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说明影响煤炭开采的主要地质因素有哪些

发布时间: 2021-02-26 16:05:25

1. 煤矿生产过程中,常见的地质问题有哪些

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影响煤矿生产的主要地质因素


煤层厚度变化


煤层厚度变化是影响煤矿生产的主要地质因素之一。煤层发生分叉、变薄、尖灭等厚度变化,直接影响煤矿正常生产。


一、煤层厚度变化的原因及变化特征


煤层厚度变化是多种多样的,但就其成因来说,可分为原生变化和后生变化两大类。


(一)煤层厚度的原生变化


煤层厚度的原生变化是指泥岩层堆积过程中,在形成煤层顶板岩层的沉积物覆盖以前,由于地壳活动,沉积环境变迁等各种地质因素的影响而引起的煤层形态和厚度变化。原生变化主要包括地壳不均衡沉降引起的煤层分叉、变薄、尖灭、泥炭沼泽古地形对煤层形态和煤厚的影响、河流同生冲蚀、海水同生冲蚀等四种原因。


(二)煤层厚度的后生变化


煤层厚度的后生变化是指煤层被沉积物覆盖以后,或煤系形成以后,由于河流剥蚀、构造变动、岩浆侵入、岩溶陷落等各种地质因素的影响而引起煤层形态和厚度变化。


二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响


煤层厚度变化对煤矿生产的影响主要表现在以下几个方面:


1.影响采掘部署


2.影响采煤工艺


3.影响计划生产


4.掘进率增高


5.采出率降低


三、煤层厚度变化的研究和处理


(一)煤层厚度变化的观测和探测


1.煤层的观测


1)煤层的观测内容


2)煤层的观测方法


2.煤层的探测


1)煤层厚度的探测


(1)煤巷掘进中的探煤厚工作。


(2)回采工作面的探煤厚工作。


2)煤层分叉尖灭的探测


根据煤层分叉的稳定情况大致可分为两种:一种是煤层分叉后分层的分布比较稳定;另一种是煤层分叉后只有一层保持稳定(即为主分叉层),其它各层延续不远很快尖灭。


3)煤层底凸薄化的探测


煤层底凸薄化是指煤层底板凸起造成煤层变薄尖灭的现象。对于这种变化,常用的探测方法如下:


(1)钻探控制巷道掘进方向的底凸位置。


(2)利用巷道穿越底凸部位,直接圈定煤层底板凸起的位置及薄化范围。


(3)利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料,编制煤层顶、底板标高等值线图,研究泥炭沼泽的基底地形,圈定煤层底凸薄化的位置和范围。


4)煤层河流冲蚀变薄带的探测


首先应在巷道中仔细观察和素描冲蚀带的宽度、厚度、岩石成分、层理、砾石分布、煤层顶板冲蚀情况、冲蚀面特征、冲蚀处煤质变化等。将各巷道所见的冲蚀现象投绘在平面图上,进行对比分析,确定古河床的分布范围及对煤层破坏的情况,圈出古河床冲蚀带范围。


(二)定量评定煤层厚度的稳定性


(三)煤层厚度变化的处理


1.掘进中的处理办法


(1)在煤巷掘进中遇到煤层分叉、尖灭现象,要根据具体情况确定掘进方案,如已知上分层稳定可采,而下分层常变薄尖灭,则巷道应紧靠煤层顶板掘进。如果是下分层稳定可采,上分层不稳定,则应紧靠煤层底板掘进。如果分叉后煤层全部可采,应先采上分层,再采下分层。


(2)在采区上山掘进中,如遇煤层变薄带,应按变薄带的范围大小来决定巷道是直接穿过,还是停止掘进,或从其它地方另开巷道。若变薄带范围不大,并且确知工作面有煤可采时,掘进巷道采取挑顶或破底办法直接穿过变薄带。


(3)主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖灭时,巷道可按原计划施工,穿过变薄尖灭带。


2.回采工作中的处理方法


回采工作面遇到变薄带或无煤区时,可采用直接推过或绕过的办法。若变薄带或不可采区范围较小,则可采用直接推过的办法;若变薄带范围较大,可考虑采用绕过的办法;大面积的不可采区,应布置探巷,探清不可采范围,将工作面分为几块回采,先采①、②两块,然后合成一个工作面③进行回采。


第二节 矿井地质构造

地质构造是影响煤矿建设和生产的各种地质因素中最重要的因素之一。地质构造包括褶皱、节理和断层。断层是矿井地质构造的研究重点。


矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度,可分为大、中、小三种类型。大型构造是指决定井田边界的大型褶曲与断层,这类构造在勘探阶段已基本查明。中型构造是指分布在井田范围内,影响水平、采区划分和巷道布置的次一级构造,它们对煤矿生产影响极大,是矿井地质工作的重点。小型构造是指那些在巷道或工作面中比较容易查明全貌的更次一级的褶曲与断层。


一、褶曲构造对煤矿生产的影响与研究


(一)褶曲构造对煤矿生产的影响


1.大型褶曲


大型褶曲在勘查段已经查明,它的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署,是矿井设计考虑的主要问题。


2.中型褶曲


中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大,但对采区的布置关系密切,影响到采区的大小和采区巷道的布置。


3.小型褶曲


小型褶曲是在回采工作面准备过程中,在巷道中揭露的幅度仅几米到几十米,长度为几米到几十米的褶曲。它影响煤层平巷的掘进方向,从而影响工作面长度,给机械化回采、顶板管理带来一定困难。小型褶曲还往往引起煤层厚度发生变化,使生产条件复杂化。小型褶曲特别发育时,甚至会使煤层变为不可采。


(二)煤矿生产中褶曲构造的研究


1.褶曲的判断


判断井下褶曲的存在,主要是根据煤、岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复出现这两大标志。如在石门巷道中岩层倾向相背或相倾,或是在煤层平巷中由于煤层走向的急剧变化而使平巷弯曲,表明有褶曲(背斜或向斜)存在。


在构造简单,岩层标志比较明显的地区,根据褶曲核部和两翼的岩层层序,


2.褶曲的观测


(1)对在巷道中能看到全貌的小褶曲,应系统观测褶曲轴的位置、方向、产状。对中型褶曲,在一条巷道中不能观测到全貌时,应准确鉴定观测点处的煤层,岩层层位及其顶底面顺序,岩层产状、煤厚变化,以及与其伴生的次一级小构造等,然后将所观测到的资料投绘到平面图和剖面图上,在图上综合分析,确定褶曲轴的位置延展方向。


(2)观测描述褶曲两翼的岩层产状,褶曲宽度和幅度,褶曲的延展变化及向深部的延伸趋势。


3.褶曲的探测


(三)褶曲的处理


通过对褶曲的判断、观测、探测,已基本查明它的位置、方向及产状变化。在此基础上可对褶曲采取如下措施进行处理。


1.大型褶曲


(1)褶曲轴线作为井田边界。有些大型向斜,由于轴部埋藏较深,开采困难,多作为井田边界,其两翼分别由两个或几个井田开采。有些大型宽缓背斜,两翼煤层距离较远,井下难以形成统一的生产系统,可以褶曲轴为界,两翼分别有两个井田开采。


(2)大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法。不是所有的大型褶曲轴都必须作为井田边界,在有的井田内也可以有大型褶曲存在。若在井田内有大型背斜构造,开拓系统中常把总回风道布置在背斜轴附近,两翼煤层均可利用。有些位于向斜构造的矿井,常把运输巷道布置在向斜轴部附近,用一条运输巷解决向斜两翼的运输问题。


2.中型褶曲


(1)以褶曲轴线作为采区中心布置采区上山或下山。对开阔的平缓褶曲,以向斜轴作为采区中心,向两翼布置回采工作面,采区走向长可达1000m以上。


(2)以褶曲轴作为采区边界。在较紧闭的褶曲轴部,次一级构造往往发育,因此常以褶曲轴作为采区边界。


(3)工作面直接推过褶曲轴。当褶曲较宽缓,而规模不太大时,可布置单翼采区,工作面直接推过褶曲轴部。


3.小型褶曲


(1)采面重开切眼生产。在小型褶曲发育地区,常见到煤层突然增厚或变薄,甚至不可采,使工作面无法通过,需要重新开掘切眼进行生产。


(2)采面运输巷改造取直。煤矿要求运输巷在60m内不能有大的弯曲,弯曲过多无法使用。由于小褶曲存在,使煤层平巷弯弯曲曲,为满足生产要求,巷道需要改造取直。


二、断裂构造对煤矿生产的影响与研究


(一)节理(裂隙)对煤矿生产的影响及处理


1.影响钻眼爆破效果


2.影响开采效率


3. 影响顶板控制方法


4.影响工作面布置


5.对其它方面的影响


(二)断层对煤矿生产的影响


断层破坏了煤层的连续性和完整性,对煤矿生产造成了很大影响。断层规模不同,对生产的影响程度不同。目前对断层规模等级的划分标准尚不统一。根据煤矿工作实践,建议采用下列划分标准:落差大于50m为特大型断层,落差50~20m为大型断层,落差20~5m为中型断层,落差小于5m为小型断层。


断层对煤矿生产的影响主要表现在以下七个方面:


  1. 影响井田划分

2.影响井田开拓方式


3.影响采区和工作面布置


4.影响安全生产


5.增加煤炭损失量


6.增加巷道掘进量


7.影响煤矿综合经济效益


(三)煤矿生产中断层的研究


  1. 断层的判断

断层的出现不是孤立的,常在断层附近的煤、岩层中伴生一些与正常情况不同的地质现象,这些现象预示者前方可能有断层存在,应作好过断层的准备工作。在断层出现前,可能遇到的征兆,主要有以下几种现象:


(1)煤层、岩层的产状发生显著的变化时,可能有断层存在。


(2)煤层厚度发生变化,煤层顶底板出现不平行现象时,可能有断层存在。


(3)掘进巷道中经常出现明显的小褶曲(如开滦唐山煤矿),或煤层常发生强烈揉皱,滑面增多或变为鳞片状碎煤(如淄博龙泉矿)等现象时,可能有断层存在。


(4)煤层和顶、底板中的裂隙显著增加,并有一定的规律性时,可能有断层存在。


(5)在大断层附近常伴生一系列小断层,这些小断层是判断大断层的重要标志。


(6)在高瓦斯的矿井,在巷道中瓦斯涌出量常有明显变化地段,可能有断层存在。如焦作矿务局焦西矿掘进巷道时,遇断层前后瓦期涌出量出驼峰现象。


(7)充水性强的矿井,巷道接近断层时,常出现滴水、淋水以至涌水的现象,可能有断层存在。


在实际工作中,应根据上述各种征兆,再结合矿井的具体地质条件和已采掘地段断层资料,进行综合分析,使判断更符合实际。


2. 断层的观测


(1)确定断层位置。


(2)观察断层面特征。


(3)观察断层的伴生派生构造。


(4)确定断层性质及断层力学性质。


(5)测量断层面产状。


(6)确定断层的落差。


3.断层的探测(断失煤层的寻找)


煤矿中判断断层性质和确定断距的方法主要有以下五种:


(1)层位对比法。


(2)伴生派生构造判断法。


(3)规律类推法。


(4)作图分析法。


(5)生产勘探法。


(四) 断层的处理


1.开拓设计阶段对断层的处理


(1)井田边界和采区边界的确定。凡是井田内遇到落差大于50m的特大型断层时,应以该大型断层作为井田边界。


(2)井筒位置的选择。一般立井井筒要布置在倾角较大的大断层下盘,距断层30~50m以外的位置。


(3)运输大巷的布置。运输大巷是需布置在较坚硬的岩层中,且尽量少改变方向。但在断层错动处,断层上、下盘的煤岩层位移较大,甚至与另一盘的含水层相遇,因此必须考虑巷道的改道问题。


(4)采区内块段划分。被断层切割破坏的地区,要综合考虑断层的位置、落差、被切割块段的大小和形态,以及已有的生产系统等因素来划分开采块段,要尽可能地将较大断层留在各块段之间的煤柱当中。


(5)井田开拓方式的确定。选择井田开拓方式时,要考虑各种地质因素的影响,其中断层占重要地位。


2.巷道掘进阶段对断层的处理


(1)平巷过断层。平巷过断层分为穿过煤层顶板(或底板)和顺断层面掘进两种方式。


(2)倾斜巷道过断层。上山、下山等倾斜巷道遇断层后,可以根据生产的要求采取多种形式通过断层。


当断层落差较小时,根据断失盘是上升还是下降盘分别采用挑顶、挖底或挑顶挖底相结合的方式通过断层。


3.回采阶段对断层的处理


(1)采用强行通过的方法。


(2)采用重开切眼的方法。当断层落差大于煤厚时,对于倾向断层或斜交断层可采用重开切眼的方法,即提前在断层另一盘重新开掘切眼,待工作面推进到断层处,停止回采,工作面搬家到新切眼内继续开采。


(3)采用划小工作面的方法。当断层落差大于煤厚时,对于走向断层,可在断层两侧补掘中间平巷,把原来一个采面划分为两个采面分别回采。对于落差一端大、一端小的斜交断层,可采用合采与分采相结合的方法,把断层上、下盘煤层结合起来开采。


第三节 岩浆侵入煤层


一、岩浆侵入煤层的观测与研究


(一)岩浆侵入体的一般特征


  1. 岩浆侵入体的产状

生产矿井中发现的岩浆侵入体主要有以下两种产状:


(1)岩墙。


(2)岩床。


2.岩浆侵入体岩性


(二)对岩浆侵入体的观测


对在井下一切揭露岩浆侵入体的地点,都应进行详细的观测和素描。观测的内容有以下四个方面:


1.岩浆侵入体的颜色、矿物成分、结构、构造特征及名称。


2.岩浆侵入体的产状、延展范围。


3.岩浆侵入体与断裂构造的关系。


4.煤层被破坏情况,包括岩浆侵入体与煤层的接触关系、天然焦宽度、煤层的变质程度等。


(三)对岩浆侵入体的探测


(四)岩浆侵入体资料的综合研究


二、岩浆侵入体对煤矿生产的影响


(一)岩浆侵入体对煤质的影响


(二)岩浆侵入体对煤矿生产的影响


三、岩浆侵入煤层的处理


第四节 岩溶陷落柱


岩溶陷落柱是指煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩层,经地下水溶蚀形成的岩溶洞穴,在上覆岩层重力作用下产生塌陷,形成筒状或似锥状柱体。简称陷落柱,俗称“矸子窝”或“无炭柱”。


陷落柱在我国华北石炭二迭纪聚煤区中普遍分布,其中以山西、河北最为发育。


一、陷落柱的成因


(一)岩溶发育的地质条件


(二)溶洞塌陷机理


二、陷落柱的特征


(一)陷落柱的形态特征


(二)陷落柱的地表出露特征


(三)陷落柱的井下特征


(四)陷落柱的分布特征


三、陷落柱的观测与研究


四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理


第五节 影响煤矿生产的其它地质因素


一、矿井瓦斯


二、煤层顶底板


三、矿井地热的危害


四、矿山压力


五、煤层自燃与煤尘

2. 影响煤层气富集的主要地质因素有哪些

控制煤层气富集的地质因素很多。不过总的来说,最重要的是含气性和渗透率专。含气量是基础,没有属较高的含气量就不可能有气体产出;渗透率是煤层气开采中最为重要的参数,即使含气量再高,渗透率过低还是无法开采出来。中国高煤价煤层气开发面临的主题不是含气量低,而是渗透率低,而且难以通过压裂等方法改造,美国煤层气田的渗透率普遍比中国高两个数量级。归纳起来可以说是煤层气“三控论”,即封盖层控制含气量,应力场控制渗透率,构造体和煤体控制富集带。此外水文地质条件也是煤层气富集成藏的重要因素,目前研究的热点之一。

3. 影响煤矿开采的主要地质因素

  1. 煤层厚度变化

  2. 地质构造

  3. 煤层顶底板条件

  4. 岩浆侵入煤层

  5. 矿井水

  6. 喀斯特陷落

  7. 矿井瓦斯

  8. 地压

  9. 地热.1.2 危害情况

    采空区地面塌陷主要是由于地下煤矿体开采,造成大范围采空,导致地面塌陷及变形,危害对象主要为耕地、农作物及民房,危害严重地段造成部分农田因地面沉陷而积水成潭或成沼泽地,农作物被毁坏或整块田地无法耕作而丢荒。至1999年矿山停产,地面沉陷累计影响面积约133 340 m2。目前姑占岭煤矿矿区需处理复垦的农田塌陷面积约68 000 m2。煤矿塌陷不仅破坏了土地、植被资源,而且对周围群众的生产生活带来严重的影响。
    1.1.3 成因及发展趋势
    姑占岭煤矿由于各矿段含煤地质条件、开采技术工艺、开采规模、开采年代与开采深度的差异,形成面积大小不等的采空区,煤矿采空区地面塌陷是由于煤层采出后,开采区域周围岩体的原始地应力平衡遭到破坏,随着开采工程活动进行,采空区上方岩层在重力作用下发生弯曲、离层以致冒落而形成。姑占岭煤矿采空地面塌陷多为缓变型,平面形态一般呈圆形、椭圆形盆状。其发生发展过程及地表形态特征主要取决于煤层埋藏深度、开采厚度、顶板岩性、工程地质特征等。姑占岭煤矿采煤历史长、强度大,伴随着采空范围的不断扩大,采空地面塌陷不断发生(主要发生在矿山开采过程和开采后一段时间)。1999年底停产后,地下水位开始恢复,采空区塌陷积水成塘。由于矿山已停采十多年,现塌陷已相对稳定,近期未见继续发展趋势。

    1.2 排土场边坡失稳
    煤炭开采中矸石固体废弃物堆放于石鼓砖厂一带,分布长160 m,宽70 m,体积161 146 m3,形成周边长约460 m的边坡,高约10 m,坡度60~70°,结构松散。由于排土场未作有效的防护处理,每年汛期一到都会出现滑坡、崩塌等现象,堵塞乡村道路,加剧水土流失,并破坏地形地貌景观而引起生态环境恶化。目前边坡失稳灾害稳定性较好,潜在危害小,危险性小。

    1.3 排土场水土流失
    煤矿石固体废弃物堆土占地面积约16 292 m2,土质疏松而未经压实,植被稀少,坡顶和坡面在雨水冲刷作用下,易产生水土流失。水土流失主要造成排土场坡顶和边坡面受破坏,堵塞排水沟、冲淤农田,破坏生态环境,影响自然景观等。

    1.4 环境水污染
    煤炭开采中有矸石固体废弃物堆放于矿区周围公路及水塘边,由于未及时处理,煤矸石遭受长期降雨淋滤时,其中有毒、有害组分迁移到附近的水体中,造成地表水体污染。矿渣污水流入附近鱼塘、农田会造成鱼塘、农田污染,使鱼塘和农田减产;由于地表水受污染,渗入地下也会造成地下水受污染。此外,矿渣污染也会造成生态环境恶化。

    1.5 固体废弃物占用破坏土地
    由于煤矿开采中矿石固体废弃物不合理堆放,占用了大量肥沃农田、林地、居民地和工矿用地等土地资源,并破坏地形地貌和生态环境。同时废弃厂房也压占土地,破坏植被,使区内本来不多的土地资源变得更加紧缺。目前,姑占岭煤矿渣石堆占用土地约13 334 m2,废弃物总积存量达5万t。大量堆放的废矿渣不仅对土地资源和地貌景观造成破坏,而且给重力地质灾害及其它灾害的发生留下隐患。

    1.6 煤矿渣污染大气环境
    煤矿渣露天堆放对大气环境的影响主要有两方面:一是煤矸石风化扬尘增加了大气中的总悬浮物粒;二是矸石堆燃烧释放出大量有害气体。处于自然干燥状态下的煤矸石堆,在长期的风化作用下,矸石表面易形成大量细小颗粒,在一定的风速下,这些细小颗粒可通过风的作用进入大气中,增加了大气中的总悬浮物微粒浓度。此外,矸石燃烧造成矸石堆表面温度升高,并释放出大量的SO2、CO2、CO、H2S等有害气体,造成附近居民患上呼吸道疾病;当大气中的硫化物达到一定浓度时,形成酸雨危害。

4. 影响煤矿安全生产的地质因素有那些

自己把下面的内容整合一下,再找一两个实践中的例子,一凑合就两千字了。不要指望别人包办,朋友们给你搜集一些资料就够意思了,给你娶个媳妇,还指望大家给你把孩子生出来?做人别太懒了!

影响煤矿生产的主要地质因素

煤层厚度变化

煤层厚度变化是影响煤矿生产的主要地质因素之一。煤层发生分叉、变薄、尖灭等厚度变化,直接影响煤矿正常生产。

一、煤层厚度变化的原因及变化特征

煤层厚度变化是多种多样的,但就其成因来说,可分为原生变化和后生变化两大类。

(一)煤层厚度的原生变化

煤层厚度的原生变化是指泥岩层堆积过程中,在形成煤层顶板岩层的沉积物覆盖以前,由于地壳活动,沉积环境变迁等各种地质因素的影响而引起的煤层形态和厚度变化。原生变化主要包括地壳不均衡沉降引起的煤层分叉、变薄、尖灭、泥炭沼泽古地形对煤层形态和煤厚的影响、河流同生冲蚀、海水同生冲蚀等四种原因。

(二)煤层厚度的后生变化

煤层厚度的后生变化是指煤层被沉积物覆盖以后,或煤系形成以后,由于河流剥蚀、构造变动、岩浆侵入、岩溶陷落等各种地质因素的影响而引起煤层形态和厚度变化。

二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响

煤层厚度变化对煤矿生产的影响主要表现在以下几个方面:

1.影响采掘部署

2.影响采煤工艺

3.影响计划生产

4.掘进率增高

5.采出率降低

三、煤层厚度变化的研究和处理

(一)煤层厚度变化的观测和探测

1.煤层的观测

1)煤层的观测内容

2)煤层的观测方法

2.煤层的探测

1)煤层厚度的探测

(1)煤巷掘进中的探煤厚工作。

(2)回采工作面的探煤厚工作。

2)煤层分叉尖灭的探测

根据煤层分叉的稳定情况大致可分为两种:一种是煤层分叉后分层的分布比较稳定;另一种是煤层分叉后只有一层保持稳定(即为主分叉层),其它各层延续不远很快尖灭。

3)煤层底凸薄化的探测

煤层底凸薄化是指煤层底板凸起造成煤层变薄尖灭的现象。对于这种变化,常用的探测方法如下:

(1)钻探控制巷道掘进方向的底凸位置。

(2)利用巷道穿越底凸部位,直接圈定煤层底板凸起的位置及薄化范围。

(3)利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料,编制煤层顶、底板标高等值线图,研究泥炭沼泽的基底地形,圈定煤层底凸薄化的位置和范围。

4)煤层河流冲蚀变薄带的探测

首先应在巷道中仔细观察和素描冲蚀带的宽度、厚度、岩石成分、层理、砾石分布、煤层顶板冲蚀情况、冲蚀面特征、冲蚀处煤质变化等。将各巷道所见的冲蚀现象投绘在平面图上,进行对比分析,确定古河床的分布范围及对煤层破坏的情况,圈出古河床冲蚀带范围。

(二)定量评定煤层厚度的稳定性

(三)煤层厚度变化的处理

1.掘进中的处理办法

(1)在煤巷掘进中遇到煤层分叉、尖灭现象,要根据具体情况确定掘进方案,如已知上分层稳定可采,而下分层常变薄尖灭,则巷道应紧靠煤层顶板掘进。如果是下分层稳定可采,上分层不稳定,则应紧靠煤层底板掘进。如果分叉后煤层全部可采,应先采上分层,再采下分层。

(2)在采区上山掘进中,如遇煤层变薄带,应按变薄带的范围大小来决定巷道是直接穿过,还是停止掘进,或从其它地方另开巷道。若变薄带范围不大,并且确知工作面有煤可采时,掘进巷道采取挑顶或破底办法直接穿过变薄带。

(3)主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖灭时,巷道可按原计划施工,穿过变薄尖灭带。

2.回采工作中的处理方法

回采工作面遇到变薄带或无煤区时,可采用直接推过或绕过的办法。若变薄带或不可采区范围较小,则可采用直接推过的办法;若变薄带范围较大,可考虑采用绕过的办法;大面积的不可采区,应布置探巷,探清不可采范围,将工作面分为几块回采,先采①、②两块,然后合成一个工作面③进行回采。

第二节 矿井地质构造
地质构造是影响煤矿建设和生产的各种地质因素中最重要的因素之一。地质构造包括褶皱、节理和断层。断层是矿井地质构造的研究重点。

矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度,可分为大、中、小三种类型。大型构造是指决定井田边界的大型褶曲与断层,这类构造在勘探阶段已基本查明。中型构造是指分布在井田范围内,影响水平、采区划分和巷道布置的次一级构造,它们对煤矿生产影响极大,是矿井地质工作的重点。小型构造是指那些在巷道或工作面中比较容易查明全貌的更次一级的褶曲与断层。

一、褶曲构造对煤矿生产的影响与研究

(一)褶曲构造对煤矿生产的影响

1.大型褶曲

大型褶曲在勘查段已经查明,它的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署,是矿井设计考虑的主要问题。

2.中型褶曲

中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大,但对采区的布置关系密切,影响到采区的大小和采区巷道的布置。

3.小型褶曲

小型褶曲是在回采工作面准备过程中,在巷道中揭露的幅度仅几米到几十米,长度为几米到几十米的褶曲。它影响煤层平巷的掘进方向,从而影响工作面长度,给机械化回采、顶板管理带来一定困难。小型褶曲还往往引起煤层厚度发生变化,使生产条件复杂化。小型褶曲特别发育时,甚至会使煤层变为不可采。

(二)煤矿生产中褶曲构造的研究

1.褶曲的判断

判断井下褶曲的存在,主要是根据煤、岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复出现这两大标志。如在石门巷道中岩层倾向相背或相倾,或是在煤层平巷中由于煤层走向的急剧变化而使平巷弯曲,表明有褶曲(背斜或向斜)存在。

在构造简单,岩层标志比较明显的地区,根据褶曲核部和两翼的岩层层序,

2.褶曲的观测

(1)对在巷道中能看到全貌的小褶曲,应系统观测褶曲轴的位置、方向、产状。对中型褶曲,在一条巷道中不能观测到全貌时,应准确鉴定观测点处的煤层,岩层层位及其顶底面顺序,岩层产状、煤厚变化,以及与其伴生的次一级小构造等,然后将所观测到的资料投绘到平面图和剖面图上,在图上综合分析,确定褶曲轴的位置延展方向。

(2)观测描述褶曲两翼的岩层产状,褶曲宽度和幅度,褶曲的延展变化及向深部的延伸趋势。

3.褶曲的探测

(三)褶曲的处理

通过对褶曲的判断、观测、探测,已基本查明它的位置、方向及产状变化。在此基础上可对褶曲采取如下措施进行处理。

1.大型褶曲

(1)褶曲轴线作为井田边界。有些大型向斜,由于轴部埋藏较深,开采困难,多作为井田边界,其两翼分别由两个或几个井田开采。有些大型宽缓背斜,两翼煤层距离较远,井下难以形成统一的生产系统,可以褶曲轴为界,两翼分别有两个井田开采。

(2)大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法。不是所有的大型褶曲轴都必须作为井田边界,在有的井田内也可以有大型褶曲存在。若在井田内有大型背斜构造,开拓系统中常把总回风道布置在背斜轴附近,两翼煤层均可利用。有些位于向斜构造的矿井,常把运输巷道布置在向斜轴部附近,用一条运输巷解决向斜两翼的运输问题。

2.中型褶曲

(1)以褶曲轴线作为采区中心布置采区上山或下山。对开阔的平缓褶曲,以向斜轴作为采区中心,向两翼布置回采工作面,采区走向长可达1000m以上。

(2)以褶曲轴作为采区边界。在较紧闭的褶曲轴部,次一级构造往往发育,因此常以褶曲轴作为采区边界。

(3)工作面直接推过褶曲轴。当褶曲较宽缓,而规模不太大时,可布置单翼采区,工作面直接推过褶曲轴部。

3.小型褶曲

(1)采面重开切眼生产。在小型褶曲发育地区,常见到煤层突然增厚或变薄,甚至不可采,使工作面无法通过,需要重新开掘切眼进行生产。

(2)采面运输巷改造取直。煤矿要求运输巷在60m内不能有大的弯曲,弯曲过多无法使用。由于小褶曲存在,使煤层平巷弯弯曲曲,为满足生产要求,巷道需要改造取直。

二、断裂构造对煤矿生产的影响与研究

(一)节理(裂隙)对煤矿生产的影响及处理

1.影响钻眼爆破效果

2.影响开采效率

3. 影响顶板控制方法

4.影响工作面布置

5.对其它方面的影响

(二)断层对煤矿生产的影响

断层破坏了煤层的连续性和完整性,对煤矿生产造成了很大影响。断层规模不同,对生产的影响程度不同。目前对断层规模等级的划分标准尚不统一。根据煤矿工作实践,建议采用下列划分标准:落差大于50m为特大型断层,落差50~20m为大型断层,落差20~5m为中型断层,落差小于5m为小型断层。

断层对煤矿生产的影响主要表现在以下七个方面:

1.影响井田划分

2.影响井田开拓方式

3.影响采区和工作面布置

4.影响安全生产

5.增加煤炭损失量

6.增加巷道掘进量

7.影响煤矿综合经济效益

(三)煤矿生产中断层的研究

1.断层的判断

断层的出现不是孤立的,常在断层附近的煤、岩层中伴生一些与正常情况不同的地质现象,这些现象预示者前方可能有断层存在,应作好过断层的准备工作。在断层出现前,可能遇到的征兆,主要有以下几种现象:

(1)煤层、岩层的产状发生显著的变化时,可能有断层存在。

(2)煤层厚度发生变化,煤层顶底板出现不平行现象时,可能有断层存在。

(3)掘进巷道中经常出现明显的小褶曲(如开滦唐山煤矿),或煤层常发生强烈揉皱,滑面增多或变为鳞片状碎煤(如淄博龙泉矿)等现象时,可能有断层存在。

(4)煤层和顶、底板中的裂隙显著增加,并有一定的规律性时,可能有断层存在。

(5)在大断层附近常伴生一系列小断层,这些小断层是判断大断层的重要标志。

(6)在高瓦斯的矿井,在巷道中瓦斯涌出量常有明显变化地段,可能有断层存在。如焦作矿务局焦西矿掘进巷道时,遇断层前后瓦期涌出量出驼峰现象。

(7)充水性强的矿井,巷道接近断层时,常出现滴水、淋水以至涌水的现象,可能有断层存在。

在实际工作中,应根据上述各种征兆,再结合矿井的具体地质条件和已采掘地段断层资料,进行综合分析,使判断更符合实际。

2. 断层的观测

(1)确定断层位置。

(2)观察断层面特征。

(3)观察断层的伴生派生构造。

(4)确定断层性质及断层力学性质。

(5)测量断层面产状。

(6)确定断层的落差。

3.断层的探测(断失煤层的寻找)

煤矿中判断断层性质和确定断距的方法主要有以下五种:

(1)层位对比法。

(2)伴生派生构造判断法。

(3)规律类推法。

(4)作图分析法。

(5)生产勘探法。

(四) 断层的处理

1.开拓设计阶段对断层的处理

(1)井田边界和采区边界的确定。凡是井田内遇到落差大于50m的特大型断层时,应以该大型断层作为井田边界。

(2)井筒位置的选择。一般立井井筒要布置在倾角较大的大断层下盘,距断层30~50m以外的位置。

(3)运输大巷的布置。运输大巷是需布置在较坚硬的岩层中,且尽量少改变方向。但在断层错动处,断层上、下盘的煤岩层位移较大,甚至与另一盘的含水层相遇,因此必须考虑巷道的改道问题。

(4)采区内块段划分。被断层切割破坏的地区,要综合考虑断层的位置、落差、被切割块段的大小和形态,以及已有的生产系统等因素来划分开采块段,要尽可能地将较大断层留在各块段之间的煤柱当中。

(5)井田开拓方式的确定。选择井田开拓方式时,要考虑各种地质因素的影响,其中断层占重要地位。

2.巷道掘进阶段对断层的处理

(1)平巷过断层。平巷过断层分为穿过煤层顶板(或底板)和顺断层面掘进两种方式。

(2)倾斜巷道过断层。上山、下山等倾斜巷道遇断层后,可以根据生产的要求采取多种形式通过断层。

当断层落差较小时,根据断失盘是上升还是下降盘分别采用挑顶、挖底或挑顶挖底相结合的方式通过断层。

3.回采阶段对断层的处理

(1)采用强行通过的方法。

(2)采用重开切眼的方法。当断层落差大于煤厚时,对于倾向断层或斜交断层可采用重开切眼的方法,即提前在断层另一盘重新开掘切眼,待工作面推进到断层处,停止回采,工作面搬家到新切眼内继续开采。

(3)采用划小工作面的方法。当断层落差大于煤厚时,对于走向断层,可在断层两侧补掘中间平巷,把原来一个采面划分为两个采面分别回采。对于落差一端大、一端小的斜交断层,可采用合采与分采相结合的方法,把断层上、下盘煤层结合起来开采。

第三节 岩浆侵入煤层

一、岩浆侵入煤层的观测与研究

(一)岩浆侵入体的一般特征

1.岩浆侵入体的产状

生产矿井中发现的岩浆侵入体主要有以下两种产状:

(1)岩墙。

(2)岩床。

2.岩浆侵入体岩性

(二)对岩浆侵入体的观测

对在井下一切揭露岩浆侵入体的地点,都应进行详细的观测和素描。观测的内容有以下四个方面:

1.岩浆侵入体的颜色、矿物成分、结构、构造特征及名称。

2.岩浆侵入体的产状、延展范围。

3.岩浆侵入体与断裂构造的关系。

4.煤层被破坏情况,包括岩浆侵入体与煤层的接触关系、天然焦宽度、煤层的变质程度等。

(三)对岩浆侵入体的探测

(四)岩浆侵入体资料的综合研究

二、岩浆侵入体对煤矿生产的影响

(一)岩浆侵入体对煤质的影响

(二)岩浆侵入体对煤矿生产的影响

三、岩浆侵入煤层的处理

第四节 岩溶陷落柱

岩溶陷落柱是指煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩层,经地下水溶蚀形成的岩溶洞穴,在上覆岩层重力作用下产生塌陷,形成筒状或似锥状柱体。简称陷落柱,俗称“矸子窝”或“无炭柱”。

陷落柱在我国华北石炭二迭纪聚煤区中普遍分布,其中以山西、河北最为发育。

一、陷落柱的成因

(一)岩溶发育的地质条件

(二)溶洞塌陷机理

二、陷落柱的特征

(一)陷落柱的形态特征

(二)陷落柱的地表出露特征

(三)陷落柱的井下特征

(四)陷落柱的分布特征

三、陷落柱的观测与研究

四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理

第五节 影响煤矿生产的其它地质因素

一、矿井瓦斯

二、煤层顶底板

三、矿井地热的危害

四、矿山压力

五、煤层自燃与煤尘

5. 影响煤层瓦斯含量的地质因素有哪些

答案来:煤层瓦斯含量指煤层或岩层源在自然条件下单位重量或者单位体积所含有的瓦斯量,一般用立方米/吨或立方米/立方米表示。煤层瓦斯含量的测定方法有:直接测定法及间接测定法。
由于瓦斯在生成和贮存过程中要受到多方面因素的影响,不同煤田的瓦斯含量有很大差别。主要影响因素有:1、煤层的变质程度
(1)煤的成分。煤的成分与煤的变质程度对瓦斯的产生有直接影响。一般说来,煤的变质程度越高,生成的瓦斯量越大;煤的碳化程度越高,瓦斯的挥发性越低,瓦斯含量也越高。另外,煤的水分对瓦斯含量也有一定影响,煤质水分越高,瓦斯含量就越低。再者,煤体中夹杂的大量杂质也会影响瓦斯的生成和吸着能力。
(2)煤的空隙率。煤的空隙是保存游离瓦斯的空间,孔隙内表面积的大小是影响吸着瓦斯的重要因素。煤的变质程度低时,挥发分较高,煤的结构较疏松,孔隙率就较高。煤的变质程度较高时,挥发分减低,孔隙率下降;当变质程度更高时,由于挥发分和水分的进一步减少,孔隙率又为之增加。总之,煤的孔隙率随煤的变质程度的变化而改变,随着煤的变质程度由低到高,煤的空隙率先减少然后增大。2、煤田地质条件
(1)矿体的地质史。在漫长的地质年代里,由于长期而复杂的大气候和地

6. 影响煤炭开采的主要地质因素有哪些

1,煤层厚度,能不能达到最低可采厚度,
2.煤层深度
3煤层顶底板的硬度和厚度
4有没有断层或破碎带而引起的层间透水,

7. 影响煤炭需求的主要因素有哪些

1、运费运费运费运费,煤炭价格50%以上是由运费构成。其中主要为铁路运费,其次是海运费。 ①铁路运费。 1) 铁路运量。 2) 铁路检修。 3) 铁路事故。 ②海运费。 1) 航运市场行情。 2) 燃油价格波动。 ③港口费用。 2、供需关系供需关系供需关系供需关系,供大于求煤价下降,反之上升。 ①影响煤炭供应因素。 1) 政策影响开采量及煤炭价格,如山西煤企整合、中央五年计划。 2) 因事故发生的停产及安全生产政策的执行使煤炭开采量下降。 3) 煤企及行业协会运营策略。 ②影响煤炭需求因素。 1) 气候,如大雪及严寒天气使得供暖企业的煤炭需求量加大。 2) 相关行业,如钢铁冶金等耗煤行业企业所面临的形势及运营状况。 3) 国家宏观经济发展,经济形势影响企业运营状况,而其中的生产制造企业的煤炭需求及耗电量直接和间接的影响煤炭的需求情况。 3、经济因素经济因素经济因素经济因素影响着煤炭价格的波动。 ①国际煤炭贸易。 1) 国外各地区煤炭价格。 2) 煤炭进、出口情况。 3) 来自其他国家或世贸的贸易制裁。 4) 与其他国家签署的煤炭供销协议。 5) 世界或地区金融危机。 ②国内经济环境。 1) 与煤炭行业相关的经济活动及政策。 2) 金融市场 如焦炭期货交易,大量的无货沽空会导致最终煤炭价格降低。 3) 劳动力市场 人工成本。 4、政策导向及政府政策导向及政府政策导向及政府政策导向及政府调控调控调控调控。 ①各种收费的提高会影响煤炭价格 如税费。 ②对价格直接调控 如对于合同煤的调控。 ③政策导向 如节能减排。 5、其他因素其他因素其他因素其他因素。 各个环节的一些灰色收费。 重大矿难。 特殊事件——灾难 。 政治事件

8. 当前影响我国煤炭产业发展的主要因素有哪些

煤炭资源管理、煤炭开发布局、煤炭产业组织、煤炭产业产品结构、煤炭产业技术发展、煤炭产业消费与流通

9. 关于煤矿开采地质条件

构造会很大程度的影响巷道的掘进,比如说褶皱,这个还相对小一点;如果说是断专层,那可就属 涉及的东西多了 你 要算出他的导水系数等等,还有陷落柱,也是能导水的,他们都是造成透水事故的主要因素,
在煤矿开采过程中还要注意煤层顶底板的抗压,抗剪,抗拉强度,等等,底板么 主要还是他的膨胀系数(具体叫什么,一时叫不上来),
这些都在很大程度上决定了巷道掘进和巷道设计

10. 煤炭开发中的主要环境地质问题

西北地区煤炭开采区主要分布在黄土高原的陕西韩城—铜川—彬长—黄陵等渭北煤田区、陕西神府及内蒙古东胜煤田区,甘肃平凉华亭、阿干镇、窑街煤田区,宁夏灵武、石嘴山、石炭井煤田区,内蒙古乌达、海勃湾、包头石拐煤田区,新疆的乌鲁木齐、哈密三道岭煤田区等。

总体而言,西北地区煤矿开采引发的环境地质问题十分严重,是所有矿产工业类型中矿山环境地质问题最为严重的一种类型。地下开采和露天开采对矿区地质环境影响方式和程度不同,以地下采煤导致的环境地质问题最为严重。西北地区煤矿以地下开采为主,其产量约占煤炭产量的96%,主要环境地质问题见表3-7。煤矿开采的环境地质问题示意图见图3-3。

表3-7 煤炭开采的主要环境地质问题

图3-3 煤矿开采环境地质问题示意图

露头煤及浅部煤层采用露天开采,改变了原有的地形地貌:高陡边坡诱发滑坡(①),外排土矸场占压土地(②),废渣堆积沟坡上,暴雨诱发形成滑坡(①)和泥石流(③)地质灾害。煤层采空区(④、⑤)上方地裂缝(⑥)会造成建筑物开裂、农田被毁,稍深部煤层采空区上方发生地面塌陷(⑦),耕地被毁,村庄搬迁。煤矸石堆积占压土地的同时,矸石山粉尘及自燃(⑧)产生的有毒有害气体、风井排出的沼气、二氧化碳等污染大气环境(⑨),危及人类健康。露天矿排矸场及煤矸石淋溶水造成地表水土(⑩)及农作物污染,下渗造成地下水及岩溶水污染(

)

3.4.2.1 煤矸石压占土地

煤矸石是采煤和选煤过程中的废弃物,通常占煤矿产量的12%~20%,是煤矿最主要的固体废弃物,主要危害是堆积压占土地破坏植被。陕西黄陵店头地处黄土高原地带,小流域地区的森林植被良好,但是部分煤矿排放的煤矸石堆积在山坡上,压占了生长良好的杂木林。陕西韩城下峪口黄河滩湿地芦苇茂密,生态环境良好,但是该矿排放的煤矸石填滩造地,破坏了黄河湿地生态资源与环境。

3.4.2.2 对水资源的影响

产于鄂尔多斯盆地周边的石炭-二叠系中的煤田,其下部是奥陶系石灰岩,上部为侏罗系砂泥岩,属干旱盆地严重缺水地区。矿井疏干排水导致地下水均衡系统破坏,地表水水量减少,地下水位下降。煤矿酸性及高矿化度的井水造成地下水污染,加剧了水资源危机。新疆乌鲁木齐市六道湾煤矿煤系地层倾角67°~78°,开采后形成自上而下的采空区塌陷和裂缝带,造成水资源流失的环境破坏。煤炭资源大面积连续开采,造成了难以恢复的地下水破坏,同时导致地表河流流量锐减,生态环境破坏。1997年以来,陕西神府煤田开发区的不少河流断流,如2000年窟野河断流75d,2001年断流106d。由于煤矿采空区裂缝遍布,最宽达2m多,局部地区地面下降2~3m,导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干枯,26.67ha水田变为旱地,杨树等植被大片枯死。

3.4.2.3 崩塌、滑坡、泥石流

露天矿山高陡边坡开挖或堆积在斜坡体上的采矿废渣因暴雨、地面塌陷、地裂缝等原因引发崩塌、滑坡。煤矿区滑坡主要发生在露天矿、黄土高原以及山地矿山。如新疆哈密三道岭露天煤矿1967、1983 和1999年先后三次发生较大规模的滑坡,造成矿区运输中断,直接经济损失上百万元。内蒙古包头石拐矿区由于采煤使地下采空区面积增大,近几年滑坡活动加剧,目前滑坡体东西长100~370m,南北宽600余m,面积约16×104m2,体积约400×104m3。从1979年至今已毁坏民房及其他建筑物达5000m2,堵塞了通往五当召旅游点的道路600m,造成经济损失约400万元。红旗山出现了多组东西向宽约0.1~1.5m、南北走向长约100~300m的地裂缝,危及山脚下677户1947人的生命财产安全。

陕西韩城象山煤矿因地下采煤及渠道渗水等原因,引起山体蠕滑,直接威胁坑口电厂——韩城电厂主厂房的安全,为此付出了上亿元的防治费用。陕西彬县百子沟煤矿地下采煤采空区上方岩层垮落、下沉,使地表斜坡失去平衡导致1995年7月6日的黄土滑坡,滑距约30m,180×104m3土方量堵塞河道形成堰塞湖。滑坡将矿部三座大楼整体向前推移5~7m,楼房墙壁出现裂缝,地板鼓起,地基被毁。由于事先的预报准确,所幸无人员伤亡。1991年8月9日,陕西铜川金华山煤矿西侧黄土塬边由于地下采煤引起崩塌、滑坡,土方量达1050×104m3,将坡脚处的西龙村埋没,大片良田被毁,损失巨大。

陕西铜川焦坪、王石凹、李家塔、金华山、桃园等煤矿均发生过严重的滑坡,铜川矿区有中等以上规模滑坡1000多处,铜川市区有154处,崩塌体361处。陕蒙神府—东胜矿区地处干旱半干旱地带,植被覆盖率低,土壤风蚀、水蚀交错,岩层结构疏松,易风化,自然灾害频繁,生态环境十分脆弱。20世纪80年代以来煤田大面积开采,采矿废石及排土乱堆乱放,沿山坡开挖加大了地面坡度。矿区人为泥石流均分布在河道两侧,泥石流直接注入河床,使河床过水断面缩小,行洪能力降低,即使中等水深洪水,也能造成很大灾害。1989年7月21日,矿区上游突降暴雨,3h降雨120mm,在乌兰木伦河形成含沙量高达1360kg/m3的泥石流,淤平坑井11处和露天矿坑9处,其中马家塔露天矿被淹没,泥沙淤积15×104m3,冲毁两岸矿堤1870m、水浇地600亩、路基挡墙60m,导致铁轨悬空,中断行车一月之久,经济损失2000多万元。

3.4.2.4 地面塌陷和地裂缝

地下开采形成的地面塌陷、地裂缝造成耕地破坏、公路塌陷、铁轨扭曲、建筑物裂缝,以及洼地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。在干旱地区由于地表水系受到破坏,导致矿区生产、生活以及农业用水发生困难。同时,还可诱发山体开裂形成滑坡。

地面塌陷和地裂缝在大中型地下开采的煤矿区最为普遍,灾害也最为严重。如新疆的六道湾煤矿,甘肃的华亭、窑街、阿干镇、王家山等煤矿,宁夏的石嘴山、石炭井煤矿和陕西的渭北韩城—铜川以及神府—东胜煤田矿区。

调查资料表明,在579座各种类型的矿山中,有115座矿山存在地面塌陷,塌陷面积达20236km2。其中非煤矿山10座,仅占8.70%;而煤矿山有105座,占塌陷矿山的91.30%。根据塌陷面积及严重程度,大于10km2的极差级别矿山8座,占8%;1~10km2差级别矿山 37座,占 35%;0.1~1km2中等级别矿山 37座,占 35%;小于0.1km2较好级别矿山23座,占22%。

煤矿区的地面塌陷最为严重,这是因为煤层厚度较金属矿体稳定,分布范围大,煤层产状较平缓,采煤形成的采空区较金属矿山要大得多,并且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地面塌陷和地裂缝的范围及深度与采煤方法、工作面开采面积、采区回采率以及煤层产状等多种因素有关。一般而言,在其他因素相同的条件下,充分采动(用长壁工作面全部垮落法采煤时)比非充分采动(条带部分冒落法采煤)引起的地面塌陷影响范围及深度要大。而煤层采厚越大,倾角越小,埋深愈浅,开采面积越大,地面塌陷、裂缝影响范围及深度也越大。地表最大下沉量W可用公式估算:W=qMcosα。

式中:q为下沉系数,全部冒落采煤法 q=0.70~0.90,条带部分冒落采煤法 q=0.02~0.30;M为煤层法线厚度;α为煤层倾角。

当采深与采厚之比小于20时,地表常发生剧烈变形,此比值大到一定程度后塌陷消失。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5煤层,煤层厚4~6m,埋深90~100m,1992年5月5日矿井上方发生地面塌陷12000m2,陷落深度0.7m。有关资料指出,塌陷面积与开采面积之比平均值为1.2,塌陷容积与开采体积之比平均值为0.6~0.7。当采深较大时,地面、地表裂缝则较少。当采深H >(100~150)m,或 F=H/M≥20(M 为煤层厚度)时,地表移动和变形在时间和空间上呈明显连续,不出现地裂缝。

根据煤炭工业“九五”环境保护计划,2000年全国(除西北地区,下同)煤矿地面塌陷面积为182.20km2,复垦面积为48.40km2,复垦率为26.6%。西北地区煤矿地面塌陷面积为35.76km2,复垦面积为 4.40km2,复垦率为12.3%,比同期全国平均值低54.9%。2000年西北地区煤炭产量达8994×104t,万吨煤塌陷面积为0.31ha,比全国万吨煤塌陷面积均值0.20ha高55%,而复垦率低51.5%。可见,西北地区煤矿地下开采塌陷区的防治工作应加紧加快。

乌鲁木齐市六道湾煤矿距友好商贸中心仅1.5km,该矿煤层倾角67°~78°,属急倾斜煤层,50年来,地下不同开采水平分段放顶煤采煤后,由于上位顶煤和覆盖层的周期性塌陷断裂,出现与煤层走向一致的条带状塌陷深坑,深度达40~50m,并在塌陷坑两侧形成平行裂缝,造成了连续性的地面塌陷凹槽、地裂缝和塌陷坑。塌陷区目前仅作为乌鲁木齐市城市工业垃圾的填埋场所,在其虚土表面又不断产生新的塌陷深坑和地裂缝,3km2的土地不能开发利用,迫使市政设施建设不得不绕道而行,成为乌鲁木齐城市建设发展的死角。

宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积为5.15km2,而塌陷面积已达6.97km2,是其开采面积的135%,形成深达8~20m的地表塌陷凹地,部分地段的裂缝宽达1m。矿区铁路运输基地高出塌陷区10~20m,使得矿山企业每年用于铁路的垫路费高达100万元,穿越矿区的109国道被迫改道。

陕西省煤矿采空区地面塌陷总面积约115km2(表3-8),主要分布于渭北及陕北煤矿区,陕南秦巴山地区仅有零星分布。其中铜川市老矿区因开采较早,地面塌陷比较严重,到1999年底,据不完全统计其地面塌陷为63.82km2,占到全省煤矿区地面塌陷区的55.38%,其中80%为耕地。而神木县近几年煤矿开发力度不断增大,加之煤层埋藏较浅,地面塌陷面积增大,截至2001年,该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2

表3-8 陕西省煤矿区地面塌陷

陕西省渭北煤田的铜川、黄陵、合阳、白水、韩城各矿区,陕北神府煤田的大柳塔、大砭窑、洋桃瑁、沙川沟、刘占沟、新民矿等矿区,均出现有不同程度的地面塌陷、地裂缝及山体滑坡,造成大面积的农田被毁、房屋开裂、铁轨扭曲、公路塌陷、矿井涌水等。2001年7月特大暴雨使黄陵店头陕煤建五处矿区仓村三组的1.2km2耕地发生地面塌陷、地裂缝,地裂缝最宽达15m,塌陷落差达7.45m,60%耕地已无法复垦,农田撂荒,预计经济损失达270万元。2000年4月,中央电视台《焦点访谈》对陕西铜川市王益区黄堡镇黑池塬乡镇煤矿地下开采造成的村民窑洞开裂、耕地被毁进行了曝光。陕西白水县县办煤矿开采导致白水县火车站候车室出现裂缝、铁轨下沉、广场地面鼓包。陕西渭北煤田地表水平拉伸变形值达到0.8~2.2mm/m时出现地裂缝,裂缝宽300~700mm,深度达5~15m。铜川煤矿区地裂缝有5400余条,以王石凹煤矿为例,在1:5000 的地形图上填绘的裂缝就有70多条,总长度近7000余米。20世纪90年代,甘肃窑街煤矿区矿井地面占地598.1ha,地面塌陷20处,共计443.54ha,地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%,每年以14.47ha的速度扩大,10年间因塌陷引起的特大型山体滑坡等灾难性地质事故数起。80年代造成水土流失面积449~550ha,90年代达到663~720ha。甘肃靖远王家山煤矿1995年8月两次洪水携带泥石流从地面裂缝涌入井下,造成多人伤亡。

陕西神木大柳塔煤矿区1997年以后形成采空区,1998年前后产生地面塌陷和地裂缝。大柳塔矿区采空区约为 3.9km2,总面积约 5.8km2,产生地裂缝的总面积约5.45km2。大柳塔活鸡兔井采空区面积过大,造成大面积地面塌陷,其中205工作面塌陷区宽0.3km,长为3km,面积为0.9km2,共发现16条地表裂缝,沿整个工作面呈断续分布,裂缝宽5~60cm,间距2~8m。206 工作面塌陷区宽0.3km,长为3.5km,面积为1.05km2,共发现 5条裂缝,裂缝宽 5~60cm,间距 5m 左右。207 工作面塌陷区宽0.3km,长为1.5km,面积为0.45km2,是整体陷落,其中裂缝十分发育,共发现5条,宽5~30cm,间距10m左右。从神东矿区大柳塔、补连塔和榆家梁3个矿井实测资料可知,其万吨煤地面塌陷面积为0.35~0.42ha,比全国万吨煤地面塌陷面积0.2ha几乎高出1倍,主要原因是煤层埋藏浅(61~110m),煤层厚(3.4~5.0m)。

3.4.2.5 水土流失

据水利部1992年统计,西部地区轻度以上的水土流失面积为104.07×104km2,占全国水土流失面积的58.01%。水土流失导致的土壤侵蚀是生态环境恶化的重要因素。在黄土区、黄土与沙漠过渡区,矿区发生水土流失的可能性最大。据陕西铜川、韩城、神府煤矿区有关环境报告资料预测,陕西神府—内蒙古东胜矿区平均侵蚀模数按1.21×104t/km2·a、面积按3024km2计算,年土壤侵蚀量为3659.04×104t;准噶尔矿区平均侵蚀模数按1.30×104t/km2·a、面积按1365km2计算,年土壤侵蚀量为1774.5×104t。据几个矿区开发前后不同时期的遥感资料以及河流、库坝、泥沙资料综合分析和计算表明,煤矿开采后水土流失量一般为开采前的2倍左右。陕西黄陵矿区建矿前土壤侵蚀模数为500t/km2·a,建矿5年后,土壤侵蚀模数已达1000 t/km2·a。甘肃的窑街、阿干镇、靖远煤矿区,宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区,陕蒙神府-内蒙古东胜煤矿区水土流失十分严重。内蒙古的乌达等煤矿区,侵蚀模数达10000~30000t/km2·a,是开采前水土流失量的3.0~4.5 倍。这不仅破坏了生态环境,还直接威胁矿区安全。例如,陕西神木中鸡煤矿由于矿渣倾入河道,占据河床2/3的面积,1984年8月雨季时河水受阻回流,造成特大淹井事故。

3.4.2.6 土地沙化

煤炭开采造成的地面塌陷破坏了浅层地下水系统均衡,因地下水位下降使部分地区的塌陷区植被枯死,形成或加剧土地沙漠化。露天煤矿、交通及天然气管道工程建设占用大量耕地,破坏植被,使部分原已固定和半固定的沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣的堆放、风化加剧了土地沙化。

陕西神府煤田矿区的大规模开发以及地方、个体开发沿河沟两岸乱挖滥采,破坏植被,导致沙土裸露,加剧了水土流失和土地沙化。自20世纪80年代中期开发以来,毁坏耕地666.7ha,堆放废渣超过6000×104t,破坏植被4946.7ha,增加入黄泥沙量达2019×104t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”预测,若不采取必要的防沙措施,在矿区生产能力达到3000×104t规模时,将新增沙漠化面积129.64km2,煤矿开发导致的沙漠化面积为自然发展产生沙漠化面积的1.53倍,新增入河泥沙量480×104t,比现有条件下进河泥沙量增加13.7%。

3.4.2.7 水土环境污染

煤矿水污染源主要是煤矿开采外排的矿井水、洗(选)煤水以及煤矸石淋滤水。据有关文献,莫斯科近郊煤田矿井地质环境的研究表明,距矸石堆底部50~60m远的土壤中,每100g土壤中铁含量达146~160mg,铝含量达11~19mg,分别超过允许值的3~4和1.5倍,土壤被毒化。

长期以来,由于技术水平所限和认识不足,矿井水被当作水害加以防治,矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。2000年西北地区国有矿井煤产量3785×104t,平均吨煤排水量1.3t,其他矿井煤产量5209×104t,平均吨煤排水量0.324t。西北地区的煤矿主要位于干旱、半干旱地区,矿区水资源匮乏,毫无节制的排水不仅大大破坏了地下水资源,增加了吨煤成本,而且还导致地面塌陷、地下水资源流失、水质恶化,还可能造成地下突然涌水淹井事故的产生。

煤矿矿井水多属酸性水,未加处理直接排放,加剧了干旱地区矿山用水危机。陕西、宁夏、内蒙古部分矿井水pH值均小于6,陕西铜川李家塔矿井水pH值为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物的生存环境,抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部、新疆大部分矿井及陕西中部和东部等矿井水是高矿化度水,一般矿化度均大于1000mg/L,其中甘肃靖远大部分矿井水矿化度在4000mg/L以上,尤其是王家山矿高达15000mg/L以上。

2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现,陕西白水县个别矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙的现象,导致岩溶水污染,此问题应引起有关部门的高度重视,应尽快采取措施保护岩溶水,使地下水资源不受污染。

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