煤炭653—三下开采(开采损害).pdf

山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 1 “三下”开采技术讲座“三下”开采技术讲座 主讲人刘伟韬博士主讲人刘伟韬博士 Tel13789875218 Emailwtliu 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院 山东青岛经济技术开发区前湾港路山东青岛经济技术开发区前湾港路579号号 煤炭煤炭653培训培训 2 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4 开采水动力损害开采水动力损害 4 开采水动力损害开采水动力损害 4.1 4.1 水上开采损害水上开采损害 4.2 4.2 水下开采损害水下开采损害 4.3 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 4.1 4.1 水上开采损害水上开采损害 4.2 4.2 水下开采损害水下开采损害 4.3 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 煤炭煤炭653培训培训 3 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.1 水下开采损害水下开采损害 开采水动力损害，是指开采引起各种水迁移运动所造成的开采水动力损害，是指开采引起各种水迁移运动所造成的 各种损害。如淋滤、渗漏、流失、冲刷、溃陷、混杂、污各种损害。如淋滤、渗漏、流失、冲刷、溃陷、混杂、污 染等直接损害及导致的生态环境等间接损害。染等直接损害及导致的生态环境等间接损害。 1.1.对矿井本身的损害对矿井本身的损害 在各种水体下采矿都要预防顶板水害，顶板水害轻者增大在各种水体下采矿都要预防顶板水害，顶板水害轻者增大 井下排水量、顶板淋水恶化劳动条件、预防水和泥砂冲溃而井下排水量、顶板淋水恶化劳动条件、预防水和泥砂冲溃而 留设各种矿柱将会丢失资源、长期水动力作留设各种矿柱将会丢失资源、长期水动力作用用而导致矿井而导致矿井工工 程程失失稳稳等，等，严重时一旦严重时一旦顶板冲溃，会导致顶板冲溃，会导致淹淹井井伤人伤人等等严重灾严重灾 害。如害。如1977年年12月月19日辽日辽源源某某矿水矿水库透库透水，矿井水，矿井被淹被淹，，伤伤 亡百余人亡百余人。。黄淮平原几十对黄淮平原几十对井井筒筒损损坏坏，大，大多多在在松散层与基岩松散层与基岩 接接触部位触部位，，严重变形严重变形失失稳稳，，也与也与水动力损害直接水动力损害直接有关有关。。 4 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.1 水下开采损害水下开采损害 2.2.对生态环境的损害对生态环境的损害 矿井矿井抽抽、排水导致水、排水导致水位位下下降降，，浅层浅层水流失、井水水流失、井水干涸干涸、、工工 农业农业及生及生活缺活缺水、水、房屋房屋及各种及各种建构筑物建构筑物损害损害（需具（需具体体分析分析，， 并不全并不全是开采水动力损害所造成是开采水动力损害所造成））。如。如西北地区西北地区的矿的矿区区，开，开 采导致采导致黄土层裂缝纵横沟通黄土层裂缝纵横沟通，在，在地表地表水动力冲刷、水动力冲刷、侵蚀侵蚀作作用用 下，引起下，引起严重严重水水土土流失，流失，地表毁坏面积可达地表毁坏面积可达50以上以上，，农田农田 大大幅度幅度减产减产、、部分部分绝产绝产。。由于由于裂缝裂缝“底底漏漏”，，植植被被森林枯竭死森林枯竭死 亡亡，，森林植森林植被被破破坏坏，水，水土土流失流失加剧加剧，大，大面积面积山体山体滑坡滑坡灾灾害害发发 生，生态环境恶化。生，生态环境恶化。 5 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.2 水上开采损害水上开采损害 1.1.矿井突水灾害矿井突水灾害 对对承压承压水水上上受受水水威胁煤威胁煤层层的开采是水动力损害的开采是水动力损害最典型最典型的的表表 现现，，其主其主要要形形式就式就是是底底板板突突水。水。因为煤因为煤层层之之下下有有各种各种承压含承压含 水水层层，如砂，如砂岩裂岩裂隙承压隙承压水，水，灰灰岩岩岩岩溶承压溶承压水等，水等，特别特别是是华华北北 煤系煤系地层基地层基底底的的奥陶系灰奥陶系灰岩岩，，岩岩溶发育溶发育，，厚厚度度大，大，含含水水丰丰 富富，，埋深埋深大大时时，水，水压高压高，，当煤当煤层层开开挖挖，，其底其底板板隔隔水水层层薄薄，，或或 强强度不度不够够，，其其下下部部含含水水层层中中的的承压承压水水就就可可突破底突破底板板进入进入矿井矿井 形形成成底底板板突突水损害，轻者增大水损害，轻者增大了了矿井排水量，矿井排水量，重重者者来势凶来势凶 猛猛，排水，排水不不及而造成及而造成淹淹井井伤人灾伤人灾害。所害。所谓谓“水水火无情火无情”，矿井，矿井 突突水是矿井生水是矿井生产产的的重重大大灾灾害害之之一一。。 6 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.2 水上开采损害水上开采损害 解放前解放前，山东，山东淄博淄博北北大井的大井的底底板板突突水水淹淹井井灾灾害害使使井下井下400 多多名名矿矿工工遇难遇难，造成，造成震惊中外震惊中外的的惨痛惨痛灾灾难难。直。直到新中国到新中国成成立立 后恢复了后恢复了北北大井，大井，才使埋于才使埋于井下井下几十年几十年的的遇难遇难矿矿工工的的遗骨遗骨重重 见天见天日日。。由于由于条件条件复复杂和各种杂和各种因因素素，，新中国新中国成成立后立后，，虽然虽然与与 突突水水灾灾害害一一直直进进行着行着不不懈懈地地斗争斗争，恶，恶性性灾灾害害已已大大大大减减少少，，但但 大大小小灾灾害害仍仍时有时有发发生，如生，如断断层层、陷、陷落落柱柱突突水水灾灾害害仍很仍很严重严重。。 底底板板突突水损害水损害约占约占矿井水害的矿井水害的一一半左右半左右，是，是重重点点防防范范的的内内 容容。。 7 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.2 水上开采损害水上开采损害 2.2.对社会的影响对社会的影响 灰灰岩岩岩岩溶溶水水一一般般是是优质优质地地下水资源，长期排水下水资源，长期排水或或一旦一旦突突 水会水会破破坏坏水源，水源，名名泉消泉消失，失，河河水水断断流，流，影响风景旅游点影响风景旅游点。。当当 然然，长期，长期雨雨水水补给补给不不足足、、地地下水下水超超采等采等也也是是原原因之因之一一。如。如济济 南市趵南市趵突突泉泉，，号称天号称天下下第第一一泉泉，而，而且且“家家泉家家泉水、水、户户垂杨户户垂杨” 是是古城济南古城济南的的一一大大特特色色，，但但一度地一度地下水下水位位下下降降，，泉泉水水停喷停喷，， 则则大失大失风彩风彩，，不不得得不不采采取取人工人工回灌回灌，，雨季雨季水水位位回升回升，，才使才使泉泉 水水重重喷喷，，恢复了恢复了昔昔日日古城风光古城风光。。为了为了保护保护水源，水源，济南市济南市就就不不 允许附近允许附近建建矿。矿。再再有有，，以以泉泉水水景观景观和和泉泉水水浇灌盛浇灌盛产产贡品香米贡品香米 的的明明水水市市，，也也因因泉泉水水干涸干涸，，香米香米受受损等损等责怪责怪是是附近附近煤煤矿开采矿开采 的的影响影响，，当当然然，，因因素素是是多多方方面面的，的，若若采采取取了了保保水开采水开采措施措施就就 不不会会产产生如生如此此后后果果。。 8 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.2 水上开采损害水上开采损害 另另外外，，由于由于采矿排水导致采矿排水导致地地质质塌塌陷、陷、道路斑道路斑裂裂、、房屋房屋受受 损，损，工农关工农关系系紧张紧张，成，成为为社社会会不不安定安定的的重重要要因因素素之之一一。。 如如某某小小区有区有争争议议的的地面地面塌塌陷陷坑坑、、道路道路损害等损害等（（图片图片）） 。。 某小区地面塌陷坑某小区地面塌陷坑 9 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.2 水上开采损害水上开采损害 某某 村村 镇镇 路路 面面 裂裂 缝缝 10 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.2 水上开采损害水上开采损害 某村路基损坏某村路基损坏 11 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 1.1.污染环境污染环境 矿井排水矿井排水管理管理不不善善，，则则矿井污水矿井污水遍遍地地流流淌淌，，不不说红说红、、 黄黄、、褐褐等杂等杂色色金属金属矿井水，矿井水，就就以以煤煤矿污水矿污水来来说说，，严重严重损害矿损害矿 区区环境和环境和形形象象。。一一进进矿矿区区，，就就有不有不文文明明生生产之产之感感，，遇到遇到刮刮风风 煤煤尘飞扬尘飞扬，，黑黑灰灰弥漫弥漫，，阴阴天天下下雨则雨则满满地地黑黑水流水流溅溅。。这样这样的环的环 境，矿境，矿区人区人们们如如何何生生活活，，就就连连矿矿区区庄稼庄稼、、树木树木，，也也遍遭遍遭煤灰煤灰 覆盖覆盖，，很很难难存存活活，，哪能实哪能实现现绿树绿树成成荫荫、、禾苗茁壮禾苗茁壮、、丰产丰丰产丰 收收。。 矿山开采矿山开采改改变变水资源的水资源的循循环，环，破破坏坏了了自自然然水水循循环环状状态，态， 如如地地下水下水与地表与地表水的水的转转化化关关系系；；地表地表径径流、渗流流、渗流与与蒸蒸发发的的自自 然然比例；比例；污染污染与与自净自净的的自自然然功能功能等。等。 12 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 2.2.污染土壤、水源污染土壤、水源 开采开采地表裂缝地表裂缝，，雨雨水冲刷、水冲刷、侵蚀侵蚀，水，水土土流失、流失、良良田田损损 害，山体害，山体滑坡滑坡、、河河流流淤塞淤塞。。特别特别矿井污水矿井污水含含酸酸、、碱碱、、盐盐各种各种 成成份份，，向向河河沟沟排排放放，污染，污染地表地表水源，长期水源，长期浇灌浇灌土地土地，，土土壤壤 酸酸、、碱碱、、盐盐化，化，庄稼庄稼不不长，长，形形成成不不毛毛之之地地。渗。渗透地透地下，下，则则污污 染染地地下水源。所下水源。所以以，开采，开采对土对土壤壤环境水源污染损害环境水源污染损害亦非常亦非常严严 重重。。不不仅仅如如此此，，由于由于采采煤煤引起的矿引起的矿区区水水文文地地质质条件及条件及地地质质构构 造造变变化，化，极易极易形形成成以以煤煤矿矿为中为中心心的的地地下水下水降降落落漏漏斗斗，，破破坏坏了了 其其浅浅、、中中、、深深层地层地下水下水原原来来的的补给补给、、径径流、排流、排泄泄运动运动规律规律和和 储存储存条件。条件。使煤使煤层以上层以上的的地地下水、下水、地表地表水水通通过过漏漏斗斗渗渗到到井井 下。下。 13 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 而而煤煤矿排矿排泄泄矿井水，矿井水，又又将将疏疏干干煤系煤系地层以上地层以上的的地地下水，造下水，造 成矿成矿区区井、井、泉泉水水位位下下降降，，干干枯枯，，地表地表径径流流减减少少、、断断流，流，进进而而 导致水导致水利利设设施施报废报废，，有有些些河河道道甚至甚至因因塌塌陷陷河河水下渗。水水下渗。水质质的的 污染污染加加重重了了水资源水资源危机危机和和严重严重威胁威胁矿井生矿井生产产安安全全。。据报据报导，导， 因因采采煤煤，，仅仅山山西西省省就就有有3000余余个个井井泉泉水水位位下下降降或或河河水水断断流，流， 11万头牲畜饮万头牲畜饮水水困困难难，矿，矿区区附近附近有有1540个村个村庄庄吃吃水水工程工程丧丧失失 了了水源，水源，3万公倾万公倾水水田变田变为为旱旱地地，，70万万人人吃吃水水发发生生困困难难。。陕陕 西西澄合澄合、、蒲白蒲白矿矿区区，，地地处处干干旱旱黄土黄土残塬残塬，采矿，采矿破破坏坏了了开采开采煤煤 层以上层以上的的地层地层水。水。目目前前，矿，矿区工农业用区工农业用水水均靠打均靠打深深井井吸吸取取奥奥 陶陶纪石纪石灰灰岩岩岩岩溶溶水，水水，水荒荒已已成成为为矿矿区区开采水动力损害开采水动力损害极极严重严重 的的问题问题。。 14 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 3.3.矿区水污染及分类矿区水污染及分类 污染污染就就是开采排是开采排放放水水中中的污染的污染物物随随着着水流运动水流运动从从高高浓浓度度 向向低浓低浓度度扩扩散散而造成。而造成。故故亦亦是是严重严重的开采水动力损害。的开采水动力损害。根据根据 矿矿区区水污染水污染物物质质及及其其形形成污染的成污染的性质性质，，可以可以将水污染将水污染分分成化成化 学学性性污染、污染、物物理理性性污染和生污染和生物物性性污染污染三类三类。。 （（1））化学化学性性污染污染 常常见见的化学的化学性性污染污染有有酸碱酸碱污染、污染、重重金属金属和和有有毒毒物物质质污染污染 等。等。 15 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 酸碱酸碱污染污染 矿井排水、矿井排水、选选矿矿厂废厂废水及水及废石场废石场淋淋溶溶水等，水等，常常含含有有较较多多的的 酸酸、、碱碱物物质质。。酸碱酸碱污染会污染会使使水体的水体的pH值值发发生生变变化，化，抑制细抑制细 菌菌和和其其他微他微生生物物的生长，的生长，影响影响水体的生水体的生物物自净自净，，影响影响渔渔业业，， 破破坏坏生态生态平平衡衡，，并并使使水体水体不不适适于于作作饮饮用用水源水源或其或其他他工工、、农业农业 用用水。水。 重重金属金属和和有有毒毒物物质质污染污染 酸酸性性矿井水和矿井水和选选矿矿厂厂排排放放的的废废水水中中往往往往含含有有各种各种重重金金 属属，，当当采采用用氰法冶氰法冶金金时时，，废废水水中中还还含含有有有有毒氰毒氰化化物物。。重重金属金属 对人对人体体健康健康及生态环境的及生态环境的危危害害极极大，如大，如汞汞、、镉镉、、铅铅、、砷砷、、铬铬 等。等。闻闻名于名于世世的水的水俣病俣病就就是是由由汞汞污染造成的，污染造成的，镉镉污染污染则则会导会导 致致骨痛骨痛病病。。重重金属金属排排入入天然天然水体水体后后不可不可能能减减少少或或消消失，失，却却可可 能能通通过过沉淀沉淀、、吸吸附附及及食食物物链链而而不不断断富富集集，而，而达达到到对对生态环境生态环境 及及人人体体健康健康有有害的害的浓浓度度。。 16 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 需需氧氧性性有有机机物物污染污染 或或称称耗氧耗氧性性有有机机物物污染。污染。碳碳水化水化合合物物、、蛋白蛋白质质、、脂肪脂肪和和 酚酚、、醇醇等等有有机机物可物可在在微微生生物物作作用用下下进进行行分分解解，，分分解解过过程程中中需需 要要消消耗氧耗氧，，因因此此被被统统称称为为需需耗耗氧氧性性有有机机物物。矿。矿区区生生活活污水污水 和和选选矿矿浮选浮选剂剂等等废废水水中中都都含含有有这这类类有有机机物物。。 大量大量需需氧氧性性有有机机物物排排入入水体，会引起水体，会引起微微生生物物繁殖繁殖和和溶解溶解 氧氧的的消消耗耗。。当当水体水体中溶解中溶解氧氧降降低至低至4mg／／L以以下下时时，，鱼鱼类类和和 水生生水生生物物将将不不能能在水在水中中生生存存。水。水中中的的溶解溶解氧耗氧耗尽尽后后，，有有机机物物 将将由于由于厌厌氧微氧微生生物物的作的作用用而而发发酵酵，生成大量，生成大量硫硫化化氢氢、、氨氨、、硫硫 醇醇等等带带恶恶臭臭的的气气体，体，使使水水质质变变黑黑发发臭臭，造成水环境，造成水环境严重严重恶恶 化。化。 17 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 营养营养物物质质污染污染 又又称称富富营养营养污染。生污染。生活活污水污水中中常常含含有一有一定定数数量的量的氮氮、、磷磷 等等营养营养物物质质。。这这类类营养营养物物质质排排入入湖泊湖泊、水、水库库、、河河流流中中，会造，会造 成成藻藻类类大量大量繁殖繁殖，，这这种种现现象象被被称称为为“富富营养营养化化”。大量。大量藻藻类类的的 生长生长覆盖覆盖了了大大片片水水面面，，减减少少了了鱼鱼类类的生的生存存空空间，间，藻藻类类死死亡亡腐腐 败败后后会会消消耗耗溶解溶解氧氧，，并并释释放放出更出更多多的的营养营养物物质质。如。如此此周周而而复复 始始，恶，恶性性循循环，环，最最终终将导致水将导致水质质恶化，恶化，鱼鱼类类死死亡亡，水，水草丛草丛 生，生，湖泊衰湖泊衰亡亡。。 18 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 （（2）物）物理理性性污染污染 常常见见的的物物理理性性污染污染有以有以下下几几种种 悬悬浮浮物物污染污染 各各类废类废水水中中均均有有悬悬浮浮杂杂质质，排，排入入水体水体后后影响影响水体水体外外观观，， 增增加加水体的水体的浑浊浑浊度度，，妨碍妨碍水水中植中植物物的的光光合合作作用用，，对对水生生水生生物物 生长生长不不利利。。悬悬浮浮物物还还有有吸吸附附凝聚凝聚重重金属金属及及有有毒毒物物质质的的能能力。力。 19 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 热热污染污染 坑坑口电站口电站和和热电热电厂厂及各种矿及各种矿区工业区工业都都使使用用大量大量冷冷却却水，水， 当当温温度度升升高后高后的水排的水排入入水体水体时时，将引起水体水，将引起水体水温温升升高高，，溶解溶解 氧氧含含量下量下降降，，微微生生物活物活动动加强加强，，某某些些有有毒毒物物质质的的毒毒性性作作用用增增 加加等，等，对对鱼鱼类类及水生生及水生生物物的生长的生长有不有不利利的的影响影响。。 放放射射性性污染污染 主主要要由由原原子子能能工业工业及及应应用用放放射射性性同同位位素素引起的，引起的，对人对人体体 有重有重要要影响影响的的放放射射性性物物质质有有90Sr、、137Cs等。等。 20 山山 东东 科科 技技 大大 学学 资资 环环 学学 院院 刘刘 伟伟 韬韬 4.3 矿井水污染及水资源损害矿井水污染及水资源损害 （（3））生生物物性性污染污染 主主要指致要指致病菌病菌及及病毒病毒的污染。生的污染。生活活污水，污水，特别特别是是医医院污院污 水，水，往往往往带带有一有一些病些病原原微微生生物物，如，如伤伤寒寒、、副副伤伤寒寒、、霍乱霍乱、、细细 菌菌性性痢疾痢疾的的病病原原菌菌等。等。这这些些污水流污水流入入水体水体后后，将，将对人对人类健康类健康 及生及生命命安安全全造成造成极极大大威胁威胁。。 在在实实际际的矿的矿区区水环境水环境中中，，上上述述各各类类污染污染往往往往是是同同时并时并存存 的，的，对对环境的污染是各环境的污染是各类类污染的污染的共同效应共同效应的的结结果果。。