山西省太原西峪煤礦地質(zhì)環(huán)境特征及保護(hù)措施

馬騰

摘要：近年來，采礦引起的一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題不僅威脅到人們生命財產(chǎn)安全，而且嚴(yán)重影響和制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此研究礦山地質(zhì)環(huán)境變異特征和演化規(guī)律，對于有效地防治這些災(zāi)害的發(fā)生具有重要的理論意義和實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)環(huán)境；地質(zhì)災(zāi)害；影響預(yù)測；保護(hù)與治理

1.礦井基本概況

太原西峪煤礦位于山西省太原市位于太原市西南邊山。第一類地形單元為井田的北部和東部黃土組成的丘陵，為太原斷陷盆地的組成部分，地面向盆地方向傾斜。沖溝寬而稀疏，沖溝的向源侵蝕作用明顯。第二類地形單元為局部黃土覆蓋的砂泥巖低山丘陵，剝蝕、侵蝕作用為主要的外動力地質(zhì)作用，是西峪煤礦主要采煤區(qū)。

2.地面塌陷變形預(yù)測

礦區(qū)總的地勢為西高東低，礦界開狀呈正多邊形。從全礦區(qū)分布穩(wěn)定的3^#煤層底板高線來看，煤層埋深為西部深、東部淺，西部埋深約70m-90m，東部埋深約19m-45m。煤層埋深最深點(diǎn)位于礦區(qū)西南部（A點(diǎn)），埋深約96.54m，最淺點(diǎn)位于礦區(qū)東北部溝谷中（F點(diǎn)），煤層埋深約19.54m。礦區(qū)開采3^#煤層，厚度平均6.46m。在井田內(nèi)選取典型地段進(jìn)行采深采厚比計算，各計算點(diǎn)煤層埋深及采深采厚比見表1。

經(jīng)計算，煤礦開采3^#煤層采深采厚比介于3.03～14.94之間。礦區(qū)內(nèi)，大部分地區(qū)，采深采厚比小于30。國內(nèi)外采礦經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)煤層采深采厚比小于30時，煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的不連續(xù)特征，地表變形劇烈，煤礦采空區(qū)上方會形成較大的裂縫或塌陷坑。

為定量評價煤礦開采3#煤層后地表變形特征，下面依據(jù)國家煤炭工業(yè)局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）中的經(jīng)驗(yàn)公式，對煤層開采后地表最大移動、變形和傾斜值進(jìn)行預(yù)測。公式如下：

根據(jù)礦區(qū)煤層儲存穩(wěn)定的特點(diǎn)，煤礦采用單一走向長壁式采煤法，工作面寬度130m，工作面年平均推進(jìn)長度900m，屬充分采動。由于煤礦過去小煤窯開采過程中沒有積累地表下沉參數(shù)，本次評價中根據(jù)覆巖性質(zhì)及頂板單向抗壓強(qiáng)度在《規(guī)程》中選擇經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行研究。選取3#煤層覆巖類型為中硬。

下沉系數(shù)取q=0.7；水平移動系數(shù)取b=0.25；煤層近似水平，取煤層移動角8=Y=β=70°

按上述公式，計算煤礦開采3^#煤層后煤層典型地段地表產(chǎn)生的最大變形值列于表2。

將表2與《規(guī)程》中規(guī)定的地表變形對地面建筑物破壞程度進(jìn)行對比，可以看出：3^#煤層采空后，礦區(qū)范圍內(nèi)地表不同部位地表水平變形、地表曲率變形及傾斜變形值均很大，變形值等級均為Ⅳ級。由此可見，地面變形對地面建筑物（構(gòu)筑物）的影響程.嚴(yán)重。

3.開采引起的礦界外地表移動范圍計算

該煤礦礦區(qū)為一多邊形，礦界由14個拐點(diǎn)組成，3^#煤層平均厚度6.46m。礦區(qū)邊界各拐點(diǎn)采深列于表3。

礦區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)煤層2-3°，近似水平，取煤層移動角β=Y=8=70°。地表覆蓋黃土，黃土厚度平均20m。地表移動邊界的計算公式采用：

3^#煤層采空后，礦區(qū)地表變形嚴(yán)重，對建筑物影響為Ⅳ級，從采礦對土地資源影響情況來看，現(xiàn)有的地表會產(chǎn)生大量的地裂縫和地面塌陷，使土利用功能降低，造成減產(chǎn)，礦山型水土流失與土地退化嚴(yán)重；從采礦對巖土環(huán)境來看，采空后的荒坡中地表裂縫與塌陷較為發(fā)育，地表巖土變得疏松，土壤含水量大降低，會使土壤沙化，加劇水土流失程度，地表自然植被的存活與生長受到嚴(yán)重影響，地表自然植被覆蓋率會降低；因此，采礦對土地資源和巖土環(huán)境影響嚴(yán)重。

4.礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題治理措施

煤礦應(yīng)成立專門的地質(zhì)環(huán)境管理機(jī)構(gòu)，有專人負(fù)責(zé)，建立規(guī)范的測量體系，定期對地面裂縫及采空區(qū)的時、空關(guān)系進(jìn)行專門測量；建立滑坡、崩塌災(zāi)害點(diǎn)及隱患點(diǎn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立雨季汛期巡查制度。

（1）對礦區(qū)開采過程中出現(xiàn)的地面裂縫及時進(jìn)行填埋，進(jìn)行植樹造林。應(yīng)溝坡兼治，防治并重，工程、林草結(jié)合，以小流域?yàn)閱卧虻刂埔?，綜合治理。

（2）對礦區(qū)溝谷兩旁采礦誘發(fā)的滑坡、崩塌堆積物及時清理，預(yù)防阻塞河道形成泥石流。并對滑坡、崩塌采取適當(dāng)治理措施，進(jìn)行削坡減荷，降低監(jiān)空面，減小崩塌、滑坡發(fā)生的可能。

（3）改進(jìn)頂板管理方法：在采區(qū)邊部試行半充填式開采方法，可減少拉伸區(qū)的移動變形值，大大降低地表破壞范圍。也可采用條帶式開采、限厚開采等方法，減少地表變形量。endprint