煤炭開采引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查報(bào)告
山西數(shù)中國國第一產(chǎn)煤大省，全省91個(gè)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(jì)80年代。改革開放以來,山西省煤礦發(fā)展迅猛,最多時(shí)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(jì)增長方式給山西帶來了嚴(yán)重后果,資源浪費(fèi)、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(dāng)?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境。
一、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(gè)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(yán)重威脅。煤炭的大規(guī)模開采造成了對(duì)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(zāi)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(gè)具有34年開采歷史的集體礦山,采掘生產(chǎn)機(jī)械化程度中等,回采率達(dá)65%,累計(jì)原煤產(chǎn)量110萬,t采動(dòng)面積約2.6km。采煤活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的破壞和影響,主要包括以下幾個(gè)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(dá)300~500m3/d,由于其集中排放,改變了地下水運(yùn)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(chǔ)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(fèi)。
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(dòng)面積達(dá)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(shí)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(dá)0·1km2,造成33·3hm2土地破壞,房屋輕微破壞51間,嚴(yán)重破壞32間,給當(dāng)?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(duì)環(huán)境的危害主要有以下三點(diǎn):
1)煤矸石自燃對(duì)環(huán)境的污染
據(jù)統(tǒng)計(jì),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(duì)礦區(qū)環(huán)境造成嚴(yán)重污染;
2)煤矸石對(duì)水體和土壤的污染
煤矸石經(jīng)雨水淋溶進(jìn)人水域或滲入土壤,會(huì)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(shí)還會(huì)通過食物鏈進(jìn)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(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)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(fēng)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(dá)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(zāi)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(yán)重威脅過往車輛、行人安全。風(fēng)井附近廢石堆距風(fēng)井約10m,在極端暴雨條件下極可能形成泥石流,從而對(duì)風(fēng)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(huì)造成地下水的污染。
二、治理方案
1、避讓搬遷
由于煤礦的多年開采,采空塌陷面積達(dá)0·1km2,造成村民房屋不同程度的破壞,目前塌陷還在不斷擴(kuò)大。村莊地下淺層水疏干,人畜吃水困難,對(duì)村民生命財(cái)產(chǎn)均造成威脅,需采取部分避讓搬遷方式進(jìn)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(dāng)?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(dòng),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(zāi)害,適宜建筑。
2、采空塌陷、裂縫的治理與恢復(fù)耕地
首先清理舊村莊,用推土機(jī)推平,通過壓道機(jī)、推土機(jī)和運(yùn)送汽車往復(fù)壓實(shí),及時(shí)覆蓋黃土。對(duì)因采空塌陷造成破壞的耕地采用人工或機(jī)械方式進(jìn)行填埋(夯實(shí))裂縫和陷坑,平整田面,因地制宜,修筑相應(yīng)的田間道路及排水工程,并在各級(jí)梯田的外邊緣修筑護(hù)田堤,控制水土流失,保護(hù)壩田,恢復(fù)農(nóng)田的耕種功能。土地復(fù)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(shí),配方施肥,培肥土壤。同時(shí),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�；謴�(fù)耕地后種植一些抗旱性強(qiáng)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(jì)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(jìn)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(duì)生存環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的危害。
4、修建回風(fēng)豎井地下儲(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)較大,增設(shè)井下儲(chǔ)水倉將新施工的回風(fēng)豎井井下排水作為供水水源加以利用,既避免水資源浪費(fèi),又降低了施工深井帶來的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),可滿足礦區(qū)居民供水。
2005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(fēng)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(fēng)豎井井底修建井下主、付儲(chǔ)水倉各1個(gè),配套建設(shè)井下泵房及管道倉,用于儲(chǔ)存上述含水層中的地下水,并配套建設(shè)井上蓄水池、鋪設(shè)供水管道,解決藺家莊、曹家莊、閆家莊、韓家莊4個(gè)村的人畜用水。
三、治理工程量
1、農(nóng)田整治與恢復(fù)
對(duì)已破壞的60hm2農(nóng)田進(jìn)行整治與恢復(fù),復(fù)墾工程程序及標(biāo)準(zhǔn)為:
�、賹⑻锩骊柾羷冸x集中堆放一邊;
②農(nóng)田內(nèi)塌陷、裂縫填平、夯實(shí);
�、厶锩嫫秸�,田面平整為梯田形式,梯田單級(jí)高差宜根據(jù)地形變化而定,一般控制在2~5m之間,各級(jí)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(yīng)的田間道路及排水工程;
�、菰诟骷�(jí)梯田的外邊緣修筑護(hù)田堤,控制水土流失,保護(hù)壩田;
⑥地表覆蓋陽土,厚度0·5m以上,并適度壓實(shí),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(chǔ)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(yù)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(gè)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(chǔ)開挖動(dòng)用土石方2173m3。將殘余煤矸石表面整平、壓實(shí),覆蓋厚約0·5m黃土,然后進(jìn)行種草、植樹,預(yù)計(jì)土方工程5000m3,樹苗10000株。
3、回風(fēng)豎井井底儲(chǔ)水倉及供水配套
(1)、回風(fēng)豎井井底儲(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)較大,增設(shè)井下儲(chǔ)水倉將新施工的回風(fēng)豎井井下排水作為供水水源加以利用,既避免水資源浪費(fèi),又降低了施工深井帶來的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),可滿足礦區(qū)居民供水。
回風(fēng)豎井井下儲(chǔ)水倉的井下平面布置由煤礦實(shí)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(shè)井下主、付儲(chǔ)水倉各1個(gè),配套建設(shè)中央水泵房,管道倉和水泵房繞道倉。主、付儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)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
①配套深井泵1臺(tái)(揚(yáng)程400~500m),地面多級(jí)泵2臺(tái)(揚(yáng)程150m)。
�、谂涮�4寸供水管道4200m。
�、坌拗谛钏�1個(gè),高位蓄水池3個(gè),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(tái)。
四、工程預(yù)算
1、工程經(jīng)費(fèi)預(yù)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(fù)工程共需經(jīng)費(fèi)479·44萬元[4](表3)。沙峪煤礦礦山環(huán)境整治與恢復(fù)工程工期共需1年。
五、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防
綜上所述,煤炭開采所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害直接危害了礦區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)的安全,地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生和延續(xù),使人們無法安居樂業(yè),治理災(zāi)害的工程量巨大,耗資不菲,工期較長。在煤炭開采之前對(duì)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測是十分重要的環(huán)節(jié),對(duì)于有可能產(chǎn)生的災(zāi)害應(yīng)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(duì)于可能產(chǎn)生地面蹋陷及地裂縫等地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害的產(chǎn)生,對(duì)塌陷的地表隨時(shí)進(jìn)行綜合治理,以恢復(fù)和進(jìn)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(hù)法不斷完善,煤炭開采技術(shù)日益進(jìn)步,由于煤炭開采而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害將會(huì)逐漸減少,隨著科技的進(jìn)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(jìn)資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
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