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0引言
近十几年来,随着国民经济的发展,一大批高速公路、高速铁路及县乡公路陆续开工建设,新农村建设、城市建设飞速发展,露天开采建筑用石料等砂石资源发挥了重要作用。然而,中国矿山地质环境保护工作起步较晚,在采矿-闭坑的总体规划和设计理念上落后于发达国家,许多已废弃关闭的矿山未实施地质环境治理和土地恢复工程,裸露的基岩坡面和采矿废弃物随意堆砌形成的高陡边坡容易诱发崩塌、滑坡等次生地质灾害,造成矿区内的生态环境恶劣,严重影响着矿业经济的可持续发展[1]。
1矿山地质环境现状
1.1矿山资源现状为了有效地利用资源、保护资源、开发资源,宿州市近年来陆续关停了多座小型砂石类露天企业,整合资源,整体规划,整体开发。通过1∶5万矿山地质环境调查和遥感解译手段,对宿州市矿山进行了全面的调查,截至2022年4月,宿州市共有各类矿山659个,其中政策关闭、闭坑矿山488家、废弃矿山143家、筹建矿山9家、生产矿山19家;按矿种分类统计,建材及其它非金属矿产632家,能源矿产22家,冶金辅助原料非金属矿产2家,黑色金属矿产1家;按开采方式分类统计,露天开采633家,井下开采26家[2]。
1.2矿山地质环境问题(1)地形地貌景观的破坏。露天开采矿山需剥离表面覆盖层、风化层、夹层、围岩及破碎且没有开采价值的部分矿石,开采方式采用阶梯式露天开采,沿矿体自上而下逐层开采,造成大面积的破损山体及露天采坑,对原有地貌景观造成无法恢复的破坏,处于“三线三边”可视范围内露采矿山,造成严重视觉污染;部分地区凹陷式开采形成坑坑洼洼的宕底,形成季节性集水坑,造成地表植被破坏,进而造成生态植被系统的退化和生物多样性的丧失,生态环境负面影响日渐严重。(2)土地和植被资源的破坏。露天开采矿山采用直接开挖的方式,不仅对地表环境破坏、影响大,使原有土地类型遭到严重破坏,而且矿山生产活动产生的固体废弃物及工业广场等长期占用大面积土地。据调查,全市矿山破坏土地资源和地形地貌面积约4884.3hm2,主要包含压占破坏、挖损破坏2类。其中,全市矿山压占破坏土地面积约1105.8hm2,多由矿山工业广场以及废弃渣土所致,主要集中在埇桥区,占土地资源类型主要有耕地、裸地、工矿用地等。全市矿山挖损破坏土地面积约3778.5hm2,多由露天开采矿山及砖瓦粘土矿导致,主要集中于埇桥区、灵璧县和萧县等3个县区。破坏土地资源类型主要有林地、坑塘水面、裸地、工矿用地等。(3)地质灾害安全隐患。露天开采所形成的高陡边坡易形成不稳定边坡,尤其是逆向坡会造成地质灾害安全隐患。据调查,全市共发现不稳定边坡229处,所形成开采宕口面积880~4250000m2不等,相对高差2~100m不等;坡体岩性以寒武系、奥陶系、震旦系为主。对矿山地质环境及土地资源破坏程度严重,且露采所形成的高陡边坡易于形成崩塌地质灾害,还将造成设备损毁、停产及采场报废等灾难性后果。矿区开采宕口均为人为因素形成的,历史资料记载虽未造成人员伤亡,但在后期仍存在崩塌的隐患,将威胁到路过行人的生命安全。
2矿山地质环境治理现状
“十三五”以来,宿州市政府牢固树立和践行“绿水青山就是金山银山”理念,将生态文明建设和生态环境保护工作纳入重要议事日程,以扎实推进生态环境保护“十三五”规划落实为总抓手,坚决扛起生态文明建设的政治责任,创新治理思路,提高治理标准,着力打造“绿色宿州”矿山生态环境。截至2022年4月,全市已完成非煤矿山治理407个,总投资约7.76亿元,种植树木90万余株(其中各类经济果木30万株),累计治理面积约2506.7hm2(其中经济林面积约166.7hm2),复垦农用地约1333.3hm2,逐步形成了自然山体环境修复和土地资源高效利用相结合的废弃矿山环境治理模式,增加了可耕种面积,让废弃矿山变“青山”、变“宝地”,走出废弃矿山生态环境治理新路子。
3露天矿山治理模式
宿州市露天矿山开采方式分为露天山坡台阶式开采和凹陷式开采2种。其中露天山坡台阶式开采主要分布在埇桥区、萧县、灵璧等地,凹陷式开采主要分布在泗县。本文根据露天矿山开采方式、矿山地质环境问题类型和分布特征及其危害性,综合矿山地质环境影响现状,将宿州市废弃矿山地质环境恢复治理模式分为以下2种情况[3]。
3.1露天采场积水塘治理模式由于难以满足凹陷区回填所需的大量土石方,且露采场地质环境治理需要水源,所以因地制宜地利用露采矿山凹陷常年积水区域建设湿地,是一种在露采矿山凹陷开采区矿山地质环境的常用模式。对于露采矿山开采形成的凹陷开采底盘被修复为坑塘时,应对坑塘水进行取样测试,对补给量(降雨量、地表汇水)与蒸发量和渗漏量进行盈亏分析,论证其可行性。要对凹陷区在积水条件下周边山体(边坡)进行稳定性分析,论证其工程地质条件,必要时可采取边坡加固和防护措施,如修建防护围栏、边坡锚固等。积水塘周边坡度较缓的裸地,以“土地资源再利用”为核心,根据周边居民生活需求,进行景观园林绿化设计。主要治理措施是场地平整、道路及排水系统修建、回填土层、植物种植。其中植物“乔、灌、草”配置以乔木为主、灌木为辅,错落有致,以增加美观效果。对于露天采场积水塘治理,以泗县茶山建筑石料用灰岩矿废弃矿山地质环境治理工程为例进行分析。泗县茶山废弃矿山为前期凹陷开采形成,采场底盘形成了一个较大的积水坑塘,积水面积为88995.0m2,水深5~30m;坑塘周边为废弃工业广场,生态环境遭到严重破坏,东侧紧邻村村通道路,距离老山村仅400m。针对这种情况,主要采用地质环境治理和园林景观绿化相结合的方式,对治理区进行危岩清理、沿积水塘周边设置防护围栏1180m,以防人员落水;结合周边地形地貌进行场地整平,在采坑周边形成台地和坡地,覆土80cm,实施园林景观绿化工程。共计种植高杆女贞547株、银杏123株、栾树8株、国槐30株、红叶李38株、樱花76株、木槿50株、紫荆46株、石榴23株、卫矛459株、连翘596株、云南黄馨175株、蔷薇11989株、法国冬青3455株、冬桃3400株;对坑塘水进行取样测试,测试结果显示该水质达到Ⅰ类水质标准,可用于植被养护。该工程历时6个月,合计投资500万元,资金来源为政府专项资金。曾经千疮百孔的矿区如今已变成绿水青山,成为附近村民休闲活动场所,与周边美丽的村庄遥相呼应[4]。
3.2高陡边坡治理模式
3.2.1稳定边坡对于高度大于20m、坡度大于60°的岩质稳定边坡陡壁,受施工机械能力和安全技术要求的限制,削坡难度较大。因此,对无任何基质、自然条件恶劣、植被重建极其困难的,可采用植生槽垂直绿化。清除危岩后,在石壁上垂直间隔2~5m开槽或人工浇筑钢筋混凝土板,形成规则连续的植生槽(飘台);对于深层不稳定边坡,采用锚索框架梁加固的同时,将植生槽与框架横梁一起浇筑以形成稳定的结构,再在槽内填土,沿水平方向间隔1~2m码放植生袋,土中栽植灌草苗,藤本为主、灌木为辅;当坡度在50°~60°时,在框格内回填植生袋,在植生袋外加设锚杆、镀锌钢丝网片固定,每垒砌4m2植生袋墙体中有一袋填充中粗砂,以利排水。通过喷灌养护,能够逐步构建满足灌木、藤本及草本植物生长地境和立地成活条件,建立起适合岩壁特征的植物生态系统,使植被具有自组织能力,进入自然繁衍。
3.2.2不稳定边坡对于不稳定边坡采用分台阶削坡、卸载的方法174消除安全隐患。台阶高度在原矿山开采遗留的台阶基础上进行设计,一般在6~8m,台阶宽度4~6m、坡度40°~60°。在坡面上构筑稳定结构层后(如钢丝网、筋带等),采用植生基材、高次团粒等客土喷播进行生态修复。岩面光滑时,沿剖面方向间隔几米凿毛岩面,以增加客土摩擦力;有效喷播厚度随坡度增大逐渐增厚,一般以12~15cm厚(含种子层)植物“灌、小乔、草、花”配置;以草本为主、灌木为辅,草灌结合,为后期灌木、小乔木生长创造条件[5]。高陡边坡治理以萧县白土镇牛头山水泥灰岩矿矿山地质环境治理工程为例进行分析。由于长期的开采活动,安徽省萧县白土镇牛头山水泥灰岩矿山体挖损严重,已经累计挖损、破坏及压占土地面积约19.3033hm2,边坡最高达65m,坡度40°~70°,造成连霍高速、合徐高速、S301省道的视觉污染。针对这种情况,主要采取危岩清理+削坡放阶+植被绿化的方式进行治理。首先对边坡危岩体、浮石进行清理清除,根据施工条件选择机械凿岩、翻运、修坡相结合的施工工艺,参照《工程地质手册》(第4版)提供的岩质边坡坡率允许值按照(1∶1)~(1∶2)对边坡进行削坡、放坡,形成台阶高度8~10m、坡度40°~60°、平台宽度6m的台阶式稳定边坡。然后对平台开挖深0.8m、宽3m的种植槽,回填种植土,撒播草籽,种植乔木和灌木;对坡面采用客土喷播,将铁丝网挂入坡顶锚杆后顺沿坡面从上到下进行铺设,拉紧至坡底后施打锚杆固定。为了达到更好的喷播效果,边坡在喷播前,扎直径20cm的草捆、竹、木杆等固定在网下,以起到对喷播体挡土抗滑作用。先喷射不含种子的2~3cm厚的营养基材,再喷3~4cm厚的中层基盘,后喷含种子的培养基,含种子层厚度为1cm,每平方米播种量为20~41g;采场底盘平面绿化,以种植乔木为主,撒播草种,采用自动喷灌系统和人工拉皮管相结合的方式浇灌养护,绿化效果好、恢复快。共计种植刺柏8916株、红叶石楠等景观树2155株、灌木200株,撒播草籽面积13.06hm2。该工程历时11个月,合计投资4000万元,资金来源为企业自筹。治理完成后,该矿区生态环境得到极大改善。
4结论
露天矿山地质环境治理不仅要消除地质灾害,同时要恢复治理区的可利用土地资源,使得治理区与周边地形地貌景观相协调,使社会效益、环境效益得到明显体现。本文分析了宿州市露天开采矿山地质环境现状、矿山地质环境治理现状及存在的问题,根据露天矿山现状、开采方式不同,提出相应的矿山地质环境治理模式,对于宿州市露天开采矿山地质环境治理有一定的借鉴意义。露天矿山地质环境治理工作需要大量的资金,并不是一朝一夕可解决的。要多措并举,采用多种模式,积极吸收社会资本参与治理工程,实行谁治理、谁受益;继续推进露天矿山的地质环境治理工作,改善矿区生态环境,重现绿水青山。
作者:韩坤帅 单位:安徽省煤田地质局第三勘探队
地质环境研究2
1石油常见的地质类型
1.1生油层生油层具有较高的商业价值,在该层进行石油开采时经常能够开采出石油和天然气,所以还可以称之为油气岩层。烃源岩通常分为两类:泥质岩和碳酸盐岩。常见的泥质岩石为暗色泥岩和页岩,含有大量有机质。常见的碳酸盐岩包括深灰色生物灰岩和隐晶质灰岩等。对石油沉积环境的分析表明,大量生物繁殖和生长的地方常集中着大量的石油,因此在生油层进行石油勘探时,需要对其岩性进行准确分析,然后采用科学的开采技术进行石油的高效开采[1]。
1.2储集层储集层虽然是岩石的一种,但是必须经过一段时间的沉积后才能形成真正的岩石,而此类岩石只有符合以下三个条件后才能形成储集层。①岩石必须具有渗透性,只有当岩石具有一定的渗透性和容限时才能逐渐形成储层。火山岩和变质岩是储集层中的主要内容,因不同的岩石具有各自的分布特点,所以勘探人员可以以此快速找到每一类岩石。②岩石需具备一定的孔隙,便于实现流体的容纳。③储集层在具体应用中可以实现岩石层的再分,将其分为碎屑岩储集层和碳酸盐储集层,不同类型的储集层具有不同的特点,因此在对其进行勘探时需要提前了解储集层的内部结构,进行合理开采。
1.3盖层盖层从整体来讲属于封闭的层,其作用是防止石油资源和天然气资源泄漏,实现这两种资源的安全储存。盖层与挡水层的作用存在一定的差异,盖层可以有效挡住石油资源和天然气资源的流失,常见的勘探方式有盐岩、页岩和石灰岩。
2不同石油地质类型对石油勘探技术的影响
2.1生油层对石油勘探技术的影响烃源岩有泥质岩和碳酸盐岩两种类型,因此在勘探烃源岩之前,要先判断勘探区域的类型,然后根据不同的区域类型选择不同的勘探技术进行石油开采,避免因勘探技术选择不当而造成生油层遗漏的现象,进而降低石油开采的综合效益。
2.2储集层对石油勘探技术的影响对储集层进行石油勘探之前,需要对储藏岩的基本构成和面积等基本特点进行全面调查,并对调查数据进行整理分析,以调查数据为基础制定有效的石油勘探规划,同时选择安全且可靠的勘探技术。储集层对石油勘探技术带来的主要影响在于储集层的面积及大小,另外,该类型地质的结构和环境情况也会影响石油的勘探及开采,因此在选择勘探技术时需深入分析储集层的相关数据信息,制定全面且具有可行性的石油开采技术,在保障石油开采质量的同时实现成本的节约[2]。
2.3盖层对石油勘探技术的影响因盖层本身的特殊性,在对其进行勘探时需要始终保持认真负责的态度,并且保证盖层的强度在具体应用中能够将密封油层的作用发挥到极致,同时关注勘探人员在整个勘探过程中的安全和工作效率。因盖层自身密度较高,所以在对盖层进行勘探时需确保其密封生油层,避免油气资源的泄漏。而盖层对石油勘探技术的主要影响是不能重视石油勘探而忽略盖层对生油层的稳定作用。随着我国科学技术的不断进步,在进行石油勘探时需要结合不同地质情况制定并选择切合实际的勘探技术,充分发挥勘探技术的优势,实现石油资源的高效开采。
3不同石油地质类型对石油勘探的作用
3.1生油层对石油勘探的作用生油层容易被开采出石油资源和天然气资源,所以生油层具有较大的实用价值和商业价值。为了进一步探讨生油层的地质特征,石油勘探人员对其进行了大量且全面的调查研究,根据调查数据判断该地质类型是否与原岩有一定的关联,在对地质条件的调查中发现,该地质类型的地质条件与原岩地质条件的部分特征有一定的相似之处。为了确保调查结果的准确性,在对生油层进行地质调查时,结合了有效的石油勘探技术,通过勘探技术的优势进一步了解生油层对石油勘探的促进作用。
3.2储集层对石油勘探的作用通过多次对储集层进行勘探后发现,此类型的地质中拥有十分丰富的石油储量,能够被开采出大量的石油资源,从而满足我国对石油资源的总量需求,因此,储集层成为石油开采中的重要目标。经相关调查发现,储集层具有石油藏的特点,简单来讲,该地质的地形条件良好,且具有较为明显的石油层次性,所以储集层已经成为石油勘探中的重点内容。为了进一步提高石油勘探的工作效率,勘探人员需具有较高的专业素质和实践操作能力,在对储集层进行勘探时对储集层的地形特性进行全面分析后选择正确的勘探技术,为石油开采提供技术支持[3]。
3.3构造与裂缝发育对石油勘探的作用因受到岩石结构的压力作用,导致部分地质层逐渐出现膨胀和被破坏的现象,因外部压力过大,且地质层自身特性较为复杂,致使构造力存在较大的差异。据查询相关资料发现,大部分地质裂缝是在构造力的作用下形成且发育的,并且集中在地质层的长轴部和局部结构的高处,使其成为石油的移动通道和储渗空间。又因形成地质构造需要消耗大量的时间,所以一定程度上会影响石油资源和天然气资源的储存,影响石油勘探的效果。
3.4盖层对石油勘探的作用盖层对油气资源的聚集和储存有着非常重要的作用,通过对盖层覆盖强度的实际调查发现,在对盖层进行石油勘探的整个过程中不仅实现了高效勘探,还保障了工作人员的人身安全。对盖层进行实际测量时发现,盖层的表层虽具有大量的孔洞,但是却丝毫不影响其对油气资源的密封性。而出现此种现象的主要原因是该地质层的岩石密度整体较高,且地质层之间拥有较小的间隔,所以其表层存在的大量孔洞并不影响其自身的密封性。但是为了高效完成油气资源的储存工作,同时保证油气资源的质量,对石油勘探技术提出了更高的要求,即在对盖层进行实际调查中,需要重点注意盖层的基本地质特征,同时有效发挥盖层在石油勘探中的价值。
3.5大陆边缘区对石油勘探的作用在地质运动的影响下,部分大陆边缘区目前已经成为十分理想的储油区,同时受到一定的外力作用,使其形成了良好的石油储层。据相关资料显示,冈瓦纳大陆在解体前后,因受到外力作用的影响,大西洋两岸属于大陆边缘区,并且经过勘探发现该地储存着十分丰富的石油资源,该资料内容证明了大陆边缘区对石油勘探的作用。同时随着我国石油勘探技术的不断改革创新,在大陆边缘区进行石油勘探时会逐渐采用深水勘探技术,进一步提升石油勘探效果。
3.6特提斯构造区对石油勘探的作用从地质角度看,在南北纬回归线之间的暖流海域,其温度条件和生活条件满足多种生物体的发育需要。此外,该地区还富含有机质,生成了大量烃源岩。特别是古特提斯洋大规模海侵期间,西北地区有机质丰富,形成烃源岩。
3.7油田类型状态对石油勘探的作用根据目前现有油田的基本情况将其划分为常规油田和非常规油田。当勘探人员对已发现的常规油田进行全面调查时发现,大部分常规油田主要位于大陆边缘与板块活动比较剧烈的区域,该区域因自身优势对石油资源的储存具有积极作用。同时在地壳运动的作用下,膏岩层得到了良好的发育,最终形成盖层组合的基本形态。又因该区域的岩层受到烃类物质的影响,使其在生长发育的后期会逐渐成为以烃类物质为主的区域状态。南北纬回归线区间因有机质含量十分丰富,所以为石油的形成提供了良好的气候条件和生长发育条件。
4未来石油勘探的地质趋势
随着全球经济一体化发展速度的不断加快,我国市场对石油资源的需求总量不断增加。为了满足我国对石油资源日益增长的需求,对我国石油研究者提出了更高的要求,应不断加大对石油勘探技术的改革创新,提高勘探技术应用水平和质量,从而获取更多的石油资源。但是就目前我国石油勘探的现状来讲,我国部分地区石油勘探的整体效果良好,但是仍有部分地区因地质原因而未能成功开发石油资源。也就是说目前我国经常进行勘探的地区属于普通的地质环境,长期的开发使普通地质地区的石油资源骤减,如果仍未对非普通地质地区进行转场勘探开发,那么开发的石油资源总量则无法满足我国国民经济对石油资源的需求。针对此种现象,我国石油勘探机构逐渐将石油勘探的主场由普通地质区域转向非普通且复杂的地质区域,并对非普通地质环境区域所采取的勘探技术进行改革创新,希望能够缓解我国石油资源匮乏的现象[4]。
5针对不同地质类型对石油勘探技术影响的建议
5.1加强石油勘探技术的创新不同的地质类型对石油勘探技术的应用及应用效果会产生不同的影响,因此在某区域进行石油勘探时,首先需要对即将进行勘探区域进行地质类型的划分,并全面了解该地质的基本性质,只有全面掌握此地质类型的基本情况,才能科学选择与之相适应的石油勘探技术。但是近年来我国对石油资源开采的频率越来越高,导致普通地质区域的石油资源已经出现资源匮乏的现象,想要开采更多的石油资源,则需要对非普通地质环境区域进行重点考察。非普通地质环境区域因复杂的地质情况对石油勘探技术提出了更高的要求,在此背景下,相关部门需要认识到地质环境与勘探技术之间的关联,并明白要想在复杂的地质环境区域中进行石油勘探,需要采用更先进的勘探技术才能完成,因此加强石油勘探技术的创新和勘探方案的改革成为目前需要重视的问题。(1)重点研究岩石物理技术。尤其是面对十分复杂的地质环境,为了更加全面地掌握即将勘探区域的具体情况,可以采用先进的3D建模技术构建地质模型。为了确保地质模型构建的精准性,在构建地质模型时需结合地质储层的基本发展规律,然后以模型为中心深入讨论即将进行石油勘探区域的具体情况,依据讨论结果制定科学且合理的石油勘探方案,在实现石油资源高效开采的同时还要保证勘探能源的安全和员工的人身安全。(2)加强对石油勘探技术的改革创新。石油勘探技术是在非普通地质环境区域中实现最大限度开采石油的主要技术,如果采用传统勘探技术,那么则可能无法适应非普通地质环境区域的勘探工作,甚至造成资源浪费和安全威胁。对此,需在全面掌握复杂的地质环境区域的基本情况前提下,对勘探技术进行改革,使其向物探技术和服务方面进行扩展,丰富勘探技术的内容,使其在非普通地质环境区域进行石油勘探开发时能够充分发挥其应用价值,提高石油勘探的质量及效率,进一步提高我国石油勘探在国际市场中的影响力[5]。
5.2实现石油勘探质量和勘探安全共存石油勘探工作是一项危险系数非常高的职业,所以保证员工基本的人身安全非常重要。但是部分石油开采企业在进行石油勘探时将关注的重点集中在高效开采石油总量,并提高自身经济效益上,忽略了勘探人员人身安全的保障,进而造成勘探人员在勘探开采石油的过程中出现各种安全事故的现象,此种现象违背了石油勘探的初衷,同时也降低了员工对企业的忠诚度。为此,石油开采企业需针对此种现象进行自我反思和改革,在石油勘探工作开展过程中不仅要重视石油勘探开采的质量,还要重视员工的人身安全。提高员工的专业素质、实践操作技能和安全意识,使其在保障自身安全的前提下通过采用先进的勘探技术及方案完成石油勘探及开采工作,如若遇到十分复杂的地质层,在具体勘探之前可以与其他专业技术人员进行沟通交流,讨论出最佳的勘探方案和勘探技术,从而实现石油勘探质量和勘探安全的共存,同时提高员工对企业的忠实度,使其在工作中充分发挥自身价值,为石油勘探及开采做出一定贡献。
6结束语
我国国民经济的发展离不开石油资源的支持,为了满足我国对石油资源总量日益增长的需求,要求石油开采企业逐渐改变传统的管理理念,积极对不同类型的石油地质进行研究,全面掌握不同石油地质类型的基本特征,并制定不同的石油勘探方案及技术,进一步提高石油勘探效率及质量。同时还需要重视员工的施工安全,督促其在施工中秉持认真负责的原则,保障其自身安全的基础上进行高效的石油勘探工作,为我国国民经济的发展提供有力支撑。
作者:杨浩 单位:中法渤海地质服务有限公司
地质环境研究3
随着人们生活水平的不断提升,社会对煤炭资源的需求也越来越高,因此为了保障煤炭资源供应,要加大煤炭资源的生产和开采力度。然而在煤矿开采过程中,受到矿井下复杂地质条件的影响,煤矿中经常发生各种地质灾害,严重影响到了煤矿生产质量及工作人员的生命安全。因此,如何在煤矿开采过程中,对工程地质灾害进行有效防治,成为当下煤矿生产企业首要考虑的问题。本文便根据这个情况,从矿井减灾防治的角度出发,对煤矿地质灾害的减灾对策展开研究。
1煤矿工程地质灾害链分析
煤矿工程建设通常规模较大、周期较长,涉及到大量的人为活动,而这些人为活动会改变矿区所在地区的地质环境,甚至破坏地质结构,受此影响会导致大量的地质灾害发生。根据实际调查可以得知,地质灾害的诱因和很多因素有关,主要包括地区的自然环境和人为活动因素[1]。其中,地震和活动断裂灾害对煤矿工程的影响最大,冲击地压是目前所了解的所有工程地质灾害中已知伤亡人数最多的灾害,滑坡、崩塌灾害对煤矿工程造成的损失也很大,还有土壤沙漠化对于煤矿地质环境造成的影响等。此外,再加上自然环境因素的影响,上述这些问题的联动形成了一条煤矿工程地质灾害链,严重破坏煤矿周围地质环境和生态环境,影响周边居民的正常生产生活。所谓煤矿工程地质灾害,指的是在煤矿开采过程中,受到自然环境和人为活动因素影响,地质环境和地质结构发生改变,引起的一系列地质灾害。煤矿地质灾害链则是将可能发生的煤矿工程地质灾害进行集中整合,各个灾害发生的原因虽然各有不同,但它们之间存在某种联动制约关系。据实际调查可知,煤矿工程地质灾害发生时间存在着一定的重合、穿插,由此更加确认了地质灾害之间相互制约的关系。在煤矿地质工作的开展过程中,工程地质灾害链的制定可以对相关工程地质灾害的破坏程度及破坏范围都能进行准确的分析预测,并且通过对灾害链的深入分析,还能充分了解有关地震灾害和水土流失等问题的发生原因。煤矿工程地质灾害链为煤矿地质环境的研究贡献了巨大的力量,且对于煤矿工程地质灾害的治理也起到关键作用,能够为工程地质灾害的分析提供一定的事实依据[2]。
2煤矿开采中工程地质灾害分析
2.1地震、活动断裂在煤矿工程地质灾害中,地震是潜伏期最强、最具有突发性且破坏范围最广的灾害之一,我国煤矿所在区域大多在低山丘陵,且80%以上的煤矿都处于地震带上,因此在进行煤矿开采作业时,经常出现地震灾害。比如唐山地震时期,唐山大部分煤矿都遭到了毁灭性危害,造成巨大损失。活动断裂现象大多伴随地震出现,地壳不稳定的矿区所在地就会经常出现活动断裂现象,这个灾害一旦发生,会严重影响到周边居民的正常生活,甚至会威胁到人们的生命财产安全[3]。此外,像地震和活动断裂这类地质灾害,还会为矿井下作业埋下安全隐患,同时影响煤矿开采工作的进行,为煤炭开采企业造成无法挽回的巨大损失。如图1为煤矿开采现场 。
2.2冲击地压冲击地压通常是由煤炭开采工程和自然地质之间发生相互作用所引起的常见工程地质灾害,这种灾害一旦发生,会造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失,是目前所了解的所有工程地质灾害中已知伤亡人数最多的灾害。冲击地压灾害的发生极具突发性,通常会在一瞬间发生,且发生过程会诱发强烈的地震,造成煤矿顶板脱落、工作面堵塞和巷道弯曲等现象,严重威胁到了矿井工作人员的生命安全。除此之外,煤矿开采过程本身就会造成周边环境水土大面积流失,导致土壤沙漠化,再受到自然地质活动因素的影响,二者双重作用下就会诱发出泥石流、山体滑坡等灾害,严重破坏煤矿周围地质环境和生态环境,影响周边居民的正常生产生活[4]。
2.3滑坡、崩塌诱发滑坡、崩塌灾害的因素有很多,大部分受到人为活动因素影响。在进行煤矿开发工作时,由于长时间大规模的开采,强烈的人类活动会导致煤矿所处山体地质环境发生变形,从而衍生出泥石流、滑坡、崩塌等一系列地质灾害。据实际调查显示,我国煤炭行业中滑坡、崩塌灾害造成的损失巨大,我国对于此类灾害的治理力度也是最大的。尤其是西北部地区,煤矿分布面积甚广,受灾情况也最为严重。如图2为某露天矿发生的滑坡事故。
2.4沙化、水土流失我国大部分大型煤矿所处区域或邻近沙漠,或遍布黄土,饱受土地沙漠化危害,煤矿周围地质存在着严重的水土流失现象。尤其是晋、陕、蒙等地区,风沙面积达到了全区的25%,部分煤田甚至已经面临着被沙漠覆盖的风险。根据实际调查显示,我国煤炭行业及相关政府部门对于沙化和水土流失类的工程地质灾害的治理投入资金已经达到了亿元以上。
2.5地面塌陷煤矿开采工作中另外一类不可避免的地质灾害就是地面塌陷灾害,随着我国对煤炭资源需求的不断增加,采煤量和采煤规模也在逐年增大,地面塌陷灾害也随之扩大。尤其在我国某些地区,煤层比较厚,埋深小,还覆盖着厚厚的黄土,因此经常发生大面积的塌陷灾害,导致周边环境水土大面积流失,土壤沙漠化严重,且严重破坏煤矿周围地质环境和生态环境,影响周边居民的正常生产生活。
2.6其他工程地质灾害除了前文提到的这些灾害以外,在煤矿开采过程中还存在着固体废弃物外排、危陡边坡和粉尘污染等灾害。此外,煤矿开采过程中复杂的水文地质条件也是引发工程地质灾害的罪魁祸首之一,煤矿开采工作面地下水位的反复起伏会造成地面沉降,从而引发地面塌陷等不同程度、不同类型的地质灾害。这些地质灾害严重影响了城市可持续发展,导致各种灾害联动发生,为企业甚至环境带来的损失都是不可估量的。
3煤矿开采中工程地质灾害减灾对策
3.1滑坡地质灾害预防治理(1)防滑工程:对于滑坡这样的地质灾害类型,可以通过设置挡土墙和防滑桩的方式对煤矿采取防滑措施。(2)排水工程:造成滑坡的因素中最关键的就是水分,水分会增加土壤孔缝中的压力,减小滑动摩擦力,这都是造成滑坡的主要原因。针对此问题,可以通过结构排水工程来进行防治工作,在地下和地表都要设计出水管道,从而将地表水分通过沟渠的拦截和排放,从管道中引流至自然环境中。(3)边坡防护工程:通常煤矿工程所在区域的土壤层抗冲蚀性都比较差,且地表水流经河床十分陡峭,因此无法构成稳定的边坡形成条件。为此,需要通过在平原区修建水坝、种植植被等方式对边坡开展有效防护工程,从而提高边坡的稳定性,对煤矿周围的生态环境和周边居民的生活环境进行保护。如图3为边坡防护工程开展。
3.2地面塌陷灾害的预防治理(1)首先对于小煤矿采空区的勘探,要做好预测、测量和分析等相关工作。其次要对土壤表面进行分析,找出地质结构变形的原因及变形规律,便于后续煤炭开采工作中对于土质变形的预测工作,减少地面塌陷灾害的发生。(2)要对工作人员进行小煤矿开采技术的培训,同时加大地质灾害防治相关知识的宣传力度。要求工作人员明确自身职责,充分了解矿区工程地质灾害防治的应急措施。在发现问题时,第一时间赶往灾害发生现场并采取相关措施。(3)要对地面塌陷原因进行深入追踪,并加强对煤矿开采技术和地面塌陷防治技术的研究,确保在煤矿开采过程中遭遇地质灾害时,可以能够采取最合适的防治技术对煤矿工程地质灾害进行治理。
3.3完善煤炭行业相关规范制度当下在煤矿开采过程中发生工程地质灾害时,之所以没有实现对其的有效治理,究其根源是缺乏完善的煤炭工程地质灾害防治规范制度。因此,相关部门应该建立科学的安全检测制度,构建完整的灾害检测系统。同时对煤矿开采区域的地表层进行稳定性评价,从而减少地表塌陷、水土流失、滑坡等工程地质灾害的发生。
3.4加强安全管理和技术管理工作除了前文所述措施以外,煤矿开采企业及相关部分还要加强煤矿开采过程中的安全管理工作,定期对工程灾害可能发生区域进行安全检查。此外,还要重视技术管理工作,对相关工作人员定期展开专业培训,避免因人为因素导致地质灾害发生。
4结语
综上所述,由于我国煤矿所在区域大多在低山丘陵,因此受到复杂地质条件的影响,煤矿开采环境极其多变,经常发生工程地质灾害,对周围生态环境带来毁灭式破坏,影响煤矿开采作业的同时还会严重威胁到煤矿开采工作人员的生命安全。不仅如此,工程地质灾害发生过程通常较为迅速,难以进行预测。针对这一问题,要求在煤矿开采中对工程地质灾害进行减灾治理时切忌以偏概全,要加强对煤矿周围地质环境的勘察工作,充分了解诱发工程地质灾害的主要因素,经过全面综合的考量后再有针对性地制定减灾对策。从而有效减少工程地质灾害的发生,为煤矿开采工作提供安全保障。
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作者:宋雅慧 单位:山西地宝能源有限公司