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关键词：地质灾害,地面塌陷,地裂缝,煤矸石,灾害治理
采煤方法种类很多，世界主要产煤国家使用的采煤方法，总的划分为壁式和柱式两大类。这两种不同类型的采煤方法，无论从采煤系统，还是回采工艺都有很大的区别。
分布在山西省91个县(区、市)的小煤矿绝大部分是县及县以下煤矿,多数诞生于20世纪80年代。改革开放以来,山西省煤矿发展迅猛,最多时有10 000多座小煤矿。长期以来,煤矿多、分散的格局和粗放落后的矿业经济增长方式给山西带来了严重后果,资源浪费、环境污染、生态破坏,已直接影响到煤炭工业的可持续发展以及当地居民的生存环境。
1 矿山环境地质问题
以沙峪煤矿为例,沙峪煤矿矿区范围内分布着4个行政村,农业人口2 000余人。矿区内沟谷发育,地形破碎,土地较贫瘠,受采煤的影响,使原本脆弱的生态环境日趋恶化。土地退化、荒芜、房屋裂缝、水源干枯等环境地质问题日益突出,居民的基本生存条件受到严重威胁。煤炭的大规模开采造成了对矿山环境的较大破坏,采空塌陷、地面裂缝、区域地下水位下降、煤矸石堆放、矿坑排水等一系列地质灾害和地质环境问题相继发生和出现。
沙峪煤矿是一个具有34年开采历史的集体矿山,采掘生产机械化程度中等,回采率达65%,累计原煤产量110万,t采动面积约2.6 km2。采煤活动对矿山地质环境的破坏和影响,主要包括以下几个方面。
1.1 地下水位下降
据调查,沙峪煤矿现采2#煤,矿坑排水主要来自其顶板(多层)砂岩裂隙水,达300~500 m3/d,由于其集中排放,改变了地下水运移状态,周边地下水向井下巷道汇流,地下水位呈下降趋势,使煤层之上含水层储水结构遭到破坏。矿区中部出露于二叠系石盒子组砂岩中的1眼天然泉以及各村中8处水井,浅层均先后干枯,使矿区内的村庄、居民及大小牲畜用水受到不同程度影响。而矿坑排水大多数直接排放,造成了水资源的浪费。
1.2 采煤引发的地面裂缝、塌陷等地质环境问题
沙峪煤矿采用长壁式采煤法,全冒落顶板管理,回采率65%以上,煤矿投产34年来,采动面积达2·6 km2,因井田地处低—中山区,地表大面积黄土覆盖,松散层厚度30~70m。据实地调查,在采空影响范围内发现地裂缝20余处,矿区内部分民居于1997年末开始出现地裂缝(图1),地裂缝宽度1·5~2 cm,最大降幅1 cm,最大宽度5 cm。
1.3 煤矸石堆放的潜在危害
据相关资料,煤矸石对环境的危害主要有以下三点:
1)煤矸石自燃对环境的污染
据统计,我国大约有1/3的矸石山发生过自燃,放出大量的SO2、H2S、CO、CO2和氮氧化物等有害气体并伴有大量烟尘(图3),对矿区环境造成严重污染[1];
2)煤矸石对水体和土壤的污染
煤矸石经雨水淋溶进人水域或渗入土壤,会影响水体和土壤,并被植物根部所吸收,影响农作物的生长,造成农业减产,同时,还会通过食物链进入人体,危及人类健康[2];
2 治理与恢复方案
2.1 避让搬迁
由于煤矿的多年开采,采空塌陷面积达0·1 km2,造成村民房屋不同程度的破坏,目前塌陷还在不断扩大。村庄地下浅层水疏干,人畜吃水困难,对村民生命财产均造成威胁,需采取部分避让搬迁方式进行治理。选取的新村址范围内地形地貌较好,有一定量的地下水资源,可基本满足当地人畜用水。耕地、植被情况较好,水土流失轻微,仅有挖方量较小的交通、居住、耕作方面的人类工程活动,交通方便,无采空区、地面裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,适宜建筑[3]。
2.2 采空塌陷、裂缝的治理与恢复耕地
首先清理旧村庄,用推土机推平,通过压道机、推土机和运送汽车往复压实,及时覆盖黄土。对因采空塌陷造成破坏的耕地采用人工或机械方式进行填埋(夯实)裂缝和陷坑,平整田面,因地制宜,修筑相应的田间道路及排水工程,并在各级梯田的外边缘修筑护田堤,控制水土流失,保护坝田,恢复农田的耕种功能。
土地复垦后,耕作层的土壤大部分变为生土,不利于作物的生长,需要在深翻的同时,配方施肥,培肥土壤。同时,为了保持人工土壤中的水分,宜尽量在其底部回填约0·5 m的亚粘土或粘土,形成人工隔水层,然后再回填亚砂土。恢复耕地后种植一些抗旱性强的乡土植物。
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