煤礦地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題與治理恢復(fù)技術(shù)研究

金立濤

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)，寧夏 銀川 750021）

生態(tài)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其中由于煤炭開(kāi)采導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題較嚴(yán)重，因此，需要構(gòu)建穩(wěn)定、全面且高效的環(huán)境治理恢復(fù)技術(shù)[1-2]。但是現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)際治理效果不佳，容易出現(xiàn)關(guān)聯(lián)污染、資源枯竭等問(wèn)題[3-4]?；诖耍Y(jié)合寧夏石嘴山煤礦的實(shí)際情況，針對(duì)存在的有害物質(zhì)擴(kuò)散和生態(tài)環(huán)境遭到破壞等問(wèn)題，設(shè)計(jì)更加全面、系統(tǒng)的環(huán)境治理恢復(fù)方案，以更加靈活、多元化的形式解決不同區(qū)域的煤礦地質(zhì)問(wèn)題，降低治理的關(guān)聯(lián)損害，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的循環(huán)治理，營(yíng)造綠色的可持續(xù)發(fā)展道路。

1 煤礦地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題簡(jiǎn)述

寧夏石嘴山煤礦工程是大型的礦產(chǎn)開(kāi)采工程，其所處位置較為特殊，工程的底部面積為214 m2。為了便于開(kāi)采，在側(cè)向兩部分構(gòu)建兩級(jí)削坡，上部的階高度約28 m，下部的截面高度為12 m，設(shè)定的坡比為1:2.3。煤礦開(kāi)采的深度約為25 m，坡腳高度約14 m。同時(shí)，煤礦開(kāi)采區(qū)域植被覆蓋率高，坡面多種植紫花苜蓿，平臺(tái)栽植刺槐、紫穗槐、紫花苜蓿等植物。距離邊坡10 m 處設(shè)有一道天溝，為開(kāi)采的水源控流基礎(chǔ)設(shè)置，采用內(nèi)空1.2 m×0.5 m 的斷面構(gòu)建漿砌片關(guān)聯(lián)墻。

在開(kāi)采的過(guò)程中，對(duì)煤礦附近的環(huán)境造成了極大的消極影響。由于開(kāi)采設(shè)備較大，對(duì)地表的壓力增加，造成有害物質(zhì)不斷移動(dòng)擴(kuò)散，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，地表水源循環(huán)狀態(tài)也逐漸混亂。煤礦開(kāi)采過(guò)程中所產(chǎn)生的煤礦地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題如下。

1.1 有害物質(zhì)移動(dòng)擴(kuò)散

寧夏石嘴山煤礦開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)用大型、重型設(shè)備，設(shè)備移動(dòng)過(guò)程中對(duì)地表甚至地質(zhì)造成破壞[5]。煤礦開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生較多的有害物質(zhì)，其中最多的是煤矸石，其有害物質(zhì)密度低，在外力作用下極易擴(kuò)散或移動(dòng)。該區(qū)域有害物質(zhì)出現(xiàn)輕微擴(kuò)散，對(duì)周邊的環(huán)境已經(jīng)造成破壞[6]。

1.2 破壞生態(tài)環(huán)境

寧夏石嘴山煤礦開(kāi)采區(qū)域，由于采礦過(guò)程中產(chǎn)生的廢料較多，雖然集中處理，但是處理效果不佳，導(dǎo)致有毒有害物質(zhì)滲透到土壤中，植被覆蓋面積迅速減少，原生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。

1.3 地表水資源循環(huán)狀態(tài)混亂

抽排礦井水及巖層縫隙水的移動(dòng)會(huì)給地表同流向的水源較大的壓力。該礦區(qū)地表水的流動(dòng)方向發(fā)生巨大變化，初始的循環(huán)路徑發(fā)生改變，這也造成了煤礦的活動(dòng)區(qū)域地表水流失以及水位下降等問(wèn)題的出現(xiàn)。煤層自燃以及土體流失加重地表水源循環(huán)狀態(tài)混亂等問(wèn)題。

2 治理恢復(fù)技術(shù)

2.1 布設(shè)監(jiān)測(cè)裝置

在寧夏石嘴山煤礦研究區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)裝置[7]，需要?jiǎng)澏ㄖ卫淼膮^(qū)域?yàn)榭煽刂茀^(qū)域，根據(jù)實(shí)際問(wèn)題，設(shè)定對(duì)應(yīng)數(shù)量的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并由平臺(tái)統(tǒng)一控制，分類監(jiān)控礦區(qū)地面塌陷、裂縫擴(kuò)大、水位異常等問(wèn)題。在監(jiān)控區(qū)域設(shè)立警示牌，在控制平臺(tái)中分類設(shè)定標(biāo)記，由專人負(fù)責(zé)監(jiān)管控制[8]。

2.2 礦區(qū)疏水排導(dǎo)

礦區(qū)的疏水排導(dǎo)也是治理技術(shù)的主要部分。根據(jù)礦區(qū)的地勢(shì)以及覆蓋面積，預(yù)估區(qū)域內(nèi)的水源總量，結(jié)合回填采空區(qū)的填充情況，對(duì)礦區(qū)的地表水進(jìn)行處理?？梢越⑴潘疁锨?，計(jì)算具體的深度，如公式（1）：

式中：H表示排水溝渠深度；d表示標(biāo)高距離，mm；f表示邊坡角的隔水層厚度，mm。依據(jù)上述深度公式得出排水溝渠道深度為163 mm。修建排水溝渠，在溝渠的側(cè)向修建隔水層，其作用是分化過(guò)量的水資源，避免出現(xiàn)溝渠覆蓋的問(wèn)題。觀察地下水的排導(dǎo)情況，并對(duì)污水作分割排放，完成礦區(qū)疏水的排導(dǎo)處理。

2.3 削坡卸載雙向治理

在完成礦區(qū)疏水排導(dǎo)之后，需要采用削坡卸載雙向治理的模式進(jìn)一步優(yōu)化完善整體的治理架構(gòu)。根據(jù)寧夏石嘴山煤礦研究區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，制定煤礦區(qū)的邊坡處理方案。部分煤礦開(kāi)采工程處于大型邊坡區(qū)域，對(duì)環(huán)境的恢復(fù)治理難度高，因此，采用削坡卸載模式測(cè)定煤礦開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，根據(jù)測(cè)定的數(shù)值，計(jì)算削坡卸載的治理比例，如公式（2）：

式中：M表示削坡卸載的治理比例；D表示削坡傾斜值，mm；r表示雙向水平形變距離，mm；h表示雙向均衡系數(shù)，mm。根據(jù)公式得出削坡卸載的治理比例為0.4。根據(jù)劃定比例，對(duì)治理恢復(fù)的邊坡削定。同時(shí)，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的情況下，在治理區(qū)域種植植被，固定周期之后，核定植被覆蓋率，并在塌陷區(qū)將土壤與種植的草種混合填充在塌陷位置。延長(zhǎng)橫截坡長(zhǎng)，采用修建白牛邊坡的形式來(lái)搭建漿砌水泥支護(hù)，完成削坡卸載的雙向治理。

2.4 周期性覆蓋回位實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)

采用周期性覆蓋回位的方式，實(shí)現(xiàn)寧夏石嘴山煤礦研究區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)。部分區(qū)域在治理后的效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期，同時(shí)，植被由于外部因素壞死，影響治理恢復(fù)效果。因此，定期排查治理區(qū)域問(wèn)題，在一定的周期之內(nèi)，重置治理區(qū)域進(jìn)行植被綠化，栽植刺槐、紫穗槐等植物，不斷擴(kuò)大植被覆蓋面積，高效地實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)目標(biāo)。

3 治理效果分析

寧夏石嘴山煤礦研究區(qū)域應(yīng)用本文方法后，采空區(qū)等研究區(qū)域利用砂質(zhì)土壤進(jìn)行填充，并在塌陷區(qū)域附近設(shè)立警示牌，加強(qiáng)礦山監(jiān)測(cè)，建立關(guān)聯(lián)墻體，將施工區(qū)域與其他區(qū)域隔離劃定。隨著工程的實(shí)施，塌陷的深度發(fā)生變化，根據(jù)實(shí)際的情況，通過(guò)生物植樹(shù)、種草，增加植被覆蓋率以及綠化面積，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，降低破壞程度。設(shè)定治理時(shí)間為6個(gè)月，分析區(qū)域的綠化比，綠化比值越高，表明本文方法的有效性越高，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)例分析結(jié)果表

根據(jù)表1 可知，經(jīng)過(guò)一系列的處理和恢復(fù)治理后，三個(gè)區(qū)域的綠化比均達(dá)到了90%以上，表明經(jīng)過(guò)治理恢復(fù)技術(shù)的輔助，煤礦開(kāi)采工程區(qū)域的治理恢復(fù)效果相對(duì)較好，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

煤炭開(kāi)采是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，在處理過(guò)程中對(duì)于地質(zhì)的破壞也同樣是一個(gè)長(zhǎng)期形成的問(wèn)題。地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題具有面積廣、危害大、治理不易等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的環(huán)境治理恢復(fù)模式相對(duì)單一，處理效果并不明顯。因此，設(shè)計(jì)優(yōu)化治理恢復(fù)技術(shù)，主要措施為布設(shè)監(jiān)測(cè)裝置、礦區(qū)疏水排導(dǎo)和周期性覆蓋回位實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)等，該技術(shù)更加多元化，治理的面積更加廣泛，恢復(fù)路徑更為嚴(yán)密，有效減少問(wèn)題的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。