某矿地质环境保护与治理恢复方案研究★

王 澳， 吴 华， 白桂洲

（西藏大学工学院， 西藏 拉萨 850000）

引言

煤炭工业是我国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的战略地位[1]。煤炭在我国一次能源生产和消费结构中占比很高[2-4]。从我国富煤、贫油、少气的资源结构来看，在未来相当长的时间内，煤炭仍将是我国主要的基础能源。但是煤炭开采产生的各种不利影响愈发严重。煤炭开采后形成的采空区和废弃矿井等影响区[5-6]，周围会出现不同程度的地质灾害以及煤炭开采过程导致大量有毒有害气体的释放，以及地层中含水层由于采动影响形成的导水裂隙带，让大部分地表淡水资源流水，干旱地区增加，土壤污染，农作物无法生长等问题[7]。因此需要对煤炭资源开采后产生的影响进行监理监管。

1 矿井基本情况

陕西某矿属彬长矿区，位于陕西省中西部，井田西南边缘有西（安）—兰（州）的312 国道通过，中部有彬（县）—正（宁）的省级公路穿过。铁路方面，拟建的西平铁路从井田南部、西部通过，与咸阳至陇海铁路线相接，建立了该区与我国东西大动脉的通道；向西与宝（鸡）—中（卫）铁路并轨，为西进宁夏、甘肃搭建了快车道。交通极为便利。

主采煤层有4-1 煤层与4 煤层：主要分布于西区，位于4 煤层之上，为4 煤层的上分岔煤层。距下面的4 煤层0～4.22 m，平均1.59 m，见煤点21 个，可采点20 个，见煤点可采率95%，可采面积12.8 km2。煤层平均厚度2.16 m，属较稳定煤层。4-1 煤结构简单，一般只有一层加矸，4-1 号钻孔见4 层夹矸。夹矸岩性主为泥岩。顶板岩性绝大多数为泥岩，局部为粗砂岩。底板岩性全部为泥岩。4-1 煤主要分布于井田西部，属局部可采煤层。4 煤层位于延安组下部，基本全井田分布，结构单一，见煤点64 个，可采点62 个，见煤点可采率97%，可采面积57 km2。

2 某矿开采后地质环境问题

2.1 地质灾害

煤矿采完以后会出现地面沉降与塌陷、滑坡、泥石流，采完煤层后上覆岩层塌陷，有未封闭空间，形成采空区，并大多数煤矿采用放顶采煤这样会遗留部分煤层到采空区，煤层在采动后对煤层卸压，煤层中含有大量瓦斯气体以及有毒有害气体，这些气体采空区积聚，存在着潜在的危险。地面沉降与塌陷的主要原因是井下煤层开采后上覆岩层垮落，由于西北大部分煤矿埋深深度不大，这样容易造成地表沉降和塌陷。滑坡、泥石流与尾矿库溃坝是露天矿山和地下矿山均有的现象。还可能存在地热储存，形成小型火山。在地质灾害中，小庄煤矿含水层含水量挺大，在矿井开采完后对上覆岩层充分卸压导致各煤层岩层之间易形成导通裂隙带，导致含水层的水大量涌进采空区，这样会出现地面人用淡水的加剧减少，并且这些水资源会溶入有毒有害气体，二次利用很难。

2.2 环境问题

环境问题主要包括：大气污染与酸雨、地下水污染、土壤污染等，以及煤炭开采过程、选煤厂洗选以及炼焦厂生产时释放的“三废”（废气、废液、废渣）和纳米级粉尘，有些矿区未经允许直接排放到大气中，对大气造成污染，形成酸雨，对农作物以及建筑物造成不同程度的损坏，最主要的造成这些气体属于温室气体，对国家提出的“碳达峰”和“碳中和”背道而行。

2.3 煤矿开采完井下资源浪费问题

我国大部分煤矿开采属于井工开采，多采用机械化自动化开采煤层，一个采区内需要掘进多个运输顺槽和回风顺槽，有写巷道在采掘完后会保留下来，回采工作面在煤层采完会形成采空区，以及大部分发煤矿存在地下停车场、避难室等多种大型空间，这些空间都是花费高额成本开挖加固形成的。在煤矿开采完成后，基本保留并废弃掉，造成空间资源的浪费。

同时煤炭开采过程中伴随着很多很多种伴生资源，比如：瓦斯气体、硫化氢、一氧化碳以及各类烷烃气体。由于大部分煤矿采用放顶煤开采和留煤柱长壁回采，造成很多煤炭资源保留到采空区，这些煤层在充分卸压后会释放瓦斯气体，瓦斯气体在采空区运移富集，形成瓦斯富集区，因此需要开发相关技术对该类气体加以利用，如图1 所示。

3 煤矿开采后地质环境问题治理措施设计

3.1 煤炭开采后地下遗留资源开发

对采空区煤层气化处理形成气体，通过地面井对煤层气抽采加以利用，主要设计如图2 所示。

3.2 地面防塌陷治理方案

对于耕种条件好的采空区地面，可以对其采用地下注浆和充填来恢复地表耕地。在煤炭开采过程中，一块煤田划分几个生产区，分布范围相对来说很大，这样在煤层开采后，形成的采空区范围也会很大，导致地表支撑性不强，容易造成地表沉陷，且范围大，难治理，因此，采用边采边治理的方式来防止大范围地表下沉，也就是对一个生产采区的每个采煤面对应的采空区进行局部注浆，这样就不会导致大范围塌陷。为防止这一问题发生，现提出采空区注浆的治理措施，如图3 所示。

3.3 煤矿矿井水污染处理方案

某矿处于我国西北地区，该区域淡水资源贫乏。受采动影响，在工作面上覆岩层会形成导水裂隙带，会将覆岩层含水层中水引入到采空区，这样导致的地表水资源也会渗漏，造成水资源缺乏，影响周边地区人生活用水的困难，针对此问题需要提出解决措施。

1）对陕西某矿上覆岩层地层情况进行勘探测明含水层和隔水层具体分布情况以及距离开采煤层的间距，尽最大可能保证不破坏隔水层，这样不会导致地表水渗漏。

2）对已经因采动造成含水层水流入采空区的采区进行地下水资源重复利用，再重复使用前，进行水质优化等措施，建立矿井水质优化站- 输送站- 使用等一系列服务。

4 结论

随着科技进步，煤矿机械化自动化以至于智能化矿山都已实现，煤矿开采强度愈加强烈，这样导致的地质灾害问题和环境问题将愈来愈多，对采后煤矿影响区的修复治理过程和难度将持续增大，对应的造成地质灾害和环境问题也在愈发严重，并可能出现难以逆转的生态与环境灾难。因此，通过本文分析，提出对煤炭开采过程中可能出现地质灾害以及环境问题可进行提前加强治理，采用边采边治理以及对已采区进行全方位补救，相应的提出对每个矿的治理策略，符合“一矿一策”措施。采取科学有效的保护与恢复治理措施，加快对矿山环境的综合治理，改善生存环境，真正实现“煤炭绿色开采”，研究治理煤矿开采环境问题非常有助于实现“碳达峰”和“碳中和”的终极目标。