王庄煤矿地质环境综合评价研究(1).pdf

河北工程大学 硕士学位论文 王庄煤矿地质环境综合评价研究 姓名李焕同 申请学位级别硕士 专业矿产普查与勘探 指导教师关英斌 2011 摘 要 I 摘 要 近年来随着煤炭资源开发力度不断加强，矿山地质环境恶化带来的危害也愈 来愈严重。矿山地质环境及相伴的地质灾害问题成为制约矿区可持续发展的重要 因素。研究煤矿区煤炭资源开发与地质环境、社会经济和人类的相互关系，实现 环境效益与社会效益的协调统一，经济、环境、社会的和谐、可持续发展等成为 当前面临的一项紧迫任务。 在充分收集煤炭资源开发的基础数据包括矿区及其周围的地质背景条件、自 然地理条件、水文、气象、人文学科等资料的基础上，通过现场踏勘以获取有关 煤炭开发引发的次生地质灾害、地形地貌景观的破坏、含水层破坏、建筑设施及 土地资源的影响和破坏第一手数据，为研究矿区内环境地质问题提供依据。 本文在调查王庄煤矿地质环境现状的基础上，分析矿区现有的地质环境问题， 得出王庄煤矿最主要的矿山地质环境问题是采空区沉陷及其对含水层的破坏等。 由于目前针对矿山地质环境单一问题进行的研究较多，但如何对影响因素众多、 性质复杂的矿山地质环境系统进行综合评价研究还处于起步阶段。采用层次分析 法数学模型，深入分析王庄煤矿煤炭开发地质环境问题产生的原因，构建王庄矿 区煤炭开采环境地质问题的相关模型和进行地质环境综合评价，研究工作包括评 价指标体系、模型的构建、指标权重的确定、指标的分级与评分和评价结果的分 级，对地质环境承载力进行分类，提出矿区地质环境可持续发展模式，为地质环 境保护与恢复治理提供科学依据。 关键词地质环境承载力；环境地质问题；综合评价；评价指标体系；王庄煤矿 Abstract II Abstract In recent years, with the coal resources development and increasingly strengthen， deterioration of geological environment causes more and more seriously harm. Geological environment and its concomitant problems of geological disasters become an important factor in mining for constraint to sustainable development. Study the relationships between coal resource exploiting and geological environment, social economic and human, to realize the harmonious unification of the environmental benefit and social benefits, to realize the harmonious and sustainable development of economic, environment, society will be an urgent face task. By fully collecting the basic data of the development of coal resources, including the mining and geological background of the surrounding conditions, natural and geographical conditions, hydrological, meteorological, humanities, etc. Through field investigation to obtain ination about coal development and lead to secondary geological disasters, the destruction of the landscape topography, aquifer damage, construction of facilities and land resources and the destruction first-hand data for the study of environmental and geological issues within the mining area basis. Based on investigation of the present state to analysis of existing geological mining environmental problems, the main problems are land subsidence and the destruction of aquifers. At the present time much study has been given to single issue for the mine geological environment, but how about to conduct study on comprehensive assessment which the multiple factors and nature of the geological environment become much more diversify and complicated, the development of this area is still in the initial stage. Analysis by mathematical statistics, mathematical modeling and other means of comprehensive research, in-depth analysis of the reasons of geological environment problems which produce by coal development in Wangzhuang coal mine, establishment of a comprehensive uation index system to uate the geological environment, proposed geological model of environmentally sustainable development and to provide basis for making preventive measures. Keywords carry capacity of geological enviroment; environmental geology problems; comprehensive uation; the uation index system; Wangzhuang coal mine 独创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河北工程大学河北工程大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 学位论文作者签名 签字日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 河北工程大学河北工程大学 有关保留、使用学位论文的规 定。特授权 河北工程大学河北工程大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同 意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名 签字日期 年 月 日 导师签名 签字日期 年 月 日 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 论文选题的依据及意义 1.1.1 概述 我国煤炭产量占全球煤炭资源产量的 37左右，为世界第一煤炭生产国，煤 炭资源在我国能源结构中一直占据着主要地位。煤炭资源作为工农业生产和日常 生活中重要的能源和原材料的来源，一直以来煤炭在国内一次能源生产总量和消 费总量中占据主要地位。在“十五”规划期间，2005 年的煤炭产量达到 21.9 亿吨， 煤炭产量以年均 1.78 亿吨速度迅速增长，其中开工开采的大中型煤矿总设计规模 约 5 亿吨， 这势必对煤矿区地质环境造成严峻的考验[1]。 由于中国的能源结构富煤、 贫油、少气的特征，受此限制在将来的一段时期内，以煤炭为主的能源结构依然 不会转变，而由于煤炭资源的开发造成的矿山地质环境问题及生态保护形式依然 严峻[2]。 中国煤炭的资源丰富，区域分布不均，在已查明的 1 万亿吨煤炭资源储量中， 晋、陕、蒙、宁地区占了总量的 67。煤炭资源丰富的这些地区处于大陆性干旱 和半干旱气候区，自然气候条件恶劣，水资源严重短缺，植被稀疏，山体滑坡和 泥石流等地质灾害现象频繁，土壤侵蚀和土地荒漠化严重，本身生态和地质环境 十分脆弱。 煤炭开采引起一系列严重的环境地质问题，一方面深刻影响了区域的生态 地质环境，制约了煤矿区的社会经济可持续发展；另一方面地质环境的破坏同时 对煤矿区煤炭资源开发和水资源、土地资源等的利用有着强烈的反馈作用。2009 年，全国煤炭产量达到 29.73 亿吨，接近 30 亿吨，比 2005 年增加了 7.68 亿吨， 年均增长 1.92 亿吨。 中国的煤炭消费市场远离煤炭资源丰富区，“北煤南运，西煤东调”的局面 在未来 10～20 年的趋势将继续加强，煤炭产量的增长主要集中在山西、陕西、内 蒙古、甘肃、宁夏地区，而这些地区是中国生态地质环境最脆弱的，土壤侵蚀和 水土流失最严重的地区，煤炭开发引起的一系列地质环境问题，如无有效的控制 措施和法律法规进行严格约束的情况下，肯定会增加这些地区的地质环境和生态 系统功能的恶性循环和逆向演变。因此，为实现煤矿区煤炭开发与生态地质环境 的协调发展，全面系统的研究煤矿区地质环境，对改进煤炭开发建设和实施煤矿 河北工程大学硕士学位论文 2 区可持续发展方案对策都有着重要意义。 1.1.2 课题研究背景 煤炭作为我国的基础能源，对于保障国家能源安全、支撑国民经济快速发展， 具有举足轻重的作用。但是，煤炭资源的大量开发和使用，必然会造成地表沉陷、 地下水资源受破坏、煤研石堆存占地和大气污染等一系列突出的环境问题[3 ，4]。 随着开发强度的增大，存在的问题也日益突出，已成为近年来社会各界关注 的焦点。随着人类社会的不断进步，人们开始对环境问题有了新的认识，环境资 源并非取之不尽，用之不竭的，任何经济活动都会对生态环境产生不同程度的“索 取”与“压力” ，而在一定时空条件下，生态环境对任何经济活动的支持都是有限 度的。保持生态系统的完整性、稳定性以及把人类的活动控制在生态系统承载能 力范围之内，是实现系统和区域可持续发展的最基本和最首要的条件。进行生态 承载力相关问题的研究对于调节人类自身的社会经济活动，实现自然经济社 会的可持续发展具有重要的指导意义和现实意义 晋东地区煤、天然气、石灰岩、耐火粘土等矿产资源储量丰富，大，在全国 占有重要的战略地位，被誉为我国二十一世纪的能源接续地。该地区受自然条件 的限制，长期以来的经济发展水平相对全国平均水平而言较为滞后。利用当地现 有资源加快发展经济建设的步伐，是提高当地经济发展水平的重要途径。但在发 展经济的过程当中，如何避免使原本脆弱的生态环境进一步恶化，实现经济、环 境、社会的和谐、可持续发展，是需要深入研究的重要课题。 由此，研究煤矿区煤炭资源开发与地质环境背景、社会经济和人之间的相互 制约关系，对资源要在开发中保护，在保护中开发，建设资源节约型、环境友好 型的社会环境，实现环境效益与社会效益的协调统一，是国家政策和科学发展观 的内在要求，也是可持续发展的重要研究内容。 1.1.3 课题研究的依据及目的 2007 年 11 月， 煤炭产业政策中华人民共和国国家发展和改革委员会公告 2007 年第 80 号要求 “煤炭资源开发坚持先规划、后开发的原则” ，提出要“建 立矿区开发环境承载能力评估制度和评价指标体系⋯⋯按照资源赋存、运输、水 资源等条件和环境承载能力确定区域煤炭开发规模和开发强度⋯⋯限制在地质灾 害高易发区、重要地下水资源补给区和生态环境脆弱区开采煤炭⋯⋯按照减量化、 再利用、资源化的原则，综合开发利用与煤共伴生资源和煤矿废弃物。鼓励企业 利用煤矸石、低热值煤发电、供热，利用煤矸石生产建材产品、井下充填、复垦 第 1 章 绪论 3 造田和筑路等，综合利用矿井水，发展循环经济” 。 为保护煤矿区脆弱的地质环境，减少煤炭资源开发过程中造成的地质环境破 坏，保护人民生活、生产安全，促进资源的开发利用和资源环境、经济社会的和 谐发展，2009 年 2 月 2 日，国土资源部第 4 次部务会议审议通过矿山地质环境 保护规定 ，自 2009 年 5 月 1 日起施行。规定要求因矿产资源勘查开采等活动造 成矿区地质灾害（地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡等） ，含水层破坏，地形地貌景 观破坏等进行预防和治理恢复。 2010 年 8 月 13 日， 国土资源部关于贯彻落实全国矿产资源规划发展绿色矿 业建设绿色矿山工作的指导意见 （中华人民共和国国土资源部）文件提出发展绿 色矿业、建设绿色矿山，保证规划统筹、政策配合，先行试点、整体进行，开展 国家级绿色矿山建设试点示范，促进矿业发展模式的改变。努力争取用 1～3 年时 间完成一批示范试矿山，构建完整的绿色矿山标准体系和管理制度，制定配套绿 色矿山建设的奖励政策；规划到 2020 年，基本形成绿色矿山格局，大中型矿山基 本达到绿色矿山标准，小型矿山企业应按照绿色矿山条件严格规范管理。并明确 提出国家级绿色矿山的基本条件，其中环境保护一是严格贯彻矿山恢复治理保 证金制度，认真执行环境保护“三同时”制度，使矿区及周边自然环境得到有力 保护；二是编制矿山地质环境保护与治理恢复方案，矿山地质环境恢复治理水平 显著高于矿产资源规划所规定的所在区域平均水平，注重矿山地质灾害防治工作， 近三年内未发生重大地质灾害；三是矿区环境宜人，绿化面积达到可绿化区域的 80以上。 潞安矿区是第一批煤炭国家规划矿区之一，煤炭资源储量十分丰富、煤质优 良。王庄煤矿位于山西省沁水煤田潞安矿区的东南部，地跨长治市郊区和屯留县 两个行政区。井田面积 79.6806km2，开采深度由880m 至350m 标高。2008 年 4 月山西省煤炭工业局以晋煤行发[2008]520 号文批复核定生产能力为 710 万 t/a。 王 庄煤矿具有 50 年以上的开发历史，煤炭资源的高强度开发带来严重的地面沉陷、 含水层破坏、占用破坏耕地等环境地质问题，成为制约煤矿区可持续发展的重要 因素。 本次研究旨在深入调查王庄煤矿煤炭资源开发地质环境影响现状的基础上， 以国内外现代煤地质学、采矿学、环境科学和管理科学等学科最新理论为基础， 通过层次分析法等综合研究手段，深入分析王庄煤矿煤炭开发地质环境效应产生 的原因和产生地质环境问题的因素，建立综合评价指标体系，对矿区地质环境综 合评价，提出矿区地质环境可持续发展模式，为矿区地质环境保护与治理恢复提 供科学依据。因此，本研究对于煤炭资源高效、合理、环保开发和区域可持续发 展具有重要的理论意义和实际应用价值。 河北工程大学硕士学位论文 4 1.1.4 课题研究的意义 1.1.4.1 有利于区域可持续发展 煤矿区地质环境承载力是联系区域人类活动与自然环境及生态系统的纽带和 中介，是人类活动与自然环境及生态系统协调发展的桥梁，它反映人类活动与生 态系统的和谐、互动及共生的关系及协调程度，可以作为衡量某一区域可持续发 展的重要判据[6 ，7]。 煤矿区地质环境承载力研究是区域生态规划和实现区域生态环 境协调发展的前提，为增强区域可持续发展提供依据。 地质环境承载力分析是规划环境影响评价的关键性内容之一，是区域可持续 发展的基础。其根本目的是为了搞清楚区域资源和环境条件能否支撑区域开发方 案的实施，也是制定合理的区域发展目标的重要依据和前提。在煤矿区开展地质 环境承载力评估的方法和研究基础均相当薄弱，其评估因子、评估方法和评估指 标均有待开展进一步的研究。因此，从可持续发展的角度，以区域地质环境系统 为研究对象，开展地质环境承载力基础研究具有重要的现实意义。 1.1.4.2 有利于煤炭区域开发健康发展 山西潞安矿区是国家规划的 13 个主要煤炭基地晋东基地的主力煤矿区之 一，大规模、高强度煤炭资源开采，引起矿区土地沉陷，破坏地表植被，造成水 土流失，环境污染严重，并由此引发了许多自然灾害。潞安矿区地质环境脆弱、 地面塌陷严重、水资源缺乏的性质，而矿区开发时间长达 70 年，矿区内潜在环境 地质问题表现明显。 选取潞安矿区王庄煤矿作为本次研究的对象，本研究对此后煤矿区开展地质 环境综合评价具有一定的借鉴意义，并对于其他行业的规划环境影响评价有相应 的参考价值。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 地质环境承载力概念及研究发展现状 在评价人类、社会经济和地质环境协调发展中，承载力研究现在已成为关键 标志，并作为可持续发展度量的核心问题之一。煤矿区地质环境是人类社会经济 活动物质载体，人类为了生存发展所展开的全部活动影响或制约着地质环境；同 时会对地质环境产生超出其所能承受极限的影响，从而改变地质环境质量造成地 质环境改变，导致一系列严重的环境地质问题，并影响人类的生存与发展。但是， 当前对环境地质学的研究，还较多停留在对地质环境评价上，相对来对地质环境 第 1 章 绪论 5 承载力研究较少，而且一些概念的定义还不明确，甚至含糊，在评价指标确定和 综合评价体系建立方面，缺少一套简易和易于操作的计量模型，为了有效的对煤 矿区地质环境进行保护与开发利用，需要对地质环境承载力进行综合研究，为科 学进行矿区地质环境综合评价研究和未来规划提供科学合理依据。 承载力概念是由马尔萨斯在人口增长理论中第一次提出的。1838 年布鲁塞尔 的杰出数学家借助数学表达方式，以数学方程表示了马尔萨斯的人口增长理论， 其理论认为人口增长受资源限制[8 ，9]。 帕克等人 1921 年提出了承载力的概念[10，11]， 其在人口增长理论的基础上，得出承载力的内涵为“在某一特定环境条件下，某 种物种生活数量的最大阈值” 。其中的特定环境条件是指生活空间、阳光、养分等 因子。 承载力概念的演化与发展，是人类社会与自然界在发展过程中出现的反应与 变化结果。在不同的发展阶段，不同的资源条件下，产生了不同的承载力概念和 相应的承载力理论。在人类面临着粮食危机、土地日趋紧张的情况下，科学家提 出了土地承载力的概念。在环境污染蔓延全球、资源短缺和生态环境不断恶化的 情况下，科学家相继提出了资源承载力、环境承载力等概念。随着旅游业的发展， 旅游经济和环境保护之间的矛盾也日益突出，环境承载力的概念被应用于旅游区 管理和规划中，形成了旅游环境承载力等[1117]。 近年来，煤矿开采引起的环境地质问题已经成为一个热点研究课题，中国工 程院院士钱鸣高教授等提出了煤矿“绿色开采”的概念、内涵及其技术体系[18 ，19]。 狭义的地质环境容量认为地质环境的纳污、容污能力，在一定条件下（一定时期 和一定环境状态）对污染物的净化和稀释能力，也可以说是污染物最大允许排放 量和地质环境的最大纳污能力。但随着研究的不断扩展，研究领域日益广泛。地 质环境容量内涵从狭义的“排污容量、纳污容量”发展为广义的“地质结构状态 发生改变阈值； 地质资源阈限量； 有害物质的阈限量”（如蔡鹤生等[20]， 尤孝才[21]） ， 地质环境所处的地质三维空间以及资源储量，同时还包括废弃污染物物化特性和 地质环境背景特点等客观地质条件，共同决定了矿山地质环境容量大小，而且伴 随着生产技术水平升高而产生改变。徐友宁[22]认为地质环境容量是指矿业活动中 安全开发强度、矿区承纳“三废”的能力，以及矿区的应力和地质结构状态自然 平衡的最大值。 关于煤矿区地质环境承载力的研究，从检索和查阅相关图书资料可以看到， 在国内外均有大批学者进行研究。夏玉成提出了地质环境承载能力的概念[23]，随 后分析了陕西主要煤矿区的地质环境承载能力，更进一步提出了煤矿区地质环境 承载能力的评价标准、评价指标和评价方法流程[24]。其指出煤矿区地质环境承载 能力大小是由煤矿区地质环境本身的抗扰动能力和煤矿区土地利用类型对环境改 河北工程大学硕士学位论文 6 变的承受能力共同决定的。不同煤矿区在相同或类似土地利用类型情况下，对煤 矿区地质环境承载能力大小的差异主要是煤矿区地质环境本身的抗扰动能力。根 据其多年研究与经验，建立了构造控灾理论体系，认为地质环境固有的抗干扰能 力包括构造介质、构造形态、构造界面、构造应力、地下水等。马传明[25]以城市 环境地质为例进行研究，深入分析了环境承载力的内涵，并由此提出了地质环境 的概念和地质环境承载力评价的方法。周爱国等[26]总结了多年在地下水、建设用 地、矿山、土壤和生态环境的地质环境容量、质量、承载力评价研究。 地质环境容量作为地质环境的一个表现形式，大多数学者仍然认为其定义为 纳污能力，并用纳污总量和最大浓度来表示；相对来讲地质环境承载能力表示地 质环境体系承受人类活动开发强度下，其承受能力的大小，表现出产出能力和自 我调节，用人类活动程度、地质环境固有抗干扰能力、生态地质环境适应于调节 能力，这些方面证实了承载力是地质环境体系的基本属性。 高吉喜等[2 ，27]提出了生态环境承载力与压力综合评价法，将生态环境承载力 指标分为三个级别的评价指标体系进行评价。认为生态承载力是具有自我维持和 调节能力等生态系统性质，包括资源子系统供给能力与环境子系统容纳能力，并 且维持人类活动强度，并能容纳人口数量的最大值。根据高吉喜的观点生态承载 力的基础条件是资源承载能力，约束条件为环境承载能力，支持条件为生态弹性 能力，而三个方面又决定了支持能力的大小。曾维华，王华东，薛纪渝等[28]提出 环境承载力是指在一定时期与一定范围内，以及一定自然环境条件下，维持环境 系统结构不发生质的改变，环境功能不遭受破坏前提下，环境系统所能承受人类 活动的阈值。 由以上可见，地质环境是人类经济活动影响的承载对象。当前存在的各样环 境地质问题，大部分是人类活动与地质环境冲突引起的当人类活动的影响剧烈 超出地质环境本身的所能支持的极限，也就是说，外界的刺激远远大于地质环境 本身的均衡和抗扰动能力，环境便向着不利于人类社会经济活动的方向发展，造 成地质环境破坏。在此基础上，地质环境承载力可以作为衡量人类社会经济活动 与地质环境之间的均衡程度的判断依据，是联系地质环境与人类社会经济活动的 支点。 根据以上地质环境承载力理论及各种地质环境承载力的概念，综合认为地质 环境承载力是指在一定时期和区域范围内，并且在一定的环境目标下，地质环境 结构功能支持力不发生改变，地质环境的发展方向朝着有利于人类社会经济活动 进行，在此基础地质环境所能承受人类活动的阈值。这个概念体现了地质环境、 煤炭开采活动及人类经济活动的辨证关系，证明了地质环境、人类社会经济活动 之间的紧密联系，为地质环境可持续发展提供科学依据。 第 1 章 绪论 7 1.2.2 煤炭开发区地质环境承载力评价方法 当前国内外地质环境承载能力的研究依然处于起步阶段，尚不完整。地质环 境承载能力的研究是评价资源开发、人类社会经济活动、地质环境之间协调发展 和地质环境规划的理论基础。现在国内外地质环境承载力的主要研究方法有生态 足迹法、状态空间法和综合评价法等。 1.2.2.1 生态足迹法 1992 年由加拿大的两位生态学专家 WilliamRees、Wachemagel 共同提出的， 此后由 Wachemagel 进一步进行系统整理完善。生态足迹法认为人们在生产、生活 过程当中消费的资源及产生的各种废弃物总和可用土地面积或水域面积表示 [2934]。该方法显著的特点是根据统一的面积指标进行资源消耗和环境影响综合结 果的评价，使不同区域或不同国家之间的地质环境可持续发展有了可比性。 1.2.2.2 状态空间法 状态空间法是一种时域分析手段，在描述了系统外表特征的基础上，同时也 阐释了系统内里的性能与形态，不仅需要欧氏几何空间原理，还要基于定量评价 和测度区域资源环境承载力与承载状态，这种综合研究方法就是状态空间法。它 是利用区域人口及其经济社会活动作为承载对象，资源、环境作为承载媒体组成 三维状态空间模型，通过模型的承载状态点，可表示一定时间尺度内区域的不同 承载状况[3538]。 1.2.2.3 综合评价法 综合评价法是由高吉喜在研究黑河流域生态承载力的过程中提出的[2 ，27，39]。 高吉喜认为区域生态承载力能划分三个评价级别一是生态系统弹性度评价，二 是资源环境承载力评价，三是综合承载力评价，这是基于承载介质与承载对象的 相互间关系出发。其中一级评价为生态系统弹性度，重点体现区域生态系统本身 固有的承载能力；二级评价为资源环境承载力，重点说明区域资源环境子系统对 人类社会经济子系统的支持能力大小；三级评价综合承载力，重点体现承载对象 及区域综合承载力两者间的相互关系。 以上评价方法中，生态足迹法忽视了人类社会活动的能动作用，人类活动不 仅仅对环境有着破坏的负影响，同时也积极的改造和美化环境，其偏重了自然资 源对人类社会的影响的作用。并仅能判断人类活动是否超限，而对超限的原因与 机理解释不清，同时未能对区域生态系统超出极限状况提出一些科学合理的防治 措施。 河北工程大学硕士学位论文 8 状态空间法定量分析的结果反应全面，涵盖面广，但需要的资料多，不易于 收集，同时计算较复杂，不能简单的构建环境承载力的三维曲面模型。 综合评价法的主要优点是结果简单明了，评价数据易于收集，评价系统建立 相对简单可行，便于计算，反映问题全面，同时更具有针对性。 本次研究的区域是煤矿区，区域社会经济、环境资源对煤炭资源开发利用过 程的影响较大，同时地质环境影响因素之间的相互关系复杂。为了全面反映煤矿 区地质环境状态，同时体现出这些影响因素的贡献程度，本文作者认为采用综合 评价法更能全面、系统的反映煤矿区地质环境承载能力大小。 1.3 课题研究内容、方法和技术路线 1.3.1 研究内容 （1）广泛收集王庄煤矿及其区域地质环境条件、自然地理、煤炭资源开发、 地质环境保护、社会经济发展现状等资料，并进行详细的现场调查测量、矿山生 产情况调查和环境地质问题要素的实地测试等，通过对王庄煤矿开发内外影响因 素分析和矿山环境地质问题类型及其特征的研究，探讨王庄煤矿环境地质问题形 成机制和演变规律。 （2）研究煤炭开采沉陷的作用形式，产生原因和破坏特征，分析其对含水层 破坏和土地利用影响。 （3）对王庄煤矿地质环境问题的系统研究，对矿山地质环境问题影响因素之 间的相互影响关系进行探讨。 （4）以区域地质背景条件、矿山开发强度和矿山地质环境问题现状为参评要 素，在定性分析的基础上建立数学模型，对矿区地质环境进行综合评价，分析王 庄煤矿地质环境承载能力，提出适用于王庄煤矿的可持续发展模式。 1.3.2 研究方法 （1）充分收集煤炭资源开发的基础数据包括矿区及其周围的地质背景条件、 自然地理条件、水文、气象、人文学科等资料，通过现场踏勘以获取有关煤炭开 发引发的次生地质灾害、地形地貌景观的破坏、含水层破坏、建筑设施及土地资 源的影响和破坏第一手数据，为研究矿区内环境地质问题提供依据。 （2）采用合适的数学工具对基础数据进行处理，分解评价因素，以揭示其内 在规律和诸多因素的相互关系，评价地质环境时，要由单一要素到多因素，而且 要考虑指标权重。 第 1 章 绪论 9 （3）采用层次分析法数学模型，构建王庄矿区煤炭开采环境地质问题的相关 模型和进行地质环境综合评价。研究工作包括评价指标体系、模型的构建、指标 权重的确定、指标的分级与评分和评价结果的分级，对地质环境承载力进行分类。 （4）综合分析。对所获得的生产开发、矿山地质环境等方面的资料，通过分 析综合，对煤炭开采引起的环境地质问题进行经济分析，提出适应矿区煤炭工业 发展实际情况的地质环境可持续发展模式。 1.3.3 技术路线 本课题技术路线与方法是通过区域自然环境、水文地质、工程地质、煤炭资 源开发程度、社会经济水平等基础资料的收集整理、实地调查，查明王庄煤矿煤 炭资源现状与开发利用现状，通过科学评价，分析总结出王庄煤矿地质环境承载 能力，根据评价的结果，提出王庄煤矿地质环境可持续发展模式。 河北工程大学硕士学位论文 10 图 1-1 研究技术路线图 Fig.1-1 Sketch map of study s 第 2 章 研究区概况 11 第 2 章 研究区概况 2.1 矿山基本情况 2.1.1 矿山地理位置和社会经济概况 图 2-1 研究区交通位置图 Fig.2-1 The traffic location map of the research area 王庄煤矿位于山西省沁水煤田潞安矿区的东南部，地跨长治市郊区和屯留县 两个行政区。工业场地位于长治市郊区故县，距市中心约 30km。其地理坐标为 河北工程大学硕士学位论文 12 东经 11258′25″～11303′21″，北纬 3614′04″～3624′35″。208 国道由北向南穿越王庄煤矿，东距王庄矿工业广场约 6km，309 国道横贯王庄煤矿 （图 2-1） 。 2.1.2 矿山开采历史及现状 王庄煤矿由沈阳煤矿设计院设计，立井盘区石门上下山开拓，原设计能力为 90 万吨/年，1966 年 12 月建成投产，单水平生产，两个生产采区，回采工作面 8 个，掘进工作面 10 个。经过两次矿井改扩建，设计能力达到 360 万吨/年，斜井立 井大巷盘区石门上下山开拓，两个生产水平，3 个生产采区，3 个综采工作面，8 个掘进工作面。 表表 2-1 历年矿井动用储量历年矿井动用储量/采出量采出量 Table2-1 Employ resource and recovery of the mine over the year 年份 矿井动用储量 （万吨） 矿井采出量 （万吨） 年份 矿井动用储量 （万吨） 矿井采出量 （万吨） 1990 579.8 422.4 2000 539.2 410.9 1991 528.2 400.9 2001 586.8 447.5 1992 552.0 405.4 2002 658.4 495.7 1993 577.5 439.7 2003 791.8 602.1 1994 543.9 409.2 2004 924.3 695.2 1995 4346.2 428.9 2005 948.5 725.6 1996 932.3 457.9 2006 958.4 731.1 1997 569.6 431.9 2007 968.6 739.2 1998 533.8 407.7 2008 1016.4 760.7 1999 552.9 419.1 2009 1103.2 799.5 第一次改扩建从 1974 年开始，到 1977 年结束，矿井生产能力由 90 万吨/年增 加到 120 万吨/年， 由王庄矿自己设计施工完成。 第二次改扩建从 1987 年 7 月开始， 到 1988 年底结束，矿井生产能力由 120 万吨/年增加到 360 万吨/年，由山西煤矿 设计院设计，煤炭部第十工程处承建。 王庄煤矿现有 11 个井筒，两个生产水平（即740m 水平和630m 水平，3 个 生产盘区（43、61、52） ，一个基建水平（5400m 水平） 。 王庄煤矿740m 水平和630m 水平的出煤、排水、通风等均为独立系统。 第二次矿井改扩建后，矿井最高产量达到 500 万吨。2002 年核定生产能力为 第 2 章 研究区概况 13 420 万吨/年，实际采出量为 495.7 万吨。此后实际生产能力逐年稳步增长。2009 年王庄煤矿生产原煤 799.5 万吨，历年来最高。 据 2008 年矿产资源储量报告 ，王庄煤矿内有小煤矿 18 座，除小南村煤矿 外，其余小煤矿已于 2009 年全部关闭。这些小煤矿主要分布在矿区东部的煤层风 氧化带，开采煤层均为 3 号煤，均为地下开采，开采方式采用长壁式，大巷布置 多为东西走向，井口标高一般均高于当地洪水位线，部分小煤矿有越界开采现象。 以往有东风二矿、峪里煤矿、金家庄煤矿、故县煤矿、寒山煤矿、南村煤矿、寺 底煤矿、东古煤矿、崔蒙煤矿等都有不同程度的越界开采现象。 2.2 矿山地质环境背景 2.2.1 自然地理 2.2.1.1 水文 浊漳河属于海河水系，从长治盆地的南部流过，区域地貌展示为浊漳河河谷 一、二级阶地，沉积物主要为第四系更新统晚期沉积，内蕴含丰富的孔隙水，二 级阶地底部沉积有黑灰色亚粘土，具有层理构造，某些区域沉积有薄层透镜状沙 层，土质相对比较松软，形成了一些较广范围的含水层，二级阶地又是山前洪积、 坡积地带，山前裂隙水及孔隙水都经二级阶地排泄，补给一级阶地和河槽。 流经王庄煤矿河流较少，均属于浊漳河支流，在矿区中部有一条故县小河和 一条积石小河，流经王庄煤矿塌陷区，属于季节性河流，只有雨季才有流水。绛 河流经王庄煤矿南部，除绛河以外，仅有少量干沟发育，绛河于崔邵村附近进入 王庄后备区，自西向东流入王庄煤矿东南部的漳泽水库，该水库建于 1960 年，后 经扩建，坝底标高为890m，坝顶高程910m，水库面积 30km2，正常蓄水量 12.7108m3，洪水位以下总库容量为 4.273108m3。 2.2.1.2 气象 王庄煤矿地处黄土高原，区域气候属暖温带半干旱大陆性季风气候区，年温 差和日温差变化较大，夏季中午较热，晚间较凉。年日照时间长，全年日照时数 为 2598.6 小时。蒸发量为降雨量的 3 倍多。 蒸发量根据屯留县气象站 1967～1987 年统计，年最高蒸发量 1978 年为 1996.3mm，年最低蒸发量 1985 年为 1493.8mm，20 年平均蒸发量为 1731.84mm。 降雨量 年最高降水量1971年为917.00mm， 年最低降水量1986年为311.8mm， 年平均降雨量为 558.8mm，全年降水量的 62.5，集中在夏季（6～8 月份） ，秋季 河北工程大学硕士学位论文 14 降水量占 21.2，春季降水量占 13.5，冬季降水量占 2.8左右。全年雷雨最多 日数 1985 年为 44 天。