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煤田区地质环境综合治理工作探析

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摘要:为避免煤田火烧隐患区和采煤沉陷区地质环境问题的进一步加剧,矿山企业应及时对其进行综合治理。治理工程主要措施为注浆灭火-注水降温-上覆土岩层的剥挖-排渣-火区残煤的回收及运输-开挖坑底部边界煤层露头黄土封堵、覆盖-开挖坑回填、整平-黄土覆盖(以备绿化复垦)-绿化等,同时对排土场与临时占地区域进行生态环境恢复。通过综合治理,能够有效减少煤炭自燃对环境的破坏和影响,通过生态恢复,可以保护环境、恢复植被,减少水土流失、改善土地结构类型。

关键词:可行性;火烧隐患;工程治理;生态环境治理

煤田火烧隐患区和采煤沉陷区问题伴随着煤矿的设立就已存在,随着煤矿的发展,采空区面积和范围不断扩大,矛盾和问题不断加剧。火烧区对当地的环境造成极大影响,并形成一些次生地质灾害,同时也造成煤炭资源的浪费。所以,急需对火烧隐患区和采煤沉陷区进行地质环境综合治理。

1综合治理的可行性研究

1.1治理先期条件可行性

治理前期,应使矿方、政府及当地群众达成共识,形成合作共同开发的框架协议和征地合同。只有这些外部条件基本落实,才能进行大规模综合治理。

1.2技术和保护资源层面可行性

治理区内煤层应具有埋藏浅、无稳定基岩顶板等特点,故在井工初步设计中属于技术上不可行、经济上不合理而无法进行井工正规开采,进行剥挖、灭火、回填和环境恢复等措施在技术上可行,并且可以回收井工开采无法回收的部分煤炭资源。

1.3安全和环境效益层面可行性

项目实施后,是否可以彻底治理火烧隐患及次生地质灾害,消除后期矿井开采的安全隐患及火烧区和地质灾害给当地居民带来的一系列安全隐患问题。

1.4经济、社会效益层面可行性

通过对治理区煤层的回收,一方面可产生经济效益,增加企业收入,另一方面企业可以对当地居民给予一定补偿,改善当地居民的生活条件,将当地居民搬迁到统一规划新区,增加耕地面积。

2调查治理区的地质环境现状

收集治理区以往的地质工作资料,组织专业人员进行野外踏勘,从地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、水文地质特征、工程地质特征、治理区煤层的赋存情况以及煤的自燃情况、土地利用现状等方面,查明治理区的地质环境条件,分析治理的必要性和合理性,为拟治理区地质环境综合治理提供依据。

3煤矿火烧隐患区工程治理

根据治理区地形地貌、煤层埋藏特征、开采现状、火区点分布及采空区情况,采用目前最成熟,并且容易实现的火烧隐患区治理方法,即露天剥挖。

3.1剥挖境界的确定

将火烧区煤层境界作为底部境界,以45°~53°边坡角度上延至地面作为治理区地表境界,地表境界距离矿权界20m为原则。

3.2剥挖方式

依据剥挖条件,选择较低支沟沟道开始拉沟,逐步向两侧推进,直至最终境界。剥挖时,前期外排,后期全部内排,边剥挖,边治理。露天治理采用水平划分台阶的剥挖方式。上覆第四系松散层,根据其厚度一般划分为1~3个台阶。基岩单独划分台阶,煤层划分为1个独立台阶。台阶高度10m,采煤采掘带宽度15m。工作帮松散层台阶坡面角35°,黄土台阶坡面角45°,岩石台阶坡面角53°。

3.3工作面作业方式

治理剥挖主要采用小型挖掘机挖掘,端工作面平装车或上装车,用自卸卡车运输,台阶水平分层。上部松软土岩由液压铲直接采挖,煤层顶板岩石、煤层整台阶穿爆;自卸汽车运输,推土机完成平整、清扫工作面和运输通路等辅助作业。

3.4爆破

为提高治理工程的铲装效率,对所有未风化的岩石和厚煤层进行爆破,薄煤层建议用液压反铲直接下挖,不爆破。

3.5排土场

为了减少临时占地,初期将表土和岩石放置在外排土场,单独排放。有火的残煤和高温土岩必须洒水降温后排弃,残煤必须用黄土覆盖,以防自燃。后期全部实现内排。考虑环保及排土安全,排土采用台阶式堆放。排土为1~3个台阶,每个台阶水平宽20m,黄土台阶高度5m,稳定角度30°,岩石台阶高度10m,稳定角度50°。下设5m宽平台1处。排土堆填顺序为,先排放岩石,后排放黄土,最后将黏土层覆盖其上。排土过程中要分层摊平压实。

3.6治理的工程量

3.6.1残煤剩余资源量根据已提交地质报告,采用水平投影,地质块段法,利用mapgis制图软件,估算治理区剥挖煤层的资源储量,考虑地质可靠程度及85%的露天回收率,计算实际可回收残煤资源量。

3.6.2剥挖岩土体工程量利用治理区地形图、基岩面等值线图和煤层顶板等高线图,进行土方剥挖量和土方平衡计算,利用三角网格化数据计算剥挖区土石方量。

3.6.3灭火用土量和复垦用土量灭火用土量一般覆盖厚度7m,坑底用土量=长×宽×覆盖厚度。复垦用土量在平台上覆盖0.5m厚表土层,以满足植物生长。复垦用土量=剥挖坑地表面积×覆盖厚度。

4治理区生态环境综合治理

4.1生态恢复治理

由于煤田火烧隐患区和采煤沉陷区治理采取边开采、边复垦、边治理的方式,初期开挖的表层覆土和大量岩土弃渣分别堆放于就近外排土场,后期剥挖产生的岩土弃渣对采坑进行填埋整平。因此主要针对内、外排土场制定生态恢复措施。首先将矿坑和排土场地尽可能恢复成为可利用地。因地制宜,因害设防,宜林则林,宜草则草,合理地选择树种,优化配置复垦土地,保护和改善生态环境,形成草灌乔、带片网相结合的植物生态结构。通过生态治理工程,治理后的耕地和林地增加面积比例应超过治理前面积的10%。为避免排土场发生水土流失及滑坡等地质灾害,应在排弃剥离物阶段对排土场的边坡采取相应防治措施,如构建挡土墙、挡土围堰等;对于采坑,要在其周围设排水沟,增强排水能力。

4.2环境保护

治理区开挖过程中的主要污染物和污染源为:粉尘主要来自土方开挖、煤炭破碎筛分及煤炭转载点等生产环节,地面储运系统扬尘及交通扬尘属无组织排放,防治时配备除尘、洒水装置,道路、场地每日洒水降尘;固体废物主要来自土方开挖产生的土石方及筛分过程中产生的手选矸石,用于回填内排;此外,还有水处理站产生的污泥及生活垃圾应定期运往市政垃圾场处置;治理区爆破、挖机及机修等设备产生的噪声选用低噪声机械设备或带隔声、消声的设备。因治理区属于项目建设直接造成损坏和扰动的区域,对可能造成的水土流失必须采取有效措施进行预防和治理。需建立工程防治措施、植物防治措施与临时防护措施相结合的综合防治措施体系,有效防治工程建设新增水土流失,恢复和改善工程建设区生态环境。

5结论

(1)通过对火烧隐患区残煤的回收,不仅可以产生一定的经济和社会效益,更重要的是能够从根本上杜绝火灾发生,保护治理区群众的生产生活。(2)对隐患区和采空区的彻底治理,可从根本上杜绝地表塌陷、水土流失等地质灾害的发生,有效保护环境、恢复植被,减少水土流失带来的损失。通过复垦,保护、甚至扩大耕作农田,同时植被造林,从而达到合理利用土地资源。

参考文献:

[1]煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社,2011.

[2]GB50197-2005.煤炭工业露天矿设计规范[S].

作者:李艳平 单位:陕西省煤层气开发利用有限公司

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