山西省太原西峪煤礦地質環境特征及保護措施

馬騰

摘要：近年來，采礦引起的一系列礦山地質環境問題不僅威脅到人們生命財產安全，而且嚴重影響和制約著經濟的發展。因此研究礦山地質環境變異特征和演化規律，對于有效地防治這些災害的發生具有重要的理論意義和實用價值。

關鍵詞：地質環境；地質災害；影響預測；保護與治理

1.礦井基本概況

太原西峪煤礦位于山西省太原市位于太原市西南邊山。第一類地形單元為井田的北部和東部黃土組成的丘陵，為太原斷陷盆地的組成部分，地面向盆地方向傾斜。沖溝寬而稀疏，沖溝的向源侵蝕作用明顯。第二類地形單元為局部黃土覆蓋的砂泥巖低山丘陵，剝蝕、侵蝕作用為主要的外動力地質作用，是西峪煤礦主要采煤區。

2.地面塌陷變形預測

礦區總的地勢為西高東低，礦界開狀呈正多邊形。從全礦區分布穩定的3^#煤層底板高線來看，煤層埋深為西部深、東部淺，西部埋深約70m-90m，東部埋深約19m-45m。煤層埋深最深點位于礦區西南部（A點），埋深約96.54m，最淺點位于礦區東北部溝谷中（F點），煤層埋深約19.54m。礦區開采3^#煤層，厚度平均6.46m。在井田內選取典型地段進行采深采厚比計算，各計算點煤層埋深及采深采厚比見表1。

經計算，煤礦開采3^#煤層采深采厚比介于3.03～14.94之間。礦區內，大部分地區，采深采厚比小于30。國內外采礦經驗認為，當煤層采深采厚比小于30時，煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的不連續特征，地表變形劇烈，煤礦采空區上方會形成較大的裂縫或塌陷坑。

為定量評價煤礦開采3#煤層后地表變形特征，下面依據國家煤炭工業局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》（以下簡稱《規程》）中的經驗公式，對煤層開采后地表最大移動、變形和傾斜值進行預測。公式如下：

根據礦區煤層儲存穩定的特點，煤礦采用單一走向長壁式采煤法，工作面寬度130m，工作面年平均推進長度900m，屬充分采動。由于煤礦過去小煤窯開采過程中沒有積累地表下沉參數，本次評價中根據覆巖性質及頂板單向抗壓強度在《規程》中選擇經驗參數進行研究。選取3#煤層覆巖類型為中硬。

下沉系數取q=0.7；水平移動系數取b=0.25；煤層近似水平，取煤層移動角8=Y=β=70°

按上述公式，計算煤礦開采3^#煤層后煤層典型地段地表產生的最大變形值列于表2。

將表2與《規程》中規定的地表變形對地面建筑物破壞程度進行對比，可以看出：3^#煤層采空后，礦區范圍內地表不同部位地表水平變形、地表曲率變形及傾斜變形值均很大，變形值等級均為Ⅳ級。由此可見，地面變形對地面建筑物（構筑物）的影響程.嚴重。

3.開采引起的礦界外地表移動范圍計算

該煤礦礦區為一多邊形，礦界由14個拐點組成，3^#煤層平均厚度6.46m。礦區邊界各拐點采深列于表3。

礦區內大部分地區煤層2-3°，近似水平，取煤層移動角β=Y=8=70°。地表覆蓋黃土，黃土厚度平均20m。地表移動邊界的計算公式采用：

3^#煤層采空后，礦區地表變形嚴重，對建筑物影響為Ⅳ級，從采礦對土地資源影響情況來看，現有的地表會產生大量的地裂縫和地面塌陷，使土利用功能降低，造成減產，礦山型水土流失與土地退化嚴重；從采礦對巖土環境來看，采空后的荒坡中地表裂縫與塌陷較為發育，地表巖土變得疏松，土壤含水量大降低，會使土壤沙化，加劇水土流失程度，地表自然植被的存活與生長受到嚴重影響，地表自然植被覆蓋率會降低；因此，采礦對土地資源和巖土環境影響嚴重。

4.礦區地質環境問題治理措施

煤礦應成立專門的地質環境管理機構，有專人負責，建立規范的測量體系，定期對地面裂縫及采空區的時、空關系進行專門測量；建立滑坡、崩塌災害點及隱患點監測網絡，建立雨季汛期巡查制度。

（1）對礦區開采過程中出現的地面裂縫及時進行填埋，進行植樹造林。應溝坡兼治，防治并重，工程、林草結合，以小流域為單元，因地制宜，綜合治理。

（2）對礦區溝谷兩旁采礦誘發的滑坡、崩塌堆積物及時清理，預防阻塞河道形成泥石流。并對滑坡、崩塌采取適當治理措施，進行削坡減荷，降低監空面，減小崩塌、滑坡發生的可能。

（3）改進頂板管理方法：在采區邊部試行半充填式開采方法，可減少拉伸區的移動變形值，大大降低地表破壞范圍。也可采用條帶式開采、限厚開采等方法，減少地表變形量。endprint