陜西神府煤田環(huán)境地質(zhì)問題及成因

陶虹，李成，柴小兵，魏興麗

（1.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，陜西西安710054；2.榆林市國(guó)土資源局，陜西榆林719000；3.西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，陜西西安710054）

陜西神府煤田環(huán)境地質(zhì)問題及成因

陶虹1，李成1，柴小兵2，魏興麗3

（1.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，陜西西安710054；2.榆林市國(guó)土資源局，陜西榆林719000；3.西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，陜西西安710054）

神府煤田位于毛烏素沙漠與陜北黃土高原交接帶，原生地質(zhì)及生態(tài)環(huán)境脆弱.近年來，由于神府煤田超強(qiáng)度的煤炭開采，造成大面積采空區(qū)，形成了地面塌陷、區(qū)域地下水位下降、礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害等一系列環(huán)境地質(zhì)問題.以2006年神府礦山環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從自然和人為因素2個(gè)方面綜合分析神府煤田環(huán)境地質(zhì)問題，認(rèn)為其形成原因?yàn)槊簩勇癫販\、超設(shè)計(jì)能力開采以及煤礦恢復(fù)治理力度不夠等等.

神府煤田；環(huán)境地質(zhì)問題；影響因素；陜西省

神府煤田位于陜西省最北端神木、府谷兩縣境內(nèi)，是我國(guó)已探明的儲(chǔ)量最大的煤田，煤炭開采始于20世紀(jì)80年代.近年來，在神府、榆神、府谷礦區(qū)的超強(qiáng)度煤炭開采，造成大面積采空區(qū)，地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)地下水資源造成嚴(yán)重破壞.同時(shí)采礦活動(dòng)大量占用土地資源，形成的廢水、廢氣及煤矸石對(duì)環(huán)境造成污染，致使生態(tài)環(huán)境急劇惡化，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅.2006年，陜西省開展了神木、府谷、榆林、橫山四縣的礦山環(huán)境調(diào)查，本文以此次調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從神府煤礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題入手，綜合分析其形成原因，提出相應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境治理對(duì)策.

1 煤田概況

神府煤田位于毛烏素沙漠南緣與陜北黃土高原北緣交接帶，原生地質(zhì)及生態(tài)環(huán)境脆弱.東以黃河為界，西達(dá)陜蒙邊界，北至陜蒙邊界與內(nèi)蒙古東勝礦區(qū)毗鄰，南為煤層露頭（圖1），面積5 829.56 km2.礦區(qū)煤層穩(wěn)定，埋藏淺，開采條件好，煤質(zhì)優(yōu)良.由陜北石炭-二疊紀(jì)煤田和陜北侏羅紀(jì)煤田組成.陜北侏羅紀(jì)煤田包括神府、榆神和榆橫等礦區(qū).陜北石炭-二疊紀(jì)煤田包括府谷礦區(qū)等.

（1）陜北石炭-二疊紀(jì)煤田：含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原群（C3t）及二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），分布于神府煤田東部，總面積4 460.92 km2.北部府谷礦區(qū)面積2 683.06 km2，共含煤10余層，其中可采煤層8層，總厚度28.07m.該煤田保有資源儲(chǔ)量57.79×108t，預(yù)測(cè)潛在資源儲(chǔ)量167.78×108t［6］.

（2）陜北侏羅紀(jì)煤田：含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組（Jl－2y），分布于神府煤田中北部.神府礦區(qū)面積約2 400 km2，可編號(hào)煤層14層，可采煤層5層，總厚度10～25 m，可采厚度4.53～10.28 m，保有資源儲(chǔ)量436.07×108t；榆神礦區(qū)面積67 km2，礦區(qū)可編號(hào)煤層10層，主要可采4層，煤層總厚度一般18 m左右，可采厚度0.8～12.36 m，保有資源儲(chǔ)量479.69×108t.陜北侏羅紀(jì)煤田保有資源儲(chǔ)量為1371.52×108t，潛在預(yù)測(cè)的煤炭資源量721.17×108t.

2 地質(zhì)環(huán)境背景

神府煤田位于華北地臺(tái)鄂爾多斯臺(tái)向斜陜北臺(tái)地東翼地區(qū)，巖層構(gòu)造簡(jiǎn)單，褶皺和斷裂構(gòu)造不發(fā)育，中生界地層走向?yàn)楸北睎|，單斜構(gòu)造，一般巖層傾角2～5°.第四系黃土及松散堆積物廣泛覆蓋于基巖之上.地形總體表現(xiàn)為西北高，東南低.地貌以風(fēng)沙地貌、黃土地貌及河谷地貌為主.

區(qū)內(nèi)河流屬黃河水系，由東北向西南主要支流有窟野河、禿尾河、無定河等.地下水含水層分為第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙、裂隙水，相對(duì)隔水層為中侏羅統(tǒng)安定組或延安組砂泥巖、第三系三趾馬紅土，這些均分布于主采煤層之上.

3 礦區(qū)主要環(huán)境地質(zhì)問題及危害

神府煤田原始生態(tài)環(huán)境為風(fēng)沙地貌和黃土地貌，自然條件惡劣，土地沙化、水土流失都較為嚴(yán)重.煤礦開發(fā)對(duì)地質(zhì)環(huán)境破壞主要表現(xiàn)為采空區(qū)塌陷等礦山地質(zhì)災(zāi)害、破壞區(qū)域水均衡、大量占用損壞土地資源等.

3.1 采空區(qū)塌陷等礦山地質(zhì)災(zāi)害

采煤引起的地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)為由采空區(qū)冒頂引發(fā)的地面塌陷［1-2］，礦山矸石、廢石向河溝隨意排放，造成溝道堵塞，影響河溝泄洪能力，也可形成泥石流災(zāi)害隱患.神府煤田自開采以來引發(fā)地面塌陷面積累計(jì)4 055.59 hm2，地面整體下沉0.8～2 m，形成泥石流隱患5處.

（1）地面塌陷

神府煤田開采后形成了大小不等的采空區(qū)，主要分布在府谷、神府、榆神、榆橫四大煤礦區(qū).截至2006年，采空區(qū)面積已達(dá)35 446.57 hm2，由采空區(qū)引發(fā)地面塌陷總面積4 410.8 hm2［1］（表1）.

表1 神府煤田采空區(qū)及地面塌陷面積統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistics of the mined-out area surface collapse area in coalfield

活雞兔煤礦位于神木縣烏蘭木倫河西側(cè)，于1999年投產(chǎn)，采用一井一面大型綜采，年產(chǎn)原煤逾1100×104t.平硐開拓，頂板采用冒落式管理，采空后全部放頂.開采2－2煤層，出露標(biāo)高為900～1272 m，開采深度為49～167 m.截至2004年底形成采空塌陷面積達(dá)764.5 hm2，塌陷呈裂陷式.由于塌陷區(qū)主要為沙地，地面整體下陷，地面房屋變形輕微，塌陷裂縫造成房屋破壞嚴(yán)重，塌陷區(qū)內(nèi)有村莊4個(gè)（包括238戶、865人），損毀房屋291間，塌陷造成水澆地5 hm2、旱地6 hm2、林草地460.2 hm2的不同程度損壞.

大柳塔煤礦位于神木縣大柳塔鎮(zhèn)烏蘭木倫河?xùn)|岸，于1999年建成投產(chǎn)，采用大型綜采，一井一面年產(chǎn)原煤逾1100×104t.平硐開拓，頂板采用冒落式管理，采空后全部放頂.開采2－2煤層，出露標(biāo)高為910～1225 m，開采深度為12～140 m.截至2004年底形成采空區(qū)大于15 km2，地面塌陷面積達(dá)1 600.76 hm2，塌陷呈裂陷式.塌陷區(qū)有村莊3個(gè)（包括306戶、1205人），損壞房屋240間，塌陷造成水澆地6.5 hm2、旱地4 hm2、林草地1 166.6 hm2的不同程度損壞.2005年10月下旬發(fā)生的采空塌陷，造成204省道嚴(yán)重破壞，交通中斷達(dá)半個(gè)月.

（2）泥石流

神府煤田的泥石流溝隱患主要分布在黃土地貌區(qū)，在煤礦開采過程中形成的矸石、廢石沿河溝、邊坡地帶無序的傾倒、堆放，使得原本溝底狹窄、排水不暢的黃土溝壑更加擁堵，造成許多河溝泄洪能力下降，同時(shí)給泥石流提供了豐富的物源，為泥石流的產(chǎn)生埋下了隱患［3］.具有泥石流隱患的溝系主要有府谷縣新民鎮(zhèn)高山村沙溝岔溝、新堯村中圪達(dá)溝、新城川村東門溝、三道溝鄉(xiāng)楊灣村市溝和神木縣中雞鎮(zhèn)活雞兔溝等.

位于神府礦區(qū)的神木縣中雞鎮(zhèn)活雞兔溝，地處土石丘陵區(qū)，具有明顯的泥石流形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū).泥石流形成區(qū)三面環(huán)山，坡高約50 m，坡角70°，坡面巖石十分破碎，植被發(fā)育差，基巖表面風(fēng)化嚴(yán)重，加之人類工程活動(dòng)所產(chǎn)生的松散堆積物（采石場(chǎng)碎石、采礦棄渣），為泥石流的形成創(chuàng)造了條件.流通區(qū)為長(zhǎng)約200 m的小型河床，寬3m，深1 m，呈直線狀直通溝口.堆積區(qū)由大小不一的碎石及泥沙組成，主要為采石場(chǎng)碎石、燒變巖風(fēng)化物及煤礦廢渣、尾礦，大小為2～40 cm.扇型堆積于溝口公路及活雞兔溝二級(jí)階地上，其前緣寬60 m，長(zhǎng)60 m，厚約10 m.2001年8月下旬突發(fā)泥石流，未造成直接的人員傷亡，毀壞公路40 m，堵塞公路達(dá)10余天，給交通帶來極大不便.

3.2 煤炭開發(fā)使礦區(qū)水均衡受到破壞

由于神府煤田基本為“水壓煤”，煤層埋藏淺，煤層之上無穩(wěn)定隔水層，在煤炭開采過程中，采空區(qū)一旦有裂隙導(dǎo)通含水層，將導(dǎo)致含水層被疏干，造成煤礦突水.而水資源環(huán)境被破壞，地下水位下降，井干涸，泉水消失，水源地廢棄，礦坑排水造成水資源浪費(fèi)，水環(huán)境污染也較嚴(yán)重.

自20世紀(jì)90年代以來，神府煤田地下水位呈波狀下降，至今區(qū)域平均下降0.5～4.5 m［4-5］.窟野河上游的母河溝泉域，采煤前泉平均流量5 961 m3/d，最大流量10 627 m3/d，到2002年4月實(shí)測(cè)僅1 680 m3/d，2002年9月最大泉眼已干涸.因水位下降，大片以灌木為主的防護(hù)林呈現(xiàn)退化，60%植被發(fā)育不良，以楊樹為代表的喬木已出現(xiàn)樹梢干枯，成為典型的小老頭樹，甚至死亡.目前，煤炭開發(fā)已使神木縣境內(nèi)10條地表徑流斷流［6］（如煤田開發(fā)前枯水期永興溝、黃羊城溝、西溝、孫家岔溝、朱蓋溝、活雞兔溝、石窯店溝的流量分別為0.2、0.1、0.3、0.15、0.3、0.3、0.25 m3/s，目前枯水期已全部干枯），20多個(gè)泉眼干涸.據(jù)調(diào)查［5］，神府煤田礦坑水年產(chǎn)出1 563.03×104m3，除部分綜合利用外大都就地排放，造成水資源大量流失.直接排向河溝389.71×104m3，影響范圍達(dá)251.53 km2.

3.3 煤炭開發(fā)大量占用、損壞土地資源

據(jù)調(diào)查［3］，神府煤田自20世紀(jì)80年代開發(fā)以來，累計(jì)壓占損壞土地達(dá)12 658.32 hm2.其中工業(yè)用地8 589.40 hm2，煤矸石、廢石等采礦廢渣占地13.33 hm2，地面塌陷損壞土地4 055.59 hm2.同時(shí)煤炭開發(fā)不同程度地改變或破壞了當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境條件，形成采空區(qū)或高陡邊坡，使生態(tài)環(huán)境惡化，加劇水土流失，從另一方面損壞了土地資源.

4 礦山環(huán)境問題的產(chǎn)生

4.1 自然因素

（1）神府煤田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，埋藏淺，一般為20～180 m，煤層厚，煤礦首采深度一般為30～100 m，造成頂板巖層承重過大，易于發(fā)生斷裂，形成冒頂，引發(fā)地面塌陷.

（2）煤炭開采產(chǎn)生的冒裂帶溝通上部含水層，使上覆第四系松散巖類孔隙含水層及白堊系砂巖孔隙-裂隙含水層結(jié)構(gòu)遭到破壞，是造成神府煤田淺層地下水流失，水位持續(xù)下降的主要原因，并使地表土壤因失水而干旱，無法耕種并逐漸荒蕪.

（3）神府煤田雨季集中于7～9月，多以突發(fā)性暴雨形式出現(xiàn).礦山集中排放于山溝中的矸石、廢石堆為泥石流提供了物源，易于形成泥石流隱患.

4.2 人為因素

（1）超設(shè)計(jì)能力開采

神府煤田煤層埋藏淺，煤層厚，利于大型機(jī)械化綜采，在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的同時(shí)，易造成集中連片的采空區(qū)、塌陷區(qū)，加快了對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞［6］.

（2）治理不力

神府煤田開發(fā)以來，采空引起的地面塌陷主要集中在神府礦區(qū)，由于企業(yè)隸屬關(guān)系等因素，地方管理部門對(duì)企業(yè)用于生態(tài)治理的育林基金、生態(tài)建設(shè)資金和土地復(fù)墾費(fèi)等項(xiàng)資金使用無法實(shí)施監(jiān)督等等，在很大程度上影響了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的治理.

5 結(jié)語

神府煤田的環(huán)境地質(zhì)問題已逐步引起社會(huì)各界的關(guān)注，本文對(duì)其成因進(jìn)行了分析研究并提出相應(yīng)的治理措施，除了提高科學(xué)技術(shù)水平，宏觀調(diào)整開發(fā)節(jié)奏外，還必須加強(qiáng)政府行政管理力度，這樣才能有效地防治煤礦開采給神府煤田帶來的危害.但煤礦區(qū)的礦山環(huán)境恢復(fù)治理工作是一項(xiàng)復(fù)雜的、長(zhǎng)期的工作，如何切實(shí)保護(hù)神府煤田的礦山環(huán)境，給我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)良好的能源條件，還需要開展大量的工作.

［1］范立民，楊宏科.神府礦區(qū)地面塌陷現(xiàn)狀及成因研究［J］.陜西煤炭地質(zhì)，2000（1）:7—9.

［2］范立民.神府煤田地質(zhì)環(huán)境特征及保護(hù)對(duì)策［J］.中國(guó)地質(zhì)，1997（7）:35.

［3］李連娟.榆神礦區(qū)礦山開發(fā)對(duì)水環(huán)境的影響及防治措施探討［J］.中國(guó)煤田地質(zhì)，2005，17（5）:47—50.

［4］徐友寧，李智佩，陳華清，等.生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)煤炭資源開發(fā)誘發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題——以陜西省神木縣大柳塔煤礦區(qū)為例［J］.地質(zhì)通報(bào)，2008，27（8）:248—254.

［5］徐友寧，吳賢，陳華清.大柳塔煤礦地面塌陷區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)分析［J］.中國(guó)礦業(yè)，2008，17（3）:38—41.

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Abstract：The Shenfu Coalfield,located in the joint bet between Maowusu desert and Northern Shaanxi loess plateau,is in a fragile geological and ecological and environment.In recent years,excessive mining causes large mined-out area in the coalfield,leading to a series of geo-environmental problems such as ground subsidence,the regional groundwater table declining and mining geological hazards.Based on the data of environmental survey in Shenfu Coalfield,the environmental geological problems of the coalfield are analyzed in the aspects of both natural and artificial factors.

Key words：Shenfu Coalfield;environmental geological problems;influential factor;Shaanxi Province

THE ENVIRONMENTAL GEOLOGICAL PROBLEMS AND CAUSES OF THE SHENFU COALFIELD IN SHAANXI PROVINCE

TAO Hong1,LI Cheng1,CHAI Xiao-bing2,WEI Xing-li3
（1.Shaanxi Provincial Geological Environmental Monitoring Station,Xi'an 710054,China;2.Bureau of Land Resources of Yulin City,Yulin 719000,Shaanxi Province,China;3.Xi'an Institute of Geology and Mineral Resources,Xi'an 710054,China）

本刊編輯部走訪劉嘉麒院士（左二）

1671-1947（2010）03-0249-04

X141

A

2009－10－16；

2010-05-12.李蘭英編輯.

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“陜西省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)估”項(xiàng)目（200412300045）資助.

陶虹（1968—），女，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于西安地質(zhì)學(xué)院，從事環(huán)境地質(zhì)方面工作，通信地址西安市雁塔路北段100號(hào)陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，郵政編碼710054，E-mail//taohong681025@126.com