關(guān)于山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究的思考

1、關(guān)于山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究的思考2004年第2期水文地質(zhì)工程地質(zhì)關(guān)于山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究的思考郭振中,裴捍華,黃衛(wèi)星,楊親民(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083;2山西省地質(zhì)調(diào)查院,太原030001)摘要:通過對(duì)山西六大煤田與煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題現(xiàn)狀的概略介紹,對(duì)目前調(diào)查中存在的問題及今后所應(yīng)開展的工作,提出了幾點(diǎn)思考.對(duì)礦山環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)問題,筆者認(rèn)為應(yīng)將對(duì)各類煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題的分析從專業(yè)角度向社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面延伸,并以后者作為統(tǒng)一綜合對(duì)比的結(jié)合點(diǎn);同時(shí)提出了應(yīng)開展采煤造成地應(yīng)力改變影響巖溶水,采煤引起土地沙化,各類保安煤柱計(jì)算及移動(dòng)角實(shí)測(cè),煤礦山環(huán)境地質(zhì)模式,各

2、類煤礦山環(huán)境地質(zhì)模型建立方法的研究工作.關(guān)鍵詞:煤礦山;環(huán)境地質(zhì);調(diào)查;思考中圖分類號(hào):TDI67文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10003665(2004)02010104l山西煤田開采概況山西含煤建造主要以上古生界石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組為主,全省各煤田均有分布,其煤炭?jī)?chǔ)量占全省總儲(chǔ)量98%,開采潛力巨大;其次為中生界侏羅系大同組,分布于大同煤田及寧武煤田北部地區(qū),其儲(chǔ)量約占全省1.6%,可采煤層已所剩無幾;第三為新生界第三系含煤建造,分布于繁峙,垣曲等地,儲(chǔ)量不多.按煤田沉積環(huán)境,地質(zhì)構(gòu)造特征,煤質(zhì)變質(zhì)規(guī)律等綜合因素,山西自北向南主要分為大同,寧武,西山,霍西,沁水,河?xùn)|六大煤田(表1

3、),煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題也多發(fā)于此,其它地區(qū)的小型煤田,問題較少且程度較輕".表1山西六大煤田基本情況統(tǒng)計(jì)表Table1Statisticsofbasicstatusofsixlarge-scalecoalfields其中侏羅系含煤面積為772km2山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題現(xiàn)狀3山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作思考據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,山西省煤礦目前采動(dòng)面積約5500km.在調(diào)查的大同,寧武,西山,霍西,沁水(含太原東山,陽泉,潞安,晉城四大礦區(qū))五大煤田內(nèi),造成的環(huán)境地質(zhì)問題主要為開采沉陷,地裂縫,崩塌,滑坡,泥石流,煤層自燃,疏排地下水,污染水資源,破壞耕地植被等(表2).收稿日期:200311-1

4、0;修訂日期:20031208作者簡(jiǎn)介:郭振中(1961一),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,在職博士研究生,從事水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)工作.Email:sxgzz山西是我國(guó)北方地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)省,同時(shí)也是煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題最嚴(yán)重的省,然而由于種種原因,山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查工作自1990年以后才逐步引起重視,且在1999年以前開展的工作大多是由于環(huán)境地質(zhì)問題造成矛盾糾紛后,僅為甲乙雙方進(jìn)行協(xié)調(diào)或?yàn)樵V諸法律案件提供依據(jù)而開展.調(diào)查結(jié)論代表性有限,整體規(guī)律不強(qiáng),難以宏觀確定山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題的整體規(guī)模,程度大小,損失多少,難以分析確定不同地質(zhì)環(huán)境,不同開采礦種,不同開采層位,不同開采方式下產(chǎn)生的不同環(huán)境地

5、質(zhì)問題模式.山西省環(huán)境地質(zhì)總站1999年提交的大同礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查報(bào)告,2000年12月提交的山西省1/50萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)調(diào)查開采沉陷316個(gè).沉陷面積7344.79×10rn!其中開采沉陷可以歸納為三種模式:即冒落式,沉陷式和地塹式.使土開采沉陷大型沉陷112個(gè),沉陷面積6853.3×104m;中型沉陷116地破壞,建筑物受損,出現(xiàn)積水洼地,大同組煤層脆性砂巖頂板常引個(gè),沉陷面積475.46×10:發(fā)塌陷地震.查報(bào)告及山西省地質(zhì)調(diào)查院2002年6月完成的山西省重點(diǎn)地區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)(1:25萬)工作,揭開了山西煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查工作的新序幕.山西

6、省1:50萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查根據(jù)災(zāi)害程度將山西省環(huán)境地質(zhì)問題分為強(qiáng),中,弱及不發(fā)育4個(gè)大區(qū),34個(gè)亞區(qū),用定性分析法進(jìn)行了分區(qū)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè).山西省重點(diǎn)地區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)(1:25萬)依據(jù)實(shí)際調(diào)查的地面塌陷,地裂縫,房屋裂縫,固體廢棄物,崩塌,滑坡,泥石流,煤層自燃8類煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題數(shù)量按2km×2km單元格進(jìn)行災(zāi)種分布統(tǒng)計(jì),進(jìn)行數(shù)字化迭加分析,采用襲擾系數(shù)法進(jìn)行礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià);確定重點(diǎn)地區(qū)生態(tài)環(huán)境地質(zhì)破壞面積為1925km,其中嚴(yán)重破壞面積562km,中等破壞面積696km,輕微破壞面積667km;據(jù)各礦山2010年前生產(chǎn)計(jì)劃及國(guó)家十五規(guī)劃,將各礦區(qū)生態(tài)環(huán)境地質(zhì)發(fā)

7、展趨勢(shì)分為惡化區(qū),恢復(fù)區(qū)及自然狀態(tài)區(qū);評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)分別在1:10萬圖件上按2km×2km單元格進(jìn)行.上述兩項(xiàng)目及近年來開展的部分礦區(qū)大比例尺環(huán)境地質(zhì)調(diào)查,1:5萬縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃等工作,為山西省煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題宏觀規(guī)律的總結(jié),形成模式的建立,防治對(duì)策的提出積累了資料,打下了基礎(chǔ).但也存在一些問題,今后開展相應(yīng)的工作應(yīng)引起重視.3.1礦山環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)礦山環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)是以各類環(huán)境地質(zhì)問題的強(qiáng)度規(guī)模,活動(dòng)次數(shù),分布密度,損失大小等為標(biāo)志的,這些要素決定了環(huán)境地質(zhì)問題的破壞強(qiáng)度,發(fā)生次數(shù),危害范圍,是進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),確定損失程度的關(guān)鍵因素.然而不同種類的煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題,危

8、險(xiǎn)性要素標(biāo)志是不一致的.當(dāng)?shù)V山存在多類環(huán)境地質(zhì)問題時(shí),進(jìn)行礦山環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià),各類問題權(quán)重的定權(quán)難題就突現(xiàn)出來,而這一權(quán)重又與礦山開采礦種,地質(zhì)環(huán)境,開采規(guī)模,開采層位,開采方式等密切相關(guān),具多樣性,復(fù)雜性,不確定性,這就使得不同部門,不同地區(qū),不同時(shí)間甚至不同部門在同一地區(qū)開展的礦山環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)難以對(duì)比,給政府部門制定治災(zāi)減災(zāi)防災(zāi)預(yù)案,方案帶來諸多不便.盡管近些年來不少學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)提出了一些建議,但迄今尚未形成統(tǒng)一的點(diǎn),面或區(qū)域礦山環(huán)境地質(zhì)要素綜合評(píng)價(jià)方法,這是我們今后開展此類工作所應(yīng)解決的首要問題,應(yīng)盡快建立相應(yīng)規(guī)范或要求.礦山環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法主要有專家確定法,工程類比法,因子

9、得分法,襲擾系數(shù)法,概率統(tǒng)計(jì)法,聚類分析法等.這些都是對(duì)評(píng)價(jià)環(huán)境地質(zhì)問題的危險(xiǎn)性而言的,專業(yè)性較強(qiáng),不同評(píng)價(jià)方法及結(jié)果難以綜合對(duì)2004年第2期水文地質(zhì)工程地質(zhì)比.筆者認(rèn)為應(yīng)將對(duì)各類礦山環(huán)境地質(zhì)問題的分析從專業(yè)角度向社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面延伸,并以后者為統(tǒng)一綜合對(duì)比的結(jié)合點(diǎn).要論證這些問題對(duì)人類,城鎮(zhèn),建筑,交通,土地,水源,農(nóng)作物,植被等產(chǎn)生的破壞效應(yīng),進(jìn)而確定具體的災(zāi)害受災(zāi)體,再依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)受災(zāi)體的損毀等級(jí)及價(jià)值損失率等進(jìn)行確定,最后從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)礦山環(huán)境地質(zhì)問題破壞損失進(jìn)行評(píng)價(jià).對(duì)一些只進(jìn)行過區(qū)域調(diào)查難以確定災(zāi)害點(diǎn)數(shù),危害范圍的區(qū)域評(píng)價(jià),可用環(huán)境地質(zhì)問題危害強(qiáng)度指數(shù)(危險(xiǎn)性指數(shù)×易損

10、性指數(shù))法進(jìn)行評(píng)價(jià).以其大小或強(qiáng)弱作為礦山環(huán)境地質(zhì)問題受災(zāi)程度的劃分標(biāo)準(zhǔn),就能做到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),綜合對(duì)比'.3.2采煤一地應(yīng)力一巖溶水關(guān)系研究煤礦開采對(duì)于地層而言,相當(dāng)于人工卸荷.采煤后采空區(qū)周邊一定范圍內(nèi)地應(yīng)力勢(shì)必發(fā)生變化,地應(yīng)力的改變對(duì)在碳酸鹽巖裂隙,溶隙(孔,洞)中運(yùn)移的巖溶地下水來講,不可能不產(chǎn)生影響.首先在水動(dòng)力場(chǎng)中正常運(yùn)移的巖溶地下水,由于地應(yīng)力改變,巖溶水的運(yùn)移速度及方向必然產(chǎn)生變化;其次煤礦開采,地應(yīng)力改變,造成裂隙發(fā)育,加強(qiáng)了煤系地層與下伏奧陶系巖溶層的聯(lián)系,對(duì)帶壓采區(qū),采煤排水量增加,使得巖溶水資源減少速率加快;對(duì)無壓采區(qū),煤系地層地下水滲漏使得巖溶水資源遭受污染.因此

11、,要研究地應(yīng)力改變影響巖溶水運(yùn)移的模式及機(jī)理,研究山西省煤礦開采產(chǎn)生地應(yīng)力改變對(duì)巖溶水的影響程度.3.3采煤引起土地沙化研究露天煤礦開采,剝離上覆巖土層及植被,必然造成土地沙化;地下煤礦采空區(qū)形成的地面塌陷,地裂縫,往往將土層中的細(xì)顆粒物質(zhì)帶入深部地下,使上部土地逐漸沙化,在耕地區(qū)還伴隨著跑肥現(xiàn)象,這是采用一般復(fù)墾手段難以恢復(fù)的.這些煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題的形成模式,危害程度,評(píng)價(jià)方法和防治措施等,是今后應(yīng)注意研究的課題.3.4保安煤柱留設(shè)計(jì)算山西煤礦絕大多數(shù)分布在溝壑縱橫的丘陵山區(qū),這就使得開采煤層采空區(qū)上部的荷載分布很不均勻,而以往及目前使用的建筑物,水體,鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程

12、中計(jì)算保安煤柱的關(guān)鍵參數(shù)移動(dòng)角(上山,下山及走向三方向)的實(shí)測(cè)值工作,在山西各大礦區(qū)多未開展,只是陽泉一,二,三,四礦及太原西山西曲,官地,鎮(zhèn)城底,西銘礦進(jìn)行過實(shí)測(cè),代表性有限,故山西許多保安煤柱的計(jì)算具有先天不足.一是因?yàn)橐苿?dòng)角多為引用,二是因?yàn)橛?jì)算公式對(duì)上部荷載分布不均的因素考慮不夠.在荷載分布不均的采空區(qū)上部,易形成剪切作用,從而使其產(chǎn)生的煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題表現(xiàn)形式,災(zāi)害程度與荷載分布均勻或不同分布不均的采空區(qū)上部有所不同,這就是山西許多煤礦企業(yè)已按國(guó)家相關(guān)要求預(yù)留了保安煤柱,但在煤礦開采過程中,仍就在保護(hù)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生開采沉陷,地裂縫及房屋等裂縫的主要原因之一.3.5環(huán)境地質(zhì)問題模式確定山西

13、地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜,由于各煤礦所處地質(zhì)環(huán)境,開采煤層,開采規(guī)模,開采方式各不相同,且上覆地層的巖性,厚度也因地而異,故造成煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題的程度和模式是有較大差異的.如大同礦區(qū),由于侏羅系大同組煤層頂板堅(jiān)硬,性脆,抗壓強(qiáng)度高,采空區(qū)穩(wěn)定時(shí)間難以預(yù)計(jì),當(dāng)?shù)V柱支承條件不夠時(shí),往往發(fā)生一次性冒落地震,危害極大;在潞安礦區(qū),由于開采煤層山西組,太原組頂板的硬度相對(duì)較軟,且地表較平,往往形成漸進(jìn)式,且大于采空區(qū)的地面沉陷,穩(wěn)定時(shí)間也相對(duì)較易預(yù)測(cè);分布在山區(qū)的煤礦,由于上部荷載分布不均,往往造成保安煤柱內(nèi)的煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題.應(yīng)在開展1:25萬礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等的基礎(chǔ)上,進(jìn)行1:10萬1:5萬甚至更大比例

14、尺的調(diào)查,綜合研究,確定各礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題模式,這對(duì)煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題的整治與預(yù)防是非常必要的.3.6分析預(yù)測(cè)模型的建立單項(xiàng)煤礦山環(huán)境地質(zhì)問題分析預(yù)測(cè)模型的建立,對(duì)掌握災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì),開展災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)以及為政府部門制定減災(zāi)防災(zāi)預(yù)案,進(jìn)行宏觀決策意義重大.山西目前在此方面的工作尚屬起步階段,建立的模型較少,難以滿足工作的需要.目前,已取得了部分研究成果,如山西省重點(diǎn)地區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目運(yùn)用三維可視化滲流軟件(VisualModflow),建立了符合平朔安家?guī)X煤礦礦井水的可視化三維滲流模型并進(jìn)行了模擬預(yù)報(bào);另外,在長(zhǎng)治崔蒙礦區(qū),太原西山礦區(qū)等地也建立了相應(yīng)模型.模型的建立要在地質(zhì)災(zāi)害

15、模式確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行,應(yīng)用空間信息系統(tǒng),從三維角度對(duì)災(zāi)害體進(jìn)行研究,再與長(zhǎng)期觀測(cè)資料結(jié)合,進(jìn)行模擬,最終用于預(yù)警預(yù)報(bào).目前用于采煤影響地下水方面建模的軟件較多,如GMS,FEFLOW,MODFLOW等,而用于采煤造成開采沉陷,地裂縫,崩塌,滑坡,泥石流等方面的軟件極少,今后應(yīng)加強(qiáng)研制.參考文獻(xiàn):1山西省煤炭資源管理委員會(huì).山西煤礦資源圖集R.太原:山西省煤炭資源管理委員會(huì),1987.2山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局.山西省區(qū)域地質(zhì)志R.太原:山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989.?l04?水文地質(zhì)工程地質(zhì)2004年第2期345山西省地質(zhì)調(diào)查院.山西省重點(diǎn)地區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)R.太原:山西省地質(zhì)調(diào)查院.20

16、02.周愛國(guó),等.地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)理論與應(yīng)用M.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1998.張梁,等.地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估理論與實(shí)踐M.北京:地質(zhì)出版社,1998.678郭振中.山西采煤地質(zhì)災(zāi)害模式淺析Jj.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治,1997,8(增刊):102107.國(guó)家煤炭工業(yè)局.建筑物,水體,鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程z.北京:國(guó)家煤炭工業(yè)局,2000年6月.劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害勘查指南M.北京:地質(zhì)出版社,2ooOInvestigationactualityandthinkingofenvironmentalgeologyofcoalmines'ShanxiProvincegeologyo

17、l-COalmlnesinIIanxiFrovinceGUOZhenzhong'?,PEIHanhua.HUANGWeixing2,YANGQinmin(1.DepartmentofWaterResourceandEnvironmentEngineering,ChinaUniversityofGeoscienees,Beijing100083,China;2.GeologicalsurveyofShanxiprovince,Taiyuan030001,China)Abstract:Byintroductionofsixlargescalecoalfieldsandtheactualit

18、yoftheenvironmentalgeologicalproblemsofcoalminesinShanxiProvince,somethinkingwasbroughtforwardbasedonthepresentproblemsinthefieldinvestigationandtodevelopthefurtherwork.Forvaluingenvironmentalgeologicalproblemsofcoalmines,theanalysisofeachkindofenvironmentalgeologicalproblemshouldextendtosocialandec

19、onomicfiledfromthespeciality;thelatterisa.contrastivelinkedpoint.ItWasalsopointedout,becauseofcoalmining,thattheirmuenceoftheEarthstresstokarstwaterandlanddesertificationshouldbestudied,andthemodeoftheenvironmentalgeologyofcoalmines,themethodofbuildingthemodel,calculationofthevolumeofsupportingcoalcolumnandmeasureofmovingangleshouldbestudied,too.Keywords:coalmines;environmentalgeology;investigation;thinking(上接第89頁)Contrastandanalysesofthreewaysusedtodeterminethecoefficientofpermeab