矿山地质环境影响评估及综合治理研究
中图分类号：X82 文献标识码：A
引言
目前，我国大部分矿山的地质环境较差，在实际开采过程中，地形、地貌、土地资源破坏，及地质灾害等环境问题日益严重，不但降低了矿山地质环境的承载力，而且对周边人群的生产及日常生活造成了非常严重的影响。然而，我国的煤炭资源十分丰富，在将来很长一段时间内，都将作为主要的应用能源，如果不够重视因采煤而造成的矿山地质环境问题，那么就极有可能使得矿山地质环境不断恶化。因此，如何做好煤矿山矿山地质环境的影响评估及综合治理工作，已成为我国矿山地质环境研究人员面临的重要课题。
1 矿山的基本环境情况
隆博煤矿位于我国陕西省临汾市乡宁县，总面积约为8.14平方千米。该矿山属于中山地貌，受到了强烈的侵蚀。矿山内沟谷纵横交错，地形复杂多样，多年的平均气温为10℃，平均降水量为572mm，平均蒸发量为1693mm，其中各沟谷属于季节性河流。目前，主要分为草地、林地、旱地、采矿用地以及居民区等利用土地。通过分析钻孔情况，得知矿山内的地层由老到新可依次分为奥陶系中统上马甲沟组、峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系上统上石盒子组、第四系中更新统以及全新统等。矿山的主体构造为单斜构造，走向北东、倾向北西。含水层包括第四系孔隙、二叠系裂隙、奥陶系岩溶裂隙等含水层；含煤地层则为上统太原组与二叠系下统山西组，由上至下分为2号、3号、7号、10号可开采煤层。在对煤矿山进行合理的整合后，制定出开采计划：未来矿山的生产规模为每年90万吨，开采煤层的标高为608至1150m，采用综采一次采全高的采煤方法。当地的环卫部门处理矿山内的生活垃圾，矸石场则负责处理炉渣及矸石。隆博煤矿山与各级旅游景区与自然保护区具有较大的距离，且无重要的建筑及交通路线。
2 矿山地质环境影响评估分析
2.1地质灾害影响评估
在现有的条件下，矿山南部存在面积为共有8条地裂缝，长为4至10m，宽2至10cm，深度为10至20cm，从规模层面进行考虑，这些均属于小型的地裂缝。由于受到2号采空区影响，上覆岩体出现了不均匀的塌陷，地表岩土也因此受到破坏变形，进而造成地裂缝的形成。此外，由于边坡黄土体本身存在裂缝，在降雨及采煤沉陷的影响作用下，土体的粘聚力也出现下降，坡体结构及稳定性遭到破坏，从而导致黄土体崩塌的产生。采空区的裂缝与崩塌均远离群众，仅破坏了一些林地与旱地，因而造成的直接经济损失不大。
预计在未来开采条件下，采用开采沉陷公式计算出矿山地表的的下沉最大值为9160mm，倾斜变形最大值为28.46至334.6mm/m，水平变形最大值为10.8至127.2mm/m，对照我国颁布实施的相关煤矿开采规程中的建筑结构破坏等级表，其破坏程度达到Ⅳ级。在开采多煤层过程中，可能引发地面裂缝及塌陷等地质灾害。在不设置保护煤柱的情况下，处于矿山的村庄、工业场所等将会受到威胁，预计受到的威胁人数超出100人，造成的经济损失将高达3千万元，具有较大的地质灾害危险性；对于其他地区而言，受到的灾害危险性相对要小一些。此外，还存在多处不稳定斜坡，在降雨及开采等条件下，可能出现滑坡、崩塌等灾害，对坡下建筑及人员将造成一定的危害。
2.2地形、地貌、景观影响评估
在现有条件下，矿山2号采空区仅占矿山总面积的21%，除了个别地段的地表裂缝与崩塌造成了植被破坏外，其他地段均未出现地表破坏变形与植被破坏的现象。其中，工业场所占据矿山总面积的1.7%，在修建过程中，原有的地形及植被因筑路及整平而受到了程度较轻的破坏，其他地段的地表变形、植被破坏等景观不协调现象较为少见。
预测在未来开采条件下，随着不断加深采煤深度，增大采空区面积，开采沉陷的范围也将不断扩大，由此导致的地表裂缝、塌陷、滑坡也会逐步增多，不但会使得矿山的地面标高及区域的微地貌形态发生改变，同时也会破坏矿山内的植被，降低其覆盖率，对原生态的地形地貌及景观造成严重的影响和破坏。此外，矸石场的炉渣及矸石废弃物的堆积量也会随着煤矿开采的深入而不断增大，从而对矸石场的地形地貌造成严重要影响。
2.3含水层影响评估
在现有条件下，矿山2号采空区形成了最大高度为68.5米的导水裂缝带，对矿山含水层的结构造成了极大的破坏，使得地下水沿着导水通道一直往下渗，在降低水位、减少水资源含量的基础上，对含水层造成了极为严重的影响。
预测在未来开采条件下，由于矿山内奥灰水的水位标高远远低于10号煤层的最低底板标高，因而出现带压开采的可能性不大，对奥陶系的岩溶裂隙含水层也不会造成太大的影响。利用公式计算出7号煤层的导水裂缝带最大高度为34.2m，一直贯穿到上覆太原组K4的裂隙含水层；计算出10号煤层的为50.3m，贯穿到了上覆太原组K2 至K4的裂隙含水层。上述两个煤层的开采破坏了岩溶裂缝的含水层结构，在降低水位、减少水资源含量的基础上，对含水层造成了极为严重的影响。
2.4土地资源影响评估
在现有条件下，矿山煤矿采空区的土地资源由于开采沉陷而受到了一定程度的破坏。据调查统计得知，采空区受到破坏的土地资源面积达到8.1公顷，其中林地破坏面积为4.5公顷，旱地破坏面积为3.6公顷。目前，煤矿开采对矿山内居民的正常生活及林木和农作物的生长造成了严重的影响，土地资源受到了严重的破坏。
预测在未来开采条件下，更多的地表裂缝、塌陷及滑坡等将会出现在开采沉陷的范围内，从而破坏矿山的土地资源，经计算，预计破坏的面积高达300公顷，其中林地占57.3%，旱地占40.0%，草地占2.7%。此外，矸石场也将堆积大量的固体废弃物，对旱地造成破坏，破坏面积约为1.2公顷。由此可见，在开采多煤层的条件下，重复采动会进一步增大土地资源的破坏面积，对土地资源造成严重影响。 3 矿山地质环境的综合治理策略
3.1矿山地质环境的保护策略
为有效确保人员及建筑物的安全，在正式开采煤矿前，应根据国家颁布并实行的有关开采规程，将保护煤柱设置在居住区、工业场所及矸石场等地，严禁在保护对象的下部开展煤炭开采活动。为了实现对矿山地下水资源的有效保护，应严格按照要求建设污水处理站，通过将达标处理后的污水回用于消防及矿井生产等，在做到循环利用地下水资源的基础上，减少因采煤对矿山水资源造成的污染。除此之外，为预防当地水环境受到非正常工况下的矿井排水及污水的影响，可在矿山内建设事故水池。在煤矿开采过程中，相关人员应适时监控矿山地质环境的变化情况以及治理措施的效果，及时找出存在的问题，并对矿山地质环境的保护工作进行合理的调整与改进。
3.2矿山地质灾害治理策略
（1）地表裂缝、塌陷的治理
在完场煤矿的开采后，矿山的林地、草地及旱地会受到地表裂缝、塌陷的严重影响。为了降低地表裂缝、塌陷带来的损耗，减少降雨向地下的渗入，实现土地使用功能的恢复，就要将填埋裂缝、塌陷作为治理工作的核心，并采取有效的防渗处理措施，就地取土，回填平整，开挖排水沟等，从而减少矿山土地资源受到的危害。对于受到破坏的林地，可以选择生长迅速，具有防风固沙、保持水土等作用的刺槐进行种植；对于草地，则可选择播撒苜蓿等适合生长的草种，从而恢复被破坏的植被。
（2）滑坡、崩塌的治理
将矿山内对人员产生威胁的不稳定岩土体进行清除，降低临空面的高度，通过减小斜坡的荷载与坡度，提高其稳定性能，从而有效减少岩土体带来的危险；或是建设相应的护坡，从而实现岩土体完整性的提高。此外，还应在坡体外的稳定地段设置相应的拦水沟，通过将坡体外的地表水进行拦截和旁引，从而消除坡体在雨季受到的地表水影响。
3.3矿山含水层破坏的治理策略
含水层中的地下水资源在煤矿开采的导水裂缝带影响范围内，一定会被疏干。在此种情况下，为了减少矿山含水层受到的破坏，开采人员应对矿井的水文地质条件进行深入分析，设置科学合理的煤柱；或是分析采煤对含水层的实际破坏情况，在含水层及隔水层的空隙中注入骨料或低渗透的浆液，将其与周围的岩石固结成强度大，且不透水的整体，进而充分充填导含水的空隙，堵塞过水通道，在降低受注岩体渗透性的同时，实现岩石强度和隔水性能的提升。
3.4矿山地质环境的监测策略
（1）对地表裂缝与塌陷进行监测
针对出现的地表裂缝与塌陷，依据实际的煤矿开采进度，在矿山内居住区、工业场所以及矸石场等地设置固定的监测点，对地表发生变形的区域，采取十字型的布设方式在裂缝变化较大区内进行布设。监测人员应当根据地表塌陷变形的实际情况，对监测网络进行适时、合理的调整。通过采用地面观察、测量、GPS等方法，对发生裂缝的位置、规模、危害程度等情况进行监测。此外，采取定期与汛期强化两种监测相结合的方式，每半个月开展一次定期监测，每十天则碱性一次汛期加密监测。
（2）对滑坡与崩塌进行监测
针对不稳定的，且具有较高的发生滑坡与崩塌可能的斜坡，主要对坡体的裂缝及崩滑面等边坡的重点变形部位进行监测，并对这两测点之间的变形量及速率进行测量。在坡体的前、后缘处，还可设置简易的观测标志，例如通过贴纸条、画线、钉拉绳、打入木桩等操作，对坡体滑移的变化情况进行观测，钢尺与水泥砂浆贴片则为主要的监测工具。先将水泥砂浆片贴在出现滑坡与崩塌的裂缝与崩滑面等地段上，再利用钢尺对闭合、张开、下沉等变化进行定时测量。通常情况下每隔半个月开展一次，如果监测结果显示边坡比较稳定，那么可适当推迟至每月测量一次，在汛期，应当每天测量一次。
（3）对矿山地形地貌进行监测
监测矿山的地形地貌，也即对煤层才懂影响区域内，草地及林地植被的非自然死亡及退化现象进行监测和分析。煤矿开采部门应安排专业人员对因采煤造成的植被破坏情况进行严格巡查和分析，确保每月监测一次。
（4）对矿山地下水资源进行监测
针对矿山地下水资源的监测，可在施工分层的地下水监测孔中，利用水位计开展监测工作。在矿区的工业场所，通过流量计来监测矿坑的排水量。水质监测工作的实质便是对采取的矿井水及地下水水样进行监测，检测主要包括水温，pH值，悬浮物，硫化物，汞、锌、镉、铅等重金属，石油类等项目，并将采取的水样送至专业的检验科室进行化验。为及时有效掌握矿山地区地下水资源及环境状况，应保证每月对地下水位及水质进行监测。
结语
综上所述，在煤矿开采过程中，会对地质，地形、地貌、景观，矿山含水层及土地资源等造成严重的影响。为有效减轻矿山地质环境受到煤矿开采的影响及破坏，充分避免人员伤亡及经济财产损失的发生，开采人员在实际工作中，应当从矿山地质环境的保护、矿山地质灾害的治理、矿山含水层破坏的治理以及矿山地质环境的监测等方面入手，采用切实可行的综合治理措施，为矿山地质环境的保护与恢复治理工作提供科学可靠的参考依据。
