煤炭開采對地質結構及地質安全的影響及應對舉措

文/韓利廷

受開采方式不合理、治理手段缺失等因素的制約，煤炭開采極易對地質結構與地質安全造成影響。由于礦山開采對地質結構產生破壞后，未及時采取有效措施，最終造成事故案例舉不勝舉。因此，煤炭企業要高度重視煤炭開采過程對地質帶來的影響，有必要針對煤炭開采對地質結構及地質安全的影響進行分析、預測及評價，同時采取措施積極應對，如此方可避免釀成事故，保證安全生產。

一、煤炭開采對地質結構及地質安全影響的表現

煤炭開采對地質結構及安全的影響，體現在可能導致地面塌陷、地裂縫等方面。

1.地面塌陷

煤炭開采對地質安全所造成的影響中，地面塌陷出現的頻率較高，常見有波浪狀地面、階梯狀地面、塌陷積水等。如礦區周圍存在建筑物等基礎設施，則會導致基礎設施受損、坍塌，進而使地質安全性下降。

2.地裂縫

煤炭開采可導致地面出現裂縫，常見的裂縫包括位移型、組合型等。裂縫多呈“I”或“V”型。從垂直方向觀察，可見土層上下位移。

3.滑坡

在開采過程中，地質結構也會被破壞，導致應力失衡，進而導致在采空區形成滑坡。

4.水影響

煤炭開采可導致地表水系與地下水系遭到破壞，從而引發突水、水污染等。就地表水而言，開采過程可能導致水污染，產生洗煤水、塌陷坑水。就地下水而言，開采可導致飲用水污染。礦坑所排出的水，同樣會導致污染產生。

二、煤炭開采對地質結構及地質安全影響的評價與預測

因煤炭開采對地質結構與地質安全影響嚴重，故需要對其進行評價以及預測，確保能夠在發生風險之前進行預防。

1.評價

針對煤礦開采影響的評價，需要借助相應模型來進行。具體包括四大環節：初步嘗試—廣泛探索—全面發展—定量評價。需評價的內容主要包括環境承載力、生態彈性兩方面。所謂環境承載力，指的是礦區環境所能夠承受的最大限度的影響；所謂生態彈性，指的是當地生態環境的恢復能力，恢復能力越強，則彈性越大。具體評價方法如下。

（1）初步嘗試。礦區需要對開采期間所涉及的資料進行收集，包括但不限于開采方式、礦區地質情況、周圍基礎設施等，然后進行分類整理和分析。

（2）廣泛探索。礦區需確立地質環境評價體系，結合當地的環境承載力、生態彈性，對開采過程中可能對當地地質情況造成影響的因素進行分析。

（3）全面發展。以減小煤炭開采對區域的影響、促進礦區全面發展為目的，完成評價過程。

（4）定量評價。分析煤炭開采對地質結構以及地質安全所造成的影響，將影響分為嚴重、一般、輕微三個等級，實現定量評價。針對嚴重影響，應當重點采取措施予以預防，確保煤炭開采安全。

2.預測

通過煤炭開采對地質結構及地質安全影響的預測，了解導致各類風險發生的因素，為風險的規避以及處理提供保證。

（1）從水資源的角度進行分析。煤炭開采期間，如開采過程所施加的力超過巖體所能夠承受的極限，巖體則會出現變形，最終被破壞。巖體破壞后，導水性有所提升，此時地下水將會受到影響。因此，在預測的過程中，需要分析煤炭開采對地下水造成影響的可能性。根據預測結果實現對水源的保護。

（2）從沉陷的角度進行分析。煤炭開采期間，可導致地面出現塌陷以及裂縫。礦區需要了解當地的地質特征以及類型，預測開采可能導致的沉陷風險的表現，了解可能出現沉陷的區域以及程度，從而及早采取措施預防。

（3）從固體廢棄物的角度分析。煤炭開采可產生部分固體廢棄物，影響當地地質環境，因此同樣需將此因素納入預測過程中。

三、煤炭開采對地質結構及地質安全影響的應對

1.污水處理

針對煤炭開采期間所導致的污水，需予以處理，確保當地環境得到保護。煤炭開采對水資源的影響，包括地下水與地表水兩種，需結合不同水源的特征進行處理。

針對地下水，礦區可通過設置水泵的方式，抽取地下水。在此基礎上，通過凈化的方式，使其得到處理，減小乃至消除污染，確保礦區周圍居民飲用水安全。

不同礦區開采規模不同，因此需水量以及開采所產生的污水總量同樣不同。除了開采所導致的污水外，礦區工作人員的生活也將產生污水，此部分污水同樣需被有效處理。對此，礦區可建立污水處理系統，通過設置人工格柵以及濾網等方式，避免污水中的大體積污染物流向江河，同時保證其中的沉渣等可被過濾，實現對水資源的保護。但上述手段僅適用于處理大體積污染物，針對細微的沙礫以及微生物等無法去除。對此，建議選擇采用水解酸化法對污染物進行處理，進一步實現對礦區水源的保護。此外，生物過濾法同樣是礦區常采用的一種污水處理技術，可達到減小煤炭開采對水源造成影響的目的。

2.沉陷治理

煤炭開采可能導致地面出現沉陷，針對周圍存在公路等基礎設施的礦區而言，一旦發生地面沉陷，基礎設施會受到影響，甚至被破壞。因此，礦區在針對該類煤炭資源進行開采時，一般應考慮留設保護煤柱。由于保護煤柱能夠起到支撐保護的作用，故在開采過程中一定程度上可以實現對基礎設施的保護，預防塌陷。在留設保護煤柱的過程中，礦區可以根據保護煤柱與工作面的位置關系，在煤柱線以外提前施工外切巷。待工作面里段采至煤柱線后，將設備搬至煤柱線以外的外切巷安裝繼續生產。

如考慮到煤炭資源的回收率，礦區同樣可以不留保護煤柱。但如采取上述方式進行開采，務必遵循基礎設施在開采期間無需使用的前提。開采完成后，礦區需要立即對因未設置保護煤柱而導致的基礎設施的損壞部分進行維護以及修復。采取上述措施具有一定條件限制，但能夠提高資源回收率，并有利于減少工作量，降低成本，提高經濟效益。

3.固體廢棄物處理

礦區需要在開采的過程中對固體廢棄物進行處理，以免固體廢棄物超過當地的環境承載力，導致環境難以恢復。

煤炭開采所產生的固體廢棄物，一般以煤矸石為主。煤矸石不僅占用土地資源，并且可對周圍的土壤、地下水等造成影響。在對固體廢棄物進行處理時，可以采取以下措施：一是在堆放的過程中，采取一定措施減小其體積。例如：可以通過分層堆放、逐層推平、不斷壓實的方式進行處理，這樣也有利于避免煤矸石出現自燃的問題。二是針對以往堆放的煤矸石，要予以覆蓋，并通過種植植物的方式進行綠化。三是礦區可以對廢棄物進行合理利用，使其轉換為資源。如可以建立發電廠，利用煤矸石發電，實現對廢棄資源的回收利用，達到節約資源和減輕對礦區地質結構以及安全影響的目的。

4.加強開采管理

礦區需要加強開采管理，從技術的選擇、流程的確定等角度入手，避免開采過程對礦區地質結構以及安全造成過于嚴重的影響，確保開采安全。一是需要針對技術進行合理選擇。對礦區的地質情況進行勘察，通過預測以及評估的方式，了解開采即將對地質情況所導致的影響，從而選擇運用合理開采技術手段。二是在技術運用期間，同樣需要保證流程合理，確保能夠嚴格控制每一項開采數據，避免因開采不利而增加沉陷、污染等情況的發生。需要注意的是，在煤炭開采過程中，還需要嚴格根據法律要求以及當地的規定，對礦區周圍的基礎設施進行保護。

綜上所述，煤炭開采對地質結構及地質安全的影響較為復雜，對于不同地質情況而言，其影響存在一定差異。煤炭企業應當充分認識到開采過程所產生的各種不良影響，需提前做好預測工作，最大程度實現對開采過程相應事故的預防，積極采取措施予以應對，確保開采的安全性。