煤礦地質環境保護與治理研究

（山西焦煤西山煤電屯蘭礦地測防治水科 山西 030200）

我國煤礦資源豐富，有“礦產大國”之稱，煤炭資源一直作為我國工業快速發展的最重要能源支撐。但由于煤礦區常年開采，引發部分地面塌陷、土地結構變化等地質環境問題，使得煤礦開采地區成為生態環境脆弱區，嚴重影響著區域地方經濟的發展。另外，近年來頻繁的礦產地質環境災害引起廣大學者和研究人員的注意。不僅對生態環境造成一些破壞甚至災難性的影響，而且難以預測的地質災害還對礦區周圍居民的生命和財產安全構成嚴重威脅，極其不利于促進社會秩序的構建，和社會和諧穩定的可持續發展。因此，科學規劃和實施礦山地質環境保護與恢復管理研究工作具有重要意義，也是所有礦山單位需要迫切解決這一難題的當務之急。

1.煤礦地質環境問題分類與成因分析

(1)地質災害

煤礦地質災害主要有地面沉降和滑坡。根據大量現場調查，許多礦區的地面沉降外觀并不明顯。礦區的地質災害與煤礦開采的規模，開采方法的落后和回收率低下等等因素有關；再加之受雨水沖刷和自然風化，地面塌陷時間過長導致滑坡現象時有發生。調查中我們經常發現煤礦中有較典型的滑坡，均為土質滑坡。礦區地面塌陷和滑坡的形成范圍也隨著礦山的開采規模的擴大而擴大。研究發現很多煤礦項目地下資源開采結束很久以后，上覆巖層沉降才會逐步趨于穩定，地表塌陷等地質災害也逐步結束，恢復過程比我們想象的要緩慢得多。因此，有必要在生產過程中加強對地面塌陷和滑坡的監測和預防，定期的監測不僅為礦區環境影響評價提供依據，還可以在一定程度上確保周圍居民的生命財產安全。

(2)地形地貌景觀破壞

一般而言，煤礦區建設項目主要有：行政辦公建筑、生活建筑、礦井主軸和輔助井的工業用地以及排矸場地等。選礦過程中產生的煤炭和其他尾礦，以及從露天礦中提取的固體廢物（例如剝離的廢棄土壤和巖石），被堆放在地面上，導致大范圍的尾礦堆渣。同時，煤礦開采中含有大量的有害元素，例如硫和氮，長期堆放會造成周邊大氣環境的污染和對土壤環境的破壞。大片采空區造成上覆巖石和土壤的沉降，在地表形成巨大的土坑。場地修建和運行時不僅有大量的挖掘和回填工作，而且還有大量的廢石堆積在廢石場中。煤礦露天開采破壞了地表植被例如巖石裸露和破壞山脈等等，對地形和地貌產生了嚴重的不利影響。

(3)土地資源的破壞

大部分煤礦礦區主副井工業場地占用土地類型為采礦用地，但土地面積較大且排矸場占用土地類型為林地和草地，對占用的土地資源原有的生態功能有一定的不良影響。如果遭遇惡劣的暴雨天氣，極易發生滑坡、泥石流等災害。例如：煤炭資源開采中形成大量的煤矸石、礦渣、泥煤等固體廢棄物為泥石流的形成提供了豐富的固體物源，煤礦開采過程中造成的大范圍的地面塌陷和滑坡形成了較陡的地勢，再加上暴雨等天氣提供充足的雨水，極大可能發生泥石流，造成更加嚴重的資源破壞。

(4)地下水資源的破環

在開采煤層時，施工作業需要在埋藏深度達數百米的地下進行采煤機剪切支架的向前移動，在其后面形成一個大片的采空區。隨著形成的支架不斷地向前移動，采空區范圍不斷被擴大，其上方的基巖在其自重作用下逐漸破裂，剝落并滲透到地下，久而久之便形成裂縫帶和剝離層，從而對原始的水層結構造成破壞。一方面，含水層中的地下水隨著煤礦開采產生的裂縫帶進入采煤巷道和采空區，導致地下水的流失，地下水位嚴重下降影響農業灌溉以及生活飲用水井的干枯；另一方面，當地下裂縫帶不斷上升，地表水也會隨著上升的裂縫流入地下，導致地表的河流水量變小，甚至引起地表河流的枯竭現象。但是有研究表明水是礦山地質環境的主控因素之一。我國北方大部分地區地下水資源嚴重匱乏，礦區生態環境極其敏感脆弱。盡管煤礦地質環境對地下水有較強的依賴性，但留入巷道中的地下水必須通過水泵排到地表以保證地下開采礦工的安全生產，導致地下水的大量浪費，也使得地下水資源的均衡受到嚴重破壞。

2.煤礦地質環境保護與治理研究的重要性

首先，我國的礦產資源區域分布不均且種類多種多樣，煤礦山的地質環境問題的種類，發生破壞的頻率和程度，災害的受眾有很大的差異，實踐產生的問題應該從實踐中出發并科學合理的解決，早日恢復其原有生態功能。其中，最為影響生態建設的主要問題為礦區的采空區塌陷，地面滑坡，地下水資源失衡，地形地貌破壞和環境影響等等。其次，煤礦地質環境問題愈發頻繁，造成的損失愈發嚴重，環境形勢日益嚴峻，加強礦山區地質環境的環境保護恢復與治理對于促進經濟社會的全面協調和可持續發展十分有必要。并且近年來的煤礦地質環境保護與治理研究項目是一個多學科交叉融合的環境項目，涉及地質，采礦，環境，農業，林業，水利，旅游，生態，建筑等等多學科。因此恢復與治理的任務是復雜多變且具有挑戰性和探索性的。由于多年不合理不科學的開采煤礦造成了許多地質和環境問題，這些問題限制了煤礦區正常的經濟發展并危及周圍村莊居民的生命和財產。為了保證地方經濟的健康發展，預防和控制煤礦開采造成的環境和地質問題，實現經濟，社會和環境效益的全面改善，迫切需要開展煤礦地質環境保護和礦山復墾工作。

3.解決煤礦地質環境問題的相關舉措與建議

(1)礦山地質環境監測工程

礦山地質環境監測工程主要監測如地面沉降和塌陷，土地地形和資源破壞等地質災害。監測方法包括對地形和景觀手動野外調查，野外測量和監測；以及為了觀測采礦引起的地面沉降，安排了地面沉降觀測站進行長期觀測。首先，建立礦山環境監測系統。綜合運用衛星遙感監測、無人機飛行監測、地面站點監測等環境監測手段。其次，盡可能建立礦山環境監測數據中心。礦山環境監控系統獲取的多源數據均收集在數據中心。通過數據中心的建設，為業務平臺提供統一全面的數據管理、監測數據可視化、影像解譯、模型分析、專題制圖、三維可視化等支撐環境的各種基礎性和公共性的支撐功能。另外，可建立礦山環境監測業務平臺。健全監測體系、發揮決策、把控進度，促進礦山環境恢復治理與土地整理。最后，要準確掌握礦區水林田湖草各環境要素的狀態，找到環境恢復治理和土地整理的根本對策，為礦區管控體系提供數據支持，為礦區環境修復工程提供科學決策支持。

(2)地形地貌及土地資源治理工程

地形地貌與土地資源治理工程需要礦山服務年限期滿后，及時對煤礦的排矸場內矸石進行清運，并對煤礦的風井工業場地進行拆除、并定期覆土種植草本植物，最大程度恢復土地生態功能。具體的覆土量與樹木種植量要根據煤礦開采的規模大小、工期長短、開采類型進行粗略估算，進行種植經濟林如楊樹林，創作經濟效益，促進可持續發展。

(3)地質災害治理工程

環境規劃重視地面塌陷及滑坡等地質災害的恢復治理，要充填塌陷裂縫及治理已有滑坡，使得礦山在服務年限期滿后，地質環境得到最大程度的恢復這是應對煤礦環境地質問題的主要的對策之一。對于地面塌陷治理工程，首先要沿著表層塌陷的裂縫剝離表土。在裂紋兩側進行剝離，剝離寬度為0.3m-0.5m。剝離的土壤層堆疊在裂縫的兩側，然后填充裂縫并平整地面。當填充高度距地面約1m時，開始使用夯實木桿，然后每40cm左右夯實一次，直到它比原始表面稍低，然后放置之前剝離的表土覆蓋在上面。具體的處理方法與實際裂縫的大小有關。對于滑坡治理工程：目前主要的處理方法是減少滑坡體上部的負荷和卸載，并進行防滲處理，通常采取的措施是在滑坡體的后緣挖建一個排水溝。

(4)固廢(煤矸石)利用

多數煤礦的固體廢棄物主要為煤矸石。為減少固廢對環境的污染，防止固廢流失煤礦可以制定以下礦山固體廢棄物處理方案。一是，固體廢棄物堆積方案：在工業廣場附近選擇緩沖坡溝作為矸石傾倒堆積場地。此地既便于矸石排放，又利于今后綜合利用，取之方便還可以防止形成泥石流。二是，綜合回收利用方案：鋪砌35cm厚的煤作為路基，壓實后密度可達到1.8t/m。這種路基堅實耐用，具有良好的透水性。另外，煤矸石制磚已成為煤矸石綜合利用最受歡迎的一個方面，不僅應用地區廣且回用生產工藝成熟。據研究數據表明回用煤矸石做空心磚的社會環境和經濟效益都達到了較為理想的程度，均超過了粘土實心磚。

4.結語

煤礦開采造成的地質環境破壞問題嚴重阻礙生態文明建設，給周邊的居民的生命和財產帶來了嚴重的威脅。本文首先對煤礦開采引發的地質環境問題進行分類，然后對地質環境問題的原因進行深入分析。調查事實表明，之前的能源發展模式已不再適合我國的經濟發展。我們在努力尋求煤礦開采與社會環境之間的一種和諧，以求共存和綠色發展，長期的環境規劃勢在必行。本文進一步根據我國煤礦開采地質環境問題提出一些具有針對性、可行性和建設性的解決舉措。未來的煤礦地質環境問題恢復與治理的重點是研發高強度開采地質災害監測、防控技術。本文通過對煤礦開采引發的地質環境破壞問題及對策研究，希望可以對促進礦區環境保護、社會與自然的經濟效益、資源的可持續發展起到促進推動作用，為以后地質環境保護工作提供一定的理論支持。