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浅谈某煤矿主要矿山地质环境问题及恢复治理措施

时间:2015-10-07  作者:李玲 夏冰

摘要:随着我国矿业的稳步发展,矿山开采引起的地质环境问题越来越受到社会各界的关注,文章通过对某煤矿矿区地质环境条件的分析,提出了该矿山几个主要地质环境问题及主要的恢复治理措施。
论文关键词:矿山,地质环境,恢复治理

1 矿山基本情况及地质背景

1.1矿山基本情况

该煤矿位于萍乡市南东120°方位,直距6km,属萍乡市安源区安源镇管辖。周围人类活动较多,矿区面积12.8165km2,开采标高+320m至-300m。

1.2 矿山环境背景

矿区属丘陵低山地形,最高海拔+596.75 m,最低海拔+499.18 m。地形坡度5°~34°,地形切割中等。矿区属亚热带温湿型气候,温暖潮湿,四季分明。年平均降雨量1570.4mm,最大降雨量为1900mm;年平均蒸发量为1242.4mm;矿区周边地表水系发育,主要充水来源为大气降水;矿区植被发育,覆盖率为75%以上。土壤类型为红壤、黄壤。土地类型主要为林地、采矿用地及城镇用地。

1.3 地层岩性与地质构造

矿区地层出露主要为第四系(Q)、白垩系上统南雄组(K2n)、三叠系上统安源组(T3a);矿区地质构造复杂,断层、褶皱发育,构造强烈;矿区未揭露岩浆岩;本矿的主要充水水源为大气降水、断层水、封闭不良钻孔水及老窑水。区内最主要的地表水体为双风河,可能成为五年后矿井开采的充水水源。本矿主采煤层为大槽煤层,该煤层顶底板由石英砂岩、泥岩、粉砂岩组成,多为半坚硬岩石,裂隙不甚发育,稳固性相对较好;

2矿山主要地质环境问题

2.1 泥石流

矿部及工业广场上部沟谷两侧山腰地段岩石本身遭受风化剥蚀严重,且由于乱掘形成大量的矿渣废石。这些残坡积土及矿渣废石形成了潜在的泥石流物源。此沟谷于2011年6月16日曾因降大暴雨引发泥石流地质灾害。沟谷东西走向,沟谷长约1337.5m,宽175-245m,平均宽度约为215m。沟谷东南部最高标高为450m,西北端谷口最低标高约为150m,相对高差为300m,地形坡度为12.62°,本区构造相对稳定,未处于强抬升及强地震区,有多条断层及褶皱。流域植被发育较好,河谷两侧坡度在30~45°之间,总体为“V”型谷。流域面积约为0.41km2,流域相对高差为349.18m, 泥沙补给长度比为24.9%。经泥石流易发性量化评估,该沟谷为泥石流中等易发。因此,建议矿山应固定或清除泥石流物源,并设置相应的排水措施,防止泥石流地质灾害的再次发生。

2.2 采空区引起地面变形

对照采矿设计手册中“我国部分矿山移动角实测值”,确定本矿岩体移动角β=41.7°(下山)、γ=75°(上山)、δ=75°(走向)。第四系移动角应取45°。依据矿体开采边界位置及剖面线,连接剖面上、下盘崩落位置点,形成矿山最终开采移动范围。

在采掘移动范围内,根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》,本文通过下沉Wcm和水平变形ξ来评价对地面变形的影响。由于煤层的倾角、厚度及分布的不均匀性,则不同位置引起的最大下沉值和最大水平变形不同。参照附近本地相邻矿区地表下沉系数q取值0.635、地表水平移动系数b取0.3、主要影响角β为65°。

根据以下公式计算出不同位置的地表影响情况,

q=Wcm/(Mcosα)

Ι=Wcm/(H/tgβ)

其中,采深H(所在水平标高+该点标高)。

根据上述公式计算该煤矿采煤影响各变形参数如表1。

各采动变形值如下表 表1

钻孔编号

最大下沉

(η)mm

最大水平变形

(ξ)mm

H1

2647.326

6.547

H3

2501.412

11.624

I011

2419.676

3.911

I012

2501.412

5.436

Ⅱ12

2506.160

5.217

Ⅱ13

2565.831

4.770

Ⅲ011

2300.111

3.390

Ⅲ02

2060.666

3.889

Ⅳ01

2181.166

4.719

Ⅳ02

1600.390

4.063

Ⅴ03

2302.022

6.569

Ⅴ011

2080.647

3.255

Ⅵ04

400.644

0.775

Ⅵ02

1070.165

1.674

砖混结构建筑物损坏等级 表2

损坏等级

水平变形ε(mm/m)

损坏分类

结构处理

≤2.0

极轻微损坏

不修

轻微损坏

简单维修

≤4.0

轻度损坏

小修

≤6.0

中度损坏

中修

>6.0

严重损坏

大修

极度严重损坏

拆建

根据表1利用南方CASS做出地面水平变形等值线图,对照表2由图分析,有8栋砖混结构民房位Ⅳ地面变形区内;有40栋砖混结构民房位于Ⅲ地面级变形区,有20栋砖混结构民房位于Ⅱ级地面变形区内;有50户民房,房位于Ⅰ地面级变形区。

2.3地形地貌景观及土地资源破坏

本矿的开采对地形地貌景观及土地资源的破坏主要的矿部及工业广场、煤场、矸石堆及乱掘地破坏区。矿区多处煤层露头,历史及现状民采现象严重,矿区范围内只有小部分较好的保留了原有的地形地貌,小煤矿露天开采是对矿区的地形地貌景观破坏大,在矿区范围内有6个较大的乱掘地破坏区,乱掘地破坏区主要为开采挖损山体形成的裸岩面、随意堆积的废石渣、挖掘形成的深坑等都对矿区原有的自然景观及土地资源造成了极大的破坏,破坏区总面积为148公顷。

3主要的治理措施

3.1泥石流沟谷治理

对泥石流沟谷的治理主要为:在泥石流沟谷两侧覆土、覆绿,固定潜在泥石流物源,沿沟谷处修建排水沟,将汇水区范围的水汇集到排水沟流出,从而减少对地表的冲刷,防止将物源汇集而形成泥石流,防止再次对沟谷口处的居民的人身安全造成威胁。

根据该泥石流沟谷的汇水面积、当地的暴雨强度、径流系数及水流速度设计排水沟,考虑当地地形地貌及施工,拟采用梯形断面过水,断面取深0.4m、宽0.4m,侧壁及底板厚度0.25m。(如图1)。

矿山

图1 排水沟断面图(单位:mm)

3.2采掘移动范围防治

对于位于采掘移动范围的地面设置地面变形监测点,地面变形Ⅱ级和Ⅲ级区域周围每隔500m设置一警示牌,按周期进行人工观测,如果发现有沉降或塌陷征兆的的局部区域及时设置防护栅栏。如果在该区域兴建建筑物时需要加强地基岩土工程勘察,并对建筑物进行相应程度的抗变形设计。对于地面变形Ⅳ级的地区,建议原有建筑物拆除,居民搬迁,且不宜再进行新的建设。设置防护栅栏,防止人畜进入。

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