1、淺談煤田地質(zhì)的開采及防范措施    摘要：隨著煤炭資源的大量開采，開采誘發(fā)的災(zāi)害問題也越來越嚴(yán)重。主要有地表塌陷、地裂縫、山體滑坡、崩塌、泥石流等，對(duì)耕地、水資源、建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞。近年來，煤炭資源的大量開采誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害及礦山地質(zhì)環(huán)境惡化，已嚴(yán)重影響了我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。    關(guān)鍵詞：煤田開采；環(huán)境災(zāi)害；防范措施 1礦山災(zāi)害及破壞現(xiàn)狀我國礦山地質(zhì)環(huán)境持續(xù)惡化，礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害嚴(yán)重，已引起了各有關(guān)部門的重視。近年來我國啟動(dòng)了礦山地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查和評(píng)估工作，2006年已全部完成了全國31個(gè)省（區(qū)、市）的礦山

2、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查工作。截止2005年，礦山開采占用或破壞土地約100.1萬h，尾礦及固體廢物積存總量約136.8億t，每年廢水廢液排放量約28.9億m3；全國發(fā)生采礦塌陷災(zāi)害的城市近40個(gè)，造成嚴(yán)重破壞的25個(gè)。礦山災(zāi)害中煤炭開采造成的災(zāi)害和破壞最為嚴(yán)重，煤田開采沉陷引起地面塌陷、地裂縫、山體滑坡、泥石流等災(zāi)害，引發(fā)的耕地減產(chǎn)絕產(chǎn)、建筑物的裂縫倒塌、市政設(shè)施的損壞以及水資源的污染流失等破壞。1.1地表塌陷及地裂縫采空區(qū)形成后上覆巖層發(fā)生變形、移動(dòng)和破壞，充填采空區(qū)，向上發(fā)展達(dá)到地表形成塌陷。地表塌陷可分為連續(xù)性的塌陷和非連續(xù)性的塌陷，這主要取決于煤層開采深度和開采厚度。采深和采厚比值較大時(shí)，表現(xiàn)為

3、連續(xù)性塌陷，具有明顯規(guī)律性；采深和采厚比值較小，或有較大地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，則表現(xiàn)為非連續(xù)性塌陷。塌陷的同時(shí)地表可能還會(huì)出現(xiàn)裂縫、臺(tái)階和塌陷坑。裂縫一般出現(xiàn)在地表塌陷的外緣，深度與寬度與地表巖土性質(zhì)及變形值有關(guān)；采深與采厚比值較小，裂縫規(guī)模較大時(shí)，裂縫兩側(cè)產(chǎn)生落差。臺(tái)階和塌陷坑多出現(xiàn)在急傾斜煤層開采條件下。地表塌陷的范圍、形狀及特征取決于開采深度、厚度、采空區(qū)尺寸、重復(fù)采動(dòng)、采煤方法、頂板管理方式、煤層及上覆巖層產(chǎn)狀、巖層產(chǎn)狀、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形、地下水等多種因素。1.2山體滑坡及崩塌煤炭開采引起的滑坡有兩種情況：露天開采時(shí)由于邊坡角、地質(zhì)條件和開采條件等因素引起的滑坡；由于地下開采沉陷引起的滑坡。

4、采空區(qū)地表斜坡巖體運(yùn)動(dòng)受坡面和采空區(qū)形態(tài)的控制，并受覆巖性質(zhì)、降雨和其它人類活動(dòng)的影響；斜坡巖體會(huì)出現(xiàn)塌落、傾倒、拱屈、變曲和滑動(dòng)等運(yùn)動(dòng)。斜坡會(huì)發(fā)生下沉、鼓脹、崩塌、開裂及滑坡等連續(xù)性和非連續(xù)性等破壞。采空區(qū)地表地形較陡(30°)時(shí)，由于地下開采，地表坡體的應(yīng)力平衡狀態(tài)短時(shí)間內(nèi)被破壞，就可能會(huì)引起突發(fā)性的滑坡或崩塌，滑體的后緣伴生階梯狀弧形地裂縫。尤其是煤層順層開采時(shí)可能引發(fā)大規(guī)模的滑坡，湖北秭歸的鏈子崖滑坡便是典型例子。在山西礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，開采沉陷誘發(fā)山體滑坡可分兩種情況：開采沉陷主導(dǎo)的滑坡；與降雨、其它人類活動(dòng)等共同作用誘發(fā)的滑坡。在雨期，雨水沿開采沉陷形成的貫通性很強(qiáng)

5、的裂縫、構(gòu)造節(jié)理及軟弱層面下滲，降低了滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度引發(fā)滑坡；所以在雨期應(yīng)加強(qiáng)對(duì)開采沉陷區(qū)斜坡的監(jiān)測(cè)。1.3泥石流泥石流的形成一般需要三個(gè)條件，物源、水源及地形條件。礦區(qū)開采形成的矸石山、廢石、土及沉陷引發(fā)的滑坡、崩塌為泥石流提供了物源條件，地形陡峭的礦區(qū)在暴雨季節(jié)易發(fā)生泥石流災(zāi)害。泥石流對(duì)礦區(qū)石房、村莊及基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重威脅和破壞，泥石流的面狀侵蝕，使土地瘠薄、農(nóng)田被毀，破壞了兩岸坡體的穩(wěn)定，促進(jìn)了滑坡、崩塌的發(fā)育，使地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化。除以上幾種常見災(zāi)害外，礦區(qū)還經(jīng)常發(fā)生礦震、煤層及矸石的自燃等災(zāi)害，亦會(huì)造成重大損失。2開采沉陷災(zāi)害的環(huán)境效應(yīng)礦區(qū)的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由生物系統(tǒng)、

6、土地資源、水資源及大氣等共同組成。煤田開采沉陷會(huì)引發(fā)諸多環(huán)境效應(yīng)，大量破壞耕地、地表建筑物，污染破壞水資源，造成水土流失沙漠化等。礦區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)和破壞有愈演愈烈的趨勢(shì)，開展對(duì)這些環(huán)境效應(yīng)的機(jī)理研究進(jìn)而減輕造成的破壞十分必要。2.1水資源流失及污染煤田地下開采對(duì)水資源的破壞主要表現(xiàn)為水資源的流失和污染兩個(gè)方面。在開采過程中為防止礦坑涌水，而進(jìn)行的頂、底板疏水，使頂、底板含水層水量減少，地下水位下降，在較大范圍內(nèi)形成落漏斗。開采沉陷活化的古斷層和形成的新斷層及裂隙破壞了隔水層，改變了地表水和地下水系的補(bǔ)給、徑流和排泄條件；使水資源流失。水資源的流失使泉井枯竭、農(nóng)作物減產(chǎn)、人蓄飲水困難，給工

7、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大影響。水資源的污染主要是由污水排放、矸石山和地下巖體、煤體風(fēng)化使有害物質(zhì)滲入水系造成的。礦區(qū)水資源的流失和污染對(duì)地表地下水系統(tǒng)造成的破壞很難得到恢復(fù)。陜西黃陵沮水河沿岸因煤炭開采造成地下水位抬升，地表形成沼澤淹沒了大量農(nóng)田，同時(shí)地嚴(yán)重污染了地下水及河水。2.2破壞地表建筑物及基礎(chǔ)設(shè)施開采沉陷對(duì)礦區(qū)地表建筑物及道路、管線、橋涵、堤壩等基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。開采沉陷造成的地表下沉、傾斜及曲率、水平、剪切、扭曲等變形，使墻體產(chǎn)生各種形態(tài)的裂縫、傾斜、錯(cuò)動(dòng)和外鼓等破壞。滑坡、崩塌掩埋道路，道路管線裂縫、錯(cuò)動(dòng)，電力、通信線路中斷等基礎(chǔ)設(shè)施的破壞在開采沉陷區(qū)屢見不鮮。礦區(qū)地表破壞嚴(yán)重的村莊

8、不得不整體搬遷，引起了諸多糾紛。山西某地因開采造成的地表裂縫及錯(cuò)動(dòng)使村民集資建設(shè)的深水井遭到嚴(yán)重破壞，屢次修繕無效后被迫依靠煤礦供水。2.3煤矸石污染大量堆積的矸石山對(duì)礦區(qū)的土地資源、大氣和水資源均遭受了嚴(yán)重污染。矸石經(jīng)降水淋慮作用產(chǎn)生的含有酸性物質(zhì)、重金屬離子、鹽類及未溶解顆粒狀污染物滲入地下水系和地表水系，對(duì)水資源和土地造成嚴(yán)重污染。使礦區(qū)土壤及水資源酸化日益嚴(yán)重，礦區(qū)植物枯萎死亡。矸石自燃及風(fēng)化產(chǎn)生的有害氣體（CO，CO2，NOx，SO2等）釋放到大氣中，污染了礦區(qū)的大氣環(huán)境，使礦區(qū)降水呈酸性，影響了植物生長和礦區(qū)居民的健康。矸石山對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境破壞是多方面的矸石污染不容忽視。以上幾個(gè)

9、方面的環(huán)境效應(yīng)是緊密聯(lián)系的，水資源的流失和污染是耕地破壞的主要原因；耕地和水利設(shè)施的破壞會(huì)加劇水資源的流失。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)是十分復(fù)雜的，水資源的流失、土地的破壞使地表植被枯萎、覆蓋率降低，進(jìn)而使地表抗侵蝕能力降低。在風(fēng)蝕、水蝕和重力侵蝕等作用下發(fā)生水土流失，甚至沙漠化，破壞了原本脆弱地生態(tài)系統(tǒng)，惡化了礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境。礦區(qū)     的水土流失和沙漠化也是開采沉陷災(zāi)害引發(fā)環(huán)境效應(yīng)。3開采沉陷原防治對(duì)策礦山地質(zhì)環(huán)境惡化已起社會(huì)廣泛關(guān)注，為了實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率，避免和減少礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞和污染，某年某月我國發(fā)布

10、了礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染防治技術(shù)政策。近年來各級(jí)政府投入大量資金治理礦山地質(zhì)環(huán)境，各級(jí)政府共投入投35.58億元安排了194個(gè)項(xiàng)目對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行治理。在194個(gè)項(xiàng)目中有55個(gè)屬于煤炭礦山環(huán)境治理項(xiàng)目。開采沉陷災(zāi)害的防治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，包括諸多方面，應(yīng)多管齊下進(jìn)行全方位系統(tǒng)化治理。3.1 管理措施加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)與管理，首先應(yīng)完善相關(guān)的政策和法規(guī)，現(xiàn)有的政策法規(guī)還不系統(tǒng)和完善。各地應(yīng)因地制宜地制定適合本地區(qū)的礦山環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，建立礦山災(zāi)害信息系統(tǒng)，加加對(duì)礦山環(huán)境的監(jiān)督，完善礦山環(huán)境恢復(fù)治理的資金來源，增強(qiáng)企業(yè)的礦業(yè)理念及群眾的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，及時(shí)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)。3.2控制災(zāi)

11、害的開采技術(shù)減少開采沉陷是控制沉陷災(zāi)害的根本途徑，采取合理的開采技術(shù)可有效地控制地表沉陷。目前控制地表沉陷的開采技術(shù)主要有部分開采技術(shù)、充填開采技術(shù)、分層開采技術(shù)、全柱式開采技術(shù)和覆巖離層注漿技術(shù)。有學(xué)者吸收條帶開采和充填開采巖層控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)提出了三步法開采技術(shù)，可有效控制巖層移動(dòng)和地表沉降。綜合考慮地質(zhì)條件、開采條件和地表情況采取合適的開采技術(shù)控制開采沉陷，減輕沉陷災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。3.3土地復(fù)墾開采沉陷造成地表土地裂縫、塌陷、積水等破壞，使土地減產(chǎn)、絕產(chǎn)、棄耕，歷史開采積累的棄耕土地越來越多。我國土地復(fù)墾面積僅占開采沉陷面積的10%，在土地日益緊張的情況下，開展對(duì)沉陷區(qū)

12、土地的大規(guī)模復(fù)墾己刻不容緩。土地復(fù)墾沒有固定的模式，應(yīng)因地制宜，根據(jù)沉陷區(qū)的地質(zhì)條件、水文條件、土壤物理特性及可利用的物源條件等進(jìn)行整體規(guī)劃，采取農(nóng)業(yè)復(fù)墾、林業(yè)復(fù)墾、漁業(yè)復(fù)墾、娛樂與建筑用地復(fù)墾等模式。復(fù)墾方法根據(jù)具體的途徑可分為充填式復(fù)墾和非充填式復(fù)墾，根據(jù)物源條件，充填式復(fù)墾分為煤矸石充填、粉煤灰充填、河湖淤泥充填等充填類型，也有學(xué)者研究采用宜于作物生長的復(fù)合材料進(jìn)行充填。非充填式復(fù)墾主要有土地平整式、梯田式、挖深墊淺式、疏排法復(fù)墾等形式。土地復(fù)墾可采用一種方法進(jìn)行，也可采用幾種方法聯(lián)合使用，并注意與當(dāng)?shù)匾?guī)劃、地形地貌、廢棄物利用等結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。3.4水土流失的防治礦區(qū)的

13、水土流失及沙漠化多發(fā)生在西部地區(qū)，主要分為風(fēng)蝕和水蝕兩種情況。影響水土流失的主要因素有降雨、地形、土壤、植被等，礦區(qū)沉陷對(duì)地形土壤、植被的破壞和氣候環(huán)境的共同作用，使礦區(qū)發(fā)生水土流失；礦區(qū)大量剝離的土石及排除的矸石也加劇的水土流失。對(duì)水土流失的治理可采取生物措施和工程措施。生物措施主要是利用植樹種草的方式改善地表植被情況，利用植被防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源。工程措施主要是修建地面防排水系統(tǒng)、壩體工程、透水石堤、沉沙池和坡面防護(hù)等工程，疏導(dǎo)和攔截地表徑流。另外要妥善堆放和利用矸石和廢棄土石，減少因此造成的水土流失。開采沉陷災(zāi)害的防治還包括對(duì)滑坡、泥石流、矸石山災(zāi)害、水資源破壞等的防治。對(duì)礦區(qū)遭開采沉陷破壞的斜坡要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，采取“填、截、排、擋、減”等措施進(jìn)行綜合治理。對(duì)煤矸石的利用和研究已取得諸多成果，煤矸石直接或經(jīng)過加工已成功用于各種填筑材料，生產(chǎn)建筑材料、有機(jī)肥料和燃料等。對(duì)礦區(qū)堆放的矸石要采取削平、掩埋、澆灌石灰乳、填溝造地等措施來杜絕或減少水土流失、污染和滑動(dòng)災(zāi)害。礦區(qū)沉陷災(zāi)害的防治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，各種防治措施是相互聯(lián)系的，應(yīng)完善政策法規(guī)體系和防治資金來源，加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)的宣傳管理，加強(qiáng)對(duì)各種治理的技術(shù)的研究和應(yīng)用，只有采取系統(tǒng)、全面和全過程的措施才能從根本上扭轉(zhuǎn)礦山生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢(shì)。4結(jié)束語煤田開