含煤的地質環境是什麼
A. 含煤岩系地質特徵
晚三疊世是四川盆地由海相剋拉通盆地向陸相盆地轉變的過渡時期，自下而上由海相馬鞍塘組(T3m)、海陸交互相小塘子組含煤岩系(T3t)和以陸相為主的須家河組含煤岩系(T3x)組成了由海相→海陸交替相→陸相退覆式含煤岩系沉積序列，地層厚度東薄西厚，從100m(川東奉節)～＞3750m(川西什邡)(圖10-1)。
(據西南石油地質局李劍波等，2010)
另一種意見是川西區須家河組一段—五段與川中區香溪群一段—五段逐一對應，香溪群六段在川西缺失或被剝蝕(表10-2)。
表10-2 川西與川中上三疊統地層對比方案之二
(據西南油田分公司張健等，2006)
分歧起因於對四川盆地晚三疊世發展演化歷史認識的不同，對龍門山造山帶在晚三疊世構造發展演化歷史認識的不同，主要分歧是四川盆地晚三疊世從大陸周緣盆地演化為類前陸盆地的時間是「須下盆」還是「須上盆」?
雖然地層對比劃分方案的不同，影響對盆地上三疊統岩相古地理重建、沉積體系的展布及有利相帶的預測，也制約了盆地油氣運聚規律與資源評價研究。但是，對於四川盆地晚三疊世構造、沉積發展演化歷史總特點是從大陸周緣沉積開始，逐步發展演化為類前陸型湖沼退覆型含煤岩系沉積旋迴，上三疊統沉積厚度從川東(100～500m)向川中—川北(600～1000m)至川西逐漸增厚，在川中西斜坡至龍門山前緣厚度急劇增大(從1000m至＞3750m)(圖10-7)，這一總體特徵認識一致。
圖10-7 川西地區龍門山前南段上三疊統沉積剖面模式圖
(據楊躍明等，2009)
地層劃分的分歧並沒有影響對四川盆地上三疊統煤成氣勘探進程，近十幾年來四川盆地以上三疊統為主要氣源的煤成氣勘探在川西及川中-川北地區都取得了較大進展。為了迴避地層劃分對比問題，本文在論述四川盆地須家河組煤成氣總特徵的基礎上，分別論述川西及川中富煤成氣凹陷特點。
B. 山西煤礦山地質環境調查現狀與思考
郭振中1,2裴捍華2黃衛星2楊親民2
（1中國地質大學水資源與環境工程學院，北京，100083；2山西省地質調查院，太原，030001）
摘要本文通過對山西六大煤田與煤礦山環境地質問題現狀的概略介紹，對目前調查中存在的問題及今後所應開展的工作，提出了幾點思考。對礦山環境地質綜合評價問題，筆者認為應將對各類煤礦山環境地質問題的分析從專業角度向社會經濟方面延伸，並以後者作為統一綜合對比的結合點，同時提出了應開展採煤造成地應力改變影響岩溶水、採煤引起土地沙化、各類保安煤柱計算及移動角實測、煤礦山環境地質模式、各類煤礦山環境地質模型建立方法的研究工作。
關鍵詞煤礦山環境地質調查思考
1山西煤田概況
山西含煤建造主要以晚古生界石炭繫上統太原組和二疊系下統山西組為主，分布於全省各煤田，煤炭儲量佔全省總儲量98%，開采潛力巨大；其次為中生界侏羅系大同組，分布於大同煤田及寧武煤田北部地區，其儲量約佔全省的1.6%，可採煤層已所剩無幾；第三為新生界第三系含煤建造，分布於繁峙、垣曲等地，儲量不多。按煤田沉積環境、地質構造特徵、煤質變質規律等綜合因素，山西自北向南主要分布大同、寧武、西山、霍西、沁水、河東六大煤田，煤礦山環境地質問題也多發於此，其他地區的小型煤田，問題較少且程度較輕。六大煤田基本情況見表1。
表1山西六大煤田基本情況統計表
2山西煤礦山環境地質問題現狀
據統計資料，山西省煤礦目前采動面積約5500km2。造成的環境地質問題，據2002年10月山西省地質調查院提交的《山西省重點地區礦山生態環境地質調查評價報告》，在調查的大同、寧武、西山、霍西、沁水（含太原東山、陽泉、潞安、晉城四大礦區）五大煤田內，主要地質災害為開采沉陷、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。各類環境地質問題情況見表2。
表2各類環境地質問題情況統計表
3山西煤礦山環境地質調查工作思考
山西是我國北方地質災害的多發省，同時也是煤礦山環境地質問題最嚴重的省，然而由於種種原因，山西煤礦山環境地質問題調查工作自1990年以後才逐步引起重視，且在1999年以前開展的工作大多是由於環境地質問題造成矛盾糾紛後，為甲乙雙方進行協調或為訴諸法律案件提供依據而開展的點上調查。代表性有限，整體規律不強，難以宏觀確定山西煤礦山環境地質問題的整體規模、程度大小、損失多少，難以分析確定不同地質環境、不同開采礦種、不同開采層位、不同開采方式下產生的不同環境地質問題模式。山西省環境地質總站1999年提交的大同礦區地質災害調查報告、2000年12月提交的山西省1∶50萬環境地質調查報告及山西省地質調查院2002年6月完成的山西省重點地區礦山生態環境地質綜合調查評價（1∶25萬）工作，揭開了山西煤礦山環境地質問題調查工作的新序幕。
山西省1∶50萬環境地質調查根據災害程度將山西省環境地質問題分為強、中、弱及不發育四個大區、34個亞區，用定性分析法進行了分區評價預測。山西省重點地區礦山生態環境地質綜合調查評價（1∶25萬）依據實際調查的地面塌陷、地裂縫、房屋裂縫、固體廢棄物、崩塌、滑坡、泥石流、煤層自燃8類煤礦山環境地質問題數量按2km×2km單元格進行災種分布統計，進行數字化疊加分析，採用襲擾系數法進行礦山生態環境地質綜合評價；確定重點地區生態環境地質破壞面積為1925km2，其中嚴重破壞面積562km2，中等破壞面積696km2，輕微破壞面積667km2；據各礦山2010年前生產計劃及國家十五規劃，將各礦區生態環境地質發展趨勢分為惡化區、恢復區及自然狀態區；評價及預測分別在1∶10萬圖件上按2km×2km單元格進行。
上述兩項目及近年來開展的部分礦區大比例尺環境地質調查、1∶5萬縣（市）地質災害調查與區劃等工作，為山西省煤礦山環境地質問題宏觀規律的總結、形成模式的建立、防治對策的提出積累了資料、打下了基礎。對目前調查中存在的問題及今後所應開展的工作，筆者提出如下思考。
3.1礦山環境地質綜合評價問題
礦山環境地質綜合評價是以各類環境地質問題的強度規模、活動次數、分布密度、損失大小等為標志的，這些要素決定了環境地質問題的破壞強度、發生次數、危害范圍，是進行綜合評價、確定損失程度的關鍵因素。然而不同種類的煤礦山環境地質問題，危險性要素標志是不一致的，當礦山存在多類環境地質問題時，進行礦山環境地質綜合評價，各類問題權重的定權難題就突現出來，而這一權重又與礦山開采礦種、地質環境、開采規模、開采層位、開采方式等密切相關，具多樣性、復雜性、不確定性，這就使得不同部門、不同地區、不同時間甚至不同部門在同一地區開展的礦山環境地質綜合評價難以對比，給政府部門制定治災減災防災預案、方案帶來諸多不便。盡管近些年來不少學者和研究機構提出了一些建議，但迄今尚未形成統一的點、面或區域礦山環境地質要素綜合評價方法，這是我們今後開展此類工作所應解決的首要問題，應盡快建立相應規范或要求。
目前各類環境地質問題權重的定權方法主要有專家打分法、調查統計法、序列綜合法、公式法、數理統計法、層次分析法、復雜程度分析法等；礦山環境地質綜合評價方法主要有專家確定法、工程類比法、因子得分法、襲攏系數法、概率統計法、聚類分析法等；這些都是對評價環境地質問題的危險性而言的，專業性較強，不同評價方法及結果難以綜合對比。筆者認為應將對各類礦山環境地質問題的分析從專業角度向社會經濟方面延伸，並以後者為統一綜合對比的結合點。要論證這些問題對人類、城鎮、建築、交通、土地、水源、農作物、植被等產生的破壞效應，進而確定具體的災害受災體，再依據國家相關標准對受災體的損毀等級及價值損失率等進行確定，最後從經濟角度對礦山環境地質問題破壞損失進行評價。對一些只進行過區域調查難以確定災害點數、危害范圍的區域評價，可用環境地質問題危害強度指數（危險性指數×易損性指數）法進行評價。以其大小或強弱作為礦山環境地質問題受災程度的劃分標准，就能做到統一標准、綜合對比。總之要將礦山環境地質問題的危險性分析與易損性分析有機結合，以其破壞損失（經濟價值）或危害強度評價為目標開展工作。
3.2採煤—地應力—岩溶水關系問題
煤礦開采對於當地地層而言，相當於人工卸荷，採煤後采空區周邊一定范圍內地應力勢必發生變化，地應力的改變對在碳酸鹽岩裂隙、溶隙（孔、洞）中運移的岩溶地下水來講，不可能不產生影響。首先在水動力場中正常運移的岩溶地下水，由於地應力改變，岩溶水的運移速度及方向必然產生變化；其次煤礦開采、地應力改變，造成裂隙發育，加強了煤系地層與下伏奧陶系岩溶層的聯系，對帶壓采區，採煤排水量增加，使得岩溶水資源減少加快；對無壓采區，煤系地層地下水滲漏使得岩溶水資源遭受污染。我們過去的工作，地應力實測資料極少，對這方面的研究尚屬空白，今後應加強。要研究地應力改變影響岩溶水運移的模式及機理，研究山西省煤礦開采產生地應力改變對岩溶水的影響程度。
3.3採煤引起土地沙化問題
露天煤礦開采，剝離上覆岩土層及植被，必然造成土地沙化；地下煤礦采空區形成的地面塌陷、地裂縫，往往將土層中的細顆粒物質帶入深部地下，使上部土地逐漸沙化，在耕地區還伴隨著跑肥現象，這是採用一般復墾手段難以恢復的。這些煤礦山環境地質問題的形成模式、危害程度、評價方法、防治措施？是我們以往調查工作忽視或不重視的，也是我們今後應注意研究的課題。
3.4保安煤柱留設計算問題
山西煤礦絕大多數分布在溝壑縱橫的丘陵山區，這就使得開採煤層采空區上部的荷載分布很不均勻，而以往及目前使用的《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中計算保安煤柱的關鍵參數移動角（上山、下山及走向三方向）的實測值山西各大礦區多未開展，只是陽泉一、二、三、四礦及太原西山西曲、官地、鎮城底、西銘礦進行過實測，代表性有限，故山西許多保安煤柱的計算具有先天不足，一是因為移動角多為引用，二是因為計算公式對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上部，易形成剪切作用，從而使其產生的煤礦山環境地質問題表現形式、災害程度與荷載分布均勻或不同分布不均的采空區上部有所不同，這就是山西許多煤礦企業已按國家相關要求預留了保安煤柱，但在煤礦開采過程中，仍就在保護區內產生開采沉陷、地裂縫及房屋等裂縫的主要原因之一。今後應加強此方面的研究。
3.5環境地質問題模式確定問題
山西地質構造條件復雜，由於各煤礦所處地質環境、開採煤層、開采規模、開采方式各不相同，且上覆地層的岩性、厚度也因地而異，故造成煤礦山環境地質問題的程度和模式是有較大差異的。如大同礦區，由於侏羅系大同組煤層頂板堅硬、性脆、抗壓強度高，采空區穩定時間難以預計，當礦柱支承條件不夠時，往往發生一次性冒落地震，危害極大；在潞安礦區，由於開採煤層山西組、太原組頂板的硬度相對較軟，且地表較平，往往形成漸進式大於采空區的地面沉陷，穩定時間也相對較易預測；分布在山區的煤礦，由於上部荷載分布不均，往往造成保安煤柱內的煤礦山環境地質問題。應在開展1∶25萬礦山環境地質調查等的基礎上，進行1∶10萬～1∶5萬甚至更大比例尺的調查，綜合研究，確定各礦區環境地質問題模式，這對煤礦山環境地質問題的整治與預防是非常必要的。
3.6分析預測模型建立問題
單項煤礦山環境地質問題分析預測模型的建立對掌握災害發展趨勢、開展災害預警預報以及為政府部門制定減災防災預案、進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。《山西省重點地區礦山生態環境地質綜合調查評價》項目運用三維可視化滲流軟體——Visual Modflow，建立了符合平朔安家嶺煤礦礦井水的可視化三維滲流模型並進行了模擬預報；其他項目在受中央領導關注的長治崔蒙礦區、太原西山礦區等地也建立了相應模型。模型的建立要在地質災害模式確定的基礎上進行，應用空間信息系統，從三維角度對災害體進行研究，再與長期觀測資料結合，進行模擬，最終用於預警預報。目前用於採煤影響地下水方面建模的軟體較多，如GMS、Peflow、Modflow等，而用於採煤造成開采沉陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等方面的軟體極少，今後應加強研製。
參考文獻
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C. 什麼是地質環境
地質環境： 自然環境的一種，指由岩石圈、水圈和大氣圈組成的環境系統。專在長期的地質歷史演化的屬過程中，岩石圈和水圈之間、岩石圈和大氣圈之間、大氣圈和水圈之間進行物質遷移和能量轉換，組成了一個相對平衡的開放系統。人類和其他生物依賴地質環境生存發展，同時，人類和其他生物又不斷改變著地質環境。
D. 中國主要含煤-含氣(油)盆地煤成氣(油)前景評價綜述
據新一輪全國油氣資源評價(2007)，中國煤成氣資源量超過24.5×1012m3，其中，類前陸型盆地約占煤成氣資源總量的30%～35%，煤成氣的前景最好，還有一定數量的煤成油；以陸緣裂(斷)陷型盆地為主[含陸內裂(斷)陷型]約占煤成氣資源總量的25%～30%，演化程度比較適中，一些盆地中還有煤成油；克拉通內坳陷型盆地約占煤成氣資源總量的20%～25%，主要分布在鄂爾多斯盆地及四川盆地；陸內坳陷型盆地主要分布在四川盆地及柴達木盆地三湖區，約占煤成氣資源總量的5%～10%。
總結中國煤成氣(油)資源分布的地質特徵及其勘探成果，將中國含煤-含氣(油)盆地的煤成氣前景歸為5類。
第一類：中、西部類前陸型含煤-含氣(油)盆地、海域陸緣斷陷型含煤-含氣(油)盆地
主要包括塔里木盆地庫車坳陷、四川盆地川西坳陷、鶯瓊盆地(含南海北部深水區)、東海盆地西湖凹陷和基隆凹陷，還有準噶爾盆地准南、塔西南坳陷、柴達木盆地北緣侏羅系以及准噶爾盆地北部石炭系。其特點是：①含煤岩系厚度大，有機質類型較好、豐度高，以深凹式富煤成氣凹陷為主，煤成氣資源分布比較集中，資源豐度較高；②儲集類型有常規儲層和非常規儲層，但常規儲層比較發育；③煤成氣主要向古隆起區和古斜坡區運聚，運聚型式類型較多，有內儲式、近儲式和跨儲式，以近儲式為主；④喜馬拉雅期構造運動影響顯著，成藏模式類型以超晚期生聚型、晚生晚聚型為主，還有早生晚定型；⑤以各類構造圈閉或構造-岩性圈閉為主；⑥主成藏期相對較短，以快速生烴成藏為主；⑦氣藏儲量豐度普遍相對較高；⑧氣藏分布具有成排、成帶分布特點，煤成氣勘探潛力較大。
第二類：克拉通內坳陷型含煤-含氣(油)盆地
此類主要分布在鄂爾多斯盆地石炭系—二疊系和四川盆地上二疊統為氣源的含氣系統。其特點是：①含煤岩系分布廣而穩定，是廣覆式富煤成氣凹陷主要發育區；②生儲蓋層大面積分布，儲層以各類緻密儲層為主；③煤成氣主要向古隆起區及其斜坡區運聚，但運聚強度不高，運聚型式以內儲式和近儲式為主；④生烴成藏持續時間較長，但也受喜馬拉雅期構造運動影響，屬早生早聚型和早聚晚定型；⑤氣藏圈閉類型有構造圈閉和岩性類圈閉，但岩性類圈閉比較重要；⑥該類含煤-含氣(油)盆地雖然是中國目前獲得煤成氣儲量最多的盆地，也是目前仍然可以找到更多大型和特大型煤成氣田的盆地類型，但是，廣覆式富煤成氣凹陷、緻密儲層和岩性圈閉為主的特點，一般情況下缺乏高充注的地質條件等因素時，煤成氣資源豐度總體偏低，技術可采和經濟可采儲量比例相對較低。
第三類：陸內坳陷型含煤-含氣(油)盆地
此類含煤-含氣(油)盆地包括四川盆地大川中區上三疊統、鄂爾多斯盆地侏羅紀含煤盆地、塔里木盆地台盆區侏羅系、准噶爾盆地中部侏羅系以及柴達木盆地三湖區新生界。目前煤成氣田主要分布在四川盆地川中區及柴達木盆地三湖區。其特點是：①沉積環境及岩性組合特點與克拉內坳陷型含煤-含氣(油)盆地有相似之處，構造地質環境相對比較穩定，構造低平，煤成氣運聚以內儲式為主；②雖然在大川中區和三湖區發現了多個大型煤成氣田，但在其他盆地煤成氣的勘探前景相對較小。
第四類：陸內裂(斷)陷型含煤-含氣(油)盆地
此類含煤-含氣(油)盆地主要分布在松遼盆地深部。特點是：①具斷陷特徵，含煤斷陷面積較小；②含煤斷陷數量多，含煤岩系厚度大，其上廣泛覆蓋有巨厚坳陷層、保存條件普遍較好的斷陷含煤盆地都有可能轉化成為含氣(油)盆地；③沉積環境比較復雜，構造活動比較頻繁，主要由含煤岩系源岩與所夾火山岩組成特殊的生儲組合，地質情況及成藏主控因素比較復雜，非均質性強，並且可能有無機成因氣混入，增大了勘探難度。
第五類：古生代含煤岩系中具有二次生烴條件的地區以及山間斷陷型含煤-含氣(油)盆地
主要包括渤海灣盆地以及東部其他新生代坳陷內具有二次生烴條件的地區，華北盆地中南部的沁水向斜、黃口、沈丘、倪丘集凹陷，中國南方的中、下揚子區、湘滇黔桂等區，以及天山等造山帶內、三江斷褶帶內眾多新生代小型含煤盆地。其中，臨清、濟陽、黃驊、冀中等新生代坳(凹)陷，具有二次生烴條件，煤成氣前景較好，形成了文留等多個煤成氣田。其他盆地地質條件復雜，雖也有形成煤成氣田的地質條件，如焉耆山間斷陷盆地小的煤成油氣田，景谷殘留盆地的低熟油，但地質條件決定了只能形成小型、超小型煤成油氣田、煤成生物氣田。
綜上所述，以第一類最好，中、西部類前陸型含煤-含氣(油)盆地煤成氣的勘探前景最好，海域的陸緣斷陷型含煤-含氣(油)盆地的勘探領域最廣，潛力最大。第二類和第三類是目前可以獲得大煤成氣田的有利區，但是儲量豐度總體偏低。第四類有煤成氣前景，值得重視，但多數斷陷較小、與火山機構相關特殊的儲蓋組合以及可能有無機氣的混入等特殊的地質因素，增加了勘探和找尋大型氣田的難度，需要進一步深入研究與探索。第五類只能立足於以尋找中、小型煤成氣田為主，不宜列為未來的主攻方向。在未來中國煤成氣勘探中，應特別重視第一類和第二類含煤盆地的煤成氣勘探。
近年來的煤成氣勘探成果證實了中國煤成氣有待勘探的領域很廣，勘探目標較多，資源潛力巨大。與其他成因類型(海相油型氣、湖相油型氣)天然氣相比較，與含煤岩系相關的天然氣仍然是中國近期可以發現更多大型氣田最有希望的領域。因此，繼續深化煤成氣地質理論研究，繼續加強煤成氣勘探，是確保未來10～20年，乃至更長時期，中國天然氣工業持續、快速發展的關鍵。
E. 煤炭開發中的主要環境地質問題
西北地區煤炭開采區主要分布在黃土高原的陝西韓城—銅川—彬長—黃陵等渭北煤田區、陝西神府及內蒙古東勝煤田區，甘肅平涼華亭、阿干鎮、窯街煤田區，寧夏靈武、石嘴山、石炭井煤田區，內蒙古烏達、海勃灣、包頭石拐煤田區，新疆的烏魯木齊、哈密三道嶺煤田區等。
總體而言，西北地區煤礦開采引發的環境地質問題十分嚴重，是所有礦產工業類型中礦山環境地質問題最為嚴重的一種類型。地下開采和露天開采對礦區地質環境影響方式和程度不同，以地下採煤導致的環境地質問題最為嚴重。西北地區煤礦以地下開采為主，其產量約占煤炭產量的96%，主要環境地質問題見表3-7。煤礦開採的環境地質問題示意圖見圖3-3。
表3-7 煤炭開採的主要環境地質問題
圖3-3 煤礦開采環境地質問題示意圖
露頭煤及淺部煤層採用露天開采，改變了原有的地形地貌：高陡邊坡誘發滑坡(①)，外排土矸場占壓土地(②)，廢渣堆積溝坡上，暴雨誘發形成滑坡(①)和泥石流(③)地質災害。煤層采空區(④、⑤)上方地裂縫(⑥)會造成建築物開裂、農田被毀，稍深部煤層采空區上方發生地面塌陷(⑦)，耕地被毀，村莊搬遷。煤矸石堆積占壓土地的同時，矸石山粉塵及自燃(⑧)產生的有毒有害氣體、風井排出的沼氣、二氧化碳等污染大氣環境(⑨)，危及人類健康。露天礦排矸場及煤矸石淋溶水造成地表水土(⑩)及農作物污染，下滲造成地下水及岩溶水污染(
3.4.2.1 煤矸石壓占土地
煤矸石是採煤和選煤過程中的廢棄物，通常占煤礦產量的12%～20%，是煤礦最主要的固體廢棄物，主要危害是堆積壓占土地破壞植被。陝西黃陵店頭地處黃土高原地帶，小流域地區的森林植被良好，但是部分煤礦排放的煤矸石堆積在山坡上，壓佔了生長良好的雜木林。陝西韓城下峪口黃河灘濕地蘆葦茂密，生態環境良好，但是該礦排放的煤矸石填灘造地，破壞了黃河濕地生態資源與環境。
3.4.2.2 對水資源的影響
產於鄂爾多斯盆地周邊的石炭-二疊系中的煤田，其下部是奧陶系石灰岩，上部為侏羅系砂泥岩，屬乾旱盆地嚴重缺水地區。礦井疏干排水導致地下水均衡系統破壞，地表水水量減少，地下水位下降。煤礦酸性及高礦化度的井水造成地下水污染，加劇了水資源危機。新疆烏魯木齊市六道灣煤礦煤系地層傾角67°～78°，開采後形成自上而下的采空區塌陷和裂縫帶，造成水資源流失的環境破壞。煤炭資源大面積連續開采，造成了難以恢復的地下水破壞，同時導致地表河流流量銳減，生態環境破壞。1997年以來，陝西神府煤田開發區的不少河流斷流，如2000年窟野河斷流75d，2001年斷流106d。由於煤礦采空區裂縫遍布，最寬達2m多，局部地區地面下降2～3m，導致原流量達7344m3/d的雙溝河已完全乾枯，26.67ha水田變為旱地，楊樹等植被大片枯死。
3.4.2.3 崩塌、滑坡、泥石流
露天礦山高陡邊坡開挖或堆積在斜坡體上的采礦廢渣因暴雨、地面塌陷、地裂縫等原因引發崩塌、滑坡。煤礦區滑坡主要發生在露天礦、黃土高原以及山地礦山。如新疆哈密三道嶺露天煤礦1967、1983 和1999年先後三次發生較大規模的滑坡，造成礦區運輸中斷，直接經濟損失上百萬元。內蒙古包頭石拐礦區由於採煤使地下采空區面積增大，近幾年滑坡活動加劇，目前滑坡體東西長100～370m，南北寬600餘m，面積約16×104m2，體積約400×104m3。從1979年至今已毀壞民房及其他建築物達5000m2，堵塞了通往五當召旅遊點的道路600m，造成經濟損失約400萬元。紅旗山出現了多組東西向寬約0.1～1.5m、南北走向長約100～300m的地裂縫，危及山腳下677戶1947人的生命財產安全。
陝西韓城象山煤礦因地下採煤及渠道滲水等原因，引起山體蠕滑，直接威脅坑口電廠——韓城電廠主廠房的安全，為此付出了上億元的防治費用。陝西彬縣百子溝煤礦地下採煤采空區上方岩層垮落、下沉，使地表斜坡失去平衡導致1995年7月6日的黃土滑坡，滑距約30m，180×104m3土方量堵塞河道形成堰塞湖。滑坡將礦部三座大樓整體向前推移5～7m，樓房牆壁出現裂縫，地板鼓起，地基被毀。由於事先的預報准確，所幸無人員傷亡。1991年8月9日，陝西銅川金華山煤礦西側黃土塬邊由於地下採煤引起崩塌、滑坡，土方量達1050×104m3，將坡腳處的西龍村埋沒，大片良田被毀，損失巨大。
陝西銅川焦坪、王石凹、李家塔、金華山、桃園等煤礦均發生過嚴重的滑坡，銅川礦區有中等以上規模滑坡1000多處，銅川市區有154處，崩塌體361處。陝蒙神府—東勝礦區地處乾旱半乾旱地帶，植被覆蓋率低，土壤風蝕、水蝕交錯，岩層結構疏鬆，易風化，自然災害頻繁，生態環境十分脆弱。20世紀80年代以來煤田大面積開采，采礦廢石及排土亂堆亂放，沿山坡開挖加大了地面坡度。礦區人為泥石流均分布在河道兩側，泥石流直接注入河床，使河床過水斷面縮小，行洪能力降低，即使中等水深洪水，也能造成很大災害。1989年7月21日，礦區上游突降暴雨，3h降雨120mm，在烏蘭木倫河形成含沙量高達1360kg/m3的泥石流，淤平坑井11處和露天礦坑9處，其中馬家塔露天礦被淹沒，泥沙淤積15×104m3，沖毀兩岸礦堤1870m、水澆地600畝、路基擋牆60m，導致鐵軌懸空，中斷行車一月之久，經濟損失2000多萬元。
3.4.2.4 地面塌陷和地裂縫
地下開采形成的地面塌陷、地裂縫造成耕地破壞、公路塌陷、鐵軌扭曲、建築物裂縫，以及窪地積水沿裂隙下滲引發礦井透水等事故。在乾旱地區由於地表水系受到破壞，導致礦區生產、生活以及農業用水發生困難。同時，還可誘發山體開裂形成滑坡。
地面塌陷和地裂縫在大中型地下開採的煤礦區最為普遍，災害也最為嚴重。如新疆的六道灣煤礦，甘肅的華亭、窯街、阿干鎮、王家山等煤礦，寧夏的石嘴山、石炭井煤礦和陝西的渭北韓城—銅川以及神府—東勝煤田礦區。
調查資料表明，在579座各種類型的礦山中，有115座礦山存在地面塌陷，塌陷面積達20236km2。其中非煤礦山10座，僅佔8.70%；而煤礦山有105座，占塌陷礦山的91.30%。根據塌陷面積及嚴重程度，大於10km2的極差級別礦山8座，佔8%；1～10km2差級別礦山 37座，占 35%；0.1～1km2中等級別礦山 37座，占 35%；小於0.1km2較好級別礦山23座，佔22%。
煤礦區的地面塌陷最為嚴重，這是因為煤層厚度較金屬礦體穩定，分布范圍大，煤層產狀較平緩，採煤形成的采空區較金屬礦山要大得多，並且上覆岩層多為松軟的頁岩、粉砂岩及泥質岩層。煤礦地面塌陷和地裂縫的范圍及深度與採煤方法、工作面開采面積、采區回採率以及煤層產狀等多種因素有關。一般而言，在其他因素相同的條件下，充分采動(用長壁工作面全部垮落法採煤時)比非充分采動(條帶部分冒落法採煤)引起的地面塌陷影響范圍及深度要大。而煤層采厚越大，傾角越小，埋深愈淺，開采面積越大，地面塌陷、裂縫影響范圍及深度也越大。地表最大下沉量W可用公式估算：W=qMcosα。
式中：q為下沉系數，全部冒落採煤法 q=0.70～0.90，條帶部分冒落採煤法 q=0.02～0.30；M為煤層法線厚度；α為煤層傾角。
當采深與采厚之比小於20時，地表常發生劇烈變形，此比值大到一定程度後塌陷消失。榆林神府礦區大砭窯煤礦開采5＃煤層，煤層厚4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日礦井上方發生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。有關資料指出，塌陷面積與開采面積之比平均值為1.2，塌陷容積與開采體積之比平均值為0.6～0.7。當采深較大時，地面、地表裂縫則較少。當采深H ＞(100～150)m，或 F=H/M≥20(M 為煤層厚度)時，地表移動和變形在時間和空間上呈明顯連續，不出現地裂縫。
根據煤炭工業「九五」環境保護計劃，2000年全國(除西北地區，下同)煤礦地面塌陷面積為182.20km2，復墾面積為48.40km2，復墾率為26.6%。西北地區煤礦地面塌陷面積為35.76km2，復墾面積為 4.40km2，復墾率為12.3%，比同期全國平均值低54.9%。2000年西北地區煤炭產量達8994×104t，萬噸煤塌陷面積為0.31ha，比全國萬噸煤塌陷面積均值0.20ha高55%，而復墾率低51.5%。可見，西北地區煤礦地下開采塌陷區的防治工作應加緊加快。
烏魯木齊市六道灣煤礦距友好商貿中心僅1.5km，該礦煤層傾角67°～78°，屬急傾斜煤層，50年來，地下不同開采水平分段放頂煤採煤後，由於上位頂煤和覆蓋層的周期性塌陷斷裂，出現與煤層走向一致的條帶狀塌陷深坑，深度達40～50m，並在塌陷坑兩側形成平行裂縫，造成了連續性的地面塌陷凹槽、地裂縫和塌陷坑。塌陷區目前僅作為烏魯木齊市城市工業垃圾的填埋場所，在其虛土表面又不斷產生新的塌陷深坑和地裂縫，3km2的土地不能開發利用，迫使市政設施建設不得不繞道而行，成為烏魯木齊城市建設發展的死角。
寧夏石嘴山市石嘴山煤礦開采面積為5.15km2，而塌陷面積已達6.97km2，是其開采面積的135%，形成深達8～20m的地表塌陷凹地，部分地段的裂縫寬達1m。礦區鐵路運輸基地高出塌陷區10～20m，使得礦山企業每年用於鐵路的墊路費高達100萬元，穿越礦區的109國道被迫改道。
陝西省煤礦采空區地面塌陷總面積約115km2(表3-8)，主要分布於渭北及陝北煤礦區，陝南秦巴山地區僅有零星分布。其中銅川市老礦區因開采較早，地面塌陷比較嚴重，到1999年底，據不完全統計其地面塌陷為63.82km2，佔到全省煤礦區地面塌陷區的55.38%，其中80%為耕地。而神木縣近幾年煤礦開發力度不斷增大，加之煤層埋藏較淺，地面塌陷面積增大，截至2001年，該縣鄉鎮煤礦造成地面塌陷達5.32km2。
表3-8 陝西省煤礦區地面塌陷
陝西省渭北煤田的銅川、黃陵、合陽、白水、韓城各礦區，陝北神府煤田的大柳塔、大砭窯、洋桃瑁、沙川溝、劉占溝、新民礦等礦區，均出現有不同程度的地面塌陷、地裂縫及山體滑坡，造成大面積的農田被毀、房屋開裂、鐵軌扭曲、公路塌陷、礦井涌水等。2001年7月特大暴雨使黃陵店頭陝煤建五處礦區倉村三組的1.2km2耕地發生地面塌陷、地裂縫，地裂縫最寬達15m，塌陷落差達7.45m，60%耕地已無法復墾，農田撂荒，預計經濟損失達270萬元。2000年4月，中央電視台《焦點訪談》對陝西銅川市王益區黃堡鎮黑池塬鄉鎮煤礦地下開采造成的村民窯洞開裂、耕地被毀進行了曝光。陝西白水縣縣辦煤礦開采導致白水縣火車站候車室出現裂縫、鐵軌下沉、廣場地面鼓包。陝西渭北煤田地表水平拉伸變形值達到0.8～2.2mm/m時出現地裂縫，裂縫寬300～700mm，深度達5～15m。銅川煤礦區地裂縫有5400餘條，以王石凹煤礦為例，在1：5000 的地形圖上填繪的裂縫就有70多條，總長度近7000餘米。20世紀90年代，甘肅窯街煤礦區礦井地面佔地598.1ha，地面塌陷20處，共計443.54ha，地面塌陷面積比80年代擴大了48.4%，每年以14.47ha的速度擴大，10年間因塌陷引起的特大型山體滑坡等災難性地質事故數起。80年代造成水土流失面積449～550ha，90年代達到663～720ha。甘肅靖遠王家山煤礦1995年8月兩次洪水攜帶泥石流從地面裂縫湧入井下，造成多人傷亡。
陝西神木大柳塔煤礦區1997年以後形成采空區，1998年前後產生地面塌陷和地裂縫。大柳塔礦區采空區約為 3.9km2，總面積約 5.8km2，產生地裂縫的總面積約5.45km2。大柳塔活雞兔井采空區面積過大，造成大面積地面塌陷，其中205工作面塌陷區寬0.3km，長為3km，面積為0.9km2，共發現16條地表裂縫，沿整個工作面呈斷續分布，裂縫寬5～60cm，間距2～8m。206 工作面塌陷區寬0.3km，長為3.5km，面積為1.05km2，共發現 5條裂縫，裂縫寬 5～60cm，間距 5m 左右。207 工作面塌陷區寬0.3km，長為1.5km，面積為0.45km2，是整體陷落，其中裂縫十分發育，共發現5條，寬5～30cm，間距10m左右。從神東礦區大柳塔、補連塔和榆家梁3個礦井實測資料可知，其萬噸煤地面塌陷面積為0.35～0.42ha，比全國萬噸煤地面塌陷面積0.2ha幾乎高出1倍，主要原因是煤層埋藏淺(61～110m)，煤層厚(3.4～5.0m)。
3.4.2.5 水土流失
據水利部1992年統計，西部地區輕度以上的水土流失面積為104.07×104km2，佔全國水土流失面積的58.01%。水土流失導致的土壤侵蝕是生態環境惡化的重要因素。在黃土區、黃土與沙漠過渡區，礦區發生水土流失的可能性最大。據陝西銅川、韓城、神府煤礦區有關環境報告資料預測，陝西神府—內蒙古東勝礦區平均侵蝕模數按1.21×104t/km2·a、面積按3024km2計算，年土壤侵蝕量為3659.04×104t；准噶爾礦區平均侵蝕模數按1.30×104t/km2·a、面積按1365km2計算，年土壤侵蝕量為1774.5×104t。據幾個礦區開發前後不同時期的遙感資料以及河流、庫壩、泥沙資料綜合分析和計算表明，煤礦開采後水土流失量一般為開采前的2倍左右。陝西黃陵礦區建礦前土壤侵蝕模數為500t/km2·a，建礦5年後，土壤侵蝕模數已達1000 t/km2·a。甘肅的窯街、阿干鎮、靖遠煤礦區，寧夏的石嘴山、石炭井煤礦區，陝蒙神府-內蒙古東勝煤礦區水土流失十分嚴重。內蒙古的烏達等煤礦區，侵蝕模數達10000～30000t/km2·a，是開采前水土流失量的3.0～4.5 倍。這不僅破壞了生態環境，還直接威脅礦區安全。例如，陝西神木中雞煤礦由於礦渣傾入河道，占據河床2/3的面積，1984年8月雨季時河水受阻迴流，造成特大淹井事故。
3.4.2.6 土地沙化
煤炭開采造成的地面塌陷破壞了淺層地下水系統均衡，因地下水位下降使部分地區的塌陷區植被枯死，形成或加劇土地沙漠化。露天煤礦、交通及天然氣管道工程建設佔用大量耕地，破壞植被，使部分原已固定和半固定的沙丘活化。戈壁沙漠區煤礦廢渣的堆放、風化加劇了土地沙化。
陝西神府煤田礦區的大規模開發以及地方、個體開發沿河溝兩岸亂挖濫采，破壞植被，導致沙土裸露，加劇了水土流失和土地沙化。自20世紀80年代中期開發以來，毀壞耕地666.7ha，堆放廢渣超過6000×104t，破壞植被4946.7ha，增加入黃泥沙量達2019×104t。據「神府東勝礦區環境影響報告書」預測，若不採取必要的防沙措施，在礦區生產能力達到3000×104t規模時，將新增沙漠化面積129.64km2，煤礦開發導致的沙漠化面積為自然發展產生沙漠化面積的1.53倍，新增入河泥沙量480×104t，比現有條件下進河泥沙量增加13.7%。
3.4.2.7 水土環境污染
煤礦水污染源主要是煤礦開采外排的礦井水、洗(選)煤水以及煤矸石淋濾水。據有關文獻，莫斯科近郊煤田礦井地質環境的研究表明，距矸石堆底部50～60m遠的土壤中，每100g土壤中鐵含量達146～160mg，鋁含量達11～19mg，分別超過允許值的3～4和1.5倍，土壤被毒化。
長期以來，由於技術水平所限和認識不足，礦井水被當作水害加以防治，礦井水被白白排掉而未加以綜合利用和保護。2000年西北地區國有礦井煤產量3785×104t，平均噸煤排水量1.3t，其他礦井煤產量5209×104t，平均噸煤排水量0.324t。西北地區的煤礦主要位於乾旱、半乾旱地區，礦區水資源匱乏，毫無節制的排水不僅大大破壞了地下水資源，增加了噸煤成本，而且還導致地面塌陷、地下水資源流失、水質惡化，還可能造成地下突然涌水淹井事故的產生。
煤礦礦井水多屬酸性水，未加處理直接排放，加劇了乾旱地區礦山用水危機。陝西、寧夏、內蒙古部分礦井水pH值均小於6，陝西銅川李家塔礦井水pH值為3。酸性礦井水直接排放會破壞河流水生生物的生存環境，抑制礦區植被生長。甘肅、寧夏、內蒙古西部、新疆大部分礦井及陝西中部和東部等礦井水是高礦化度水，一般礦化度均大於1000mg/L，其中甘肅靖遠大部分礦井水礦化度在4000mg/L以上，尤其是王家山礦高達15000mg/L以上。
2002年7月在陝西渭北煤礦區的一些礦務局調查時發現，陝西白水縣個別礦山存在將坑道廢水直接排入地下岩溶裂隙的現象，導致岩溶水污染，此問題應引起有關部門的高度重視，應盡快採取措施保護岩溶水，使地下水資源不受污染。
F. 煤地質學的成煤環境
1、沼澤的概念
沼澤是地表土壤充分濕潤、季節性或長期積水，叢生著喜濕性植物的低窪地段。形成泥炭層堆積的沼澤稱泥炭沼澤。它既不是真正的陸地，也不是水體，而是介於二者之間的過渡狀態。
2、泥炭的形成與積累
植物死亡後，經生物化學作用分解、合成和聚積，當有機物堆積量超過分解量時，才會形成泥炭層。泥炭沼澤垂直剖面分三層：表層（氧化環境）、中間層（過渡海景）、底層（還原環境）。
3、植物殘骸的堆積方式
以原地堆積為主，少數是異地堆積。具有工業可采意義的煤層大都是原地堆積。
泥炭沼澤
1、泥炭沼澤的類型
根據泥炭沼澤的表面形態、水源補給、營養和植被特徵，可以分為三種類型：
①低位泥炭沼澤
低位泥炭沼澤潛水位較高，水源補給充足、營養豐富、植被茂盛。易堆積泥炭層。
②高位泥炭沼澤
高位泥炭沼澤潛水位較低，水源補給主要依靠降水，營養差，多為草本和苔蘚，不利於泥炭層形成。
③中位泥炭沼澤
中位泥炭沼澤的狀態介於上述二者之間。
2、泥炭沼澤的發育地段
①濱海平原。具有低位泥炭沼澤發育環境。
②內陸的河流、湖泊。
③山地和高原地段。
3、泥炭沼澤形成的方式
①水域轉化為泥炭沼澤，又包括三種模式：
淺水緩岸湖轉化為泥炭沼澤，植物生長類型具有分帶現象，在泥炭形成過程中，湖水不斷淤淺，植物類型也相應推移。
深水陡岸湖轉化為泥炭沼澤，浮游植物死亡後，沉入湖底，轉化為泥炭。
河流轉化為泥炭沼澤，類似淺水緩岸湖轉化模式。
②陸地沼澤化
地面上封閉的窪地可能形成沼澤。
第四節 泥炭的主要組成及性質
1、泥炭的化學組成
泥炭中除了含有大量的水分外，還包括有機質和礦物質。
①有機質。包括植物殘體和腐植質。
泥炭有機質含量是指有機質占泥炭干物質總量的百分比。我國泥炭以草本泥炭為主，有機質含量佔60%左右。
有機質中，C：55%，O：35%，H：6%，N：2%，S：0.3%
在泥炭有機質中，以稀鹼溶液提取的物質稱為腐植酸，是泥炭的特徵組分，腐植酸不是單一化合物，而是由分子大小不同、結構也不同的羥基芳香羧酸組成的混合物。
②礦物質
泥炭中的礦物質主要來源於風、水流挾帶的礦物質通過沉積作用，轉化為泥炭的組分。常見的礦物質有石英、次生粘土礦物。元素以硅為主，其次是鐵、鋁、鈣、鎂，礦物質的另一來源是植物本身。
2、泥炭的物理化學性質
①分解度：是指植物殘體由於腐解作用失去細胞結構物質的相對含量，或者是泥炭中無定形腐植質佔有機質的百分含量。
②含水性
有濕度和持水量兩種表示方法。泥炭濕度是指泥炭中水分佔泥炭總重的百分比。持水量是指泥炭中水分佔泥炭干物質重量的百分比。
③泥炭的比重和容重
泥炭的比重一般為1.4左右，蘚類泥炭較輕，木本泥炭和草本泥炭偏重。無量綱。
泥炭在自然狀態下的容重稱濕容重，乾燥後的容重稱干容重。單位是g/cm
④結構和顏色
泥炭結構疏鬆多孔，力學穩定性差。苔蘚泥炭呈海綿狀，草本泥炭呈纖維狀，木本泥炭為碎塊狀。
泥炭的顏色與植物、分解度和礦物質有關。例如，苔蘚泥炭呈黃色，分解轉變為腐植質呈黑色，含藍鐵礦呈藍色，含菱鐵礦呈淺綠色。
⑤泥炭的可燃性
泥炭具有可燃性，用發熱量表示。我國泥炭發熱量多在10-12MJ/Kg。
3、泥炭的類型
根據植物的組成，泥炭分為草本泥炭、木本泥炭和蘚類泥炭。 泥炭類型 灰分含量 分解能力 酸鹼度 含水量 顏色 彈性 草本泥炭 較高 較強 微酸鹼性 較少 暗 較差 木本泥炭 較低 較弱 少 紅褐色 差 蘚類泥炭 低 弱 酸性 高 淡 強 第二章 第一節 泥炭化作用
1、泥炭化的生物化學變化可分為兩個階段：生物化學分解和生物化學合成。
①植物殘骸中的有機化合物經氧化分解、水解，轉化為簡單的化學性質活潑的化合物。
②分解產物之間合成較穩定的有機化合物，如腐植酸、瀝青質。形成腐植酸的過程或作用稱為腐植化作用，腐植化作用不是生物作用，而是在氧化環境中的化學作用。
2、凝膠化作用
植物在泥炭化過程中經歷了腐植化作用後，繼而將經歷凝膠化作用；凝膠化作用是指植物的主要組成部分在泥炭化過程中經過生物化學變化和物理化學變化，形成以腐植酸和瀝青質為主要成分的膠體物質的過程。由於植物的木質素和纖維素在物理化學性質上都屬於凝膠體，吸水能力強，在還原環境中逐漸分解，細胞壁先吸水膨脹，胞腔縮小，最後完全喪失細胞結構，形成無結構膠體，或進一步轉化為溶膠；當電性、酸鹼性、溫度變化時，產生膠體化學變化，上述物質形成凝膠狀態。因為這一過程既有厭氧生物作用，又有膠體化學作用，所以又稱「生物化學凝膠化作用」。
3、絲炭化作用
當沼澤表面比較乾燥，氧供應充足的情況下，植物細胞壁中的木質素和纖維素在微生物參與下脫氫、脫水，碳含量增加，氧化到一定階段後植物遺體迅速轉入弱氧化或還原環境中，或被泥沙覆蓋後中斷氧化作用，這個過程稱為絲炭化作用。
如果絲炭化過程持續進行，將可能導致植物遺體全部分解。
當植物遺體存在氧化和還原環境交替變化時，絲炭化和凝膠化作用可能交替進行。需說明的是，當絲炭化作用充分形成絲炭物質後，凝膠化作用也就終止了。
第二節 殘植化作用
殘植化作用是泥炭化作用中的一種特殊情況。當泥炭沼澤水流暢通時，在長期供氧充足情況下，不穩定組分被充分分解，被流水帶走，穩定組分富集的過程。還有一種情況是，當沼澤潛水面下降，植物遺體沒有被水覆蓋而強烈氧化，造成穩定組分富集。
殘植化作用的產物經煤化作用形成殘植煤。
第三節 腐泥化作用
在湖泊、沼澤水深地帶、海灣、淺海等水體中，低等植物藻類和浮游生物遺體在還原環境中厭氧微生物的參與下，經過復雜的生物化學變化形成富含水分的有機軟泥。這個過程稱腐泥化作用。
低等植物經分解、縮合和聚合，形成富水棉絮狀的膠體物質，經脫水和壓實，形成腐泥。腐泥的顏色一般為黃色、暗褐色和黑灰色。
第四節 泥炭成分、性質不同的影響因素
1、植物群落
木本植物富含纖維素和木質素，易形成凝膠化物質，形成的煤以光亮煤為特徵；草本植物含有較多的纖維素和蛋白質，不穩定成分分解，穩定組分富集，形成富含穩定組分（殼質組）的煤，氫含量和焦油產出率高；苔蘚植物能分泌防腐劑，因此苔蘚類泥炭常保留較多的不穩定組分。
2、營養供應
根據植物生長的營養供應，可分為三種類型：富營養型、中營養型和貧營養型。
低位泥炭沼澤常形成富營養型泥炭，高位泥炭沼澤常形成貧營養型泥炭，中位泥炭沼澤常形成中營養型泥炭。
3、介質的酸度
酸度高不利於細菌生存，中性或弱鹼性有利於細菌繁殖。
富鈣的沼澤中，多以石灰岩為基底，喜氧細菌活躍，水生植物為主，形成的煤中S、N含量高，可能與硫細菌的強烈活動有關。
高位泥炭沼澤中，酸度高，加上蘚類可分泌防腐劑（酚類），不利於細菌生存，所以植物的細胞結構能保存下來。
4、氧化還原條件
泥炭的表層處於氧化環境中，容易被氧化形成絲炭；泥炭的底層處於還原環境中，容易形成鏡質組煤。
根據成煤的原始物質和堆積環境，煤分為三類：
①腐植類：腐植煤、殘植煤。高等植物在沼澤環境中形成。
②腐植腐泥類：腐植腐泥煤。高低等植物混合，在湖泊和沼澤環境中形成。
③腐泥類：腐泥煤。低等植物和少量動物在湖泊、沼澤深水部位形成。
第三章 煤化作用及煤的變質作用類型
第一節 煤化作用的階段和特徵
1、煤化作用的兩個階段
①煤的成岩作用
泥炭形成後，由於盆地沉降，在上覆沉積物的覆蓋下埋藏於地下，經壓實、脫水、增碳作用，逐漸固結，經過物理化學作用轉變成年輕的褐煤，稱為煤的成岩作用。在成岩過程中，木質素和纖維素繼續參與形成腐植酸，已形成的腐植質形成凝膠化組分。
②煤的變質作用
年輕的褐煤在較高的溫度、壓力和較長的時間作用下，進一步發生物理化學變化，變成老褐煤、煙煤、無煙煤和變無煙煤的過程。在這個過程中，腐植質不斷發生聚合反應，稠環芳香系統的側鏈減少，芳構化程度提高，分子排列更加規則。
2、煤化作用特點
①增碳化趨勢。揮發分減少，碳相對含量增加。
②結構單一化趨勢。泥炭階段含多種官能團，到無煙煤階段只含縮合芳核，最後演化為石墨。
③顯微組分均一化趨勢。
④具有不可逆性。
⑤發展的非線性。
⑥結構緻密化，定向排列化。
第二節 煤化作用的因素
1、溫度：受地熱梯度的影響。
2、時間：也是重要因素。
3、壓力：壓力不產生化學反應，但可以使煤的物理結構發生變化。例如孔隙率、水分含量降低，密度增加，有機大分子定向排列，光的反射率增加。
第三節 煤化程度指標
煤化程度指標，也稱煤化指標，煤級指標。常用的煤化程度指標如下：
①水分。一般情況下，從低煤級到中高煤級，水分減小。
②揮發分。在煙煤階段，隨煤化程度提高，揮發分降低。
③鏡質組反射率。隨煤化程度提高，鏡質組反射率增加。
④碳含量。隨煤化程度提高，C在有機質中的相對含量增加。
⑤氫含量。從無煙煤到變無煙煤階段，氫含量降低明顯。
⑥發熱量。發熱量與含水量有關，是低煤化階段煤化程度指標。
⑦殼質組熒光性。殼質組熒光性與反射率互為消長，是低煤化程度指標。
⑧X射線衍射。隨煤化程度提高，衍射曲線變陡，強度增加。
第四節 煤的變質作用類型
1、根據熱源的類型，煤的變質作用可分為三種類型：
①深成變質作用。主要是地熱引起，又稱區域變質作用。
②岩漿變質作用。由岩漿侵入產生的熱變質作用。
③動力變質作用。由構造運動產生的變質作用。構造運動產生的動壓力不直接產生化學反應，而摩擦生熱可以加速煤的變質作用。
2、希爾特定律
德國學者希爾特根據西歐煤田地質規律提出，在地層大致水平的情況下，深度每增加100米，煤的揮發分降低2.3%，即煤的變質程度隨埋藏深度的增加而提高。
G. 煤炭開發地質環境狀況及其對能源開發的影響研究
一、煤炭賦存的地質環境狀況
1.地質概況
地質學中的鄂爾多斯盆地是指中朝板塊西部連片分布中生界(特別是二疊系和侏羅系)的廣闊范圍。長期以來，地質工作者把它看作是一個獨立的、自成體系的中生代沉積盆地。本書所研究的鄂爾多斯能源基地的范圍與地質學中的鄂爾多斯盆地范圍基本一致，大致在北緯34°～41°20'，東經105°30'～111°30'。具體的地理邊界為東起呂梁山，西抵桌子山、賀蘭山、六盤山一線。南到秦嶺北坡，北達陰山南麓，跨陝西、甘肅、寧夏、內蒙古、山西5省(區)。面積約40萬km2。
鄂爾多斯盆地是一個不穩定的克拉通內部盆地，盆地基底形成後，在其後的蓋層發展演化過程中，先後經歷了坳拉槽—克拉通坳陷(內部和周邊)—板內多旋迴的陸相盆地及其前淵—周邊斷陷等盆地原型的多次演化，現在的鄂爾多斯盆地是上述若干個盆地原型的疊加(孫肇才等，1990)。從中生界開始，基底地層對於蓋層的影響就已經很不明顯，並且表層褶皺在盆地內部也極不發育。所以盆地內中生界以上的地層產狀大都比較平緩，斷裂和裂隙比較少。
鄂爾多斯盆地的基底岩系分為兩類，一類是由變粒岩岩相(麻粒岩、淺粒岩、混合花崗岩及片麻狀花崗岩等)組成的太古宇;另一類是由綠岩岩相組成為主(綠片岩、千枚岩、大理岩和變質偽火山岩)的中古元古界。基底岩系之上的沉積蓋層年代自中元古界至第三系(古、新近系)，累積最大厚度超過10000m。其中，中古元古代在全盆地范圍內沉積了厚達1500m的長城系石英砂岩和薊縣系合疊層石的硅質灰岩。早古生代在盆地中部沉積了400～700m的碳酸岩海相沉積，在南緣和西緣同期沉積達4500m。晚石炭至早二疊世早期，在本區形成了一個統一的以煤系地層為特徵的濱海相沉積，沉積厚度為150～530m。晚三疊世盆地范圍內部形成內陸差異沉降盆地，包括了5個明顯的陸相碎屑岩沉積旋迴，即晚三疊世延長組，早中侏羅世延安組、中侏羅世直羅-安定組、早白堊世志丹群下部及上部(孫肇才，1990)。早白堊世末期的燕山中期運動，導致本區同中國東部濱太平洋區一起，在晚白堊世至第三紀(古、新近系)期間，作為一個統一的受力單元，在開闊褶皺基礎上發生大面積垂直隆起。就在這個隆起背景上，形成了環鄂爾多斯中生代盆地的以汾、渭、銀川和河套為代表的新生代地塹系，並在其中沉積了厚達數千米至萬米的以新第三系(新近系)為主的地塹型沉積。而盆地中心部位的晚白堊世至第三紀(古、新近紀)地層大面積缺失。
第四紀以來，鄂爾多斯盆地中南部大部分地區沉積了大厚度的黃土;而其北部卻由於隆起剝蝕而沒有黃土沉積。
鄂爾多斯盆地南部大部分為黃土高原。黃土高原的地形外貌在很大程度上受古地貌的控制。基底平坦而未受流水切割的部分為黃土塬，而受到較強侵蝕的塬地則變為破碎塬。在陝北的南部和甘肅隴東地區的塬地保存較完好，如著名的洛川塬和董志塬。在流水和重力作用下，黃土地層連同基底遭到嚴重切割的地貌成為黃土梁和峁。另外，由於流水侵蝕還可形成狹窄的黃土沖溝和寬淺的黃土澗地，使梁峁起伏，溝壑縱橫，地形支離破碎，是人為活動頻繁、植被破壞與水土流失最為嚴重的地區。
鄂爾多斯北部隆起的高平原地區由於氣候乾旱，長期受風力侵蝕，形成眾多的新月形流動沙丘和半固定、固定沙地。北部有庫布齊沙漠，南部有毛烏素沙地，東部為黃土丘陵。庫布齊沙漠為延伸在黃河南岸的東西帶狀沙漠，大部分流動和半流動沙丘邊沿水分較好。毛烏素沙地多為固定和半固定沙丘，水分條件較好，形成了沙丘間灌草地。
2.煤炭賦存的地質環境
鄂爾多斯盆地煤炭資源豐富，已探明儲量近4000億t，佔全國總儲量的39%。含煤地層包括石炭系、二疊系、三疊系和中下侏羅統的延安組。
(1)侏羅紀煤田
含煤岩系為下中侏羅統的延安組，由砂、泥岩類及煤層組成，其中泥岩、粉砂岩約佔70%左右，透水性弱，其上覆直羅組、下伏富縣組均為弱透水岩層。侏羅紀地層中地下水的補給、徑流條件差，以風化裂隙為主，構造裂隙不很發育，風化帶深度約40～60m，風化帶以下岩層的富水性很快衰減。礦井涌水量在一定深度後不僅不再隨開采深度的增加而增大，而且會減少，風化帶以下地下水徑流滯緩，水質很差，礦化度高。礦床水文地質類型一般屬水文地質條件簡單的裂隙充水型。但在有第四系鬆散砂層(薩拉烏蘇組)廣泛分布及燒變岩分布區，水文地質條件往往變得比較復雜，特別在開采淺部煤層時、可能形成比較嚴重的水文地質和地質環境問題。按照礦井充水強度及水文地質條件的差異，可將侏羅紀煤田劃分為4個水文地質分區:①黃土高原梁峁區。主要分布於盆地北部。區內地形切割強烈，上部無鬆散岩層覆蓋或砂層巢零星分布，降水量少而集中，不利於地下水的補給與匯集，岩層富水微弱，礦床充水以大氣降水為主，礦井涌水量很小，礦床水文地質條件簡單。②燒變岩分布區。沿主要煤層走向呈帶狀分布，深度一般在60m以淺，寬度受煤層層數、間距、傾角、地形等因素控制。岩層空隙發育，透水性能好，其富水性取決於補給面積和含水層被溝谷切割程度，當分布面積較大或上覆有較廣泛的第四紀砂層時，富水性較強，對淺部煤層開采有影響，也常是當地重要的供水水源。③第四系砂層覆蓋區。砂層出露於地面且廣泛覆蓋於煤系之上，厚度數米至數十米，甚至更厚。區內大氣降水雖然較少，但砂層的入滲條件很好，可以在大范圍內獲得大氣降水的就近滲入補給，然後匯集到砂層厚度較大且古地形低窪處，以泉或蒸發的形式排泄，在礦井開采淺部煤層時常是最主要的充水水源，可能出現涌水、涌砂問題。該區淺部煤層開采礦床水文地質條件中等至復雜居多。砂層水和燒變岩水往往有密切的水力聯系，賦存有寶貴的水資源，但不適當的採煤和采水都可以導致大面積補給區的破壞和水質的污染及生態環境的惡化。因此，在煤田開發中應將採煤、保水和生態環境的保護作為一項系統工程統一規劃。④一般地區。不用上述3個水文地質分區的其他地區。該區煤系地層地下水的補給條件不好，含水微弱，礦床水文地質條件屬簡單，少數中等，礦井涌水量多數為每小時1m3至數十立方米。
(2)陝北三疊紀煤田
該煤田位於盆地中部的黃土梁峁地區。地下水在黃土梁區接受大氣降水的少量補給，在溝谷中排泄，徑流淺，水量小，岩層富水性弱，風化帶以下岩層富水性更弱，礦化度很高，水文地質條件多為簡單，屬裂隙充水礦床。
(3)石炭、二疊紀煤田
分布於盆地東、南、西部盆緣地區的石炭二疊紀煤田，煤系基底為奧陶、寒武系灰岩，是區域性的強含水層，煤系本身含水比較微弱，屬裂隙-喀斯特充水礦床。其礦床水文地質條件的復雜程度，取決於煤系基底灰岩水是否成為向礦井充水的水源及其充水途徑和方式。現分區敘述如下:①東部地區。包括准格爾煤田和河東煤田。煤系下伏灰岩強含水層的地下水位埋藏很深，常在許多礦區的可採煤層之下，煤系地層含水微弱，礦床水文地質條件簡單，奧陶系灰岩水為礦區的主要供水水源。從長遠看，當煤層開采延伸到奧陶系灰岩水位以下時，灰岩水將威脅到下部煤層的開采。②南部渭北煤田。奧灰水地下水位標高為380m左右，而煤層賦存標高從東至西逐漸始升。如在東部太原組煤層的開采普遍受到奧灰水的威脅，而西部銅川礦區的多數煤層則均賦存在灰岩地下水位以上。在渭北煤田，由於奧灰與煤系的接觸關系為緩角度不整合，使得不同地區煤系下伏的灰岩岩性和富水性不同，形成不同的水文地質條件分區。380m水位標高以上的煤層，其礦床水文地質條件多為簡單至中等，而380m水位標高以下的煤層，水文地質條件屬中等至復雜。奧陶系、寒武系灰岩沿煤田南部邊緣有部分山露或隱伏於第四系之下，接受大氣降水直接或間接補給，灰岩和強徑流帶也沿煤田的南部邊緣分布於淺部地區。故開采淺部煤層時，礦井涌水量大，開采深部煤層時突水的可能性增大，但水量則有可能減少。在韓城礦區北部，黃河水與灰岩水之間有一定的水力聯系。灰岩水是當地工農業的最主要水源、要考慮礦坑水的綜合利用和排供結合。③西部地區。煤系與奧陶系灰岩之間有厚度較大的羊虎溝組弱含水層存在，奧灰水不能進入礦井，煤系含水比較微弱，礦床水文地質條件多屬以裂隙充水為主的簡單至中等類型(王雙明，1996)。
二、煤炭開發過程中的地質環境狀況變化
煤炭開發引起的地質環境問題受礦山所處的自然地理環境、地形地貌、地層構造、水文氣象、植被，以及礦產工業類型、開發方式等經濟活動特徵等因素的影響。目前鄂爾多斯盆地煤礦地質環境問題十分嚴重。地下開采和露天開采對礦區地質環境影響方式和程度不同。該區煤礦以地下開采為主，其產量約占煤炭產量的96%。尤以地下採煤導致的地質環境問題最為嚴重，主要地質環境問題以煤礦業導致的地質環境問題結果作為分類的主要原則，可以分為資源毀損、地質災害和環境污染三大類型及眾多的表現形式(表3-2)(徐友寧，2006)。
根據總結資料與實地調查，結合重點區大柳塔礦區及銅川礦區實際情況，我們重點介紹以下5個突出的地質環境問題:①地面塌陷及地裂縫;②煤矸石壓占土地及污染水土環境;③地下水系統破壞及污染;④水土流失與土地沙化;⑤資源枯竭型礦業城市環境惡化。
1.地面塌陷與地裂縫
地下開采形成的地面塌陷、地裂縫造成耕地破壞，公路塌陷，鐵軌扭曲，建築物裂縫，以及窪地積水沿裂隙下滲引發礦井透水等事故。在乾旱地區由於地表水系受到破壞，導致礦區生產、生活，以及農業用水發生困難。同時，還可誘發山地開裂形成滑坡。
表3-2 煤炭開採的主要地質環境問題
地面塌陷和地裂縫在大中型地下開採的煤礦區最為普遍，災害也最為嚴重。如甘肅的華亭煤礦，寧夏的石嘴山、石炭井煤礦和陝西的渭北韓城—銅川，以及神府—東勝煤田礦區。
由於黃土高原人口密集，地面塌陷對土地的破壞主要是對農田的破壞。陝西渭北地區的銅川、韓城、蒲白、澄合等礦務局各礦區位於黃土台塬，該區是陝西渭北優質農業產區和我國優質蘋果生產基地，這些國有大中型老煤礦區幾十年地下開采導致了地面塌陷、地裂縫，以及山體開裂，成為西北地區煤礦開發對農業生產破壞最為嚴重地區之一。陝西省采空區地面塌陷總面積約110km2，主要分布於渭北及陝北煤礦區。不完全累計，1999年底，銅川礦區地面塌陷63.82km2，佔到全省地面塌陷區55.38%，其中80%為耕地。煤礦區的地面塌陷最為嚴重，這是因為煤層厚度較金屬礦體要大，過采區的空間較金屬及其他非金屬礦山要大得多，且上覆岩層多為松軟的頁岩、粉砂岩及泥質岩層。煤礦地表塌陷和地裂縫的范圍及深度與採煤方法、工作面開采面積、采區回採率，以及煤層產狀等多種因素有關。一般而言，埋深愈淺，開采面積越大，地面塌陷、裂縫范圍及深度也越大。榆林神府礦區大砭窯煤礦開采5#煤層，煤層4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日，礦井上方發生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。寧夏石嘴山市石嘴山煤礦開采面積5.15km2，而塌陷面積已達6.97km2，是其開采面積的135%，形成深達8～20m地表塌陷凹地，部分地段的裂縫寬達1m。礦區鐵路運輸基地高出塌陷區10～20m，使得礦山企業每年用於鐵路墊路費高達100萬元，穿越礦區的109國道被迫改道。
陝西省煤礦采空區地面塌陷總面積約110km2(表3-3)，主要分布於渭北及陝北煤礦區。其中銅川市老礦區因開采較早，地面塌陷比較嚴重，到1999年底，不完全統計其地面塌陷63.82km2，佔到全省地面塌陷區55.38%，其中80%為耕地。而神木縣近幾年煤礦開發力度不斷增大，加之煤層埋藏較淺，地面塌陷程度增大，截至2001年，該縣鄉鎮煤礦造成地面塌陷達5.32km2。
表3-3 鄂爾多斯能源基地陝西境內煤礦區地面塌陷
(據西北地礦所)
陝西省渭北煤田的銅川、黃陵、合陽、白水、韓城各礦區、陝北神府煤田的大柳塔、大砭窯、洋桃瑁、沙川溝、劉占溝、新民礦等礦區，均出現有不同程度的地面塌陷、地裂縫及山體滑坡，造成大面積的農田被毀、房屋開裂、鐵軌扭曲、公路塌陷、礦井涌水等。2001年7月，特大暴雨使黃陵店頭陝煤建五處礦區倉村三組的1.2hm2耕地發生地面塌陷、地裂縫，地裂縫最寬可達15m，塌陷落差達7.45m，60%耕地已無法復墾，農田擱荒，預計經濟損失達270萬元。銅川煤礦區地裂縫5400餘條，以王石凹煤礦為例，在1∶5000的地形圖上填繪的裂縫就有70多條，總長度近7000餘米。神府礦區大柳塔礦201工作面煤層埋藏淺，1995年7月10日開始回採，放頂後地表形成裂縫，實測裂縫區面積為5742.5m2。第一期開采計劃完成後，預計未來大柳塔礦采空區總面積5.8hm2，可能發生地裂縫區域總面積約5.45hm2。裂縫區與采空區面積之比為0.94。目前塌陷面積達到7.7km2。20世紀90年代，甘肅窯街礦區礦井地面佔地598.1hm2。地面塌陷20處共計443.54hm2，地面塌陷面積比80年代擴大了48.4%，每年以14.47hm2的速度擴大，10年間因塌陷引起的特大型山體滑坡等災難性地質事故數起。80年代造成水土流失面積449～550hm2，90年代達到663～720hm2。
2.煤矸石壓占土地及污染水土環境
煤矸石是採煤和選煤過程中的廢棄物，通常占煤礦產量的12%～20%，是煤礦最大的固體廢棄物之一，其堆積會壓占土地植被。陝西黃陵店頭地處黃土高原地帶，小流域地區的森林植被良好，但是部分煤礦排放的煤矸石堆積在山坡上，壓佔了生長良好的雜木林。陝西韓城下峪口黃河灘地濕地蘆葦茂密，生態環境良好，但是下峪口煤礦排放煤矸石填灘造地，卻壓占並破壞了黃河濕地生態資源與環境，應引起有關部門的高度重視。煤炭資源大面積連續開采，造成了難以恢復的地下水破壞，同時導致地表河流流量銳減，生態環境破壞。1997年以來，陝西神府煤田開發區已有包括窟野河在內的許多河流出現斷流。
煤矸石堆積長期占壓土地。截至2000年，銅川礦務局下屬12個礦山，煤矸石累計堆存量1264.99萬t，大小矸石山150餘處，其中100萬t以上的矸石山35處，矸石壓佔2.37km2。
堆積的矸石山易發生自燃，產生大量硫化氫等有害氣體，對周邊村民身體健康產生很大危害。據有關資料，每平方米矸石山自燃一晝夜可排放CO10.8kg，SO26.5kg，H2S和NO22kg等。依據國家衛生標准規定，居民區大氣環境中有害物質的最高允許濃度SO2日均濃度為0.15mg/m3、H2S為0.01mg/m3，顯然，煤矸石自燃區的大氣環境污染超過了國家標准，必然危害居民身體健康。
陝西銅川礦務局下屬共有13個礦井，其中6個礦井煤矸石堆存在自燃(圖3-2)，矸石山周圍SO2，TSP，苯並芘等都嚴重超標，據有關資料在自燃矸石山周圍工作過5年以上的職工患有不同程度的肺氣腫。陝西韓城桑樹坪礦矸石山自燃造成空氣中SO2和CO2嚴重超標，其中SO2濃度平均超標16倍，CO2濃度平均超標20倍。在這種空氣環境下，甚至發生了工人昏倒在排矸場的現象。
圖3-2 銅川礦務局王石凹煤礦正在冒煙的矸石山
煤矸石不僅造成大氣污染，矸石山淋濾水還會造成臨近地表水源、地下水，以及矸石山下伏土壤的污染。本次調查在銅川礦務局金華山煤礦採集的矸石山淋濾水樣，顏色發黑，經檢測發現是酸性水，pH值為2.82，COD為812.5mg/L，懸浮物含量128.0mg/L，重金屬含量汞、鎘、銅、鎳、鋅、錳均超標;在三里洞煤礦採集的矸石山淋濾水pH值為1.77，COD為621.6mg/L，TDS含量達160.658g/L，水化學類型為Mg·SO4型;這些矸石山淋濾水流入地表水體或滲入土壤，都會造成一定程度的污染。
3.地下水系統破壞及污染
鄂爾多斯能源基地煤炭開采區大多為嚴重缺水地區。礦井疏干排水造成地下水均衡系統的破壞，地下水位下降，水量減少。煤礦酸性及高礦化度井水造成地下水污染，加劇了水資源危機。煤炭資源大面積連續開采，造成了難以恢復的地下水破壞，同時導致地表河流流量銳減，生態環境破壞。1997年以來，陝西神府煤田開發區的不少河流斷流，如2000年窟野河斷流75d，2001年斷流106d。由於煤礦采空區裂縫遍布，最寬達2m多，局部地區地面下降2～3m，導致原流量達7344m3/d的雙溝河已完全乾涸，400多畝水田變為旱地，楊樹等植被大片枯死。
陝西渭北銅川、蒲白、澄合和韓城等煤礦是礦井突水主要發生地，素有渭北「黑腰帶」之稱的銅川、蒲白、澄合、韓城四大煤礦區又是高瓦斯礦區，1975年5月11日，銅川礦務局焦坪煤礦前衛礦井發生重大瓦斯煤塵爆炸事故，死亡101人，受傷15人，全井造成嚴重破壞。2001年4月，銅川、韓城兩起瓦斯爆炸造成86人死亡的重大惡性事故，社會影響極壞。
陝西省的礦井突水主要發生在渭北銅川、蒲白、澄合和韓城等煤礦區。1989年，上述4個礦務局27個煤礦31處自然礦井，受地下水威脅的礦井佔32.3%。據不完全統計共計發生礦坑突水36次，其中1975～1982年該區發生奧灰岩土石事故29次，占其礦井突水事故地80.56%。該區礦井下水災主要來源於奧灰岩岩溶水和古窯采空區積水。1960年1月19日，銅川礦務局李家塔煤礦發生老窯突水53476m3，淹沒巷道18條，總長1880m，直接經濟損失7142元，死亡14人。20世紀60年代以前，該區帶主要礦井巷道還位於+380m水平面上，70年代後，蒲白、韓城、澄合等新建礦區部分開拓巷道位於+380m水平面之下。1974年以後，象山、馬溝渠、桑樹坪、董家河、權家河、二礦、馬村礦相繼發生奧灰岩突水事故29次，淹沒巷道萬余米，致被迫停產，重掘巷道的巨大損失，直接經濟損失近2000萬元。
寧夏石嘴山煤礦區因地面塌陷，地裂縫交錯，地面低凹積水，地表水沿裂隙進入地下巷道，使礦區多次發生突水事件，造成人員傷亡和巨大的經濟損失(表3-4)。
表3-4 寧夏石嘴山煤礦礦井突水一覽表
陝西黃陵縣店頭沮水河兩岸分布著十幾家個體小煤礦，不顧後果在河道下採煤，在8km2范圍內形成4處較大的塌陷區，均橫跨沮水河床，地裂縫達20cm，最大塌陷區面積達1000m2以上，大片耕地塌陷，民房出現裂縫，飲水井水量和水質發生變化。1998年9月13日個體小煤礦牛武礦非法開采沮河河床保安煤柱，並越界穿過沮水河，同個體水溝小窯多處相互打通，發生礦井透水，最終導致蒼村一號斜井西采區被淹，使陝西黃陵礦業公司一號煤礦主平硐在1999年「3.24」發生重大突水事故，涌水量瞬間增至800m3/h，迅速淹沒了3條平硐。小煤窯無序採煤不僅造成自己淹井停產，也給黃陵礦業公司造成直接經濟損失3401萬元，間接經濟損失3100萬元。同時，沮水河河水在上游進入煤礦采空區後，又在下游報廢小煤窯井口流出排入沮水河，給居民生產和生活帶來了很大困難。黃陵個體煤礦無序開采誘發的礦井突水事故再一次說明采礦業的發展必須遵循可持續發展原則，合理布局，加強礦業秩序的日常監督管理，才能使整個采礦業沿著健康的軌道發展。
長期以來，由於技術水平所限和認識不足，礦井水被當作水害加以防治，礦井水被白白排掉而未加以綜合利用和保護。2000年，西北地區國有礦井煤產量3785萬t，平均噸煤排水量1.3t，其他礦井煤產量5209萬t，平均噸煤排水量0.324t。西北地區的煤礦主要位於乾旱、半乾旱地區，礦區水資源匱乏，毫無節制的排水不僅大大破壞了地下水資源，增加了噸煤成本，而且還導致地面塌陷、地下水資源流失、水質惡化，還可能造成地下突然涌水淹井事故。
煤礦礦井水多屬酸性水，未加處理直接排放，加劇了乾旱地區礦山用水危機。陝西、寧夏、內蒙古部分礦井水pH值均小於6，陝西銅川李家塔礦井水pH值更低為3。酸性礦井水直接排放會破壞河流水生生物生存環境，抑制礦區植被生長。甘肅、寧夏、內蒙古西部大部分礦井及陝西中部和東部等礦井水是高礦化度水，一般礦化度均大於1000mg/L。
2002年7月在陝西渭北煤礦區的一些礦務局調查時發現，陝西白水部分礦山存在將坑道廢水直接排入地下岩溶裂隙，導致岩溶水污染，此問題應引起有關部門的高度重視，盡快採取措施保護岩溶水，使地下水資源不受污染。
4.水土流失與土地沙化
水土流失導致的土壤侵蝕是生態惡化的重要原因。黃土區、黃土與風沙過渡區的礦區水土流失量最大。陝西的銅川、韓城、神府煤礦區;寧夏的石嘴山、石炭井煤礦區;陝蒙神府—內蒙古東勝水土流失都十分嚴重。有關環境報告資料預測，陝西神府—內蒙古東勝礦區平均侵蝕模數按1.21萬t/km2·a，面積按3024km2計算;年土壤侵蝕量為3659.04萬t。據幾個礦區開發前後不同時期的遙感資料以及河流、庫壩、泥沙資料綜合分析和計算表明，煤礦開采後水土流失量一般為開采前的2倍左右。內蒙古的烏達等礦區，侵蝕模數達10000～30000t/km2·a，是開采前水土流失量的3.0～4.5倍。陝西黃陵礦區建礦前土壤侵蝕模數為500t/km2·a，建礦5年後，土壤侵蝕模數已達1000t/km2·a。隨著礦區的開發水土流失問題日益嚴重，不僅破壞了生態環境，還直接威脅礦區安全。例如，陝西神木中雞煤礦由於礦渣傾入河道，占據河床2/3的面積，1984年8月雨季時河水受阻迴流，造成特大淹井事故。
煤炭開采形成的地面塌陷造成淺層地下水系統破壞，使塌陷區植被枯死，為土地沙漠化的活化提供了條件。其次，露天煤礦、交通及天然氣管道工程建設佔用大量耕地，破壞植被，使表土疏鬆，使部分原已固定和半固定沙丘活化。戈壁沙漠區煤礦廢渣堆放，風化加劇了土地沙化。
陝西神府煤田礦區大規模開發以及地方、個體沿河溝兩岸亂挖濫采，破壞植被，導致沙土裸露，加劇水土流失和土地沙化。自80年代中期開發以來，毀壞耕地666.7hm2，堆放廢渣6000多萬t，破壞植被4946.7hm2，增加入黃泥沙2019萬t。據「神府東勝礦區環境影響報告書」提供的預測結果，若不採取必要的防沙措施，礦區生產能力達到3000萬t規模時，將新增沙漠化面積129.64km2，煤礦開發導致的沙漠化面積為自然發展產生沙漠化面積的1.53倍，新增入河泥砂量480萬t，比現有條件下進河泥砂量增加13.7%。
5.煤炭資源枯竭與城市環境惡化
鄂爾多斯現有煤田有些開發較早，可以追溯到20世紀五六十年代。起初，由於技術落後，造成資源浪費，加之很多礦區達到服務年限，到現在已無資源可采。如銅川礦務局是1955年在舊同官煤礦的基礎上發展起來的大型煤炭企業。全局在冊職工30041人，離退休人員32691人，職工家屬約21.6萬人。由於生產礦井大多數是50年代末60年代初建成投產的，受當時地質條件和開采條件所限，所建礦井煤炭儲量、井田范圍、生產能力小，服務年限短。80年代以來先後有9對礦井報廢，實施關閉，核減設計能力396萬t。目前全局8對生產核定能力965萬t/a，均無接續礦井。東區部分礦井資源枯竭，人多負擔重，生產成本高，正在申請實施國家資源枯竭礦井關閉破產項目。生產發展接續問題日益突出，企業生存發展面臨嚴峻挑戰。礦業城市的可持續發展受到地方政府及相關學者的關注。煤炭資源枯竭的直接後果是礦業城市面臨轉型，大量問題需要解決，如人員安置、環境改善、尋找新的主打產業等。
三、煤炭開發引起的地質環境問題對煤炭開採的影響
大規模的煤炭開發活動不但極大地破壞了當地的地質環境和生態環境，也在很大程度上制約了煤炭開采活動的正常進行，主要表現在以下幾個方面:
(1)採煤塌陷及地裂縫造成水資源量減少、地下水體污染，影響礦區採煤活動的正常運行
採煤塌陷造成含水層結構破壞，使原來水平徑流為主的潛水，沿導水裂隙垂直滲漏，轉化為礦坑水;在采礦疏干水過程中又被排出到地表，在總量上影響地下水資源。採煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的貫通裂隙，使當地本就稀缺的地表水、地下水進入礦坑而被污染，使地下水質受到影響，進而影響到地下水的可用資源量。如在神府東勝礦區，採煤塌陷一方面使薩拉烏蘇組含水層中地下水與細沙大量湧入礦坑，造成井下突水潰沙事故;另一方面礦坑排水需大量排放地下水，既浪費了寶貴的水資源，又破壞了礦區的水環境(張發旺，2007)。
另外，採煤塌陷對水環境造成影響的最重要因素是塌陷裂縫。其存在不但增加了包氣帶水分的蒸發，造成地表溝泉、河流等的乾涸，而且增加了污染物的入滲通道，從而導致土壤水和地下水體的污染。
西北煤礦區水資源原本缺乏，再加上塌陷及地裂縫造成的可用水資源量的減少，使礦井用水、洗煤廠用水、礦區生活用水等均面臨嚴峻挑戰。
(2)煤層及煤矸石自燃不但浪費了大量煤炭資源，而且影響煤炭開采
鄂爾多斯盆地北部的侏羅系煤田分布區，煤層埋藏淺深度只有0～60m，並且氣候乾旱，植被稀少，形成了有利於煤田大規模自燃的氣候條件。因此煤層及煤矸石自燃大面積分布，如烏海煤田、神東煤田等。煤層及煤矸石自燃不僅會燒掉寶貴的煤炭資源，並且會影響煤炭開采、污染空氣，造成巨大經濟損失。
(3)礦坑突水事故不但破壞了地表水和地下水資源，往往也會淹沒礦井巷道，嚴重影響煤炭開采，造成重大人員傷亡和經濟損失
在我國，大部分石炭-二疊系煤炭開采時會受到水量豐富的奧陶系灰岩水的威脅。由於水量巨大，流速快，水壓高，奧陶系灰岩水造成的突水事故往往十分巨大，如1984年6月發生的開灤范各庄煤礦發生的世界罕見的特大奧陶系灰岩水突水事故，突水4d內把范各庄煤礦淹沒，又突入相鄰的呂家坨煤礦並將其全部淹沒，並向另一相鄰礦林西礦滲水，經過4個月才完成封堵工作，造成的經濟損失達5億元以上。在鄂爾多斯盆地，石炭-二疊系煤層主要分布在銅川、蒲白、澄合和韓城一線，歷史上共發生礦坑突水事故40餘次。如1960年1月19日銅川礦務局李家塔煤礦發生老窯突水53476m3，淹沒巷道18條，死亡14人。
陝西黃陵縣店頭沮水河兩岸個體小煤礦無序生產，1998年9月至1999年3月造成一系列突水事故，給黃陵礦業公司造成的直接經濟損失就有3401萬元，間接經濟損失3100萬元。
H. 煤礦山生態地質環境問題產生的自然本質
眾所周知，我國北方包括河南省大部分地區，煤田主要分布於石炭紀和二疊紀地層中，形成的年代距今約3.54億年。
植物是形成煤的原始物質。煤的形成要經過長期復雜的生物化學作用和埋藏後的地質作用，包括沉積、壓實、構造活動所造成的溫度、壓力變化等。作為一種化石燃料，原煤是多種高分子有機化合物和礦物質的集合體，所含元素以碳為主，還含有氫、氧、氮、硫及許多金屬元素。煤層大都產出於海陸交互相或陸相湖沼盆地，這些地區正是地球淺表各種機械搬運物和水溶性化學物質的匯集區。漫長的沉積和成煤過程也是地球表生物質(包括碳)循環過程在地球淺表不斷富集埋藏的結果，這一過程在我國北方持續了約5900萬年。從煤的形成到開發利用可以概括為以下過程:即我國石炭-二疊系中的煤層是數千萬年間地球淺表形成的「碳庫」，數億年後的今天，人類的採煤活動將這些古碳庫開啟，伴隨碳物質埋藏的其他元素也隨之快速搬運到地表，參與現代地球表生帶的物質、能量循環系統。
由於人為採掘岩土、煤炭的速度和強度遠遠超出地層自然沉積形成過程，也許一年的採挖量相當於數十萬年甚至數百萬年的沉積量，其結果必然帶來兩個方面的問題，一是岩土體的結構發生改變;二是輸移到地表的古物質會對現代天然水土運動和生物活動造成干擾和沖擊。盡管這些作用可使煤礦山地質環境系統進入新的自組織階段，但因過於強大，系統結構的改變包括地貌、岩土體結構等硬結構和化學場、水動力場等軟結構改變均會引起原來不曾出現的新響應，物質運動時空分布新格局可能在某些地點某個方面有礙於人的正常生活和生產活動，甚至對生命財產造成損害，這就是煤礦山生態地質環境問題產生的本質。
I. 求解，煤礦地質中，二號煤與三號煤是咋劃分的
二號煤與三號煤是對煤層的編號，在煤田地質勘探階段就已經編好了。一般來講，在含煤地內層剖容面上，對煤層的編號從下往上由最早出現的第一層煤開始，按順序編1號煤層、2號煤層、3號煤層......，一直到最上面的煤層。
J. 什麼是地質環境
地質環境主要指的是地球表層下面的堅硬殼層即岩石圈的狀況。地質環境是內地球演化的產物容。岩石在太陽能作用下的風化過程，使固結的物質解放出來，參加到地理環境中去，參加到地質循環以至星際物質大循環中去。地質環境為我們提供了大量的生產資料，豐富的礦產資源。目前，人類每年從地殼中開采大量的礦石，從中提取大量的金屬和非金屬原料，還從煤、石油、天然氣、地下水、地熱以及放射性物質中獲取大量能源。隨著科學技術水平的不斷提高，人類對地質環境的影響也更大了，一些大型工程直接改變了地質環境的面貌，同時也是一些自然災害（如山體滑坡、山崩、泥石流、地震、洪澇災害等）的引發因素，這是值得引起高度重視的。