山西省太原西峪煤矿地质环境特征及保护措施

马腾

摘要：近年来，采矿引起的一系列矿山地质环境问题不仅威胁到人们生命财产安全，而且严重影响和制约着经济的发展。因此研究矿山地质环境变异特征和演化规律，对于有效地防治这些灾害的发生具有重要的理论意义和实用价值。

关键词：地质环境；地质灾害；影响预测；保护与治理

1.矿井基本概況

太原西峪煤矿位于山西省太原市位于太原市西南边山。第一类地形单元为井田的北部和东部黄土组成的丘陵，为太原断陷盆地的组成部分，地面向盆地方向倾斜。冲沟宽而稀疏，冲沟的向源侵蚀作用明显。第二类地形单元为局部黄土覆盖的砂泥岩低山丘陵，剥蚀、侵蚀作用为主要的外动力地质作用，是西峪煤矿主要采煤区。

2.地面塌陷变形预测

矿区总的地势为西高东低，矿界开状呈正多边形。从全矿区分布稳定的3^#煤层底板高线来看，煤层埋深为西部深、东部浅，西部埋深约70m-90m，东部埋深约19m-45m。煤层埋深最深点位于矿区西南部（A点），埋深约96.54m，最浅点位于矿区东北部沟谷中（F点），煤层埋深约19.54m。矿区开采3^#煤层，厚度平均6.46m。在井田内选取典型地段进行采深采厚比计算，各计算点煤层埋深及采深采厚比见表1。

经计算，煤矿开采3^#煤层采深采厚比介于3.03～14.94之间。矿区内，大部分地区，采深采厚比小于30。国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。

为定量评价煤矿开采3#煤层后地表变形特征，下面依据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）中的经验公式，对煤层开采后地表最大移动、变形和倾斜值进行预测。公式如下：

根据矿区煤层储存稳定的特点，煤矿采用单一走向长壁式采煤法，工作面宽度130m，工作面年平均推进长度900m，属充分采动。由于煤矿过去小煤窑开采过程中没有积累地表下沉参数，本次评价中根据覆岩性质及顶板单向抗压强度在《规程》中选择经验参数进行研究。选取3#煤层覆岩类型为中硬。

下沉系数取q=0.7；水平移动系数取b=0.25；煤层近似水平，取煤层移动角8=Y=β=70°

按上述公式，计算煤矿开采3^#煤层后煤层典型地段地表产生的最大变形值列于表2。

将表2与《规程》中规定的地表变形对地面建筑物破坏程度进行对比，可以看出：3^#煤层采空后，矿区范围内地表不同部位地表水平变形、地表曲率变形及倾斜变形值均很大，变形值等级均为Ⅳ级。由此可见，地面变形对地面建筑物（构筑物）的影响程.严重。

3.开采引起的矿界外地表移动范围计算

该煤矿矿区为一多边形，矿界由14个拐点组成，3^#煤层平均厚度6.46m。矿区边界各拐点采深列于表3。

矿区内大部分地区煤层2-3°，近似水平，取煤层移动角β=Y=8=70°。地表覆盖黄土，黄土厚度平均20m。地表移动边界的计算公式采用：

3^#煤层采空后，矿区地表变形严重，对建筑物影响为Ⅳ级，从采矿对土地资源影响情况来看，现有的地表会产生大量的地裂缝和地面塌陷，使土利用功能降低，造成减产，矿山型水土流失与土地退化严重；从采矿对岩土环境来看，采空后的荒坡中地表裂缝与塌陷较为发育，地表岩土变得疏松，土壤含水量大降低，会使土壤沙化，加剧水土流失程度，地表自然植被的存活与生长受到严重影响，地表自然植被覆盖率会降低；因此，采矿对土地资源和岩土环境影响严重。

4.矿区地质环境问题治理措施

煤矿应成立专门的地质环境管理机构，有专人负责，建立规范的测量体系，定期对地面裂缝及采空区的时、空关系进行专门测量；建立滑坡、崩塌灾害点及隐患点监测网络，建立雨季汛期巡查制度。

（1）对矿区开采过程中出现的地面裂缝及时进行填埋，进行植树造林。应沟坡兼治，防治并重，工程、林草结合，以小流域为单元，因地制宜，综合治理。

（2）对矿区沟谷两旁采矿诱发的滑坡、崩塌堆积物及时清理，预防阻塞河道形成泥石流。并对滑坡、崩塌采取适当治理措施，进行削坡减荷，降低监空面，减小崩塌、滑坡发生的可能。

（3）改进顶板管理方法：在采区边部试行半充填式开采方法，可减少拉伸区的移动变形值，大大降低地表破坏范围。也可采用条带式开采、限厚开采等方法，减少地表变形量。endprint