王 澳， 吳 華， 白桂洲

（西藏大學(xué)工學(xué)院， 西藏 拉薩 850000）

引言

煤炭工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位[1]。煤炭在我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比很高[2-4]。從我國(guó)富煤、貧油、少氣的資源結(jié)構(gòu)來(lái)看，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，煤炭仍將是我國(guó)主要的基礎(chǔ)能源。但是煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的各種不利影響愈發(fā)嚴(yán)重。煤炭開(kāi)采后形成的采空區(qū)和廢棄礦井等影響區(qū)[5-6]，周圍會(huì)出現(xiàn)不同程度的地質(zhì)災(zāi)害以及煤炭開(kāi)采過(guò)程導(dǎo)致大量有毒有害氣體的釋放，以及地層中含水層由于采動(dòng)影響形成的導(dǎo)水裂隙帶，讓大部分地表淡水資源流水，干旱地區(qū)增加，土壤污染，農(nóng)作物無(wú)法生長(zhǎng)等問(wèn)題[7]。因此需要對(duì)煤炭資源開(kāi)采后產(chǎn)生的影響進(jìn)行監(jiān)理監(jiān)管。

1 礦井基本情況

陜西某礦屬彬長(zhǎng)礦區(qū)，位于陜西省中西部，井田西南邊緣有西（安）—蘭（州）的312 國(guó)道通過(guò)，中部有彬（縣）—正（寧）的省級(jí)公路穿過(guò)。鐵路方面，擬建的西平鐵路從井田南部、西部通過(guò)，與咸陽(yáng)至隴海鐵路線相接，建立了該區(qū)與我國(guó)東西大動(dòng)脈的通道；向西與寶（雞）—中（衛(wèi)）鐵路并軌，為西進(jìn)寧夏、甘肅搭建了快車道。交通極為便利。

主采煤層有4-1 煤層與4 煤層：主要分布于西區(qū)，位于4 煤層之上，為4 煤層的上分岔煤層。距下面的4 煤層0～4.22 m，平均1.59 m，見(jiàn)煤點(diǎn)21 個(gè)，可采點(diǎn)20 個(gè)，見(jiàn)煤點(diǎn)可采率95%，可采面積12.8 km2。煤層平均厚度2.16 m，屬較穩(wěn)定煤層。4-1 煤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般只有一層加矸，4-1 號(hào)鉆孔見(jiàn)4 層夾矸。夾矸巖性主為泥巖。頂板巖性絕大多數(shù)為泥巖，局部為粗砂巖。底板巖性全部為泥巖。4-1 煤主要分布于井田西部，屬局部可采煤層。4 煤層位于延安組下部，基本全井田分布，結(jié)構(gòu)單一，見(jiàn)煤點(diǎn)64 個(gè)，可采點(diǎn)62 個(gè)，見(jiàn)煤點(diǎn)可采率97%，可采面積57 km2。

2 某礦開(kāi)采后地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

2.1 地質(zhì)災(zāi)害

煤礦采完以后會(huì)出現(xiàn)地面沉降與塌陷、滑坡、泥石流，采完煤層后上覆巖層塌陷，有未封閉空間，形成采空區(qū)，并大多數(shù)煤礦采用放頂采煤這樣會(huì)遺留部分煤層到采空區(qū)，煤層在采動(dòng)后對(duì)煤層卸壓，煤層中含有大量瓦斯氣體以及有毒有害氣體，這些氣體采空區(qū)積聚，存在著潛在的危險(xiǎn)。地面沉降與塌陷的主要原因是井下煤層開(kāi)采后上覆巖層垮落，由于西北大部分煤礦埋深深度不大，這樣容易造成地表沉降和塌陷?；?、泥石流與尾礦庫(kù)潰壩是露天礦山和地下礦山均有的現(xiàn)象。還可能存在地?zé)醿?chǔ)存，形成小型火山。在地質(zhì)災(zāi)害中，小莊煤礦含水層含水量挺大，在礦井開(kāi)采完后對(duì)上覆巖層充分卸壓導(dǎo)致各煤層巖層之間易形成導(dǎo)通裂隙帶，導(dǎo)致含水層的水大量涌進(jìn)采空區(qū)，這樣會(huì)出現(xiàn)地面人用淡水的加劇減少，并且這些水資源會(huì)溶入有毒有害氣體，二次利用很難。

2.2 環(huán)境問(wèn)題

環(huán)境問(wèn)題主要包括：大氣污染與酸雨、地下水污染、土壤污染等，以及煤炭開(kāi)采過(guò)程、選煤廠洗選以及煉焦廠生產(chǎn)時(shí)釋放的“三廢”（廢氣、廢液、廢渣）和納米級(jí)粉塵，有些礦區(qū)未經(jīng)允許直接排放到大氣中，對(duì)大氣造成污染，形成酸雨，對(duì)農(nóng)作物以及建筑物造成不同程度的損壞，最主要的造成這些氣體屬于溫室氣體，對(duì)國(guó)家提出的“碳達(dá)峰”和“碳中和”背道而行。

2.3 煤礦開(kāi)采完井下資源浪費(fèi)問(wèn)題

我國(guó)大部分煤礦開(kāi)采屬于井工開(kāi)采，多采用機(jī)械化自動(dòng)化開(kāi)采煤層，一個(gè)采區(qū)內(nèi)需要掘進(jìn)多個(gè)運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，有寫巷道在采掘完后會(huì)保留下來(lái)，回采工作面在煤層采完會(huì)形成采空區(qū)，以及大部分發(fā)煤礦存在地下停車場(chǎng)、避難室等多種大型空間，這些空間都是花費(fèi)高額成本開(kāi)挖加固形成的。在煤礦開(kāi)采完成后，基本保留并廢棄掉，造成空間資源的浪費(fèi)。

同時(shí)煤炭開(kāi)采過(guò)程中伴隨著很多很多種伴生資源，比如：瓦斯氣體、硫化氫、一氧化碳以及各類烷烴氣體。由于大部分煤礦采用放頂煤開(kāi)采和留煤柱長(zhǎng)壁回采，造成很多煤炭資源保留到采空區(qū)，這些煤層在充分卸壓后會(huì)釋放瓦斯氣體，瓦斯氣體在采空區(qū)運(yùn)移富集，形成瓦斯富集區(qū)，因此需要開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)對(duì)該類氣體加以利用，如圖1 所示。

3 煤礦開(kāi)采后地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題治理措施設(shè)計(jì)

3.1 煤炭開(kāi)采后地下遺留資源開(kāi)發(fā)

對(duì)采空區(qū)煤層氣化處理形成氣體，通過(guò)地面井對(duì)煤層氣抽采加以利用，主要設(shè)計(jì)如圖2 所示。

3.2 地面防塌陷治理方案

對(duì)于耕種條件好的采空區(qū)地面，可以對(duì)其采用地下注漿和充填來(lái)恢復(fù)地表耕地。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，一塊煤田劃分幾個(gè)生產(chǎn)區(qū)，分布范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)很大，這樣在煤層開(kāi)采后，形成的采空區(qū)范圍也會(huì)很大，導(dǎo)致地表支撐性不強(qiáng)，容易造成地表沉陷，且范圍大，難治理，因此，采用邊采邊治理的方式來(lái)防止大范圍地表下沉，也就是對(duì)一個(gè)生產(chǎn)采區(qū)的每個(gè)采煤面對(duì)應(yīng)的采空區(qū)進(jìn)行局部注漿，這樣就不會(huì)導(dǎo)致大范圍塌陷。為防止這一問(wèn)題發(fā)生，現(xiàn)提出采空區(qū)注漿的治理措施，如圖3 所示。

3.3 煤礦礦井水污染處理方案

某礦處于我國(guó)西北地區(qū)，該區(qū)域淡水資源貧乏。受采動(dòng)影響，在工作面上覆巖層會(huì)形成導(dǎo)水裂隙帶，會(huì)將覆巖層含水層中水引入到采空區(qū)，這樣導(dǎo)致的地表水資源也會(huì)滲漏，造成水資源缺乏，影響周邊地區(qū)人生活用水的困難，針對(duì)此問(wèn)題需要提出解決措施。

1）對(duì)陜西某礦上覆巖層地層情況進(jìn)行勘探測(cè)明含水層和隔水層具體分布情況以及距離開(kāi)采煤層的間距，盡最大可能保證不破壞隔水層，這樣不會(huì)導(dǎo)致地表水滲漏。

2）對(duì)已經(jīng)因采動(dòng)造成含水層水流入采空區(qū)的采區(qū)進(jìn)行地下水資源重復(fù)利用，再重復(fù)使用前，進(jìn)行水質(zhì)優(yōu)化等措施，建立礦井水質(zhì)優(yōu)化站- 輸送站- 使用等一系列服務(wù)。

4 結(jié)論

隨著科技進(jìn)步，煤礦機(jī)械化自動(dòng)化以至于智能化礦山都已實(shí)現(xiàn)，煤礦開(kāi)采強(qiáng)度愈加強(qiáng)烈，這樣導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題將愈來(lái)愈多，對(duì)采后煤礦影響區(qū)的修復(fù)治理過(guò)程和難度將持續(xù)增大，對(duì)應(yīng)的造成地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境問(wèn)題也在愈發(fā)嚴(yán)重，并可能出現(xiàn)難以逆轉(zhuǎn)的生態(tài)與環(huán)境災(zāi)難。因此，通過(guò)本文分析，提出對(duì)煤炭開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害以及環(huán)境問(wèn)題可進(jìn)行提前加強(qiáng)治理，采用邊采邊治理以及對(duì)已采區(qū)進(jìn)行全方位補(bǔ)救，相應(yīng)的提出對(duì)每個(gè)礦的治理策略，符合“一礦一策”措施。采取科學(xué)有效的保護(hù)與恢復(fù)治理措施，加快對(duì)礦山環(huán)境的綜合治理，改善生存環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)“煤炭綠色開(kāi)采”，研究治理煤礦開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題非常有助于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的終極目標(biāo)。