煤礦地質環境問題與治理恢復技術研究

金立濤

（中國建筑材料工業地質勘查中心寧夏總隊，寧夏 銀川 750021）

生態環境問題越來越受到人們的關注，其中由于煤炭開采導致的環境問題較嚴重，因此，需要構建穩定、全面且高效的環境治理恢復技術[1-2]。但是現有技術的實際治理效果不佳，容易出現關聯污染、資源枯竭等問題[3-4]。基于此，結合寧夏石嘴山煤礦的實際情況，針對存在的有害物質擴散和生態環境遭到破壞等問題，設計更加全面、系統的環境治理恢復方案，以更加靈活、多元化的形式解決不同區域的煤礦地質問題，降低治理的關聯損害，實現對生態環境的循環治理，營造綠色的可持續發展道路。

1 煤礦地質環境問題簡述

寧夏石嘴山煤礦工程是大型的礦產開采工程，其所處位置較為特殊，工程的底部面積為214 m2。為了便于開采，在側向兩部分構建兩級削坡，上部的階高度約28 m，下部的截面高度為12 m，設定的坡比為1:2.3。煤礦開采的深度約為25 m，坡腳高度約14 m。同時，煤礦開采區域植被覆蓋率高，坡面多種植紫花苜蓿，平臺栽植刺槐、紫穗槐、紫花苜蓿等植物。距離邊坡10 m 處設有一道天溝，為開采的水源控流基礎設置，采用內空1.2 m×0.5 m 的斷面構建漿砌片關聯墻。

在開采的過程中，對煤礦附近的環境造成了極大的消極影響。由于開采設備較大，對地表的壓力增加，造成有害物質不斷移動擴散，地質災害頻發，地表水源循環狀態也逐漸混亂。煤礦開采過程中所產生的煤礦地質環境問題如下。

1.1 有害物質移動擴散

寧夏石嘴山煤礦開采過程中應用大型、重型設備，設備移動過程中對地表甚至地質造成破壞[5]。煤礦開采過程中產生較多的有害物質，其中最多的是煤矸石，其有害物質密度低，在外力作用下極易擴散或移動。該區域有害物質出現輕微擴散，對周邊的環境已經造成破壞[6]。

1.2 破壞生態環境

寧夏石嘴山煤礦開采區域，由于采礦過程中產生的廢料較多，雖然集中處理，但是處理效果不佳，導致有毒有害物質滲透到土壤中，植被覆蓋面積迅速減少，原生態環境遭到嚴重破壞。

1.3 地表水資源循環狀態混亂

抽排礦井水及巖層縫隙水的移動會給地表同流向的水源較大的壓力。該礦區地表水的流動方向發生巨大變化，初始的循環路徑發生改變，這也造成了煤礦的活動區域地表水流失以及水位下降等問題的出現。煤層自燃以及土體流失加重地表水源循環狀態混亂等問題。

2 治理恢復技術

2.1 布設監測裝置

在寧夏石嘴山煤礦研究區域布設監測裝置[7]，需要劃定治理的區域為可控制區域，根據實際問題，設定對應數量的監測節點。每一個區域的監測節點要進行關聯，并由平臺統一控制，分類監控礦區地面塌陷、裂縫擴大、水位異常等問題。在監控區域設立警示牌，在控制平臺中分類設定標記，由專人負責監管控制[8]。

2.2 礦區疏水排導

礦區的疏水排導也是治理技術的主要部分。根據礦區的地勢以及覆蓋面積，預估區域內的水源總量，結合回填采空區的填充情況，對礦區的地表水進行處理。可以建立排水溝渠，計算具體的深度，如公式（1）：

式中：H表示排水溝渠深度；d表示標高距離，mm；f表示邊坡角的隔水層厚度，mm。依據上述深度公式得出排水溝渠道深度為163 mm。修建排水溝渠，在溝渠的側向修建隔水層，其作用是分化過量的水資源，避免出現溝渠覆蓋的問題。觀察地下水的排導情況，并對污水作分割排放，完成礦區疏水的排導處理。

2.3 削坡卸載雙向治理

在完成礦區疏水排導之后，需要采用削坡卸載雙向治理的模式進一步優化完善整體的治理架構。根據寧夏石嘴山煤礦研究區域的實時監測數據信息，制定煤礦區的邊坡處理方案。部分煤礦開采工程處于大型邊坡區域，對環境的恢復治理難度高，因此，采用削坡卸載模式測定煤礦開采區域的地質環境，根據測定的數值，計算削坡卸載的治理比例，如公式（2）：

式中：M表示削坡卸載的治理比例；D表示削坡傾斜值，mm；r表示雙向水平形變距離，mm；h表示雙向均衡系數，mm。根據公式得出削坡卸載的治理比例為0.4。根據劃定比例，對治理恢復的邊坡削定。同時，在實時監測的情況下，在治理區域種植植被，固定周期之后，核定植被覆蓋率，并在塌陷區將土壤與種植的草種混合填充在塌陷位置。延長橫截坡長，采用修建白牛邊坡的形式來搭建漿砌水泥支護，完成削坡卸載的雙向治理。

2.4 周期性覆蓋回位實現地質環境治理恢復

采用周期性覆蓋回位的方式，實現寧夏石嘴山煤礦研究區域的地質環境治理恢復。部分區域在治理后的效果無法達到預期，同時，植被由于外部因素壞死，影響治理恢復效果。因此，定期排查治理區域問題，在一定的周期之內，重置治理區域進行植被綠化，栽植刺槐、紫穗槐等植物，不斷擴大植被覆蓋面積，高效地實現地質環境治理恢復目標。

3 治理效果分析

寧夏石嘴山煤礦研究區域應用本文方法后，采空區等研究區域利用砂質土壤進行填充，并在塌陷區域附近設立警示牌，加強礦山監測，建立關聯墻體，將施工區域與其他區域隔離劃定。隨著工程的實施，塌陷的深度發生變化，根據實際的情況，通過生物植樹、種草，增加植被覆蓋率以及綠化面積，恢復生態環境，降低破壞程度。設定治理時間為6個月，分析區域的綠化比，綠化比值越高，表明本文方法的有效性越高，結果見表1。

表1 實例分析結果表

根據表1 可知，經過一系列的處理和恢復治理后，三個區域的綠化比均達到了90%以上，表明經過治理恢復技術的輔助，煤礦開采工程區域的治理恢復效果相對較好，具有實際的應用價值和現實意義。

4 結 語

煤炭開采是一項長期的工作，在處理過程中對于地質的破壞也同樣是一個長期形成的問題。地質環境問題具有面積廣、危害大、治理不易等特點。傳統的環境治理恢復模式相對單一，處理效果并不明顯。因此，設計優化治理恢復技術，主要措施為布設監測裝置、礦區疏水排導和周期性覆蓋回位實現地質環境治理恢復等，該技術更加多元化，治理的面積更加廣泛，恢復路徑更為嚴密，有效減少問題的發生，實現協調發展。