煤矿区主要环境地质问题与对策研究_我国矿山环境地质问题
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煤矿区主要环境地质问题与对策研究
---以大同煤矿地区为例
摘要：本文以山西大同地区为研究区，通过对大同地区矿山开发地质环境背景、矿山开发现状及现有地质问题等分析，得出大同地区最主要的矿山地质环境问题是以煤矿开采引发的煤矿区地面塌陷。分析环境地质问题的成因，研究大同市地质灾害恢复治理的方法，使该地区矿产资源得以可持续开发利用，也为防灾减灾提供科学依据。
关键字大同市环境地质煤矿区
正文
近两年来，能源需求不断加大，使得矿山建设引发的地质灾害也不断增多。大同市位于山西省北部大同盆地的中心，黄土高原东北边缘，是我国著名的煤都，区内矿产资源丰富,其中煤炭储量丰富。石墨、石灰岩、大理石、花岗岩、长石、沸石、云母、膨润土、高岭土等储量也十分可观。近年来，随着矿产资源的不断开发，生态环境遭到破坏，尤其以煤矿开采引发的塌陷最为严重。针对大同地区矿山现状，本文以大同煤矿区为对象，分析由煤矿开采引起的一系列环境地质问题，有效的进行矿山环境保护工作和规划实施矿山环境问题防治工程，实现矿产的可持续开采利用，为其他的煤矿区开发提供依据。
1.大同市矿产资源概况
1.1 矿产资源概况
大同地区矿产资源非常丰富，是一个典型的资源型城市，以煤炭为主的矿产资源采掘业是全市的支柱产业，另外还有金、银、铜、铁、铅、锌、锰、镓、锗、硫铁矿、白云岩、磷、普通萤石、耐火粘土、石墨、石棉、沸石、水泥用灰岩、水泥配料用粘土、饰面用花岗岩、珍珠岩、饰面用大理石、地热水等资源。
该区煤田储量丰富、煤质优良、埋藏较浅。煤层主要赋存于两套煤系地层中：上煤系属侏罗纪，下煤系属石炭纪，整个煤田属双纪煤田。煤层主要赋存于石炭系上统太原组和山西组中，厚度由北向南逐渐变薄。煤质特征：石炭纪各层煤变质程度低，煤种单一，属于气煤是省内重要的炼焦煤基地之一；侏罗纪各层煤，变质程度也很低，煤质变化小，绝大部分属于半亮型弱粘结煤。大型煤矿以露天开采方式为主，小型煤矿开采以硐采方式为主。
1.2 煤矿资源开发现状
大同煤矿区现有 38 个矿，48 对井，分布在山西省北部大同、忻州、朔州3个地区2 个煤田。按地区划分：大同地区23 个矿，忻州地区8 个矿，朔州地区7 个矿；按煤田划分：大同煤田30 个矿，宁武煤田8 个矿；按开采煤系划分：开采侏罗系煤炭资源的22 个矿，开采石炭系资源的16 个矿。
大同矿区分别分布在忻州、朔州、大同三个地区，开采侏罗系、石炭系两个时代的煤炭
资源。忻州地区有石门矿、榆树底矿、石湖矿、陈家沟矿，朔州地区有王坪矿、小峪矿、焦煤矿、南阳坡矿、增子坊矿、新峪矿、官沟矿，大同地区有青磁窑矿、姜家湾矿、杏儿沟矿、东州窑矿、马口矿。
2.矿山开采引起的环境地质问题
研究区内因采矿引起的主要矿山环境问题包括：矿区土地资源的占用或破坏、对地表生态破坏、对水资源的影响、地质灾害等。据调查分析，矿区最主要地质环境问题是煤矿开采引起的地面塌陷。
2.1 地质灾害
矿区井田内存在的地质灾害主要是由于采煤活动引发的,主要有地面塌陷、地裂缝以及由此引发居民房屋破坏，由于地裂缝导通采空区，使采空区自燃的CO等有毒气体沿裂缝大量泄出，以及由于开采引发的水资源破坏等。据不完全统计，大同矿区地表采煤沉陷区总面积达450km2。
2.1.1 地面塌陷
大同重点区塌陷坑数量达 146 个，主要分布在左云县、大同南郊区和平鲁区。塌陷坑毁坏土地面积2.92 公顷。宁武关键区塌陷坑集中分布在薛家洼附近的李家梁煤矿和大石煤矿矿区。塌陷坑数量达125个，毁坏土地面积2.5 公顷。塌陷坑直径一般为5－10m不等，大的达十几米，坑深2－3m，最大体积达到800m2，个别塌陷坑附近的煤矿还有煤田自燃现象存在。其影响和破坏主要涉及到地面地下建(构)筑物、地表水资源、地下水资源、土地资源、生态环境、地质环境等方面。不仅使矿山地质环境严重恶化，而且对矿区居民生活质量下降，给矿区居民财产和生命安全构成极大威胁。
2.1.2 地表裂缝
地表裂缝是煤矿开采带来的最普遍的一种地质灾害类型，其主要危害是影响矿井通风和地面建筑物的安全，在沟谷地带地表裂缝是矿井补给水的良好通道，对矿井安全造成较大威胁。据记载，地表裂缝有长有短，有宽有窄，短的几十米，最长可达四、五百米，宽度一般在0.1—0.5m，最宽可达2m 多，各矿每年都要抽调一定人力物力对地表裂缝进行充填。
2.1.3 采煤沉陷引发山体开裂、滑坡隐患
大同矿区所有煤炭开采企业的工业广场和居住区只能顺延狭窄的山沟布置，开山造地，依山靠崖建造了各式住宅。采煤沉陷和矿震、自然的风化和剥蚀等作用，使得这些区域的坡体岩石裸露、悬挂，崩塌和滑移的危险。如永定庄矿黄崖底东部、大南湾南部南山居民区，由于山坡植被稀少，大多数为黄土覆盖，有发生滑坡的威胁。王村矿黑流水街自建居民区地基下沉，墙体开裂，路面裂缝。大斗沟矿北山坡因山体开裂、岩块悬空而有可能导致崩塌，对过往行人、车辆造成威胁。
2.2 环境破坏
2.2.1 矿区土地资源的占用或破坏
工作区矿山开发占地总面积为 5517.22 公顷，其中因煤矿开采活动压占、破坏的土地面积约5215.43 公顷，占矿山开发占地总面积的94.53%。中转场地占地面积达2630.04 公顷，占总面积的47.67%，固体废弃物占地面积达1486.87 公顷，因采矿引发地面塌陷面积5.42 公顷。堆煤场在平原区占地面积很大，大同重点区平原区堆煤场主要沿公路分布，数量达421 个，几乎全部占用耕地，占地面积达1230.73 公顷，占大同重点区中转场地的48.68％。而将近一半的堆煤场已经停止使用，但未进行复垦。宁武关键区有堆煤场145 个，占地面积达101.76 公顷，主要沿公路分布。矿山开发占用了大量土地，包括相关的各类占地(如堆煤场、洗煤场等)，不仅严重破坏了矿山生态环境，造成难以自然恢复的矿山环境失衡，同时，堆煤场废弃后长期得不到复垦，造成了土地资源的极大浪费。
2.2.2 生态环境的破坏
大同矿产的开采，对生态环境都会有一定的破坏作用，造成局部水资源短缺，草地面积退化，质量持续下降，导致草地生态承载力降低，草地生态功能下降。据调查统计，九十年代末，草地退化面积已达380000 公顷，占草地总面积的85.07%，重度退化的草地，地表呈裸露、半裸露状态，使其护土、涵养水源功能减弱。
2.2.3 水环境的影响
从目前各煤矿的水文地质条件和排水现状分析,采煤对水环境的影响主要表现在:一是煤矿长期排水,多数煤矿未加以综合利用,造成水资源浪费。因矿井水及矿区各类污水直接排放于两河中,河水污染明显,已不能作为矿区供水水源。,使矿区地下水资源更趋紧张；二是煤矿开拓过程中,穿透含煤地层向下部矿井渗漏,使上部含水层的水量减少,水位下降,进而造成当地居民的用水困难；三是由于长期排水形成以矿井排水为中心的降落漏斗,使采区水位下降,井泉水量减少或局部断流,河流径流量减少,进而影响河流下游的水量正常补给。
2.2.4 固体废弃物的污染
矿区开采过程产生大量的固体废物。固体废物在大同矿区主要是指煤矸石，据统计，大同煤矿自成立到现在，累计生产原煤11 亿吨，同时产生了大量的煤矸石，目前统计煤矸石总量7000 多万吨，现在每年的煤矸石产量约500 万吨。大量的矸石排放不仅占用了土地，由于矸石山自燃发火，空气中的CO、SO2浓度大大超过了国家大气环境质量标准，严重影响了周围居民的生活环境。另外，矸石山由于降雨淋滤入渗至地下水中，还会污染地下水环境。
3.大同市煤矿山地质环境问题的产生原因
3.1 自然原因
（1）大同煤田煤层埋深浅,经开采后形成的近地表采空区易发生塌陷；大同矿区煤柱具
有煤层多,煤层间距小,煤层埋深浅,煤层厚、薄不均,个别煤柱相对较小等特点,并且由于煤层顶板岩石强度大,很少产生局部落顶，致使采空区内预留煤柱在长期承载的过程中,因某些必然或偶然因素(如地形、风化、地震、人工爆破、降雨、地下水、下层采动、煤柱自燃等)的单一或共同作用的结果,局部某一煤柱的应力一旦超过其允许强度,该煤柱首先遭到破坏而失去支撑能力。造成地面沉陷。
（2）该区雨季集中于7-9月，多以突发性暴雨形式出现。矿山集中排放于山沟中的矸石、废石堆为泥石流提供了物源，易于形成泥石流隐患。
（3）大同地处内蒙古高原与华北平原的过渡地带，东北西南走向的山脉构成了大同市的地貌骨架，山川相间，断层发育，丘陵起伏，沟壑纵横。使矿产在开采过程中出现不稳定的状况。
3.2 人为因素
(1)超设计能力开采
煤田煤层埋藏浅，煤层厚，利于大型机械化综采，在实现高产的同时，易造成集中连片的采空区、塌陷区，加快了对地质环境的破坏。
(2)治理不力
煤田开发以来，长期作为国家主要煤炭开采区，由于企业隶属关系等因素，地方管理部门对企业用于生态治理的育林基金、生态建设资金和土地复垦费等项资金使用无法实施监督等等，在很大程度上影响了矿区生态环境的治理。
4.矿山环境地质问题的防治
矿山环境地质问题的防治是个系统工程，这不仅是矿山采、选、冶的事，也关系到矿山建设之前的地质勘探工作的全面性和准确性，且主要的是社会和人为因素。
4．1 矿山建设前的地质勘探工作质量好坏是决定矿山地质灾害发生的一个前提条件
矿床地质勘探工作的成果是矿山设计的基本依据。它的质量的好坏是决定矿山地质灾害发生的一个前提条件。地质勘探工作不仅要查明确切的矿石储量、矿床的地质构造背景、新构造运动的条件，还要查明矿床周围的地球环境、生态环境和水文地质条件。矿床地质勘探报告的评定审查，必须要根据规范，严格进行。
4．2 矿山采、选、冶设计和生产要立足于长远，把环境保护放在首位，力争可持续发展
采、选、冶过程中的三废治理，对废气治理，要着重改进窑炉的生产工艺，在回收和污染处理上狠下工夫；对废水处理，要改革工艺，更新设备，减少废水和污染物的排放，提高水的重复利用率。对废渣处理，要着眼于综合利用，变废为宝。例如，煤矸石既可用作建筑
材料，又可用于筑路，还可用于回填采空区。
4.3 加强监督管理，监测预报
煤矿区发生地质灾害主要是由开采引起的，是生产过程中变形、破坏和环境恶化的积累和延续，利用现有的理论对监测结果进行预测，对可能引起灾害的破坏，提前采取相应措施。这样就可根据经济效益、社会效益和环境效益综合考虑，提前规划，超前研究。在总结历年来各个大中型煤矿生产过程中发生灾害的基础上。究其原因，寻其根源，为以后研究相关灾害提供依据，处理好社会稳定、经济发展、技术能力、环境保护、生态恢复等因素之间的协调关系。
4.4 兼顾生产，综合治理
正在生产中的大中型矿山，应边生产、边治理。特别是与环境和生态有关的治理工程，如采矿塌陷、地面沉降、水体污染、煤矸石污染、地下水位下降(枯竭)、水土流失、矿区地震等。发生灾害大多是由开采特别是不合理的开采引起的，因此合理的开采程序和安全措施是减少灾害发生的一个重要手段。生产过程中诱发的环境灾害要及时治理，如矸石山的绿化等。综合利用，将矸石、粉煤灰等合理利用，走治理与利用相结合的道路。
5.结语
大同煤矿是中国最大的煤矿，但是由于人们急功近利，不合理的开发利用，造成了矿区地质环境问题，严重影响着人们的生产生活。中国是世界上矿山环境地质问题多发的国家之一，其他地区在矿产资源开采中应以本区为鉴，加强煤矿环境地质工作，才能预测、控制、防止、减少煤矿生产过程中人类对环境的影响。
参考文献
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