井工煤礦生態(tài)恢復治理工作中存在的問題及對策研究

鄭曉江

摘 要： 為了研究井工煤礦生態(tài)恢復治理工作中存在的問題及對策。本文以筆者中煤大同能源有限責任公司多年工作經(jīng)驗為基礎。在理論結(jié)合實際的前提下以中煤大同塔山煤礦為研究對象系統(tǒng)分析了當前礦井主要問題。針對生態(tài)恢復治理措施中的土地復墾治理措施展開相關探討，為同行提供建設性意見。

關鍵詞： 煤礦;生態(tài);恢復;治理;工作

我國礦業(yè)的快速發(fā)展，在為經(jīng)濟社會發(fā)展提供重要物質(zhì)保障的同時，也累積了不少礦山地質(zhì)問題，礦產(chǎn)資源開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)影響和破壞較為突出。具體到井工煤礦，對生態(tài)系統(tǒng)影響和破壞主要是煤礦地下開采導致地表變形，進而損毀土地及造成地形地貌景觀和植被破壞;煤礦形成的采空區(qū)造成地面塌陷、地裂縫等災害;破壞地下水系統(tǒng);“三廢”排放造成環(huán)境破壞。

所研中煤大同塔山煤礦位于山西省大同市云岡區(qū)口泉鄉(xiāng)上窩寨村境內(nèi)，井田面積為8.146km2，可采煤層為2、5（3-5）、6、7、8、9號煤層。首采2#煤層，設計生產(chǎn)能力240萬噸/年。煤礦位于大同煤田中東緣，行政區(qū)劃屬于大同市云崗區(qū)口泉鄉(xiāng)。煤礦井田面積8.146km2，批采石炭系太原組所有煤層，主要有2、5（3-5）、6、7、8、9號。

現(xiàn)開采煤層為5（3-5）號煤層，煤層傾角平均2°，煤層厚度平均12m，開采標高1045m，蓋山厚度380～500m， 煤層直接頂巖性為高嶺質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，厚3～5m;老頂巖性為中粗砂巖，厚6～15m。底板巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚0.8～3.20m。5（3-5）號煤層屬于帶壓開采煤層，帶壓區(qū)最大突水系數(shù)為00136Mpa/m，屬于帶壓開采相對安全區(qū)。

1 礦井主要問題

1.1 瓦斯及水害

礦井主要回采3-5#煤層，2#煤層回采完畢已封閉，3-5#煤層距上覆2#煤層層間距平均為5～7m，距上覆侏羅系煤層采空區(qū)約250～300m。3-5#煤層回采工藝為綜采放頂煤，采高14～15m，工作面回采后采空區(qū)與上覆2#煤層采空區(qū)垮通，并形成局部裂隙與上覆侏羅系采空區(qū)導通，導致上覆侏羅系采空區(qū)氣體涌出至本煤層回采工作面，造成工作面回風流氧氣濃度偏低，為治理該種情況，在工作面回風側(cè)設置了局部升壓通風系統(tǒng)和均壓通風系統(tǒng)，并保持待機狀態(tài)，以便于隨時啟動。

開采5（3-5）號煤層面臨主要水害為老空水。主要有上覆侏羅系煤層采空區(qū)積水、上覆2號煤層采空區(qū)積水和同層采空區(qū)積水，積水主要來源于生產(chǎn)用水，外來補給量小。在巷道接近積水區(qū)或巷道從積水區(qū)下通過時，或小煤柱掘進時鄰近薄弱區(qū)，或遇構(gòu)造造成頂板冒落時導通積水區(qū)的時候，存在老空透水風險。

1.2 通風及頂板

礦井通風系統(tǒng)簡單，通風設施較少，無較大通風風險。頂板管理方面，礦井主要回采工作面、巷道在回采期間受上覆2#層煤柱及同層相鄰采空區(qū)作用，容易形成應力集中，在過斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶、硐室時，移架不及時或支架初撐力不符合規(guī)定，都有可能發(fā)生架前漏頂、片幫、壓架。回風順槽受相鄰采空區(qū)及小煤柱布置，巷道側(cè)壓及超前壓力顯現(xiàn)明顯，區(qū)域應力集中，圍巖破碎，頂幫維護較復雜，回采過程中管控不到位可能發(fā)生冒頂、片幫、掉渣事故。

1.3 運輸管理

運輸形式為：帶式輸送機運輸煤流、無軌膠輪車運輸人和物料，帶式輸送機按照分管范圍由生產(chǎn)單位進行維護和使用，開展日檢、周期性檢修和各類維修工作，設備運行可靠;無軌膠輪車由委托維護單位進行日常的維護、檢修、保養(yǎng)，對車輛的各系統(tǒng)都進行日常檢查、定期檢修等，車輛的管理有運輸隊入井配發(fā)監(jiān)管、生產(chǎn)單位班組長現(xiàn)場安全監(jiān)管、機電管理處日常安全檢查監(jiān)督，制定有相關的管理制度，并嚴格遵照執(zhí)行，運輸管理狀況較好，存在的主要風險有：

（1）皮帶機運行過程中，若保護裝置意外失效，出現(xiàn)皮帶跑偏、打滑不停機的現(xiàn)象，如不能及時停機可能造成設備損壞;或皮帶長時間打滑摩擦產(chǎn)生的煙霧可能造成人員中毒、窒息傷害。風險評價等級為一般風險。

（2）無軌膠輪車帶病運轉(zhuǎn)、司機疲勞駕駛、視線不佳等情況，運行中可能會發(fā)生車輛撞擊人員、設備的情況，造成人員傷害和設備的損壞。風險評價等級為較大風險。

（3）車輛運輸物料捆綁不牢或綁具意外松脫等情況，可能導致設備掉落造成設備的損壞，如果人員卸車時物料滑落可能造成人員的傷害。風險評價等級為較大風險。

（4）無軌膠輪車在極寒天氣或意外出現(xiàn)水箱、油箱被凍，可能導致車輛損壞或無法發(fā)動造成人員無法入井和物料無法運輸?shù)那闆r。風險評價等級為一般風險。

1.4 煤層自燃

礦井3-5#煤層為自燃煤層，最短自燃發(fā)火期為56天，礦井采用綜采放頂煤回采工藝，采空區(qū)遺留浮煤較多，目前綜放工作面防滅火采用“間歇性注氮、停采封閉后粉煤灰灌漿和工作面短時間停產(chǎn)（停產(chǎn)10天以上）及過構(gòu)造期間噴灑阻化劑，同時井上下建立相應的防滅火系統(tǒng)和安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)”的綜合防滅火措施。

2 生態(tài)恢復治理措施

2.1 井工煤礦塌陷區(qū)土地破壞特征

煤礦開采對土地的損害通常是由于地表沉積盆地的形成，富水地區(qū)沉積坑中水的蓄積，地表裂縫對土壤的侵蝕以及地表結(jié)構(gòu)的破壞。與露天礦相比，地下礦的土地破壞特征主要體現(xiàn)在以下四個方面。明顯的沉積盆地的形成通常會導致地表裂縫，階梯狀塌陷，滑坡，滑坡等。地表沉積發(fā)生在開采良好的煤礦區(qū)域，地表破碎和滑動比室外沉積區(qū)域更為嚴重。在采礦區(qū)的邊界，附加的拉伸應變可以疊加在采礦的拉伸應變上，這會導致更大的拉伸應變，通常在露天礦中不是這樣，即由于挖掘井下煤礦的主要沉積特征而導致的寬度變大。形成了具有不同高度和滑坡的地裂縫，并且滑坡的規(guī)模與金貢煤礦引起的滑坡不同這通常會加劇燭臺被地下水侵入土壤的程度。地表水積聚的主要原因如下：

①地下煤礦的地形起伏和梯度大于露天煤礦的地形起伏和梯度，并且沉積區(qū)域可能會積聚水分;②真空煤礦的山谷和前哨更深，地表排水更好;③即使在凹狀波浪沉積區(qū)下方有自由水層，地下水通常也會沿著巖石裂縫泄漏。諸如將由煤礦形成的垃圾掩埋場，其規(guī)模要比露天礦小得多。在露天煤礦中，這些風險主要是由于土地占用和土地遭受的二次破壞所致，但在運行良好的煤礦中，這些降雨，滑坡和暴雨也會在下游產(chǎn)生石堆流域的水體造成二次污染。

2.2 預防控制措施

按照“統(tǒng)一規(guī)劃、源頭控制、防復結(jié)合”的原則，在煤礦開采、生產(chǎn)過程中可以采取一些合理的措施，以減小和控制破壞土地的面積和程度，為土地復墾創(chuàng)造良好的條件。

（1）合理規(guī)劃生產(chǎn)布局，減少破壞范圍。在施工和生產(chǎn)過程中應加強規(guī)劃和施工管理，以盡量減少對土地的影響。在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，必須嚴格控制各種生產(chǎn)和建設活動，并應盡量減少廢棄礦渣和危險石所占土地和臨時土地的面積，并及時回收，以免對土壤和植被造成巨大破壞。它已經(jīng)威脅到脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。在建造井的同時，有必要準備一個地面移動臺，以便在調(diào)試后的任何時候都可以觀察到它，以便積累基本數(shù)據(jù)以防止地面沉降。

（2）協(xié)調(diào)開采方法。根據(jù)表面變形的動態(tài)分布定律，工作表面上方和下方的表面分別是拉伸變形和壓縮變形的區(qū)域。因此，當開采大量工作面時，通過沿前進方向合理地布置工作面和開采順序可以抵消一部分地面變形，從而使被保護物體位于沉降區(qū)或壓縮變形區(qū)的中部而不是軸承。最終的拉伸應變可以有效減少地面變形引起的破壞。

（3）表土剝離。根據(jù)表面變形的動態(tài)分布定律，工作表面上方和下方的表面分別是拉伸變形和壓縮變形的區(qū)域。因此，當開采大量工作面時，通過沿前進方向合理地布置工作面和開采順序可以抵消一部分地面變形，從而使被保護物體位于沉降區(qū)或壓縮變形區(qū)的中部而不是軸承。最終的拉伸應變可以有效減少地面變形引起的破壞。

3 結(jié)語

中國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展破壞了生態(tài)環(huán)境，煤礦塌陷中生態(tài)環(huán)境恢復技術的研究還不夠全面，無法達到世界最高水平。目前，中國學者在煤礦生態(tài)修復措施研究方面取得了一些進展，形成了水土保持測量系統(tǒng)，土壤重建測量系統(tǒng)等綜合管理方法，但仍有改進的余地，但可以預測煤礦開采前的土地沉降。并實施土地復墾措施后進行監(jiān)測和生態(tài)管理。

所研中煤大同塔山煤礦的土地開墾是通過長期的生態(tài)恢復，通過工程措施和工廠措施等對策來恢復土地質(zhì)量或增加土地的過程。它多樣而又不簡單，它涵蓋了廣泛的領域，并由國家政策決定。我國土地復墾管理制度的研究還不夠成熟，理論依據(jù)還不充分，對土地沉降的預測、土地適宜性評價和土地復墾措施的研究還不夠完善，受到土地復墾計劃機制的限制。

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