井工煤礦生態(tài)恢復(fù)治理工作中存在的問題及對策研究

鄭曉江

摘 要： 為了研究井工煤礦生態(tài)恢復(fù)治理工作中存在的問題及對策。本文以筆者中煤大同能源有限責(zé)任公司多年工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。在理論結(jié)合實(shí)際的前提下以中煤大同塔山煤礦為研究對象系統(tǒng)分析了當(dāng)前礦井主要問題。針對生態(tài)恢復(fù)治理措施中的土地復(fù)墾治理措施展開相關(guān)探討，為同行提供建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞： 煤礦;生態(tài);恢復(fù);治理;工作

我國礦業(yè)的快速發(fā)展，在為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供重要物質(zhì)保障的同時(shí)，也累積了不少礦山地質(zhì)問題，礦產(chǎn)資源開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)影響和破壞較為突出。具體到井工煤礦，對生態(tài)系統(tǒng)影響和破壞主要是煤礦地下開采導(dǎo)致地表變形，進(jìn)而損毀土地及造成地形地貌景觀和植被破壞;煤礦形成的采空區(qū)造成地面塌陷、地裂縫等災(zāi)害;破壞地下水系統(tǒng);“三廢”排放造成環(huán)境破壞。

所研中煤大同塔山煤礦位于山西省大同市云岡區(qū)口泉鄉(xiāng)上窩寨村境內(nèi)，井田面積為8.146km2，可采煤層為2、5（3-5）、6、7、8、9號煤層。首采2#煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240萬噸/年。煤礦位于大同煤田中東緣，行政區(qū)劃屬于大同市云崗區(qū)口泉鄉(xiāng)。煤礦井田面積8.146km2，批采石炭系太原組所有煤層，主要有2、5（3-5）、6、7、8、9號。

現(xiàn)開采煤層為5（3-5）號煤層，煤層傾角平均2°，煤層厚度平均12m，開采標(biāo)高1045m，蓋山厚度380～500m， 煤層直接頂巖性為高嶺質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，厚3～5m;老頂巖性為中粗砂巖，厚6～15m。底板巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚0.8～3.20m。5（3-5）號煤層屬于帶壓開采煤層，帶壓區(qū)最大突水系數(shù)為00136Mpa/m，屬于帶壓開采相對安全區(qū)。

1 礦井主要問題

1.1 瓦斯及水害

礦井主要回采3-5#煤層，2#煤層回采完畢已封閉，3-5#煤層距上覆2#煤層層間距平均為5～7m，距上覆侏羅系煤層采空區(qū)約250～300m。3-5#煤層回采工藝為綜采放頂煤，采高14～15m，工作面回采后采空區(qū)與上覆2#煤層采空區(qū)垮通，并形成局部裂隙與上覆侏羅系采空區(qū)導(dǎo)通，導(dǎo)致上覆侏羅系采空區(qū)氣體涌出至本煤層回采工作面，造成工作面回風(fēng)流氧氣濃度偏低，為治理該種情況，在工作面回風(fēng)側(cè)設(shè)置了局部升壓通風(fēng)系統(tǒng)和均壓通風(fēng)系統(tǒng)，并保持待機(jī)狀態(tài)，以便于隨時(shí)啟動(dòng)。

開采5（3-5）號煤層面臨主要水害為老空水。主要有上覆侏羅系煤層采空區(qū)積水、上覆2號煤層采空區(qū)積水和同層采空區(qū)積水，積水主要來源于生產(chǎn)用水，外來補(bǔ)給量小。在巷道接近積水區(qū)或巷道從積水區(qū)下通過時(shí)，或小煤柱掘進(jìn)時(shí)鄰近薄弱區(qū)，或遇構(gòu)造造成頂板冒落時(shí)導(dǎo)通積水區(qū)的時(shí)候，存在老空透水風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 通風(fēng)及頂板

礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡單，通風(fēng)設(shè)施較少，無較大通風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)。頂板管理方面，礦井主要回采工作面、巷道在回采期間受上覆2#層煤柱及同層相鄰采空區(qū)作用，容易形成應(yīng)力集中，在過斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶、硐室時(shí)，移架不及時(shí)或支架初撐力不符合規(guī)定，都有可能發(fā)生架前漏頂、片幫、壓架?；仫L(fēng)順槽受相鄰采空區(qū)及小煤柱布置，巷道側(cè)壓及超前壓力顯現(xiàn)明顯，區(qū)域應(yīng)力集中，圍巖破碎，頂幫維護(hù)較復(fù)雜，回采過程中管控不到位可能發(fā)生冒頂、片幫、掉渣事故。

1.3 運(yùn)輸管理

運(yùn)輸形式為：帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤流、無軌膠輪車運(yùn)輸人和物料，帶式輸送機(jī)按照分管范圍由生產(chǎn)單位進(jìn)行維護(hù)和使用，開展日檢、周期性檢修和各類維修工作，設(shè)備運(yùn)行可靠;無軌膠輪車由委托維護(hù)單位進(jìn)行日常的維護(hù)、檢修、保養(yǎng)，對車輛的各系統(tǒng)都進(jìn)行日常檢查、定期檢修等，車輛的管理有運(yùn)輸隊(duì)入井配發(fā)監(jiān)管、生產(chǎn)單位班組長現(xiàn)場安全監(jiān)管、機(jī)電管理處日常安全檢查監(jiān)督，制定有相關(guān)的管理制度，并嚴(yán)格遵照執(zhí)行，運(yùn)輸管理狀況較好，存在的主要風(fēng)險(xiǎn)有：

（1）皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，若保護(hù)裝置意外失效，出現(xiàn)皮帶跑偏、打滑不停機(jī)的現(xiàn)象，如不能及時(shí)停機(jī)可能造成設(shè)備損壞;或皮帶長時(shí)間打滑摩擦產(chǎn)生的煙霧可能造成人員中毒、窒息傷害。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級為一般風(fēng)險(xiǎn)。

（2）無軌膠輪車帶病運(yùn)轉(zhuǎn)、司機(jī)疲勞駕駛、視線不佳等情況，運(yùn)行中可能會(huì)發(fā)生車輛撞擊人員、設(shè)備的情況，造成人員傷害和設(shè)備的損壞。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級為較大風(fēng)險(xiǎn)。

（3）車輛運(yùn)輸物料捆綁不牢或綁具意外松脫等情況，可能導(dǎo)致設(shè)備掉落造成設(shè)備的損壞，如果人員卸車時(shí)物料滑落可能造成人員的傷害。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級為較大風(fēng)險(xiǎn)。

（4）無軌膠輪車在極寒天氣或意外出現(xiàn)水箱、油箱被凍，可能導(dǎo)致車輛損壞或無法發(fā)動(dòng)造成人員無法入井和物料無法運(yùn)輸?shù)那闆r。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級為一般風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 煤層自燃

礦井3-5#煤層為自燃煤層，最短自燃發(fā)火期為56天，礦井采用綜采放頂煤回采工藝，采空區(qū)遺留浮煤較多，目前綜放工作面防滅火采用“間歇性注氮、停采封閉后粉煤灰灌漿和工作面短時(shí)間停產(chǎn)（停產(chǎn)10天以上）及過構(gòu)造期間噴灑阻化劑，同時(shí)井上下建立相應(yīng)的防滅火系統(tǒng)和安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)”的綜合防滅火措施。

2 生態(tài)恢復(fù)治理措施

2.1 井工煤礦塌陷區(qū)土地破壞特征

煤礦開采對土地的損害通常是由于地表沉積盆地的形成，富水地區(qū)沉積坑中水的蓄積，地表裂縫對土壤的侵蝕以及地表結(jié)構(gòu)的破壞。與露天礦相比，地下礦的土地破壞特征主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。明顯的沉積盆地的形成通常會(huì)導(dǎo)致地表裂縫，階梯狀塌陷，滑坡，滑坡等。地表沉積發(fā)生在開采良好的煤礦區(qū)域，地表破碎和滑動(dòng)比室外沉積區(qū)域更為嚴(yán)重。在采礦區(qū)的邊界，附加的拉伸應(yīng)變可以疊加在采礦的拉伸應(yīng)變上，這會(huì)導(dǎo)致更大的拉伸應(yīng)變，通常在露天礦中不是這樣，即由于挖掘井下煤礦的主要沉積特征而導(dǎo)致的寬度變大。形成了具有不同高度和滑坡的地裂縫，并且滑坡的規(guī)模與金貢煤礦引起的滑坡不同這通常會(huì)加劇燭臺被地下水侵入土壤的程度。地表水積聚的主要原因如下：

①地下煤礦的地形起伏和梯度大于露天煤礦的地形起伏和梯度，并且沉積區(qū)域可能會(huì)積聚水分;②真空煤礦的山谷和前哨更深，地表排水更好;③即使在凹狀波浪沉積區(qū)下方有自由水層，地下水通常也會(huì)沿著巖石裂縫泄漏。諸如將由煤礦形成的垃圾掩埋場，其規(guī)模要比露天礦小得多。在露天煤礦中，這些風(fēng)險(xiǎn)主要是由于土地占用和土地遭受的二次破壞所致，但在運(yùn)行良好的煤礦中，這些降雨，滑坡和暴雨也會(huì)在下游產(chǎn)生石堆流域的水體造成二次污染。

2.2 預(yù)防控制措施

按照“統(tǒng)一規(guī)劃、源頭控制、防復(fù)結(jié)合”的原則，在煤礦開采、生產(chǎn)過程中可以采取一些合理的措施，以減小和控制破壞土地的面積和程度，為土地復(fù)墾創(chuàng)造良好的條件。

（1）合理規(guī)劃生產(chǎn)布局，減少破壞范圍。在施工和生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)規(guī)劃和施工管理，以盡量減少對土地的影響。在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，必須嚴(yán)格控制各種生產(chǎn)和建設(shè)活動(dòng)，并應(yīng)盡量減少廢棄礦渣和危險(xiǎn)石所占土地和臨時(shí)土地的面積，并及時(shí)回收，以免對土壤和植被造成巨大破壞。它已經(jīng)威脅到脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。在建造井的同時(shí)，有必要準(zhǔn)備一個(gè)地面移動(dòng)臺，以便在調(diào)試后的任何時(shí)候都可以觀察到它，以便積累基本數(shù)據(jù)以防止地面沉降。

（2）協(xié)調(diào)開采方法。根據(jù)表面變形的動(dòng)態(tài)分布定律，工作表面上方和下方的表面分別是拉伸變形和壓縮變形的區(qū)域。因此，當(dāng)開采大量工作面時(shí)，通過沿前進(jìn)方向合理地布置工作面和開采順序可以抵消一部分地面變形，從而使被保護(hù)物體位于沉降區(qū)或壓縮變形區(qū)的中部而不是軸承。最終的拉伸應(yīng)變可以有效減少地面變形引起的破壞。

（3）表土剝離。根據(jù)表面變形的動(dòng)態(tài)分布定律，工作表面上方和下方的表面分別是拉伸變形和壓縮變形的區(qū)域。因此，當(dāng)開采大量工作面時(shí)，通過沿前進(jìn)方向合理地布置工作面和開采順序可以抵消一部分地面變形，從而使被保護(hù)物體位于沉降區(qū)或壓縮變形區(qū)的中部而不是軸承。最終的拉伸應(yīng)變可以有效減少地面變形引起的破壞。

3 結(jié)語

中國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展破壞了生態(tài)環(huán)境，煤礦塌陷中生態(tài)環(huán)境恢復(fù)技術(shù)的研究還不夠全面，無法達(dá)到世界最高水平。目前，中國學(xué)者在煤礦生態(tài)修復(fù)措施研究方面取得了一些進(jìn)展，形成了水土保持測量系統(tǒng)，土壤重建測量系統(tǒng)等綜合管理方法，但仍有改進(jìn)的余地，但可以預(yù)測煤礦開采前的土地沉降。并實(shí)施土地復(fù)墾措施后進(jìn)行監(jiān)測和生態(tài)管理。

所研中煤大同塔山煤礦的土地開墾是通過長期的生態(tài)恢復(fù)，通過工程措施和工廠措施等對策來恢復(fù)土地質(zhì)量或增加土地的過程。它多樣而又不簡單，它涵蓋了廣泛的領(lǐng)域，并由國家政策決定。我國土地復(fù)墾管理制度的研究還不夠成熟，理論依據(jù)還不充分，對土地沉降的預(yù)測、土地適宜性評價(jià)和土地復(fù)墾措施的研究還不夠完善，受到土地復(fù)墾計(jì)劃機(jī)制的限制。

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