煤炭地下开采引发的地质灾害及其防治措施.pdf

2 0 0 5 年第 2 期 能 源 技 术 与 管 理 2 9 煤 炭 地 下 开 采 引 发 的 地 质 灾 害 及 其 g b - 治 措 施 刘 、 梅 ， 曾勇 中国矿业大学 资源与地球科学学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 [ 摘要] 对煤炭地下开采引发的开采沉陷、 矸石山堆积、 矿井突水和瓦斯灾害等主要地质灾 害的类型及其危害状况进行 了分析 ， 在此基础上针对性地提 出了综合防治措施。 [ 关键词 ] 煤炭 ； 地下开采 ； 地质灾害； 防治措施 [ 中图分类号] T D 8 2 ． 9 【 文献标识码] B 【 文章编号] 1 6 7 2 ．9 9 4 3 2 0 0 5 0 2 ． 0 0 2 9 ．02 0 引 言 我国煤炭以地下开采为主 ， 其产量约 占原煤 产量的 9 6 ％， 为世界地下开采总产量的 4 0 ％。然 而煤炭地下开采的重要特征之一是在采掘矿产资 源的同时引发一系列地质灾害， 从而严重影响矿 区生态环境 以及人民生命和财产的安全。因此 ， 必须对煤炭地下开采引发的地质灾害进行系统分 析 ， 研究和提出综合防治措施。 1 地质灾害类型及其危害 1 ． 1 开 采沉陷 开采沉陷在我国高潜水位的东部矿区表现为 塌陷湖泊 ， 在我国西部矿区常 因缺水和风沙表现 为严重沙漠化。 据调查 ， 煤矿 由于地下开采塌陷破坏土地在 全国工业系统中处于首位 ， 而且采煤塌陷土地的 一 半 以上在平原地 区， 绝大部分是优 良的耕地。 今后 ， 随着国民经济的迅速发展 ， 煤炭开采量不断 加大， 由此带来采煤塌陷土地的面积将越来越大。 煤炭地下开采沉陷， 导致矿区大面积土地塌 陷， 不仅破坏大量 的耕地资源 ， 而且对矿区环境 、 生态亦造成严重破坏n ] 。前者表现为采煤塌陷盆 地会加速矿区地表水土流失 ， 使耕地土壤质量下 降， 给当地农业生产造成巨大损失； 后者表现为采 煤塌陷土地改变了地表原有的地形地貌， 严重破 坏矿区自然景观。 ． 1 ． 2 煤矸石堆积 煤炭地下开采过程中产生的废弃矿石 煤矸 石 ， 约 占原煤产量的 1 0 ％ 一2 5 ％。煤矸石是煤 炭生产中的一种副产品 ， 在我国已成为累计堆积 量和占用场地最多的工业废弃物。目前全 国煤矸 石的总积存量已达 3 0亿 t 以上， 而且排放量仍在 逐年增长。 煤矸石山不仅 占压土地、 改变矿区自然景观， 而且给矿区带来一系列危害。煤矸石中有毒重金 属元素 ， 会严重污染水环境和土壤环境 ； 煤矸石 自 燃放出大量 S O 2 、 H 2 S等有害气体 ， 严重污染矿区 大气环境。 1 ． 3 矿井突水 矿井突水是煤炭地下开采一种突发性矿山地 质灾害， 具有来势汹猛 、 瞬时涌水量大 、 损失巨大 的特点 ， 已成为影响煤矿安全生产的重大关键问 题之一。1 9 5 0年以来我国煤矿 曾发生过数百次 突水事故， 其中开滦范各庄矿于 1 9 8 4年 6月 2日 发生突水量为 2 0 5 3 m 3 ／ m i n的特 大突水淹井事 故， 造成经济损失 5 亿元以上L2 J 。 1 ． 4 瓦斯灾害 瓦斯灾害 ， 是我国煤矿地下开采的另一主要 地质灾害。由于 自然因素作用 ， 我 国煤层瓦斯赋 存含量普遍偏高， 现开采的矿井 ， 4 0 ％以上都是高 瓦斯突出矿井。 近年来 ， 我国煤矿由于瓦斯灾害事故造成 的 损失是非常巨大的。仅 2 0 0 0年， 全国煤矿发生 l 0 人以上的重大瓦斯爆炸事故就有 5 9 起， 其中贵州 水城矿务局木冲沟煤矿 2 0 0 0年 9月 2 7日的瓦斯 爆炸造成一次死亡人数达 1 6 2 人 。此外 ， 2 O 0 2 年 6 月 2 0日， 黑龙江鸡西成子河煤矿瓦斯爆炸造成 1 1 5 人死亡b ] 。因此 ， 瓦斯 防治一直是我 国煤矿 安全工作的重点。 2 地质灾害防治措施 2． 1 开采沉 陷防治措 施 1 加强沉陷预计。煤炭地下开采导致地表 沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影 响， 不同矿区的覆岩力学性质 、 煤层倾角 、 开采厚 维普资讯 3 0 刘梅等煤炭地下开采引发的地质灾害及其防治措施 2 0 0 5 年第 2 期 度 、 开采深度等地质采矿条件往往差异较大。因 此 ， 各矿区在采区地表应充分设立观测站， 进行大 量开采沉陷实测数据的观测 ， 总结开采沉陷规律 ， 从而有效预计待开采区域的采后塌陷状况 ， 为提 前制定治理规划和治理措施提供科学数据。 2 减轻地表下沉。加强井下开采方法的可 操作性和经济性研究 ， 从而研究出经济可行的减 轻地表下沉的井下开采技术。目前 ， 减轻地表下 沉的有效开采方法主要有大条带协调式全采法、 冒落条带法、 充填条带法、 水砂充填法 、 矸石风力 充填法和离层带注浆充填法等。 3 进行科学治理。对采后地表 已稳沉塌陷 的区域 ， 则根据地表塌陷状况和治理条件进行科 学治理。比如在东部矿区， 科学治理措施是 地面 塌陷较浅的塌陷区， 采用疏排法建立排水系统， 降 低潜水位， 使土地重新利用 ； 地面塌陷较深的塌陷 区， 采用挖深垫浅法， 将塌陷深的区域再挖深 ， 取 出的土方充填塌陷浅的区域 ， 治理成耕地或鱼塘； 大面积常年积水塌陷区， 可以采取 网箱养鱼和发 展养鸭 、 养鹅等直接利用； 对有充填材料 的塌陷 区， 可充填复垦。 2 ． 2 煤矸石堆积防治措施 1 矸石山绿化。在矸石山表面按照一定 的 株行距挖穴填土 ， 种植耐干旱、 耐贫瘠 、 生命力强 的刺槐 、 沙棘等树种。矸石山经过绿化 ， 植被覆盖 能有效防止其 自燃、 有毒元素淋溶等灾害现象 ， 从 而遏制其对环境的污染， 并能美化矿区环境。 2 煤矸石综合利用。根据煤矸石的组成及 其性质确定其综合利用途径 对含碳量较高 发热 量大于 4 1 8 0 k J ／ k g 的煤矸石 ， 可用于燃烧发电； 对热值在 2 O 9 O～ 4 1 8 0 k J ／ l g的煤矸石， 可以生产 煤矸石烧结砖； 回收煤矸石中的有益矿产和制取 化工产品， 如回收硫铁矿和加工硫酸铝等铝盐； 利 用煤矸石生产农肥和改 良土壤 ； 利用煤矸石作为 筑路 、 填坑以及回填矿井采空区的材料。 2 ． 3 矿井突水防治措施 1 超前探防。超前分析开采矿区地质构造 特征， 研究断裂分布规律。根据每个工作面的巷 道揭露情况及钻探资料， 查明工作面断裂分布情 况。 为预防断裂出水提供依据。对于可能导水断 层 ， 则按规定留足防水煤柱。 2 疏水降压。水压是造成工作面 出水的重 要因素， 当发现水情时， 应及时采取措施提前疏水 降压， 通过疏水降压降低水头压力 ， 预防出水。 3 注浆堵水。通过地面注浆站集中造浆 、 注 浆 ， 井下施工注浆孔向介于煤层和奥灰强含水层 之间的薄层灰岩 即徐灰 注浆 ， 是矿井突水的有 效防治技术。 2． 4瓦斯 灾害防治措施 1 加强安全预防。主要是预防瓦斯积聚和 瓦斯煤尘爆炸 ， 消除瓦斯突出。预防瓦斯积聚的 主要技术途径是减少瓦斯向采掘空间涌出， 稀释 采掘空间的瓦斯浓度， 释放煤层 中的瓦斯和矿山 压力。加强矿井通风， 进行瓦斯抽放， 是稀释瓦斯 浓度 ， 消除瓦斯突出现象的主要技术措施。此外 ， 还要控制井下火源 ， 建立防隔爆、 抑爆和个人防护 体系， 加强瓦斯检测。 2 开发煤层气。美国和澳大利亚的实践表 明， 开发煤层气既有利于开发新能源 ， 又有利于减 少瓦斯灾害事故。因此 ， 我国煤矿在 防治瓦斯灾 害方面应转变观念 ， 投入足够人力和物力 ， 进行煤 层气开发利用。 3 结语 煤炭地下开采带来的主要地质灾害为开采沉 陷、 矸石山堆积、 矿井突水和瓦斯灾害， 这些灾害 危及矿区生态环境 以及人 民生命和财产的安全。 在煤矿中要建立一个完善的安全保障体系， 综合 防治煤炭地下开采带来的系列地质灾害 ， 增强安 全意识 ， 转变防治观念 ， 预防与治理相结合， 相辅 相成 ， 要保证地质技术资料的准确性 ， 安全监测工 作的及时性 ， 发现灾情做到及时采取有效的管理、 技术措施进行防治， 以保障矿区煤炭开采、 农业生 产和人民生活不受损害。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 方创琳， 毛汉英 ． 兖滕两淮地区采煤塌陷地 的动态演 变规律与综 合整治 [ J ] ．地理学报 ，1 9 9 8 ， 5 3 1 2 4 - 31 ． [ 2 ] 王连国， 宋扬 ． 矿井突水危险性评价模型[ J ] ． 工程地 质学报 ， 2 O O l ， 9 2 1 5 8 1 6 3 ． [ 3 ] 何学秋 ， 王从银 ． 从我 国煤矿瓦斯灾害多发现象论安 全科学基础研究 的迫切性 [ J ] ． 中国科学基金 ， 2 O O 2 ， 5 2 8 9 2 9 1 ． [ 作者简介] 刘梅 1 9 7 1 一 ， 女 ， 江苏沛县人 ， 现为中国矿业大学资 源与地球科学学院硕士研究生， 主要从事环境地质研究 。 [ 收稿 日期 2 O 0 4 1 1 1 6 ] 维普资讯