华丰煤矿地质环境调查及保持措施研究.pdf

第 2 2卷第 2期 2 0 0 3年 2月 煤炭技术 C o a l Te c h n o l o g y Vo I ． 2 2． No 2 Fe b． ， 20 0 3 华 丰煤矿 地质环境调查及 保持措施 研究 张金 涛 山东泰 山能源有限责任公 司 生产技术部 ，山东 泰 山 2 7 1 2 0 4 摘要 从 华 丰煤 矿 的地质 环 境现 状人 手 ， 说 明采 矿对环 境 的危 害性 ， 并 提 出 了响应 的治 理措 施 。 关键 词 地质 环境 ；开采 沉陷 ；注 浆减 沉 中图 分类 号 T D8 文献 标识 码 A 文章 编号 1 0 0 88 7 2 5 2 0 0 3 0 2 0 0 8 8一O 2 0矿 井概 况 华 丰煤 矿隶 属 新汶 矿业 集 团公 司 ， 位于 山东 省宁 阳县境 内 。1 9 5 6年建 井 ， 1 9 5 9年 投 产 ， 至今 有 4 O余年 历 史 ， 原 设 计 能力 6 O万 t ， 分两 对斜 井 开拓 。 1 9 8 3年对 矿 井进 行 改 扩 建 ， 矿井生 产 能力 由 6 O万 t 提 高 到 9 O万 t ， 目前 生 产 能力 保 持 在 1 2 0万 t ／ a 左 右 。该 矿有 可采 煤 层 7层 ， 按 从 上到 下 的顺 序依 次编 为 一层煤 、 四层煤 、 六层 煤 、 十一层 煤 、 十 三层 煤 、 十 五层煤和十六层煤。习惯 上将一 、 四、 六层称作前 组煤 ， 十 一 、十 三 、 十 五 、 十六 层煤 称作 后 组煤 。 华 丰煤 矿 自投产 以来 ， 共 采 出原 煤 2 5 0 0万 t ， 结 束 了两 个水平 即第一 水 平 一9 0 m 水 平 和第 二 水平 一2 1 0 m 水 平 ， 第 三水 平 一4 5 0 m水 平 和 第 四水平 一7 5 0 m水 平 为 现 生产 水平 。 1地 质及 水 文地 质 简 况 1． 1地 质 概 况 华 丰井 田为面 积 不大 的孤立 构造 盆 地 ， 东 、 西 、 北 面 为一 簸箕 状 向斜 ， 井 田东 西边 界 均 为 第 三 系砾 岩 侵 蚀 面 ， 南 至煤 层 露头 ， 深部 至 一1 0 0 0 m 水 平 ， 走 向 长 度 7 ． 7 k m， 倾 斜 宽 2 6 2 k r a ， 井 田面积 1 6 ． 9 k m2 ， 煤 系地 层 为 石 炭 二迭 纪沉 积 。 地 层 走 向变化 大 ， 由东翼 的 NE向渐 变 为西翼 的 近 S N 向 ， 地 层 倾 角一般 在 2 5 ～3 5 ‘ 之 间 ， 最 大 可 达 4 5 ‘ ， 次 级 褶 皱 及 中小 断裂 均较 发育 。 1 ． 2水 文地 质简 况 华丰煤 矿是 一 水文 地质 条件 复 杂的大 水 矿井 ， 矿 井 水文 地质 条件 分类 为 Ⅲ类 复杂型 ， 影 响矿 井 充水含 水层 主 要有 第 三 纪砾 岩含水 层 、 本 溪 群徐 家庄 灰岩 含水 层 和奥 陶纪 灰 岩 含 水层 。 1 ． 2 ． 1矿 区地 下水 的补 给 、 排 泄条 件 煤 田隐伏 于第 三 纪砾 岩 层 下 ， 地形 特点 是 南 高 北 低 ， 东 高西 低。矿 区 南 部 广 泛 分 布 寒 武 纪 和 奥 陶纪 灰 岩 ， 出 露较 好， 广泛接受大气降水补给， 经地下含水层 向北径流补给煤 系地层 下 部 的徐家 庄 灰岩含 水层 和 奥 陶纪灰 岩含 水层 ， 再 经 过断层 或 破碎 带进 入 上 部 的煤 系地 层 中。第 三 纪 砾 岩 含水 层接受大气降水补给后， 补给地表水或下伏的煤系地层含水 层。大气降水的地表水 未渗透部分 则直接通过故城河和 几条 冲沟 进入 大汶 河 。 1． 2． 2矿 井 涌 水． 矿井 平 均涌水 量 约 l 3 ． 5 m2 ／ mi n ， 雨 季 与 枯水 期 稍 有 变 化 ， 水 源主要 来 自上述 的三个 含水 层 。 2 矿井地质环境影响因素 2 ． 1矿井 水的 利用 、 排 放情 况 2 ． 1 ． 1 从 矿井 排水 的水 质 分 析 ， 水 质类 型 为硫 酸 一重 碳 酸 一 钠一 镁 型水 ， 矿 化 度在 O． 5 ～2 ． 0 g ／ L之 间 ， 属 于 低 _中矿 化 度水 。 目前 矿井 水利 用情 况 ① 地 面注 浆 减沉 系统 用水 6 0 0 m ／ d ； ② 井 下综合 防尘用 水 8 O m 3 ／ d ； ③矿 洗选 厂 补充 用水 1 0 0 m ／ d ； ④ 矿 矸石 热 电厂 用水 2 0 0 0 m ／ d ； ⑤ 地 面矸 石 山防尘 、 绿化 用水 5 0 m ／ d ； ⑥ 以上几 部 分用后 的剩 余 量 通过 地 面 疏 水 沟 排 入故 城 河 ， 这部分水被故城河两岸的村庄用于农 田灌溉。 2 ． 1 ． 2洗 选 用水水 源及尾 矿 水水 质 、 排放 情 况 我矿 洗煤 用 水主 要为 井下 排 上来 的矿坑 水 ， 洗煤 厂 已实 现 一级 闭路循 环 ， 不 存在 尾 矿水 外排 问题 。 2． 1 ． 3矿 井 排 水 对 环 境 的 影 响 矿井 排 水除 用于 生产 部分 外 ， 尚有 一部 分用 于矸 石 山防 尘和 绿化 ， 大大 改善 了矸 石 山周 围环 境 ， 净 化 了矸 石 山周 围 空气 。另 外 ， 排 入故 城 河 的部 分 矿 井水 ， 均 被 附 近 农 村 用 于 农 田灌 溉 ， 有利 于 当地 农 业 生 产 ， 对 改 善 环境 起 到 间接 的 作 用 。 2 。 2矿 井排矸 华丰煤矿为年产 1 2 0万 t 的矿井 ， 每年的排矸量约 3 O ～ 3 5万 t 。 华丰煤矿是一个拥有 4 O余年开采历史的老矿 ， 而可采 煤层又多为薄煤层 ， 致使岩巷和半岩煤巷道掘进率高， 所 以 矸石 山堆 放 占地 面 积 相 当 可 观 ， 至 目前 华 丰 煤 矿 矸 石 山 占 地 一 号 井 1 1 8 0 0 0 k m2 ， 二 号 井 5 3 2 0 0 k r n z ， 两 井 合 计 1 7 1 2 0 0 k m2 。矸 石堆放 量 约 3 4 3 ． 5万 m 。 2 ． 2． 1 矸 石 成分 分析 及利 用 情况 华 丰 煤系 地层 总厚 3 2 0 m， 井 巷 直接 揭 露 的有 2 5 0 m 左 右 。在 这 2 5 0 m 岩层 中 ， 可 采煤层 总 厚 l 2． 0 m， 煤 系 中的薄 层灰岩总厚约 l O ． 0 m， 其余全为粒度不等的碎屑岩 泥岩一 粗 砂岩 。 在 生 产过 程 中 ， 煤 层 采 后 被 提 升 至 洗 煤 厂 或 地 面 储 煤 场 ， 矸 石 全部 排在 储 矸 场 地 面 矸 石 山 ， 另 外 还有 部 分洗 煤 厂洗 出 的矸石 再洗 后 也 排 向矸 石 山。因 此 排 向矸 石 山 的矸 石主要 是 煤系 地层 中的各 种碎悄 岩 少量 的泥岩 、 灰 岩 ， 大量 的粉 ～中粒 砂 岩 ， 另 外 尚有 极 少 量 可 燃 的煤 屑 和 硫 化 铁 碎 块 ， 这是 矸 石 山着 火 的 主要成 分 。 在 生 产过 程 中 ， 煤 层 采 后 被 提 升 至 洗 煤 厂戚 地 面 储 煤 场 ， 矸 石 全部 排在 储 矸 场 地 面 矸 石 山 ， 另 外还 有 部 分洗 煤 厂洗 出 的矸石 再洗 后 也 排 向矸 石 山。因 此 排 向矸 石 山 的矸 石主要 是 煤系 地层 中 的各 种碎悄 岩 少量 的泥岩 、 灰 岩 ， 大量 的粉 ～ 中粒砂 岩 ，另 外 尚 有极 少量 可燃 的煤 屑 和硫 化铁碎 收稿 日期 2 0 0 2 1 1 1 1 ； 修 订 日期 2 0 0 21 2 1 2 作者简介 1 9 5 6一 ， 男 ， 山东鱼台人， 工程师， 1 9 9 0年毕业于焦作矿业学院， 同年分配到山东新汶矿业集团华丰矿从事 矿 井地 质 ， 2 0 0 1年 到泰 山能源公 司从 事 技术 管理工作 至 今 。 维普资讯 第 2期 张金 涛 华丰煤矿地质环境调 查及保持措 施研 究 8 9 块 ， 这 是 矸石 山着 火 的主要 成 分 。 现 矸 石利 用情 况 1 煤层 中 的硫化 铁 黄 铁矿 在入 洗过 程 中大 部 分 已被 拣 出 、 销 售 ， 这 已成 为该 矿 的一 项正 常收 入 。 2 华丰 煤矿 矸石 热 电厂 ， 主要燃 料 是洗 煤 厂 的洗矸 ， 每 年 可燃 烧 洗矸 6万 t 。燃烧 后 的 电厂灰 的 大部 分用作 地 面减 沉 注浆 的 注浆 骨料 ， 每月 耗用 4 0 0 0 t 。 3 该 矿 现 有 砖 厂 一 个 ， 利 用 矸 石 制 砖 ， 目前 产 量 达 到 5 0 0万块 ／ a ， 消耗 矸石 3万 m3 。 目前 的矸 石综 合利 用 率约 为 年排矸 量 的 3 5 ％。 2． 2 ． 2由于 矿 井的矸 石 排放 量 大 ， 矸石 利 用率低 ， 因 此 目前 地 面 矸石 的堆放 量 仍 不 断 增 加 ， 占地 面 积 也将 不 断 扩大 ， 矸 石 山 自燃 现象也 不 断 发 生 ， 污 染 了大 气 环 境 ； 同 时矸 石 山坍 塌和 滑坡 的可 能性 依 然存 在 ， 威 胁 了周 围 房屋 人 员 的安 全 ， 因此 矸石 山争 需加 大治 理 。 2． 3开 采 沉 陷 2． 3 ． 1开采 情 况 该矿 的采 煤方 法为 走 向长 臂后 退式 ， 顶板 管 理方 法 为垮 落 法 ； 落 煤方 法 为放炮 落 煤 。 目前 的四层 煤 的开 采下 限 已接 近 地 面 的南 良夫村 。 华丰 镇 的南 良父村 和河 西 村 位 于 矿 区 北部 ， 大 体 在 一1 0 0 0 m 水 平 的一 、 四 、 六 层 煤 的 上 方 。南 良夫 村 人 口 2千 余 人 ， 小河 西村 人 口近 2千 ， 均 是 较大 的村 庄 。 2． 3 ． 2开采 沉 陷 区范 围及其 影 响情 况 开采 沉 陷区 范 围严 格 说 应 从 开 采 上 限 实 际采 煤 上 限 影 响 到地 表 的移 动 角 界 限 ， 至 深 部 开 采 下 限 一1 0 0 0 m 水 平 ， 采后 下 山移 动 角 至 地 表 的边 界 。浅 部 0水 平 以上 多为 古人 及 日本人 开 采 ， 当时均 采 后 组 煤 的 薄 煤 层 ， 各 煤 层 的开 采深 度也 不相 同 ， 尽 管 开采 较 浅 ， 但 由 于多 系房 柱 式 开 采 ， 对 地表虽 有 影响 ， 但 不严 重 ， 没 有 改 变 当地 居 民 的生 产 、 生 活环境 。到了深 部 以 后 ， 特 别 是 四层 煤 开采 后 ， 采 后 的地 面 塌陷逐 渐严 重 ， 至 目前 实 际 的塌 陷面 积约 5 6 5 0 0 0 0 k n -i 2 。 由于该 矿地 表为 第三 系砾 岩构 成 的低 缓丘 陵 ， 第 四 纪表 土层 较 薄 0 ～7 ． 5 m ， 巨厚 且 硬 度 较 大 、 完 整 性 较 好 的第 三 纪砾 岩 直接 履盖 于煤 系地 层 之 上 。煤 层 采 后 形 成 的 塌 陷有 以下特点 1 地 表下 沉系 数较 小 ， 一般 约 0 ． 5 m， 目前监 测 到 的地 表 最大 下沉 3 ． 0 m。 2 由于开 采深 度 较 大 ， 且 煤 系 地 层 上 有 巨 厚 的砾 岩存 在 ， 所 以煤 层采 过后 ， 地表 下 沉速 度较 慢 最 大下 沉速 度 不超 过 5 ． 0 mm／ d ， 而地 表 活动时 间 较长 。 3 由于第 四纪 表 土太 薄而 不含 水 ， 而 砾 岩水位 较 深 ， 所 以煤层 采 过后 没有造 成 地表 积水 。 4 由于实 行走 向长 臂 采 煤 方 法 ， 水 平 区 段 及采 区 的 隔 离 煤 柱很 小 。所 以煤层采 后 地表 呈 现均衡 沉 降 ， 地表 基 本 保 留 了原 来 的丘 陵状 态 。 5 由于 表土较 薄 及 巨厚 砾 岩 的存 在 ， 在 采 后 的 地 表 活 动 中 ， 地 表除 下沉 外 ， 还产 生 较严 重 的地 面斑 裂 ， 在开 采 深 度 较 浅 时 2 0 ～8 0年 代 ， 斑 裂 的最 大宽 度 可 达 1 ～2 m。随 着 开采深 度 的增加 ， 斑裂 宽度 逐渐 变 窄 。 地面 塌 陷的危 害 1 塌 陷的 出现 ， 破 坏 了原来 的水 利设 施 ， 不 同程度 的 改 变 了原 有地 貌 ， 严 重 影 响 了农 民对 土地 的耕 种 ， 对 水 浇地 的 影 响尤 为严 重 斑 裂漏 水 。 2 对 民房 的危害 目前 塌 陷已 出现在 南 良夫 的村 ， 对 民 房造 成 不 同程度 的破 坏 ， 民房 轻 者 出 现裂 纹 、 重 者 已严 重 变 形 成危 房 ， 给 村 民生 活 带来 危 害 。且 随 着 开 采 的 不 断 进 行 ， 危 房 面积 还会 大量 增加 ， 小河 西村 也将 会进 入沉 陷 区 。 目前 矿方 每年 支付 的塌 陷 陪偿 金 近 3 0 0万元 ， 以后 还 会 不 断 增 加 。开 采沉 陷 问题 已成 为 影 响 环 境 和矿 井 安 全效 益 的最 大 公 害 。 2 ． 3． 3 当前 的塌 陷治理情 况 1 对 农 田的塌 陷现 没 有 治 理 ， 对 道 路 上 出 现 的斑 裂 随 时发现 随 时充 填 。 2 对 永 久性 的设 施 ， 如 河上 的拦 水坝 ， 由于下 沉 而 出现 裂缝漏 水 ， 则 采取 注浆 堵漏 ， 收 到 了较 好 的效果 ， 保证 了正常 蓄水 。 3 为减 轻塌 陷 危害 ， 保 护村 庄 ， 实 施 了“ 注 浆 减沉 ” 新 技 术 。注 浆 减沉技 术就 是 利 用 钻 孔 将 电厂 灰 浆 注 入 到 离层 空 间 内， 以达 到减轻 地 面下 沉 程度 的 目的。 3 今 后 开 采 中应 采 取 的 地 质 环 境 保 护 治理 措 施 3 ． 1 今 后开 采及 地 面沉 陷情 况预 计 预计 到 2 0 0 5年 ， 矿 井 采 煤 量 仍 将 维 持 在 1 2 0万 t 左 右 的水平 ， 一1 0 0 0水平 将成 为生 产 水平 ， 矿 井将 主采 该水 平 的 四层煤 ， 因此 地 面塌 陷 将更 加 严 重 ， 南 良夫 和 小 河 西村 将 全 村 进入 塌 陷 区 ， 地 表 塌 陷区将 增加 2 0 0 0 0 0 0 k n -i 2 ， 形 势会 非 常严 峻 。 3 ． 2塌 陷 区治理 措 施 1 对 塌 陷 区的 治理 ， 仍 将采 用 目前行 之有效 的措 施 ， 即 继续实 施 “ 注 浆减 沉 ” 技术 ， 不 断提 高注浆 浓 度 ， 加 大注浆 量 ， 以减少 地 表沉 陷 。对村 内 的危 房需进 行搬 迁重 建 。 2 对 不 宜实 施 “ 注浆 减 沉 ” 技术 的 区域 ， 需 从 井下 开 采 技 术 上采 取措 施 ， 改 进采煤 方 法 ， 减轻 对顶 板 的破坏 程 度 ， 以 减少地 表 沉降 幅度 。 3 ． 3矿 井矸 石 的治 理 1 从 生 产上 实 现半 岩 煤 巷 道 分 打分 装 ， 尽量 减少 煤 炭 上 山， 这样 既 提高 了 企 业效 益 ， 也 减少 了矸 石 山 可燃 物 质 的 数量 ， 减 少对 环境 的 污染 。 2 对 煤 中 的硫 化铁 结 核 ， 坚 持做 到 在 原煤 入 洗 过 程 中进行 手选 ， 使洗 矸 中 的硫 化 铁 大 大 减少 ， 减少 硫 化物 的 释 放和对 环 境 的污染 。 3 提高 对矸 石 的 综合 利 用 率 。根 据 目前 矸 石 热 电 厂、 矸石砖 厂效 益较 好 的 情况 ， 尽 快 抓好 改 扩 建 工 作 ， 增 加 电厂 的装 机容 量 和砖 厂的生 产 能力 ， 提 高矸 石 的利 用率 。 4 为 防止矸 石 山 坍 塌和 滑 坡 ， 要对 现矸 石 山东 、 南 、 西 三面 的挡 矸墙 进行 加 固 ， 山 的北 面 自由 面 要 留设 泄水 沟 ， 以控 制雨 季流 水 不 四处 乱 溢 ， 保护 周 围的安 全 。 5 为 防止 山体 滑 坡 和改 善 矸 石 山周 围环 境 ， 该 矿 已对 矸石 山进 行 了绿化 ， 目前 绿化 面积 约 2 ． 0万 m2 ， 种 树 1 6 0 0 0 棵 。今后 需继 续 坚 持 对 矸 石 山进 行 绿 化 ， 力 争 每 年 植 树 1 0 0 0 ～1 5 0 0棵 ， 逐 步改 善矸石 山周 围环境 。 维普资讯