環(huán)境與災害地質講稿3

煤礦地質災害分析1地質災害的特點

1群發(fā)性采煤工程破壞地質環(huán)境的平衡，引起地質環(huán)境的反饋，其反饋行為所導致的災害往往不是孤立的，常在同一煤礦的某一時段集中形成災害群。如頂板災害、塌陷災害、井下突水災害、煤層自燃災害等可在同一煤礦的某一時段同時或相繼發(fā)生。如：崩塌(堆積、加載)→滑坡(提供松散堆積物)→泥石流(遭遇強烈水流)；水土流失→河道水庫淤積→洪水災害；井巷突水→地面塌陷→河水下灌流失→井巷中更大的突水。2衍生性原生環(huán)境地質災害還常常衍生一連串的次生災害，形成一系列有成因聯系的災害鏈。如煤礦環(huán)境地質災害對環(huán)境的影響可分為直接的（通常是長期的）和間接的（通常是短期的），但兩種類型的環(huán)境影響結果可以認為是一種鏈鎖反應。如頂板災害→地面塌陷→地裂縫→毀壞耕地；煤矸石自燃→礦區(qū)大氣污染→礦區(qū)居民呼吸道疾?。挥泻ΦV井水排放→水體污染→土壤污染→有害元素（例如氟）進入農作物→人體→地方?。ㄈ绶遣。?；露天開采→植被破壞→水土流失→農作物減產。3區(qū)域性就各種地質災害的內部聯系而言，它們受一定的區(qū)域性條件控制，如區(qū)域性構造條件，區(qū)域性煤系巖性組合特征、區(qū)域性氣候條件、區(qū)域性煤變質條件、區(qū)域性地理條件的控制和影響。因此，在災害時空演化和分布上表現出區(qū)域性特點。如：煤礦區(qū)巖溶塌陷和礦井突水，主要發(fā)生在碳酸巖分布區(qū)和巖溶發(fā)育的區(qū)域；煤礦酸性礦井水污染，主要分布于煤層含硫較高的華南地區(qū)，土地荒漠化主要分布于西北地區(qū)；滑坡、崩塌和泥石流則主要發(fā)育在山區(qū)。

4發(fā)災持續(xù)時間的多樣性煤與瓦斯突出，瓦斯爆炸，礦井突水，頂板冒落等災害，往往具有突發(fā)性，發(fā)災時間短，強度高破壞性大的特點。采煤塌陷、煤礦區(qū)地方病、礦區(qū)土地鹽漬化、土地沙漠化等災害往往具有漸發(fā)性，發(fā)災持續(xù)時間長。如采煤塌陷開采深度為200～400m時，地表移動時間可持續(xù)2～3年，而塌陷區(qū)最終穩(wěn)定時間可距停采時間數十年。5不可避免性和可防御性二者具有辯證的對立關系。煤礦地質災害是按一定規(guī)律，達到一定程度后發(fā)生的。在目前技術經濟條件下，乃至今后一定時期內，要完全避免是不可能的。但這些災害有時是可以預防的，隨著研究的深入、經驗的積累，依靠科技進步進行預測預報和積極治理，對災害進行控制，減少災害，減輕災害損失是可能的。6影響的多方面性煤礦地質災害不僅影響礦區(qū)環(huán)境質量的各個方面，如大氣環(huán)境，水環(huán)境，土壤環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，而且影響到礦區(qū)周邊地區(qū)的社會環(huán)境和經濟環(huán)境。如從災害導致礦工傷亡到對礦區(qū)群眾心理影響，從直接經濟損失到對本地區(qū)經濟發(fā)展的影響等。2地質災害的成因分析

1緩發(fā)性地質災害及其成因分析

緩發(fā)性地質災害具有長期漸變的發(fā)展過程，主要是造成環(huán)境、資源的破壞。

1.1地面沉降的成因分析地面沉降是在自然或人類工程活動影響下，由于地下松散土層固結收縮壓密作用，導致地表發(fā)生的下降運動，它的形成有自然因素和人為原因兩種。采煤過程中形成的大范圍采空區(qū)、井下巷道以及采煤時所用的爆破技術等是形成地面沉降的原因之一。過量抽取地下水是形成地面沉降的主要原因。一定的地質構造和氣候條件是形成地面沉降的自然因素。1.2水土流失的成因分析在采煤區(qū)，開采煤礦活動改變了山坡地形，如削坡、掘挖坡腳、加大坡腳、以及誘發(fā)山體滑坡、崩塌等，為水土流失創(chuàng)造了人為條件。采煤區(qū)不合理地開發(fā)土地資源、治水治土措施不力、裸地荒蕪、失去植被保護，使地表土變得松散，易遭受“風蝕”和“水蝕”作用，加劇了水土流失的發(fā)生。采煤區(qū)多位于溝谷之中，其蒸發(fā)量大于降水量的干旱氣候利于“風蝕“作用，再加上降水匯集于溝谷中等，其流水強度大，增強水的沖刷作用和攜帶泥沙的能力，形成水土流失。1.3環(huán)境污染的成因分析煤礦區(qū)大氣污染源有煤矸石山、礦山瓦斯排放、土法煉焦、燃煤工業(yè)鍋爐、粉煤灰堆放和坑口電廠等。煤矸石自燃釋放CO2、SO2、CO、H2S及氮氧化合物和煙塵是礦區(qū)大氣主要污染源之一。煤矸石自燃的過程其實質是碳的氧化過程，當供氧不足時，CO的產生量相對增多。CO由呼吸道進入人體，易與血紅蛋白相結合生成碳氧血紅蛋白，阻礙血紅蛋白向體內供氧，引發(fā)人的中樞神經系統和酶活性中毒，甚至可以使人的神經麻痹，有生命危險。若CO2濃度增加，必加劇“溫室效應”，對生態(tài)環(huán)境帶來一定的影響。SO2是具有特殊臭味的刺激性氣體，主要刺激上呼吸道，引發(fā)氣管炎等呼吸道疾病，當吸入SO2較多時，對呼吸道深部、肺組織、骨髓、脾等也有嚴重的刺激作用，還會引發(fā)生成變性血紅素以及破壞人的肌體內正常碳水化合物的新陳代謝。當形成硫酸霧時，對呼吸道、肺泡有更強的毒性作用。氮氧化合物主要是二氧化氮，它是一種對呼吸器官有刺激性的氣體，可引發(fā)肺水腫、慢性支氣管炎等疾病。1.4水資源趨勢性減少的成因分析1.4.1地表水減少的成因分析由于山西地處黃土高原，煤礦絕大部分位于山區(qū)，地形復雜，河谷切割很深，水文網發(fā)育，因此地表水有限，河谷徑流很少，大部分為季節(jié)性河流，且煤礦開采至河床附近時，留有保安煤柱，大部分河床底部與下伏煤層之間有隔水存在，當煤礦開采未波及到地面時，地表水與礦坑水之間沒有直接水力聯系，彼此不發(fā)生影響。當采空區(qū)面積不斷擴大，采空區(qū)導水裂隙帶和地面沉陷范圍也隨之擴大，在局部地段，冒落帶、裂隙帶與整體移動帶與地表水發(fā)生水力聯系，地表水滲入地下或礦坑，因而使地表徑流減少，水庫存儲量下降。1.4.2地下水減少的成因分析當煤炭開采時，在地面以下形成縱橫交錯的垂向豎井、水平向巷道、不同角度的斜井及斜巷道、不同開采面、不同采掘深度的采空區(qū)等等，這些井、巷道、采空區(qū)相互貫通，穿越了各類含水層和隔水層，改變原先煤系地層及上覆松散巖系地層中地下水運行狀態(tài)。通常煤系地層含水層和上覆松散巖系含水層之間有隔水層存在，并無水力聯系。由于井、巷道、采空區(qū)的出現，加之采空區(qū)頂板塌陷，增加了大量垂向張裂縫，有的裂縫直通地表，在地面形成地裂、地陷，成為采空區(qū)以上各類含水層中地下水快速滲漏的通道，這是其一。其二，如果開采區(qū)標高位于附近河床之下，河道水源也流入井、巷道及采空區(qū)內。其三，附近的巖溶水位高于采空區(qū)標高時，或有斷裂破碎帶穿過采空區(qū)時，則可出現下伏巖溶水的側向補給和底板上漏現象，這樣不但疏干了煤系地層中的地下水，也疏干了上覆松散巖系中的地下水，也影響下伏奧陶系巖溶水的儲水量，使地下水水量減少。1.5土地鹽堿化的成因分析

受一定的氣候和地形條件的影響。受地下水的影響，由于礦區(qū)排水不暢，再加上采煤、洗煤后的水排入其中，使地下水礦化度增高，又由于礦區(qū)地處山谷等，其蒸發(fā)量大于降水量，致使鹽分聚集在耕作層而形成。2突發(fā)性地質災害及其成因分析突發(fā)性地質災害在瞬間或短時間內即可完成，往往造成人民生命財產損失。

2.1崩塌和滑坡的成因分析地形地貌條件發(fā)生滑坡的地方，地形相對高差較大，坡度較陡，這使山體的臨空面增大，為滑坡的形成提供了有利的地形條件。由于山高坡陡，勢能較大，使下移體產生下滑趨勢而脫離母體，這樣就形成了滑坡。大氣降水條件一方面，大氣降水滲透至巖層中，對泥質巖產生了滲透、軟化和溶解作用，使巖土體結構遭到破壞，減小了摩擦力和凝聚力，促使泥巖沿軟弱面向下滑動；另一方面，大氣降水增大了巖土體的含水量，使土體達到塑性狀態(tài)且降低了巖土體的穩(wěn)定性。強降雨時，雨水大量下滲，使巖土體過飽和，并且大大增加了滑移體的重量，但降低了抗剪強度。晴天，巖土體收縮變硬；雨天膨脹崩解，特別是當巖土體上存在較大張裂縫時，雨水就順著裂縫下滲，使巖土體中的含水量迅速增加，由于巖土體中水力梯度的不同，就會對坡體產生靜水壓力，使坡體受到側向推力，坡體穩(wěn)定性降低，對滑坡提供了動力條件。采空區(qū)影響地下采礦導致煤層頂板冒落、彎曲，引起山體應力重分布，在采空區(qū)與非采空區(qū)邊界，應力集中，導致巖土體變形、地裂縫產生，使山體穩(wěn)定性降低，為滑坡形成創(chuàng)造了條件。綜上所述，巖性、地形地貌是采煤區(qū)崩塌滑坡發(fā)生的基本因素，水的作用（尤其是降水）是崩塌滑坡發(fā)生的激發(fā)因素，人為活動（主要為采煤活動）是崩塌滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素。2.2泥石流的成因分析

泥石流形成主要有固體物質、地形地貌和水等條件，即：有松散物質來源。在煤礦區(qū)，開山采礦、棄石棄渣等為泥石流形成提供人為物質來源。要具有利于水和物質回擊和泥石流流動的高山深溝、陡峻地勢、坡降大的溝河流域等地形。高高堆積的矸石山具備了這一特點。水是泥石流土石成為液體流體，激發(fā)和搬運介質的重要組成部分和動力因子。在長時期的降雨和暴雨下，水和矸石渣融為稀粥液狀，在自身的重力作用下而流動，形成泥石流。

2.3地裂縫和地面塌陷的成因分析煤被開采后，煤層頂部上覆巖層成為一種架空結構，這樣就使原有的應力平衡狀態(tài)被破壞。在這種狀態(tài)下，采空區(qū)頂板巖層在自身重力和其上覆巖層的壓力作用下，向下彎曲與移動。當拉張應力超過該巖層的抗拉強度極限時，頂板發(fā)生冒落，上覆巖層彎曲、移動、破裂，隨著采空范圍擴大，地表就會形成塌陷變形及地裂縫。

在塌陷區(qū)邊緣，相鄰兩點在變形過程中，處于拉伸狀態(tài)，水平距離趨于增大，這樣就形成了張裂縫。如圖2所示，取地表a、b兩點，由于兩點沉降量不同，其差值為ΔW=Wb-Wa（Wb為b點的沉降量，Wa為a點的沉降量），線段ab由水平狀態(tài)變?yōu)閮A斜狀態(tài)。其傾斜度為

由于兩點水平位移不同，其差值為ΔU=Ub-Ua（Ub為b點的水平位移，Ua為a點的水平位移），線段ab被拉長，這樣就使土體變形而產生地裂縫。

2.4礦井突水的成因分析凡是井巷掘進或工作面回采過程中，接近或溝通含水層、被淹巷道、地表水體、含水斷裂帶、溶洞、陷落柱而突然發(fā)生的突水事故稱礦井突水。這是因為井下采掘活動破壞巖層天然平衡，采掘工作面周圍水體在靜水壓力和礦山壓力作用下，大量涌入礦井造成透水涌溢或是地表水大量涌入井巷淹浸釀成的。

3煤礦地質災害的危害及其環(huán)境效應

采煤引起的地質災害災種多，危害大，不僅威脅到當地居民的正常生活和工作，而且威脅到煤礦的安全生產。

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地面塌陷及沉降

地面塌陷及沉降是煤礦普遍發(fā)生的一種因開采引起的地質災害，是制約礦區(qū)生產與發(fā)展的主要因素。據不完全統計，我國國營煤礦至1995年底，因開采引起的塌陷土地面積約35萬公頃，開采萬噸煤就有0.2公頃土地塌陷。僅1993年煤礦塌陷土地2萬公頃，直接經濟損失約20億元，土地的塌陷造成東部平原煤礦積水、受淹和鹽漬化，破壞耕地，增加了西部水土流失和沙漠化，同時，還誘發(fā)了山體的滑坡、崩塌、泥石流等災害。特別值得指出的是，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦多開采淺部煤層，地表容易引起漏斗狀的塌陷，它對土地資源和環(huán)境的破壞更為突出。我省地面沉降的表現也很突出，如：太原市從1965年開始地面緩慢沉降。1979年城市測量隊在全市600余平方千米范圍內進行二等水準點測量時發(fā)現，以吳家堡為中心的地面沉降累計沉降0.607m。1980年沉降量大于100mm的面積超過205平方千米，其中沉降量大于200mm的面積為108平方千米、大于700mm的范圍有3.6平方千米，吳家堡累計沉降0.819m。1957年到1980年最大沉降量19mm。大同市1997年就發(fā)生采空塌陷37起，僅村莊塌陷面積即達4000多平方米，造成9人死亡。地面塌陷和地面沉降造成的耕地損失是人均耕地減少的主要原因之一，同時地面塌陷和地面沉降對水環(huán)境、土壤環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞也十分嚴重，塌陷賠償、村莊搬遷賠償等，都造成重大的經濟負擔。

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滑坡和崩塌在煤礦開發(fā)建設的過程中，礦區(qū)存在不合理的人類工程活動，即削坡、修路、堆矸和開采等破壞了款曲的生態(tài)環(huán)境和山坡體的原始平衡，誘發(fā)了滑坡、崩塌、泥石流的發(fā)生。據不完全統計，我國煤炭行業(yè)每年用于此類災害的治理費約2000萬元以上，而這些災害造成的經濟損失上億元。如1994年一到七月份，全國有12座重點煤礦由于滑坡、崩塌造成設施破壞，經濟損失4900萬元。山西省是三面環(huán)山之省，地形陡峻，地質構造復雜，巖石破碎，山體穩(wěn)定性差，再加上開采的煤礦很多，降雨等，使我省滑坡和崩塌在礦區(qū)十分發(fā)育，危害相當嚴重。例如：古交市安莊1996年發(fā)生的滑坡，使村莊上大部分房屋都出現2cm左右的裂縫，山頂上的耕地也出現大面積的裂縫，致使耕地面積減少，莊稼減產，人們住在危房之中。

3.地裂縫地裂縫在采煤區(qū)是一種7普遍的地質災害。它是巖層、土層表面的破裂形跡，受控于一定的地應力場和地質構造，是那些地質體變異的地質災害類型于地面的一種表現。地裂縫是一種危害性較大的地質災害，它對建筑、鐵路及井下煤礦等造成嚴重的損害，給人民的生命財產帶來嚴重的危害。山西省古交市煤礦的開采導致了大面積地裂縫的產生，在炭窯溝村我們發(fā)現有的地裂縫寬的足以掉下去一只羊。還有獨蘭村后山頂上的地裂縫，隔三步就有一條，錯動20cm左右，跨度70cm左右，種植的桃樹有的已陷到地裂縫中。

4煤矸石災害煤矸石是采煤過程中的必然產物，是采煤和選煤過程中的排棄物，它們自然地堆積在地面、溝谷和斜坡處。煤矸石通常占采煤量的5%～20%，最近我國每年煤矸石的排放量在1.4億噸左右，歷年積存量已超過20億噸，但煤矸石的資源化僅為40%。因此，煤矸石的堆放不僅占據大量耕地，而且污染環(huán)境，尤其煤矸石自燃產生CO2、SO2、CO、H2S及氮氧化合物、煙塵等，嚴重污染空氣，使大氣的質量降低，危害礦區(qū)居民身心健康。更有甚者，煤矸石燃燒發(fā)生爆炸，造成人員傷亡和排矸系統的破壞，影響安全生產。除此之外，煤矸石堆放還會引發(fā)外動力地質災害。煤的自燃和硫的蒸發(fā)都會削弱煤矸石的穩(wěn)定性，從而發(fā)生崩塌、滑坡和泥石流，威脅當地居民的生命和財產安全、并且影響正常的生活與工作。5泥石流災害大規(guī)模煤礦開采需排棄大量煤矸石，矸石堆放在溝谷中，形成如山般松散堆積的矸石堆，成為泥石流物源。一旦雨季山洪爆發(fā)，極易引發(fā)泥石流。泥石流具有突然爆發(fā)性，往往給人類生命財產構成危害。其中，最有影響的一次是1996年8月4日，太原西山地區(qū)發(fā)生的特大泥石流。兇猛的泥石流使平日繁華的迎澤西大街頓時一片汪洋，滿目狼籍，淤泥厚達1米多，西山煤電集團官地礦和杜兒坪礦被淹，房屋倒塌、橋斷路毀、斷電停水。這次災害共造成60人死亡，經濟損失達3.4億。

6礦井突水煤礦生產是地下作業(yè)，地質及水文地質情況十分復雜，經常會遇到地表水、潛水、承壓水、老窯水以及斷裂水的威脅。煤礦建井或采掘過程中，破壞了工作面圍巖結構，引起地下蓄水大量涌入礦井的災害事故。據資料統計，1956年到1995年中，全國發(fā)生突水災害50余次/年，淹井事故74起/年，死亡44人/年，經濟損失達25億元/年。近些年來，煤田內的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個體煤窯蓬勃興起，這些煤窯大都是只有有限的采掘經驗，受利益驅動盲目生產，缺乏必要的技術力量，對安全生產不夠重視，特別是對地質的水文地質技術指導更是不屑一顧；國營煤礦在強調經濟利益的今天亦對安全生產有所放松，以致煤礦井巷突水事故時有發(fā)生。據不完全統計，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦此類災害損失達數十億元/年。例如，1999年8月婁煩縣赤土華河床塌陷，給下游各礦造成了洪水灌井，泥、石、水一并涌入井下，致使6煤礦10個坑口井下巷道被淹，設施遭到嚴重破壞。造成經濟損失1200余萬元。這種災害山西的煤礦時有發(fā)生，在此不用多舉例了。

7煤與瓦斯災害7.1煤與瓦斯突出煤與瓦斯突出是煤體中突然噴出大量的瓦斯和粉煤的現象。它可摧毀井巷、掀翻礦車和引起火災、爆炸等災害，是煤礦主要災害之一。我國是世界上煤與瓦斯突出最為嚴重的國家之一。據統計，1950～1981年我國有205處礦井發(fā)生突出9845次，約占世界突出的總數的三分之一，強度在千噸以上的特大型突出就有69次。另據有關資料，全國國有重點煤礦626處礦井中，煤與瓦斯突出礦井占49.5%；至20世紀末，全國煤礦已發(fā)生煤與瓦斯突出10萬余次。僅1984～1995年間，因煤與瓦斯突出造成經濟損失約100億元。煤與瓦斯突出的強大力可推翻礦車，掀翻巨石，破壞井巷支架，再成沖擊氣浪等，還可以引起爆炸、火災和人員中毒、窒息等造成人員傷亡。7.2煤與瓦斯爆炸煤礦瓦斯爆炸常釀成井毀人忘的惡性事故，如1990～1994年間，僅河南省地方煤礦死亡3人以上的瓦斯事故就達數十起，死亡總人數占各類死亡事故死亡總人數的25.8%。1996年，平頂山十礦的瓦斯爆炸，導致84名礦工死亡。山西省煤炭多，各類小煤窯的數量也多，再加上井下工作設施的不先進、井巷的通風條件不好，煤與瓦斯爆炸的事故時常發(fā)生，且危害性也很大，焦點訪談也時有報道。例1991年4月21日，洪洞縣三交河煤礦瓦斯煤塵爆炸，造成147人死亡。再如，2003年3月24日，呂梁地區(qū)孝義市驛馬鄉(xiāng)孟南莊煤炭發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，造成52名礦工遇難，另有20名礦工生死不明，而且這20名生死不明礦工，生還的希望渺茫。

8煤礦礦震煤礦礦震是礦震類型中最多的一種，所造成的損失亦相當嚴重。據不完全統計，我國已有北京門頭溝、吉林遼源、貴州化處、山西大同等煤礦和遼寧北票、山東陶棗、湖南漣邵等煤田55余座煤礦發(fā)生礦震或具備發(fā)生地震的潛在危險。煤礦礦震具震源淺，又處于礦山這種特殊條件下，地面上的建筑物會遭到損失，井下設施也會受到嚴重破壞，還會引起人員傷亡和驚恐。如1977～1991年間，山東陶莊煤礦發(fā)生破壞性礦震180余次，摧毀巷道3000余米，死亡90人。山西大同煤礦地處大同向斜，該構造的兩端深部積累了相當高的彈性能，若巖石在不斷地變化過程之中，由于某種原因導致應力減弱時，局部地段就可能出現彈性恢復現象，發(fā)生方向相反的回彈旋扭運動，抑制大同煤礦礦震頻繁發(fā)生，造成嚴重危害。9煤礦開采對水資源的破壞我國煤礦區(qū)70%缺水，40%嚴重缺水，水資源十分匱乏。有些礦區(qū)飲用水定時定量供給，連上井后洗澡水也無法保證。但是，僅全國重點煤礦每年從礦井排出的水就有4Nt之多，這些水除少量被處置利用外，約80%白白浪費掉，不僅浪費水資源、交納數量可觀的排污費，而且未經處理的有害礦井水外排，還污染水資源。至于眾多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地方煤礦，幾乎沒有水質處理設施，水資源浪費更為嚴重。山西省特殊的自然地理環(huán)境和水文氣象條件是造成地區(qū)范圍內水資源嚴重短缺的客觀原因，而大規(guī)模能源基地建設和高耗能、高耗水產業(yè)的迅速發(fā)展進一步加劇了水資源的供需矛盾，這種局面在相當長的一段時間內顯然是無法逆轉的。山西省煤炭的大規(guī)模、大面積、高強度開發(fā)是造成水資源短缺的重要原因。煤炭資源的大規(guī)模開發(fā)，不可避免地對山西的自然生態(tài)狀況產生極大的擾動，特別是對全省區(qū)域范圍內的水文地質環(huán)境產生極為明顯的不可逆作用，從而嚴重破壞了地下水資源的自然賦存條件，使本來就已經十分緊張的區(qū)域水資源供需矛盾更加尖銳，對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展產生深刻而廣泛的影響。9.1水資源趨勢性減少采煤區(qū)水資源的減少是一個非常普遍的問題。據晉中1998年調查,國有礦噸煤排水量1.07m3,地方礦噸煤排水量1.34m3,鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦噸煤排水量1.64m3，村辦及個體礦噸煤排水量1.78m3,其它噸煤排水量2.2m3。地下水位下降引發(fā)地質環(huán)境的變化，使工農業(yè)生產、房屋建筑、水利工程、生活供水設施遭到破壞。原有的水澆地變成了旱地，為了生活，人們不得不耗巨資打深層井，無庸置疑的是，這樣將加重企業(yè)和農民的負擔?？梢詮囊韵聝蓚€方面來進一步說明：9.1.1對地表水的破壞由于煤礦開采后，采空區(qū)面積不斷擴大，導致地表水與礦坑水發(fā)生水力聯系，地表水滲入地下或礦坑，因而，地表徑流減少，地表水量降低。如，在太原市西山煤田西山礦區(qū)南部的風峪溝流域，以前風峪溝中上游大部分常年有水的河段，現已變?yōu)榧竟?jié)性河段，僅在其中下游接納大量礦坑排水后才恢復常年水流。9.1.2對地下水的破壞從靜儲量來說：煤層開采后由于頂板的冒落，使采空區(qū)上覆含水層遭到破壞，原來儲存于含水層的水在短時間內排空，這部分水被稱為靜水量。該量為一個與含水層本身特征有關，為固定量，對其破壞是一次性的。地下水儲水量的破壞對砂巖含水層、灰?guī)r含水層的影響是永久的、不可恢復的；而該含水層恰是山西農村人畜供水的主要含水層位。其結果造成水位下降、水井干涸，人畜無水可飲，樹木枯死，土地荒蕪。靜水量的減少還引起了地面沉降，對礦區(qū)人民的住宅造成了一定程度的影響，由于地面沉降，房屋的墻上出現裂縫，有的房屋整體傾斜，這種情況在山西礦區(qū)很普遍；還有地下水減少引起城市沉降，基礎設施遭到破壞；不過最重要的還是引起水資源枯竭。太原市西山礦區(qū)人們飲水相當困難，吃水得去其他的地方拉，有的時候拉一車水需要一天的時間，因為此類礦區(qū)很多，所以必須排隊。拉回之后大家再買，每天就定量那么一點水，嚴重影響人體健康。各個煤礦住宅區(qū)的水源枯竭，都只留下一個個枯井，

從動儲量來說在含水層遭破壞后，礦井涌水量迅速增大，然后隨著時間的延長，排水量逐漸趨于穩(wěn)定，這個相對穩(wěn)定量稱為動儲量。它與地形、構造、降水量、煤層埋深及采煤方法有關，該量為一變量，其破壞也是永久性的。由于開采對上覆含水層破壞后使含水層變?yōu)橥杆畬?，降水入滲的水量不能存于含水層中，而滲入礦坑，使水受到污染，人畜不能飲用。采煤排水一方面導致裂隙水大量疏干排出，地下水位下降。另一方面，在部分區(qū)域與地表水發(fā)生水力聯系，地表水不斷滲入地下或礦坑，形成開采后礦坑連續(xù)不斷的排水，地下水補、徑、排關系發(fā)生變化，億萬年所形成的地下水與地表水的動態(tài)平衡和時空分布被打破。如大同十里河、懷仁小峪河、陽泉桃河、晉城流域等，近年來地表徑流急劇減少，水庫存儲量大幅下降，流域灌溉系統大面積遭到破壞廢棄。經本次5430個礦井普查，全省采煤破壞的地下水動儲量為71370m3/h，共影響井泉3218個，水利工程433處，造成1678個村鎮(zhèn)81.27萬大牲畜飲用水困難，97802畝水澆地變成旱田。由以上可知，水資源供需緊張的局面將會持續(xù)存在。據預測，2005年，全省水資源需求總量為81.32億m3,而供水量僅能達到68億m3,缺口為13.32億m3。目前，全省地下水供給量占總供給量的63.53%，隨著煤炭開采對地下水資源的進一步破壞、地下水的過量開采等原因，2010年，全省地下水資源的供給量將由2005年的40.9億m3下降到40.2億m3。9.2煤礦區(qū)的水污染在礦井開采抽排水及洗選煤過程中，大量的、被污染的水被排放棄。這些水污染地表水和地下水，污染土壤，抑制農作物生長。礦井水中的有害物質進入水源和農作物中，通過食物鏈進入人體，損害礦區(qū)居民身體健康，甚至導致嚴重的地方病。山西省陽泉礦區(qū)缺水嚴重，區(qū)內唯一的主干河——桃河及各條支流均受嚴重污染，地方煤礦選煤水、礦區(qū)醫(yī)院未經處理的大量含菌和含病毒的污水、鋼鐵廠的高爐煤氣洗滌水和一些村辦電鍍廠的廢水，也排入桃河，使桃河成為陽泉的總排污渠。在奧陶系灰?guī)r裸露區(qū)，受污染水沿裂隙和地質漏斗補給奧灰造成地下水污染。桃河周圍的幾十眼淺層水井全部污染，嚴重影響人體健康。近幾年礦區(qū)職工中患胃癌病187人，死亡146人；患食道癌339人，死亡246人；患腸癌病39人，死亡22人；患肝癌病81人，死亡58人。食道癌的發(fā)病率居全國第二位。10沖擊地壓沖擊地壓是指井下圍巖在高應力作用下，突然破壞，引起劇烈地震，伴有大量煤巖塊拋出的一種礦壓現象。它是自然地質作用于開采工程共同作用的結果，是煤礦日常生產中常見的一種地質災害，也是煤礦生產中傷亡人數最多的災害。據統計，我國煤礦平均每十年加深100m，而隨著采深的增加，沖擊地壓發(fā)生的頻率和強度增大，沖擊地壓發(fā)生的頻率和強度增大。沖擊地壓的能量釋放是瞬時的，因此常伴有強烈的誘發(fā)地震，可導致頂板冒落，巷道彎曲，工作面堵塞，直接危及礦山的生產安全。我國的大同，開灤，撫順，北京，徐州等大礦區(qū)都已受到沖擊地壓的威脅。11煤炭開采對土地資源的破壞采煤在嚴重干擾和破壞水資源的同時，也對土地資源造成不同程度的損害，其中尤以大型礦井的破壞為甚。據不完全統計，目前全省各類煤礦開采總面積為1210.2平方千米，地表塌陷面積達464.14平方千米。在其塌陷范圍內，對地面地質環(huán)境、房屋建筑、水利交通等工程設施都造成了極大的破壞。全省共有5693間房屋、40座水庫、189處提水站、79.37萬米管道、43.57萬米水渠受到破壞；36.3萬畝耕地、9181畝園地、6510畝林地受到不同程度的損害。以上僅限于土地塌陷這一項，若包括礦井占用土地、煤矸石、棄石占用土地、再包括礦物淋溶降水、礦物粉塵等對周圍土地的污染，全省礦區(qū)土地破壞面積則高達7560平方千米，且每年以50平方千米的速度遞增，山西是全國礦區(qū)土地破壞最嚴重的省份。

12煤炭開采的經濟效應由于山西省煤炭資源開發(fā)的大規(guī)模、大面積、高強度性，煤炭工業(yè)在山西經濟發(fā)展中的特殊性，其進一步開發(fā)不可避免地對全省宏觀經濟運行也將產生多方面的影響。煤炭開采的成本明顯升高，市場競爭壓力增大。隨著煤炭開采深度的逐步延伸，山西省煤炭開發(fā)的條件將會進一步惡化，成本將逐漸提高，而深層提排水成本、污水處理成本以及設施運行成本的升高，無疑將會明顯改變煤炭開采的成本結構，使山西煤炭產品的市場價格競爭力受到一定程度影響，煤炭企業(yè)的利潤將會進一步減少，企業(yè)發(fā)展的困難會進一步增大。采煤造成的損失非常大，治理煤礦地質災害的費用亦很大，一些工程設施的投資建用等，使山西省的經濟發(fā)展受到很大程度的制約。根據全省目前水資源供需形勢，按前20年全省水利建設年均投資增長率計算，預計到2010年，全省水利設施的固定資產投資總額將會達到158億元，占全省當年固定資產投資總額的9.28%，占全省當年GDP的比重為4.38%。對山西省這樣一個經濟發(fā)展增長速度緩慢、人民生活水平低下、財政收支十分困難的省來講，這無疑是一個巨大的負擔。例如，2004年5月16日，山西引黃工程北干線可研報告通過審查，這次引黃工程就投資了巨額資金。4煤礦地質災害的演化與發(fā)展隨著煤炭工業(yè)的進一步發(fā)展，煤礦地質災害有以下的發(fā)展趨勢：1地面沉降和地下水位下降進一步發(fā)展為滿足礦區(qū)農業(yè)生產和居民生活用水的需求，涉取地下水量將大幅度增加，遂造成煤層開采迭加在一起的地面塌陷的增加和地下水位下降，而且隨著礦區(qū)經濟發(fā)展的加快，無疑會增大對地下水的開采，地面沉降和地下水位下降在短時間內很難得到解決，且又有進一步加劇的趨勢。2大氣污染短期難以治理我國煤礦分散的狀況在世界上幾乎是獨一無二的，煤礦開采對環(huán)境的影響范圍非常廣。煤礦的主要產品—煤炭是我國能源的主體，因產品質量較低，仍以原煤為主，加之其開采、堆積、洗選、運輸、利用等各環(huán)節(jié)排放出有害氣體和粉塵，是大氣污染嚴重的原因之一。

3水資源環(huán)境的威脅進一步加大水是寶貴資源。我國人均占有水量只有世界人均占有水量的1/4，就煤炭行業(yè)來說，全國有70%的礦區(qū)面臨缺水，其中有40%嚴重缺水。然而，我國礦井排水造成的水資源浪費現象卻十分突出。全國每年因采煤排出的地下水資源約2.2Gm3,大體相當于100座十三陵水庫。同時，作為基礎行業(yè)，煤炭的污染比較嚴重，“三廢”排放量逐年增加清潔生產工程措施不力，礦井廢水，煤矸石堆放中的有害成分，不斷進入地表水體，進而向地下水體入滲，成為地表水體、地下水體的污染源。近年水資源浪費和水資源污染的防治任務十分艱巨，將成為礦區(qū)水資源環(huán)境的潛在威脅，水資源將嚴重制約我國煤炭行業(yè)的發(fā)展。4煤礦區(qū)地貌環(huán)境變異出現大幅度增長趨勢我國煤矸石的利用率僅為40%，尚有大量煤矸石棄置堆放，而且隨著煤炭生產進行，矸石（露天礦為剝離巖土）堆放量不斷增加，地貌景觀發(fā)生變化，礦區(qū)土地資源不堪重負。我國煤田分布區(qū)大多為山地、丘陵地區(qū)，煤炭生產龐大的工業(yè)系統，加上礦區(qū)鐵路、公路建設，火電資源開發(fā)，煤氣輸送工程將有大幅度增加態(tài)勢，人類經濟-工程活動強度加大，因而山體邊坡穩(wěn)定性將顯著減弱，滑坡、泥石流及水土流失作用增加是必然趨勢。

5水土流失及沙漠化日趨嚴重據有關資料，以秦嶺-大別山為界，中國北部地區(qū)煤炭儲量/資源量有6567.57億t，占全國查證資源量的90.7%，且集中分布于晉陜蒙三省區(qū)，隨著西部大開發(fā)的實施，這些地區(qū)將是本世紀煤炭工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重地。但是，這些地區(qū)普遍存在水資源嚴重不足，水土流失、土地沙漠化現象嚴重。準格爾煤田、神府煤田、東勝煤田已面臨著沙漠覆蓋的危險。因此，水土流失和沙漠化將是今后煤炭工業(yè)發(fā)展中的主要地質災害類型。6廢棄礦井環(huán)境地質災害6.1廢棄礦井潛在災害閉礦后，礦區(qū)物質如巖體、煤體、水及氣體與環(huán)境相互作用，相互影響，發(fā)生物理化學等反映，有可能生成潛在災害主要體現在以下幾個方面：

巖體：矸石山滑坡、巖土分化、水土流失、沙塵暴、植被破壞等老巷道及老采道積水污染、變形、沉陷、坍塌、甚至發(fā)生誘發(fā)地震。

煤體：老巷道、老采場、殘留煤柱、矸石山殘煤等發(fā)生氧化自燃，形成有害氣體，如：CO、CH4、SO2等。

水：由于采礦的進行，水系發(fā)生變化，不僅水位可能下降，還可能改道，同時與巖體煤體相互作用，導致水質污染。

氣體：各種原因導致殘煤自燃，形成有害氣體，污染環(huán)境，同時地下洞室由于殘煤自燃、瓦斯溢出等可燃氣體聚集到一定程度，遇到明火會發(fā)生爆炸事故。6.2閉礦后潛在災害誘發(fā)因素

礦區(qū)變形

閉礦后地層變形有可能仍在繼續(xù)。如在城市、鄉(xiāng)下開采，市區(qū)街道、建筑物就會因為不均勻沉降而繼續(xù)發(fā)生破裂、坍塌等。如在農田、山林下開采，農田下沉、裂縫、積水、坍塌、水位下降、山體滑坡、植被破壞等。

礦區(qū)水系惡化

一是由于礦區(qū)抽排水；二是由于采礦引起斷層、使地下水位改路短道。

礦區(qū)地震

閉礦后礦區(qū)地震可分為兩類：一是人工誘發(fā)地震，二是

天然地震。閉礦后巖層結構弱化，老采空區(qū)仍存在大面積懸頂，如遇強烈擾動，就會發(fā)生大面積突然冒頂，亦即誘發(fā)地震。

礦區(qū)殘煤自燃

由于自燃可生成有害氣體污染環(huán)境。

礦區(qū)水土流失

由于礦區(qū)環(huán)境系統比較脆弱，使水土流失、礦區(qū)旱災、溫室效應、礦區(qū)沙漠化、礦區(qū)沙塵暴等災害時有發(fā)生。

5煤礦地質災害鏈分析

通過前面幾章節(jié)的分析，對煤礦地質災害有了較為系統地認識，在這一章中，詳細分析一下煤礦地質災害的衍生性，即煤礦地質災害鏈。所謂煤礦地質災害鏈是指由于煤礦開采或煤礦開采與自然地質作用復合引起的，危及礦區(qū)人類生存環(huán)境，造成一定損失或潛在威脅的，在時間、空間上相互制約的一系列有生成聯系的地質災害事件的總和。

根據地質災害鏈內各災種彼此之間的成因聯系，一般可將其劃分為因果鏈和同源鏈。1因果鏈這種鏈就是這一災害為下一災害造成誘發(fā)條件或其本身轉化為另一災害。如頂板冒落地面塌陷，地裂縫斜坡失穩(wěn)。2同源鏈這種鏈是一系列災害的相繼發(fā)生與某一因素有關。如崩塌、滑坡、泥石流的發(fā)生。煤礦地質災害鏈是以因果鏈為主。同其它災害鏈一樣，它具有下列性質：

災害的鏈式反應；

增多、增強的放大作用（對致害體、破壞作用及其時空域、各種損失），并使次生災害發(fā)生的概率增加；更加多樣，復雜，難預報，難防治；規(guī)模大，危害更重。根據災害地貌鏈所形成的結構，還可將災害地貌鏈分為串聯型災害鏈、并聯型災害鏈和混聯型災害鏈。3串聯型災害鏈

其實質就足上述的因果鏈，也即是災害鏈中各災害的發(fā)生有明確的先后順序，各災種發(fā)生時間有先后，并且空間上各災害發(fā)生一般不共存。4并聯型災害鏈

災種之間為相互影響的關系，各災種發(fā)不存在先后關系，并且在空間上可以共存，因此不存在原生災害與次生災害之區(qū)分。5混聯型災害鏈顧名思義，即是由具有串聯關系、并聯關系的各災種混合在一起所構成的災害地貌鏈，也稱復合鏈。按照災害地貌鏈中原生災害向次生災害轉化的快慢，可分為緩發(fā)型災害鏈與急發(fā)型災害鏈。原生災害在生成過中就伴隨有次生災害的發(fā)生

，或原生災害剛一停止，次生災害就接踵而來，如在一次特大暴雨中，大量崩塌、滑坡物質由于水量充分，在其運動過程中，旋即轉化為泥石流;高山地區(qū)發(fā)生了山崩，運動的大量固體可能使水庫下游決口，并可能使水庫下游發(fā)生一場泥石流。以上兩例中，原生災害向次生災害轉化速度非常快，故稱急發(fā)型災害鏈。緩發(fā)型災害鏈中，原生災害向次生災害轉化必須經過一定時間的物質、能量等的積累，待時機條件成熟時，才能向次生災害轉化。比如某地崩塌、滑坡隨時發(fā)生，積累了大量的松散堆積物，經過一段時間后來了一場暴雨，堆積物質在充分的水源條件下才轉化為泥石流。從煤礦地質災害幾個例子的具體研究與災害鏈的分析，煤礦開發(fā)過程中的各種地質災害的生成、分布和發(fā)展與開采活動在空間上、時間上表現出環(huán)環(huán)相扣，相互制約的鏈狀關系。致災效應則顯示出重疊性、穿插性、一致性和滯后性，各種地質災害互為因果，相互制約或兩種作用疊加下擴大災情，最終導致地質環(huán)境的破壞，改變礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。借助于煤礦地質災害鏈，我們可以預測煤礦開采引起的地質災害類型、形式及破壞程度；研究并預測礦區(qū)工程穩(wěn)定性和邊坡重力災害以及水土流失、誘發(fā)地震等災害事件的關聯度及災害度；研究礦區(qū)自然地質作用與工程地質作用的關系。根據礦區(qū)不同的地質環(huán)境狀況，有針對性地提出減災，防災措施，抑制災害群、災害鏈的出現，減輕地質災害發(fā)生后釀成的重大損失，達到減少投入、治其根本和防患于未然的目的。6地質災害與可持續(xù)發(fā)展

1地質災害與可持續(xù)發(fā)展概述

可持續(xù)發(fā)展是指以控制人口、節(jié)約資源、保護環(huán)境為條件，使經濟發(fā)展同人口增長、資源利用及環(huán)境保護相適應，實現資源、環(huán)境的承受能力與經濟社會發(fā)展相協調。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是21世紀經濟發(fā)展的主題，人口與資源是一個國家最基本的國情，協調好壞，直接關系著國家的命運。在發(fā)展國民經濟的同時，要保護自然資源和改善生態(tài)環(huán)境，以實現長期、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。地質災害是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略體系中不可缺少的研究內容，它在對可持續(xù)發(fā)展評價指標體系中占有重要地位。地質災害防治工作要努力實現從過去分散的、被動應急的狀況，向有組織、專門化、主動性的狀況轉變。到2005年，使人為誘發(fā)的地質災害日益突出的趨勢得到有效控制；到2015年，基本改變我國地質災害日趨嚴重局面，使我國地質災害發(fā)生率和損失量有明顯降低。2地質災害對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展影響的評價地質災害在對可持續(xù)發(fā)展評價指標體系中占有重要的地位。我們建立指標的指標體系是在參考原有的各項指標的基礎上，進一步系統、深化、擴展、延伸，形成的以地質災害——區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為中心的指標體系。地質災害對區(qū)域可持續(xù)影響評價的基本方法是在地質災害危險性分析、評價區(qū)域社會經濟易災性分析與減災能力分析的基礎上，針對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的條件和能力，通過地質災害現實破壞程度與長遠危害程度的綜合評價完成的。采用建立的指標體系和方法，以省（市、自治區(qū)）為單元，對中國地質災害對區(qū)域社會經濟可持續(xù)發(fā)展影響進行了實驗性評價，根據評價結果，我省屬于中度影響省區(qū)。而我省的地質災害主要是采煤誘發(fā)的地質災害。3防治對策與建議現在，我們依據地質災害對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展影響程度的評價以及社會科學和自然科學相互交叉的觀點，討論一下采煤誘發(fā)的地質災害的防治對策以及防災減災所應采取的一些措施。地質災害在成因上具備自然演化和人為誘發(fā)的雙重性，從某種意義上說，地質災害是一個具有社會屬性的問題，因此，地質災害的防治不僅是預防、躲避和工程治理，在高層次的社會意識上，更表現為努力提高人類自身素質，普及防災、避災和報災的知識，提高公眾意識，通過制定公共政策或政府立法約束公眾的行為，自覺地保護地質環(huán)境，從而達到避免或減少地質災害的目的。采煤誘發(fā)的地質災害對自然環(huán)境和社會環(huán)境均造成了極大的危害。因此，地質災害的防治成為當前的主要任務。我們應在因地制宜的基礎上，探索積極可行的防治對策。根據山西省的實際情況，本著“預防為主，治理與避讓相結合”的方針，建議采取限制人類工程經濟活動、合理規(guī)劃城鎮(zhèn)建設的政策措施及工程治理、生物治理、避讓和預報等措施。

3.1政策措施3.1.1法律政策應加強煤炭開采的管理，禁止小煤礦濫挖亂采。近年來，村辦、聯辦、個體辦的小煤窯大量涌現。有些地區(qū)對小煤窯管理不當，出現大量無證開采礦井。這些小煤礦均分布在煤層埋深小的地段，越層越界亂采濫挖，給國營大礦的生產布局和井巷安全造成嚴重威脅，浪費了寶貴的煤炭資源。小煤礦開采的無規(guī)律性，導致地質災害發(fā)生的無規(guī)律性，給預防和治理增加了困難。有關部門應堅決執(zhí)行《中華人民共和國煤炭法》，進行同意規(guī)劃，減輕地質災害的危害。3.1.2科技政策地質災害防治工程的技術規(guī)范、要求或指南要服從于科技政策，而不是追求純科技意義上的“高、精、尖”。防治災害并不直接產生效益，只能減輕損失，因此，要追求最低的投入，最好的工程效果，從而實現減災即是增產。因此，科技研究成就最終體現為全社會思想觀念的轉變，即走向自覺保護和合理開發(fā)地質生態(tài)環(huán)境，從而最大限度的實現減災目標，取得巨大的減災效益。3.1.3公眾政策政策法規(guī)的制訂必須考慮到損失者和受益者雙方的責任和權益，要把普及防災、避災和報災知識，提高公眾意識置于等同于甚至高于直接實施工程治理的地位。其中政府的