煤矿地质环境保护与治理研究

（山西焦煤西山煤电屯兰矿地测防治水科 山西 030200）

我国煤矿资源丰富，有“矿产大国”之称，煤炭资源一直作为我国工业快速发展的最重要能源支撑。但由于煤矿区常年开采，引发部分地面塌陷、土地结构变化等地质环境问题，使得煤矿开采地区成为生态环境脆弱区，严重影响着区域地方经济的发展。另外，近年来频繁的矿产地质环境灾害引起广大学者和研究人员的注意。不仅对生态环境造成一些破坏甚至灾难性的影响，而且难以预测的地质灾害还对矿区周围居民的生命和财产安全构成严重威胁，极其不利于促进社会秩序的构建，和社会和谐稳定的可持续发展。因此，科学规划和实施矿山地质环境保护与恢复管理研究工作具有重要意义，也是所有矿山单位需要迫切解决这一难题的当务之急。

1.煤矿地质环境问题分类与成因分析

(1)地质灾害

煤矿地质灾害主要有地面沉降和滑坡。根据大量现场调查，许多矿区的地面沉降外观并不明显。矿区的地质灾害与煤矿开采的规模，开采方法的落后和回收率低下等等因素有关；再加之受雨水冲刷和自然风化，地面塌陷时间过长导致滑坡现象时有发生。调查中我们经常发现煤矿中有较典型的滑坡，均为土质滑坡。矿区地面塌陷和滑坡的形成范围也随着矿山的开采规模的扩大而扩大。研究发现很多煤矿项目地下资源开采结束很久以后，上覆岩层沉降才会逐步趋于稳定，地表塌陷等地质灾害也逐步结束，恢复过程比我们想象的要缓慢得多。因此，有必要在生产过程中加强对地面塌陷和滑坡的监测和预防，定期的监测不仅为矿区环境影响评价提供依据，还可以在一定程度上确保周围居民的生命财产安全。

(2)地形地貌景观破坏

一般而言，煤矿区建设项目主要有：行政办公建筑、生活建筑、矿井主轴和辅助井的工业用地以及排矸场地等。选矿过程中产生的煤炭和其他尾矿，以及从露天矿中提取的固体废物（例如剥离的废弃土壤和岩石），被堆放在地面上，导致大范围的尾矿堆渣。同时，煤矿开采中含有大量的有害元素，例如硫和氮，长期堆放会造成周边大气环境的污染和对土壤环境的破坏。大片采空区造成上覆岩石和土壤的沉降，在地表形成巨大的土坑。场地修建和运行时不仅有大量的挖掘和回填工作，而且还有大量的废石堆积在废石场中。煤矿露天开采破坏了地表植被例如岩石裸露和破坏山脉等等，对地形和地貌产生了严重的不利影响。

(3)土地资源的破坏

大部分煤矿矿区主副井工业场地占用土地类型为采矿用地，但土地面积较大且排矸场占用土地类型为林地和草地，对占用的土地资源原有的生态功能有一定的不良影响。如果遭遇恶劣的暴雨天气，极易发生滑坡、泥石流等灾害。例如：煤炭资源开采中形成大量的煤矸石、矿渣、泥煤等固体废弃物为泥石流的形成提供了丰富的固体物源，煤矿开采过程中造成的大范围的地面塌陷和滑坡形成了较陡的地势，再加上暴雨等天气提供充足的雨水，极大可能发生泥石流，造成更加严重的资源破坏。

(4)地下水资源的破环

在开采煤层时，施工作业需要在埋藏深度达数百米的地下进行采煤机剪切支架的向前移动，在其后面形成一个大片的采空区。随着形成的支架不断地向前移动，采空区范围不断被扩大，其上方的基岩在其自重作用下逐渐破裂，剥落并渗透到地下，久而久之便形成裂缝带和剥离层，从而对原始的水层结构造成破坏。一方面，含水层中的地下水随着煤矿开采产生的裂缝带进入采煤巷道和采空区，导致地下水的流失，地下水位严重下降影响农业灌溉以及生活饮用水井的干枯；另一方面，当地下裂缝带不断上升，地表水也会随着上升的裂缝流入地下，导致地表的河流水量变小，甚至引起地表河流的枯竭现象。但是有研究表明水是矿山地质环境的主控因素之一。我国北方大部分地区地下水资源严重匮乏，矿区生态环境极其敏感脆弱。尽管煤矿地质环境对地下水有较强的依赖性，但留入巷道中的地下水必须通过水泵排到地表以保证地下开采矿工的安全生产，导致地下水的大量浪费，也使得地下水资源的均衡受到严重破坏。

2.煤矿地质环境保护与治理研究的重要性

首先，我国的矿产资源区域分布不均且种类多种多样，煤矿山的地质环境问题的种类，发生破坏的频率和程度，灾害的受众有很大的差异，实践产生的问题应该从实践中出发并科学合理的解决，早日恢复其原有生态功能。其中，最为影响生态建设的主要问题为矿区的采空区塌陷，地面滑坡，地下水资源失衡，地形地貌破坏和环境影响等等。其次，煤矿地质环境问题愈发频繁，造成的损失愈发严重，环境形势日益严峻，加强矿山区地质环境的环境保护恢复与治理对于促进经济社会的全面协调和可持续发展十分有必要。并且近年来的煤矿地质环境保护与治理研究项目是一个多学科交叉融合的环境项目，涉及地质，采矿，环境，农业，林业，水利，旅游，生态，建筑等等多学科。因此恢复与治理的任务是复杂多变且具有挑战性和探索性的。由于多年不合理不科学的开采煤矿造成了许多地质和环境问题，这些问题限制了煤矿区正常的经济发展并危及周围村庄居民的生命和财产。为了保证地方经济的健康发展，预防和控制煤矿开采造成的环境和地质问题，实现经济，社会和环境效益的全面改善，迫切需要开展煤矿地质环境保护和矿山复垦工作。

3.解决煤矿地质环境问题的相关举措与建议

(1)矿山地质环境监测工程

矿山地质环境监测工程主要监测如地面沉降和塌陷，土地地形和资源破坏等地质灾害。监测方法包括对地形和景观手动野外调查，野外测量和监测；以及为了观测采矿引起的地面沉降，安排了地面沉降观测站进行长期观测。首先，建立矿山环境监测系统。综合运用卫星遥感监测、无人机飞行监测、地面站点监测等环境监测手段。其次，尽可能建立矿山环境监测数据中心。矿山环境监控系统获取的多源数据均收集在数据中心。通过数据中心的建设，为业务平台提供统一全面的数据管理、监测数据可视化、影像解译、模型分析、专题制图、三维可视化等支撑环境的各种基础性和公共性的支撑功能。另外，可建立矿山环境监测业务平台。健全监测体系、发挥决策、把控进度，促进矿山环境恢复治理与土地整理。最后，要准确掌握矿区水林田湖草各环境要素的状态，找到环境恢复治理和土地整理的根本对策，为矿区管控体系提供数据支持，为矿区环境修复工程提供科学决策支持。

(2)地形地貌及土地资源治理工程

地形地貌与土地资源治理工程需要矿山服务年限期满后，及时对煤矿的排矸场内矸石进行清运，并对煤矿的风井工业场地进行拆除、并定期覆土种植草本植物，最大程度恢复土地生态功能。具体的覆土量与树木种植量要根据煤矿开采的规模大小、工期长短、开采类型进行粗略估算，进行种植经济林如杨树林，创作经济效益，促进可持续发展。

(3)地质灾害治理工程

环境规划重视地面塌陷及滑坡等地质灾害的恢复治理，要充填塌陷裂缝及治理已有滑坡，使得矿山在服务年限期满后，地质环境得到最大程度的恢复这是应对煤矿环境地质问题的主要的对策之一。对于地面塌陷治理工程，首先要沿着表层塌陷的裂缝剥离表土。在裂纹两侧进行剥离，剥离宽度为0.3m-0.5m。剥离的土壤层堆叠在裂缝的两侧，然后填充裂缝并平整地面。当填充高度距地面约1m时，开始使用夯实木杆，然后每40cm左右夯实一次，直到它比原始表面稍低，然后放置之前剥离的表土覆盖在上面。具体的处理方法与实际裂缝的大小有关。对于滑坡治理工程：目前主要的处理方法是减少滑坡体上部的负荷和卸载，并进行防渗处理，通常采取的措施是在滑坡体的后缘挖建一个排水沟。

(4)固废(煤矸石)利用

多数煤矿的固体废弃物主要为煤矸石。为减少固废对环境的污染，防止固废流失煤矿可以制定以下矿山固体废弃物处理方案。一是，固体废弃物堆积方案：在工业广场附近选择缓冲坡沟作为矸石倾倒堆积场地。此地既便于矸石排放，又利于今后综合利用，取之方便还可以防止形成泥石流。二是，综合回收利用方案：铺砌35cm厚的煤作为路基，压实后密度可达到1.8t/m。这种路基坚实耐用，具有良好的透水性。另外，煤矸石制砖已成为煤矸石综合利用最受欢迎的一个方面，不仅应用地区广且回用生产工艺成熟。据研究数据表明回用煤矸石做空心砖的社会环境和经济效益都达到了较为理想的程度，均超过了粘土实心砖。

4.结语

煤矿开采造成的地质环境破坏问题严重阻碍生态文明建设，给周边的居民的生命和财产带来了严重的威胁。本文首先对煤矿开采引发的地质环境问题进行分类，然后对地质环境问题的原因进行深入分析。调查事实表明，之前的能源发展模式已不再适合我国的经济发展。我们在努力寻求煤矿开采与社会环境之间的一种和谐，以求共存和绿色发展，长期的环境规划势在必行。本文进一步根据我国煤矿开采地质环境问题提出一些具有针对性、可行性和建设性的解决举措。未来的煤矿地质环境问题恢复与治理的重点是研发高强度开采地质灾害监测、防控技术。本文通过对煤矿开采引发的地质环境破坏问题及对策研究，希望可以对促进矿区环境保护、社会与自然的经济效益、资源的可持续发展起到促进推动作用，为以后地质环境保护工作提供一定的理论支持。