對風井造成毀壞,給煤礦安全生產(chǎn)帶來極大隱患。廢石露天堆放,在降水淋濾下還會造成地下水的污染。
二、治理與恢復方案
1、避讓搬遷
由于煤礦的多年開采,采空塌陷面積達0·1km2,造成村民房屋不同程度的破壞,目前塌陷還在不斷擴大。村莊地下淺層水疏干,人畜吃水困難,對村民生命財產(chǎn)均造成威脅,需采取部分避讓搬遷方式進行治理。選取的新村址范圍內(nèi)地形地貌較好,有一定量的地下水資源,可基本滿足當?shù)厝诵笥盟�。耕地、植被情況較好,水土流失輕微,僅有挖方量較小的交通、居住、耕作方面的人類工程活動,交通方便,無采空區(qū)、地面裂縫、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害,適宜建筑。
2、采空塌陷、裂縫的治理與恢復耕地
首先清理舊村莊,用推土機推平,通過壓道機、推土機和運送汽車往復壓實,及時覆蓋黃土。對因采空塌陷造成破壞的耕地采用人工或機械方式進行填埋(夯實)裂縫和陷坑,平整田面,因地制宜,修筑相應的田間道路及排水工程,并在各級梯田的外邊緣修筑護田堤,控制水土流失,保護壩田,恢復農(nóng)田的耕種功能。土地復墾后,耕作層的土壤大部分變?yōu)樯?不利于作物的生長,需要在深翻的同時,配方施肥,培肥土壤。同時,為了保持人工土壤中的水分,宜盡量在其底部回填約0.5m的亞粘土或粘土,形成人工隔水層,然后再回填亞砂土。恢復
耕地后種植一些抗旱性強的鄉(xiāng)土植物。
3、煤矸石堆放場的.治理
沙峪煤礦每年矸石排出量1萬~1·5萬,t現(xiàn)在較大的煤矸石堆放場2處,累計堆放量20萬立方米,本次治理工程擬修筑一條煤矸石壩,并將殘余煤矸石堆進行平整,表面覆蓋0.5m黃土,然后種草植樹,盡可能減輕或消除對生存環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的危害。
4、修建回風豎井地下儲水倉,解決居民人畜用水
區(qū)內(nèi)奧陶系巖溶水埋藏深,富水性不均勻,施工深井風險較大,增設井下儲水倉將新施工的回風豎井井下排水作為供水水源加以利用,既避免水資源浪費,又降低了施工深井帶來的風險。同時,可滿足礦區(qū)居民供水。
20xx年4月,沙峪煤礦在草橋村閆家莊北約600m的溝谷中新建回風豎井,豎井垂直深度402m,在84·80-90·91m和156·63-159·14m穿過兩層砂礫石層,地下水微具承壓性,松散層之下2#煤層之上的k10(厚2·62m)、k9(厚6·99m)、k8(8·39m)砂巖中均含有豐富的地下水,水質(zhì)良好,豎井揭露上述含水層后,排水量較為穩(wěn)定,枯水季節(jié)450m3/d,雨季過后600m3/d。為使礦區(qū)村民吃上衛(wèi)生方便的自來水,可在回風豎井井底修建井下主、付儲水倉各1個,配套建設井下泵房及管道倉,用于儲存上述含水層中的地下水,并配套建設井上蓄水池、鋪設供水管道,解決藺家莊、曹家莊、閆家莊、韓家莊4個村的人畜用水。
三、治理工程工程量
1、農(nóng)田整治與恢復
對已破壞的60hm2農(nóng)田進行整治與恢復,復墾工程程序及標準為:
�、賹⑻锩骊柾羷冸x集中堆放一邊;
�、谵r(nóng)田內(nèi)塌陷、裂縫填平、夯實;
�、厶锩嫫秸�,田面平整為梯田形式,梯田單級高差宜根據(jù)地形變化而定,一般控制在2~5m之間,各級梯田田面基本保持水平,并向內(nèi)側(cè)略有傾斜。
�、芤虻刂埔�,修筑相應的田間道路及排水工程;
�、菰诟骷壧萏锏耐膺吘壭拗o田堤,控制水土流失,保護壩田;
�、薜乇砀采w陽土,厚度0·5m以上,并適度壓實,覆蓋土壤ph值為7~8·5[3]。
2、煤矸石的整治
采用漿砌石修筑一條煤矸石壩,壩長205m,高6m,頂寬1m,底寬2·85m,外側(cè)坡角約72°,基礎底寬4·9m,頂寬3·65m,內(nèi)外側(cè)坡度均為72°,深2m,砌筑石方4120·5m3。在煤矸石壩下部預留三排排水孔,最下一排位于壩體底部,每兩排排水孔之間的垂向距離為1m,每兩個排水孔之間的水平距離為1·5m,三排排水孔呈“梅花形”布置,基礎開挖動用土石方2173m3。將殘余煤矸石表面整平、壓實,覆蓋厚約0·5m黃土,然后進行種草、植樹,預計土方工程5000m3,樹苗10000株。
3、回風豎井井底儲水倉及供水配套
�。�1）、回風豎井井底儲水倉
區(qū)內(nèi)奧陶系巖溶水埋藏深,富水性不均勻,施工深井風險較大,增設井下儲水倉將新施工的回風豎井井下排水作為供水水源加以利用,既避免水資源浪費,又降低了施工深井帶來的風險。同時,可滿足礦區(qū)居民供水。
回風豎井井下儲水倉的井下平面布置由煤礦實施,必須做到既保證井下排水(來自煤層之上含水層)不受采煤的污染,又不影響煤礦正常生產(chǎn)。
本工程設井下主、付儲水倉各1個,配套建設中央水泵房,管道倉和水泵房繞道倉。主、付儲水倉及中央水泵房、管道倉、水泵房繞道倉的斷面形態(tài)均為門洞形(下部為矩形,上部為拱形)。主、付儲水倉長分別為113·8m和52·3m,橫斷面下部矩形寬3·6m、高1·8m,上部拱形半徑為1·951m,拱高1·2m(圖3);中央水泵房長17m,下部矩形寬4m,高1·8m,上部拱形半徑為2·168m,高1·2m;管道倉和水泵房繞道倉長分別為22·6m、33·6m,下部矩形寬為2·5m,高1·7m,上部拱形半徑為1·355m,拱高0·8m。以上工程均采用機械挖掘成倉,倉壁噴厚200mm的混凝土倉壁,工程量見表2。
（2）、供水配套工程
�、倥涮咨罹�1臺(揚程400~500m),地面多級泵2臺(揚程150m)。
②配套4寸供水管道4200m。
�、坌拗谛钏�1個,高位蓄水池3個,容積分別為800立方米和400立方米。
④配置150kw專用變壓器一臺。
四、工程經(jīng)費預算與工期
1、工程經(jīng)費預算和工期
根據(jù)上述工程量,沙峪煤礦礦山環(huán)境整治與恢復工程共需經(jīng)費479·44萬元[4](表3)。沙峪煤礦礦山環(huán)境整治與恢復工程工期共需1年。
五、地質(zhì)災害的預防
綜上所述,煤炭開采所引發(fā)的地質(zhì)災害直接危害了礦區(qū)居民的生命和財產(chǎn)的安全,地質(zhì)災害的產(chǎn)生和延續(xù),使人們無法安居樂業(yè),治理災害的工程量巨大,耗資不菲,工期較長。在煤炭開采之前對可能引發(fā)的地質(zhì)災害進行預測是十分重要的環(huán)節(jié),對于有可能產(chǎn)生的災害應遵循“以防為主,避讓和治理相結(jié)合”的方針。在煤炭開采過程中,對于可能產(chǎn)生地面蹋陷及地裂縫等地質(zhì)災害的煤礦,可采取特殊的開采方法和頂板管理措施,以防止或減少地面塌陷地地裂縫等地質(zhì)災害的產(chǎn)生,對塌陷的地表隨時進行綜合治理,以恢復和進一步改善礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量,使治理后的環(huán)境比原有環(huán)境質(zhì)量更好。
近年來,我國礦山環(huán)境保護法不斷完善,煤炭開采技術(shù)日益進步,由于煤炭開采而引發(fā)的地質(zhì)災害將會逐漸減少,隨著科技的進步,煤矸石亦可完全利用為充填開采或可再生資源,減少污染,促進資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
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