煤矿优秀论文《煤矿区地质环境承载能力及其评价指标体系研究》.doc

煤矿优秀论文煤矿区地质环境承载能力及其评价指标体系研究 煤矿区地质环境承载能力及其评价指标体系研究 摘要煤矿区的地质环境受自然地质作用控制和人类工程活动的扰动，其地质环境又具有一定的杭扰动能力。本文提出煤矿区地质环境承载能力的概念及其评价指标体系，并举例介绍地质环境承载能力的评价方法。 关键词地质环境;承载能力;采动损害 1引言 地质环境岩土、矿产资源、地壳稳定性等是各种内、外动力地质作用自然营力与人为地质作用人为营力共同作用的结果。在纯自然条件下，地质环境处于一种相对平衡状态。而加人一定强度的人类工程活动之后，人为营力会对地质环境产生扰动，以至打破原有平衡状态，代写本科论文从而损害地表生态环境。一般而言，地质环境本身具有一定的抗扰动能力。所以，Singh等人在研究浅埋煤层开采中煤柱的承载时，将直接顶的地层岩性和沉积条件等地质因素纳人了陷落性指标体系川。抗扰动能力强的煤矿区可以承受较大的开采强度，代写论文而对抗扰动能力差的煤矿区，同样强度的地下开采，就会导致严重的地表损害甚至地质灾害。另一方面，依我国目前的科学技术发展水平，采动损害是不可避免的。当采动损害尚不足以对人们的生产、生活造成灾害性后果时，这种采动损害认为是可以承受的;相反，若采动损害使地质环境遭到严重破坏，则这种损害就应该尽量避免。因此，作者提出地质环境承载能力的概念，旨在通过研究煤矿区地质环境承载能力，为煤炭企业选择合理的开采技术参数，尽量控制和及早治理采动损害，从而为推进“绿色矿区”建设[z]提供科学依据。 2煤矿区地质环境承载能力的概念 煤矿区采动损害是采矿工程对地质环境强烈扰动产生的环境效应。由于地下开采强度和煤矿区地质环境的差异，煤炭开采对地质环境产生的扰动强度和环境效应是不同的。如果采矿工程对地质环境的扰动不足以打破原有的平衡状态，则不会引起采动损害;而当扰动强度足够大，已引起采动损害，但它对当地人类生产、生活影响不大时，这种采动损害就处于可接受的范围之内;如果采矿活动的强度足够高，它对地质环境的扰动达到或超过其最大承受能力，则由此而造成的后果必然是灾难性的。由此可见，为了保护煤矿区地质环境，煤炭资源开发活动必须要有个“度”，文中称这个“度”为煤矿区地质环境承载能力。 参照环境容量一的定义，可将煤矿区地质环境承载能力定义如下在一定的生态环境质量目标下，煤矿区可以承受的采矿工程对地质环境产生的扰动强度的最大值，或煤矿区可承受的最大开采强度。 3煤矿区地质环境承载能力的评价指标体系 通过研究煤矿区采动损害控制机理发现，煤矿区地质环境承载能力主要取决于以下几个因素地质环境本身的抗扰动能力，地下煤炭资源的开发强度，以及当地自然生态条件。图l地质环境本身的抗扰动能力是在地球的自然地质作用过程中形成.的，其主要影响因素包括主采煤层以上所有岩土体‘以下简称为覆岩的地层结构和岩层力学性质及其组合类型、岩体结构即覆岩中地质结构面的分布形式、覆岩自重应力和区域地质构造应力场特征、区域水文地质条件等。因为采动损害的实质是覆岩的构造变形，由于覆岩物质构成构造介质，覆岩结构反映覆岩内部的构造界面，地应力尤其是构造应力为覆岩变形提供动力学条件，因此作者将以上3个因素统称为采动损害的构造环境。构造环境是地质环境的重要组成部分，它更多地反映着自然地质作用，是决定地质环境本身“抗扰动能煤矿区地质环境承载能力评价指标的层次结构图力”的重要因素。相似材料模拟与计算机数值试验的结果将在另一篇文章中介绍表明随着覆岩普氏综合硬度的增大以及覆岩连续性的增强，在不引起地表采动损害的条件下，地下开采的最大长度趋于延长;在区域拉张应力条件下的地下开采与在区域挤压应力条件下的地下开采相比，前者更容易引起地表损害。 从这个意义上说，构造环境的内在结构和特性是煤矿区采动损害形成与发展的控制性因素。煤矿区的区域水文地质条件是影响采动损害程度的另一个重要因素。例如在陕北煤田，地下水资源极其匾乏，浅埋煤层开采产生的裂隙破坏了覆岩中的隔水层，导致毛乌苏沙漠下宝贵的潜水资源流失，加剧了荒漠化进程，使地质环境进一步恶化;而在山东某煤矿区，潜水位很高，覆岩厚度在礴‘Xm以上，地下开采引起上覆岩层弯曲下沉，地表沉陷达10m左右，原来的良田变成了一片汪洋。地下煤炭资源的开采强度具体表现为主要开采煤层的埋深即覆岩厚度、开采厚度、开采速度以及开采工作面的最大长度等。计算机数值试验得到了与实际吻合的结论 岩厚度与采动损害呈负相关关系;开采厚度与采动损害表现为正相关关系;慢速开采易诱发地表的剪破坏，快速开采则造成大面积塌陷坑;地下开采空间愈大，愈容易引起覆岩的失稳移动。 自然生态条件主要是考虑煤矿区范围的土地利用类型。建筑物密集的居民社区、工业区、需要重点保护的目标如风景名胜、古迹、文化或军事保护区、铁路、水体等用地，一般不允许有地表变形;而农业、林业、牧业、渔业用地以及荒地，可以允许有不同程度的地表变形，但不能破坏各类用地最基本的生态条件。 4煤矿区地质环境承载能力的评价方法与步骤 4.1煤矿区地质环境本身的抗扰动能力研究 通过收集区域地质资料和煤田地质勘探成果，查明研究区构造环境各构成要素构造介质、构造界面、构造应力等的特征以及区域水文地质条件。 4.2煤矿区自然生态条件研究 通过对煤矿区土地利用类型及其所要求的生态条件的调查研究，确定不同的土地利用类型可允许的最大变形幅度。 4.3采动损害的相似材料模拟和计算机数值试验 以构造介质作材料，岩体结构作结构，构造应力作环境，地下开采作扰动，进行煤矿区采动损害试验研究。在试验中，既要考虑构造介质的地层结构、力学性质、组合类型，以及构造介质中已经存在的地质构造构造界面这样一些静态的因素，又要考虑构造介质目前所受到的地质构造应力的方向和大小以及地下煤层开采这样一些动态的因素。其具体过程是通过理论分析建立各相关因素影响采动损害的地质一采矿机理模型对该模型进行合理的抽象、简化和高度的概括，使之转换成可以付之模拟实验的地质一采矿一力学模型进行相似材料模拟试验进行计算机数值模拟试验取得地质环境与开采强度临界值开采强度超过该值，就会发生地表损害的关系数据。 4.4煤矿区地质环境的承载能力计算 在上述工作的基础上，考虑煤矿区不同土地利用类型对生态环境的基本要求，计算该区地质环境的承载能力，即在不采取特殊措施的情况下，该煤矿区地质环境可承受的最大开采强度。 4.5提出技术参数 提出能有效减少和控制采动损害的“环保型”开采技术参数。 5研究实例 5.1研究区概况 后峡煤矿2井田位于准南煤田南部，乌鲁木齐市西南约75km处。井田内主要含煤地层为中侏罗统西山窑组几二，目前正在开采的4号煤层位于煤系中上部，厚4.2一14.49m，采区内平均煤厚12m左右，覆盖层厚度100一loom。4号煤开采方法采用走向长壁式悬移支架铺顶网放顶煤采煤法。采高Zm，放顶煤高度平均gm。考虑到采出率