孔慶祥

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024：2.山西澤州縣天泰集團(tuán)公司，山西 晉城 048000）

天泰錦辰煤業(yè)礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理研究

孔慶祥1，2

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024：2.山西澤州縣天泰集團(tuán)公司，山西 晉城 048000）

以澤州縣天泰集團(tuán)錦辰煤業(yè)有限公司礦區(qū)為研究對(duì)象，在總結(jié)研究區(qū)概況的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)存在大量煤矸石松散堆放、地面塌陷、地裂縫、道路損毀等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，并對(duì)主要治理內(nèi)容、治理措施的可行性進(jìn)行研究，最終提出煤矸石堆場(chǎng)治理方案和土地破壞治理方案。

礦山地質(zhì)環(huán)境；地質(zhì)災(zāi)害；綜合治理方案

山西省晉城市煤炭資源豐富、重視煤炭開(kāi)采，礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重[1-3]。天泰錦辰煤業(yè)有限公司在給當(dāng)?shù)貛?lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也影響到人民的正常生活。由于多年開(kāi)采煤炭產(chǎn)生的大量煤矸石場(chǎng)內(nèi)沒(méi)有排水系統(tǒng)，雨季雨水下滲，使煤矸石中有毒有害物質(zhì)隨滲水體污染地下水系；晴天空氣對(duì)流造成煤矸石堆體內(nèi)部溫度升高，排放出大量CO2、CO、SO2、H2S、NOx等氣體及煙塵物質(zhì)，嚴(yán)重污染了晉城市的空氣質(zhì)量，危害著人民的身體健康[4-7]。同時(shí)，煤炭資源開(kāi)采導(dǎo)致周邊土地塌陷、開(kāi)裂、退化、良田荒蕪、道路毀壞等，井田范圍內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境惡劣，環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重影響著企業(yè)和周圍村民的正常生產(chǎn)和生活[8-9]。因此急需對(duì)其地質(zhì)環(huán)境綜合治理進(jìn)行研究。

1 研究區(qū)的概況

研究區(qū)位于山西省東南部沁水煤田晉城礦區(qū)，晉城市東北直距約15 km處，地理坐標(biāo)：東經(jīng)112° 53′09″～112°56′31″，北緯35°38′09″～35°39′37″。西部邊緣為太（原）—焦（作）鐵路和太（原）—洛（陽(yáng)）公路，呈南北向延伸，太—焦鐵路南與京廣、焦枝、隴海線相接，北至?xí)x中與同蒲鐵路相連，設(shè)置有北板橋火車站，距礦區(qū)僅1.5 km。研究區(qū)井田位于太行山西南邊緣的澤州盆地內(nèi)，屬太行山系支脈，區(qū)內(nèi)地形為中間高四周低的錐形山丘，比較簡(jiǎn)單，整體地勢(shì)北東高南西低。井田位于丹河河床東側(cè)支流-巴公河地帶，屬于黃河流域沁河水系。河流水系呈羽狀排列，屬于地下水徑流區(qū)域，河川徑流主要接收大氣降水補(bǔ)給，無(wú)常年徑流的地表水系，均屬季節(jié)性河流。

研究區(qū)黃土覆蓋面廣，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要以平緩開(kāi)闊背向斜為主；在井田中部，井下開(kāi)采揭露一個(gè)陷落柱，呈橢圓形，長(zhǎng)軸65 m，短軸45 m；未揭露較大斷裂構(gòu)造；井田內(nèi)外無(wú)巖漿侵入，對(duì)本區(qū)地層、煤層無(wú)影響。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

1）煤矸石堆場(chǎng)：位于井田西北角外溝谷中，西靠太焦鐵路線和福盛鋼鐵有限公司約300 m，東與農(nóng)田相鄰，屬于黃土沖溝下游地帶（見(jiàn)圖1）。該堆場(chǎng)南北長(zhǎng)約150 m，東西寬約70 m，高約8 m，堆放總體積約9萬(wàn)m3，堆放量約240 kt。雨季地表徑流沿矸石間空隙下滲，將矸石中有毒有害物質(zhì)淋濾溶解，污染土壤和地下水系。2007年4月煤矸石堆發(fā)生自燃以來(lái)，排放出大量有害氣體及煙塵物質(zhì)，不僅破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，污染周邊地區(qū)的環(huán)境空氣，而且嚴(yán)重危害著人民的身體健康。

2）地面塌陷：據(jù)野外調(diào)查，地面塌陷主要分布在井田東部和南部黃土覆蓋農(nóng)田區(qū)域，塌陷特征以塌陷坑、塌陷槽、波狀起伏塌陷居多（見(jiàn)圖2和圖3）。一般長(zhǎng)約80～150 m，寬約40～60 m，落差1～2 m，面積一般為0.30～4萬(wàn)m2，大者塌陷面積約近30萬(wàn)m2。地面塌陷的形成，致使表土大量流失，土壤結(jié)構(gòu)破壞，土質(zhì)下降，肥力降低，土地貧瘠化，成為“三跑田”（跑水、跑土、跑肥），給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)活動(dòng)造成很大危害，嚴(yán)重影響了農(nóng)民生活水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

3）地裂縫：井田塌陷區(qū)內(nèi)地裂縫分布較普遍，一般分布在近期受煤礦采空影響的東部黃土地帶，在塌陷坑邊緣的拉伸變形區(qū)形成派生地面裂縫（見(jiàn)圖4）。隨著采空區(qū)的擴(kuò)大、增多、延伸，形成拉張下錯(cuò)裂縫，大多表現(xiàn)為張性裂隙。農(nóng)田區(qū)黃土垂直節(jié)理發(fā)育，地裂縫延伸多呈直線、弧線分布，走向一般與采掘方向相同，具有延伸長(zhǎng)、落差大、對(duì)土地資源破壞嚴(yán)重等特點(diǎn)。

4）道路損毀：井田東部北-劉公路南北向橫穿采空區(qū)域，由于地面各部位不同程度塌陷，導(dǎo)致公路損毀長(zhǎng)約620 m，多處出現(xiàn)橫向斷裂，地裂縫東西方向延伸，中部塌陷嚴(yán)重，南北端較弱，形成地塹式階梯狀沉降，各階梯落差約15～20 cm，整體落差約2 m，道路損毀嚴(yán)重。

3 綜合治理方案研究

3.1 煤矸石堆場(chǎng)的治理方案

1）修建擋渣墻：煤矸石堆場(chǎng)周圍原筑有高約2.0 m的梯形干砌石擋渣墻，此墻內(nèi)部為松散石料堆積，因強(qiáng)度低，需重新修建重力式漿砌石擋渣墻（墻體高度2.0 m，底寬1.5 m，頂寬0.5 m，長(zhǎng)度486.5 m），用以攔擋煤矸石垮塌。

2）整治邊坡：現(xiàn)坡面堆放角度大于30°，為使邊坡穩(wěn)定，使其平均坡度小于30°；將原有松散堆放的煤矸石堆推平、壓實(shí)，按1∶2坡面進(jìn)行修整。預(yù)計(jì)形成護(hù)坡面積約13 200 m2，采用漿砌石骨架護(hù)坡治理，骨架內(nèi)覆土0.3 m，種草綠化；為了便于日常管理，坡面修建人行通道1條，路寬2 m、長(zhǎng)44 m，采用漿砌石砌筑。

3）修建排水設(shè)施：a.在煤矸石堆場(chǎng)坡面修建縱向排水渠6條，排泄頂面徑流。排水渠斷面的深度和寬度均為0.4 m，壁厚0.3 m，總長(zhǎng)153 m。b.在堆場(chǎng)周圍、擋渣墻內(nèi)側(cè)修建漿砌石截水溝，排泄排水渠匯水。截水溝斷面的深度和寬度均為0.4m，壁厚0.3 m，總長(zhǎng)486.5 m。

4）澆注灰乳：在煤矸石自燃區(qū)域頂面按照6 m間距，梅花式布置鉆孔，共需布置鉆孔148個(gè)。根據(jù)通常煤矸石孔隙度，以煤矸石壓實(shí)后水的滲透速率為標(biāo)準(zhǔn)，即K滲≤1×10-5m/s，將鉆孔深度控制在距頂面6 m范圍內(nèi)，鉆進(jìn)深度共計(jì)888 m。將石灰與粉煤灰、黃土攪拌制成乳漿，由泥漿泵注入鉆孔進(jìn)行灌漿滅火。

5）平整頂部、覆土壓實(shí)、綠化營(yíng)林：運(yùn)用鏟車，將原堆場(chǎng)頂部亂放的煤矸石及垃圾推平，并用鏟車往返運(yùn)移對(duì)煤矸石頂部壓實(shí)，以減小煤矸石松散塊體之間的孔隙。煤矸石場(chǎng)地整平后，上部覆以0.7～ 0.8 m黃土層，推平壓實(shí)，以阻止空氣的上下流通，滿足植樹(shù)的用地要求，并可防止煤矸石自燃，減少地表水體下滲，降低煤矸石淋溶物質(zhì)，減小污染程度。進(jìn)而種植適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的鄉(xiāng)土綠化草種，定時(shí)澆水，以保證綠化和樹(shù)木成活率。

3.2 土地復(fù)墾方案

井田屬于丘陵山區(qū)，平整后的土地宜沿等高線方向延展，修整為水平梯田或隔坡式梯田。對(duì)因采煤破壞的土地，共需復(fù)墾土地50.10萬(wàn)m2。

3.3 道路修復(fù)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，因采煤沉陷導(dǎo)致瀝青公路損毀的路面寬度為6 m，破損路面長(zhǎng)約620 m，破損面積達(dá)3 720 m2，屬于重度塌陷。道路修復(fù)方案包括：夯實(shí)路基、充填裂縫、重新鋪設(shè)路基、鋪設(shè)瀝青路面約3 720 m2，恢復(fù)為原瀝青公路。

3.4 生物復(fù)墾方案

土地復(fù)墾過(guò)程中，由于土壤中摻入了大量的生土、不利于作物生長(zhǎng)，為了盡快恢復(fù)土壤物理結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分水平，需要進(jìn)行生物復(fù)墾工程，具體包括：蓄水保土、改良土壤、品種篩選、科學(xué)種植、精心管理等。

4 結(jié)論

經(jīng)對(duì)天泰錦辰煤業(yè)有限公司礦山地質(zhì)環(huán)境研究，得出以下結(jié)論：1）整治煤矸石堆場(chǎng)：以原煤矸石堆場(chǎng)為基礎(chǔ)，主要通過(guò)修建擋渣墻、邊坡整治、修建排水設(shè)施、澆注灰乳、平整頂部、覆土壓實(shí)、綠化營(yíng)林等工程措施治理，能夠徹底根治煤矸石堆場(chǎng)的污染。這種治理方案符合該地的地質(zhì)地形條件和社會(huì)需要，難度小、投資少、易于實(shí)施。2）土地復(fù)墾方案:以因地制宜、盡量減少工程量為原則，主要采取充填地裂縫及地面塌陷，平整田面或修建梯田等工程措施，以土方工程為主，有可操作性，技術(shù)方案可行。3）所述綜合治理方案實(shí)施后，不僅具有一定的生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且也有重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

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Comprehensive Treatment on Geological Environment in Jincheng Mine

KONG Qingxiang1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Tiantai Group,Jincheng 048000,China)

Taking Jincheng Mine of Tiantai Group as the research object,based on the profile summarization of the mine,its geological environment is investigated.The results show that there are a lot of geological hazards in the mining area,including loose piling of a large amount of coal gangue,surface collapse,ground fissures,and road damage.Finally,on the feasibility analysis of major treatments and measures,the paper proposes a comprehensive treatment scheme for coal gangue stock dump and land deterioration.

geological environment in mines;geological hazards;comprehensive treatment scheme

X82

A

1672-5050（2015）01-0089-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.029

（編輯：劉新光）

2014-10-29

孔慶祥（1964-），男，山西晉城人，在讀工程碩士研究生,高級(jí)采礦師，從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。