【《井工煤矿区地质环境问题及保护方案研究-以某煤矿为例》14000字（论文）】

井工煤矿区地质环境问题及保护方案研究—以某煤矿为例摘要目前，我国煤矿开采的主要形式是井下采矿，开采过程中产生了很多非常严重的地质环境问题，其中主要有土体自身引发、水变化引发、煤自身引发的地质环境等问题。为了实现我国工业开发与自然环境持续发展的目标，必须将自然环境的持续发展纳入煤矿开采的过程中，要充分利用矿物资源促进社会发展，就必须促进社会工业发展。准格尔旗煤矿开采时间已有数百年历史，煤矿储量也居全国第二，是我国重要的煤矿基地。准格尔旗煤矿的开采利用不仅对内蒙古的发展有重要作用，而且对我国能源开发有一定促进作用。本文通过以准格尔旗窑沟煤矿为例，针对井工煤矿区煤矿开采引发的地质环境问题提出单一问题的防治及保护方案，结合矿区实际，提出适合当地的治理对策，改善矿山的生态环境。关键词：井工煤矿；地质环境问题；地质灾害；治理对策目录TOC\o"1-4"\h\u20800第一章引言 引言由于我国煤炭资源的大都被埋藏地底需要进行井下采矿，因此井下开采目前是我国煤炭开采的主要方式，在矿山作业中得到了广泛的应用。煤矿是我国重要的一项矿产资源，其开采和利用将对改善我国国民经济有直接影响。根据研究数据表明，矿产资源市场不断扩大且需求量越来越大，国内新矿山的开发数量也呈现明显的上升趋势。而粗放、杂乱的矿山开采也在一定程度上破坏了矿山地质资源，引起的地质灾害问题也日趋严重。因此，在矿山开采过程中应注意保护矿山的地质环境，有效地预防二次地质灾害的发生，并采取防治合理的采矿原则，进一步加强对井下煤矿开采地质环境的保护。实施矿山地质环境管理，确保煤矿的地质环境得到有效改善，确保当地社会，经济与环境的协调发展。本文以井工煤矿为例,详细研究了煤矿开采引起的地质环境问题及灾害种类,同时提出了防治和保护对策。1.1选题背景与研究意义1.1.1选题背景中国矿业开采史源远流长且开发强度高以及当今矿产资源大规模的开发利用，为人类经济社会的发展产生极大的推动作用REF_Ref30844\r\h[1]。由于矿产资源的过度开采引发了地球表面下沉，同时破坏了岩石圈的平衡状态诱发了采空区地面塌陷、崩塌、水土流失等一系列严峻的地质环境地质问题。与矿山资源开采直接或间接相关的地质与环境问题不仅仅被认为是影响我国地区经济与社会生态可持续发展的一个重要障碍，同样也被认为是对于国家生态安全的一个重大威胁。因此，在矿产资源开发之前，提前为预测和研究地表移动变形运行状态的恢复可以提供一个基础，可以为矿产资源开发利用提供依据与环境保护。1.1.2研究意义矿产资源可以说是当前我国重要的战略性资源，同样也可以说是推动人类经济社会的生存与发展所必需的物质基础。20世纪末以来，我国采矿业发展迅速带动矿山经济开采迅速发展。虽然现在我国的矿业开发生产已经对于我们国民经济的繁荣发展已经做出了巨大的的贡献，但由于采矿理论和技术的不成熟以及管理概念和制度的落后，与采矿环境有关的一系列地质问题。如滑坡地裂缝、水资源的污染、地面塌陷等。矿山环境的这些地质问题不仅仅严重影响矿区居民的日常生活，而且可能对采矿生产产生反作用，阻碍该区域的经济和社会发展。以内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗窑沟煤矿井下地质环境问题为例，研究了主要矿井环境地质问题的现状、成因、预测和防治对策。准格尔煤矿是鄂尔多斯第一煤矿大旗，经过长期的开采，出现了许多环境地质问题。主要是土体自身问题、水变化引起的地质问题、煤自身地质问题三类，这些都是煤矿开采引起的具有代表性的矿山环境地质问题类型。明白这些矿山环境地质问题的产生，恰当准确地认识这些问题带来危害，采取科学合理的对策，能够以最大限度地降低开采对矿区居民生活的不利及影响程度，对提高采矿区地质环境保护水平具有重要意义。1.2我国煤矿环境地质问题的现状及原因1.2.1煤矿地质环境问题的现状在我国，煤矿开发造成的道路塌陷和坑洞不断增多，塌陷造成的破坏面积广。许多城市发生了采矿塌陷灾难，经济损失极大。根据数据分析，这些年来由于煤矿井下开采引发的地面塌陷、地裂缝事故极其严重，导致我国人民群众的生命财产安全利益遭到了严重的威胁，造成经济巨大损失，其中直接经济损失高达数亿元以上人民币。煤矿开采产生的煤矸石及其他固体废物年排放量大，防治到恢复处理率较低。此外，露天采矿和废物倾倒严重导致土地的直接破坏与占用。这种情况不仅没有得到遏制，而且每年都在成倍增长。煤矿排放占工业废水总量的10%以上，处理水平较低；煤矿开采产生的废水直接排入湖泊、河流与海洋，结果严重水环境污染；矿山开采产生的废气、煤炭粉尘与废渣量大且控制治理力度不高；导致对空气造成破坏性污染，导致酸雨事件接连不断REF_Ref8065\r\h[2]。植被和水生态问题更加突出，这造成了严重的问题，例如地下水位降低，滑坡和地面沉降。1.2.2我国煤矿地质环境问题恶化的原因在我国煤矿资源开始大规模开发的情况下，引发的矿山地质环境问题及灾害日益突出。即使我国矿山地质环境的问题的保护措施方面获得了较大的进展，矿山环境保护法规体系已初步建立，依据实际对矿山环境保护加强管理，矿山地质环境的恢复治理的力度不断加强。但是，对矿山地质环境的恶化情况并不能有效地阻止矿山地质灾害的发生。导致井下采矿地质环境问题恶化的主要原因是：在经济利益的驱动下，发展秩序混乱，以牺牲环境为代价，对矿产资源的大规模开采破坏地质环境；发展程度低且开发规模小、分散，制约了我国矿产资源的集中利用；煤矿企业结构不合理，开发工艺落后，造成的地质环境问题也比较多；在经济利益的驱动下，某些采矿业主大肆砍伐土壤并破坏植被，以获得煤炭开发的最大利益，这也是造成煤矿地质环境恶化的原因REF_Ref32464\r\h[3]。1.3研究内容随着矿产资源的不断开发，由采矿引起的地质灾害问题也日趋严重。矿山地质灾害不仅对矿山生产构成威肋，而且对矿山周边人员、设备财产及环境安全构成威胁。本文主要以井工煤矿为实例，研究了矿山开采过程中引起的各种地质环境问题类型，同时提出了勘查方法、防治对策。煤矿开采过程引起的地质环境问题种类繁多，本文按照矿山开采引起地质环境问题的诱发原因不同可分为以下三类。土体自身原因引发的地质灾害，如：井巷冒顶灾害、矿井崩塌滑坡、地面塌陷、地裂缝等;水变化引发的地质灾害,如：水土流失与土地沙漠化、水资源污染等；煤自身引发的地质灾害：瓦斯灾害、煤尘爆炸等，煤矿地质灾害类型多样，诱发因素也各不相同。针对煤矿地下开采引发的问题提出了解决方法及防治措施，施工人员应当根据不同矿区地质环境的特点来设计和选择合适的采矿方案。同时在施工的过程中要采取积极的地质灾害勘探方法，将矿山开采的安全风险扼杀在萌芽阶段。采矿人员在采矿的过程中能够做到良好的勘查，同时对于每一种灾害都能够做好相应的预防以及治理措施，才能够完善采矿的要求，进一步推动矿山采矿的可持续发展。本文以准格尔旗窑沟煤矿为例（如图1），分析窑沟煤矿主要的地质环境问题、次生地质环境问题以及潜在的地质灾害，并根据地质环境问题类型确定详细防治技术方案及恢复和治理的方案。图1准格尔旗矿产分布图资料来源：准格尔年鉴（1992-2000）第二章井工煤矿的地质环境问题2.1井工煤矿开采对地质环境的影响矿业开发或多或少会对地质环境造成影响破坏，有些矿山地质环境问题的产生具有必然性，有些矿山地质环境问题的产生则与矿业行为的规范程度关系密切，总而言之，导致矿山地质环境问题产生的因素主要有采矿行为、采选冶及治理技术以及自然因素，如图2。在煤矿的地下开采方法中，需要占用大片的土地资源面积，且开采深度较深，这将对我国的地质环境产生非常严重的影响REF_Ref32258\r\h[4]。所以，为了减少井工开采影响我国地质环境问题，有必要进行合理的煤矿开发，并采取一切必要措施在进行煤矿开发的同时做好环境保护，改善井工煤矿开采的环保性能。图2矿山地质环境系统（来源:中国地质大学<武汉>，李小倩，2019）2.2矿山地下开采引发的地质问题及诱发原因2.2.1土体自身引发的地质灾害井工煤矿开采导致煤层上覆岩土体变形，从而引起的煤矿地质灾害，按空间分布可分为地表地质灾害和井下地质灾害。一．地面塌陷和地裂缝问题地面塌陷按形成原因和影响因素可分为采空地面塌陷和岩溶地面塌陷，煤矿开采引发的地面塌陷主要是采空地面塌陷REF_Ref6504\r\h[5]。在我国大型煤矿的开采中，塌陷主要是由于开挖采空区以上的岩层在煤矿开采后由于重力作用而弯曲、脱落和塌陷。它的产生和变化主要由煤层深度、开采厚度、顶板岩性、岩土技术特征和开采条件等决定。根据有关研究人员对统计结果的研究表明，我国目前煤矿塌陷面积已达2万平方公里，对土地资源造成了非常严重的影响。因而,以免破坏我国的煤矿地质环境，至关重要的是有关矿业公司采取矿山地质环境保护措施，在煤矿矿区周围生态环境的保护中，以避免工程安全事故发生和保护我国公民的生命和财产。二．矿山崩塌、滑坡灾害如果矿山开采区发生了采空区塌陷现象，那么该片区域就很有可能发生崩塌滑坡事故。崩塌、滑坡也是一种常见的矿山地质灾害，如图3。这种类型的灾害可能发生的地点范围十分广泛，无论是在露天的开采区还是深藏在井下或矿山内部的开采区都有可能会发生，只是具体的表现形式会不同，都会产生较为严重的崩塌与滑坡灾害，不仅会造成人员伤亡，还会阻碍矿山生产进度REF_Ref8931\r\h[6]。采空区塌陷是井下或矿山内部开采区域发生崩塌、滑坡事故主要表现形式为地表塌陷和崩塌。一般情况下，深藏在井下或矿山内部的开采区发生崩塌滑坡事故，所能造成的影响远远比露天开采区发生的崩塌、滑坡事故更严重，其造成的经济损失也与两种类型的开采有很大的差别。在露天采矿中，如果没有做好边坡的防护措施，就会出现边坡滑落现象。而地下采矿主要是因为地下矿区采空，进而引发崩塌。因此就必须做到防患于未然，有效掌控影响因素，进行科学合理防治。图3塌陷区裂缝REF_Ref11586\r\h[17]三．井巷冒顶灾害冒顶灾害主要是由于煤矿巷道内的顶板在自重作用下突然下降造成的，各类大型煤矿地下长期开采生产过程中一般都会经历冒顶灾害情况的发生。大面积冒顶灾害会破坏井巷，同样会阻碍矿业地下采矿工作进度对采矿人员的生命安全造成威胁。在某些情况下，惰性气体（氮气、二氧化碳、甲烷等）突然被挤压出工作面后方，造成地下开采工作人员窒息而造成死亡或井下区域发生爆炸事故；有的大面积冒顶可能甚至直接造成矿震和煤矿井下地面层坍塌。2.2.2水变化引发的地质灾害井工煤矿开采导致水位及水质发生变化，都会引起的煤矿地质灾害。一．水土流失与土地沙漠化未来矿井建设需砍伐部分地面植被，同时煤矿地下开采还会使地下水位发生下降、地面变形，这些不良因素都将加剧本区水土流失的程度。水土流失的结果会使土地生产力下降、造成下游河道淤积、上游沟谷不断下切，甚至导致滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生REF_Ref6952\r\h[7]。煤矿地下开采破坏了含水层的初始结构，由于含水层的地下水直接渗入到采煤巷道与采煤区裂隙之中，从而造成地下水流量和水位的急剧减少，造成农业灌溉困难和饮水水井枯竭；相比之下，当地下裂缝到达地球表面，在地表水渗入地下与裂缝这导致地表水的体积减少。正是因为煤矿地下作业对我国的地质环境可能产生相对严重的影响，这一领域的科学合理研究才成为我国目前采矿作业的主要目标。有关研究人员的研究结果表明，煤矿开采水土流失非常严重、地下水资源严重减少、随着许多煤矿的建设，水土流失将逐渐加剧。二．水资源污染在进行井工煤矿的开采工作时，会加快矿石中各种硫化物和重金属的溶解，在这些物质溶解之后就会渗入到地下水中，对地下水的水质造成十分严重的影响。此外，由于地下水中渗入了硫化物，一旦地下水流出地表之后，水中的硫离子与空气接触之后就会发生氧化，使水质变酸，加剧水质酸化REF_Ref9362\r\h[8]。根据相关的科学研究表明，煤矿开采会对地层中各个含水层的水质造成十分严重的影响，并且一旦矿区中的各种化学物质流入到地下水中，在人饮入了被污染的地下水还会对人们的生命安全造成十分严重后果。因此井工煤矿的开采时，相关的采矿单位应当确保矿区附近的地下水环境的保护措施，以避免对地下水环境污染，从而影响矿区附近居民的生命安全。三．矿井突水矿井突水灾害主要是矿山地下开采引发的一种突发性地质环境问题，掘进或采矿过程中当巷道揭穿导水断裂、富水溶洞、积水老窿，大量地下水突然涌入矿山井巷的现象，具有来势汹猛、瞬时涌水量大和损失巨大的特点，已成为影响煤矿安全生产的重大关键问题之一REF_Ref1335\r\h[9]。煤矿开采地区地质条件一般是极其复杂的，随着煤矿开采程度的不断扩大以及水平的不断提高，水压增加从而导致突水；遇到煤岩壁挂汗、渗水等情况，不能及时发现这些预兆就将可能会直接导致突水；施工的时后工作人员不能在第一时间断定含水层的分布、断层的下落等情况，盲目的进行煤矿挖掘会在很大概率上引起矿井突水。2.2.3煤自身引发的地质灾害在地下采矿过程中我们应该特别注意防止瓦斯、煤尘爆炸、地热等地质灾害的发生，一旦发生了事故不但会引起连续的爆炸直接造成巷道和设备毁坏，而且会产生有毒气体威肋井下工作人员生命安全，工作环境的恶劣也将会影响矿山的正常生产。一．煤与瓦斯突出矿井瓦斯是一种对人体有很大伤害的气体（主要成分以CH4为主），是我国煤矿开采五种最严重自然灾害中的一种。一旦有突出发生，在煤矿中通常就会形成舌状、梨状或分叉状的专门孔洞。在突出发生的情况下，井下的工作人员可能会被突出物掩埋、大量释放的瓦斯气体可能导致井下工人发生瓦斯窒息事故，甚至发生瓦斯爆炸。二．瓦斯、煤尘爆炸煤尘主要是在各个矿井中生产过程中就会出现，随着各个矿山的密集度和机械化水平提高，对于煤尘的危害也逐渐加深。煤矿开采产生的煤尘被井下工作人员吸入身体造成伤害，当其达到一定浓度的情况下遇到明火就会发生剧烈的爆炸，阻碍了煤炭企业可持续发展。虽然煤炭自身不会发生爆炸，但在实际施工采煤中所产生的大量煤尘悬浮到空气中，当浓度达到顶峰时，遇到明火或者高温热源便可剧烈反应，从而引发煤尘爆炸。换句话说，煤尘到以下三个基本条件便可引发爆炸：①煤尘自身就可发生爆炸；②煤尘浓度要求在空气中达到爆炸条件；③存在高温热源或明火。煤尘爆炸的主要特征就是持续时间长、破坏性强、产生的温度高和有毒气体的产生等。矿山地下开采引发单一地质问题解决方法3.1土体自身引发的地质灾害解决方法首先，注重气象灾害的发生；其次，根据灾害的成因特征以及通常情况下发生的季节进行相应的预测工作。勘察人员充分了解地理因素和气象因素，建立不同的预测和预警系统，尽可能的避免灾害对采矿造成较大的破坏。在煤层开采之前，要进行瓦斯、煤尘、水、冲击地压、火和顶板灾害进行详细的勘查，确定煤矿未来的灾害位置及灾害类型，对于灾害易发区进行预测，并制定详细的防治方案。3.1.1地面塌陷和地裂缝防治措施建立地表警戒线，进行地表变形监测，对采空区进行处理，局部塌陷坑和地裂缝进行回填、压实、植树绿化REF_Ref21456\r\h[10]。设置地表变形监管监察系统，主要对垂直或水平位置的移动情况进行监控，计算地表倾斜及其水平位置变形，判断地表变形的形状极其范围。3.1.2崩塌、滑坡防治措施对于已发育的矿区内现状发生崩塌，应对该边坡上松动的岩土体进行清除或加固；有关滑坡灾害的防治，应对其进行削坡，使边坡达到稳定状态，同时加强监控预警。矿区内部所有的土质边坡都是属于潜在的崩塌、滑坡容易发生的区段，对此我们应该合理地设计一个稳定的坡率，及时地做好对边坡的支挡和削坡，以及对坡顶、坡面的截水防渗等保护工作，而对处于不稳定状态的边坡则要应因地制宜采用浆砌石挡土墙等支护措施，防止由于边坡失稳而产生崩塌、滑坡地质灾害REF_Ref21495\r\h[11]。同时做好防排水工作，对顶板不稳定的巷道，要及时支护。3.1.3井巷冒顶的防治措施在矿井巷道顶部应安装可视化的变形监控器，随时检测各个巷道的弯曲和变形值，当发我们现其中的变形值太高或是变形加快了，应采及时取加固措施以增强支护或主动做好放顶减压，以免给人员及设备带来损害。在掘进巷道及回采巷道任何地方都要定期进行水文观察，详细记录岩石表面渗水、淋水情况，分析具体地原因并清楚明确其状况，及时采取相应措施来处理，应对水量突然增加或是水质突然浑浊、以及水中含砂量的增加或降低，措施包括钻孔后地放水减压、工作表面封堵等。建立巷道顶板的变形和其工作表面水文监控系统，优先通过各个监测巷道顶板的竖向运动以及其水平方向运动，计算其倾角和水平方向运动的变化，确定各个巷道顶板变形形状和与其影响范围。同时应该对工作区域的水文地质状况进行不间断检测，及时分析和预测各种地质灾害的发生情况并采取与之相关对应措施。监测系统与各个工作区域运行状态同步，确保有人在任何时候进行监控，并在任何时候都能收集和分析监控数据。3.2水变化引发的地质灾害解决方法按照不同类型矿山所处的地质条件及地形特征，将其划分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区REF_Ref24678\r\h[12]。通过原地种植大量的花草树木来重新保护和修复被坏的原始森林及植被，减少人为对地质环境的破坏，保护动植物的自然生长环境并注意保持水土。3.2.1水土流失与土地沙漠化防治措施根据主体工程施工过程中可能造成的水土流失的原因，结合主体工程施工总平面布置，实施相应的水土保持预控措施。为有效疏导工业用地内部径流，在工业用地内部布设一道砼排水沟；进行矿区绿化美化可以直接选择在矿区中闲置的位置上施行，植树或者是种草（如图4）；在土建工程中，对于受到车辆扰动的施工现场要进行浇水、洒水，以防尘土对其周围环境造成影响，从而导致进一步的水土流失。在各项主体工程竣工后，在各生产、居住地区及时进行凹坑回填和垃圾处理，并对土地进行整治；为避免在施工过程中发生的汇水影响到施工地段和生活区周边，分别设置了一条临时排水沟、沉沙池。在排矸场所属范围内应临时布设截水沟、急流槽、消力池、临时性的排水沟和沉沙池，对供水管线施工现场还应进行凹坑面的回填、地面修复、洒水碾压。建设单位应当牢固地树立环境保护地理念，切实地重视水土保持和控制地工作，采取一切有效的手段来切实地做好对水土保持的预防和控制；应有效地避免扩大扰动地带的面积，并切实做好对于工程施工中的临时防治和保护工作，以便于将整个工程施工过程中各项水土流失和防治措施能够真正贯彻落实到位；并且建议各个项目工程建设单位应加强与外部有关单位的联系，尽量使煤矸石外销或回填采空区，提高煤矸石综合利用率，减少各个项目地区煤矸石堆放量和时间。图4矿区水土流失防治地带（来源：百度图片）3.2.2水资源污染防治措施煤矿水资源防治与保护是煤矿环境保护和实施煤炭可持续发展战略所重点需要解决的问题。为了实现我国煤矿开采的可持续发展战略，水资源环境的保护成为重中之重，必须依赖于水资源的开发和利用，实现矿区水的资源化，实施矿区水综合开发利用和有效保护并举。资源化的基本途径有：矿井水处理后作生活用水或工业用水，工业废水处理后回用，矿区生活污水处理后做工业用水和其它用水REF_Ref9114\r\h[13]。根据国家相关领域专家初步预测，目前对于我国各个矿区水资源合理综合利用率若能够达到40%~50%，煤矿的自用水就可以得到基本解决，而且未来还有很大可能为推动全国各地人民经济社会发展提供大量饮用水。为实现此目标，除在水处理技术上有新的突破，引进国内外先进技术和设备，努力解决现有水处理工程中存在的问题之外，还应该采取优惠政策，如免收水资源费等，从政策上鼓励和支持使用处理后的水资源。这是煤矿井水资源得到有效开发利用和保护的根本保证。为此，必须加强水文地质与工程地质的研究工作，加深陆地水文环境与水文地质以及地下水动力学的研究和认识，加强地下水资源管理，完善地下水资源测试技术和手段。3.2.3矿井突水防治措施针对矿井突水地质灾害，就需要采取一种科学合理的自然灾害防治和控制措施，来真正做到防患于未然，快速地消除隐患，保障矿井工作人员的生命安全，生产有序进行。矿井突水的防治措施应该预防为主、预防与治理结合起来，在开采之前一定要确定开采地段的地形是明确的。在煤矿矿区开采前必须根据其地质构造、水文分布、观测孔等数据，了解矿区附近水文地质情况，预测易发突水区、规划易发突水区及相对安全区。在预测的同时，也可以通过放射性检测或物理学检测的手段来预测突水可能发生的位置和时间。在井下煤炭开采时，会对自然岩石层造成破坏，极大的降低了岩石的初始强度，含水层中的水极易直接侵入井下，必须通过采取一些防水措施来尽量减少或彻底消除地下水的危害，井下工程防水通常主要采用以下几种防水措施。第一进行超前探水，在一些属于矿井内部正常工作面附近的地区进行钻孔放水或可以提前进行探水，在有探测水时，依据探出的水量及其大小，将煤矿中的水排出来再进行开采；第二井下截堵水，在井下修建水闸墙、防水煤柱或水闸门等设施，在井下突然涌水可以临时或是永久地堵住水，使这一地点不威胁整个矿区，再根据实际情况采取灵活的疏水措施；第三注浆堵水，借助注浆技术把浆液注入到地表下预定位置浆液将会扩散、凝固最后硬化在矿井突水时将会堵住补给水源以及加固底层;第四采取疏水降压，将一些严重威胁采煤安全的含水层借助人工的手段和排水设备将这些水合理地排到井外REF_Ref9878\r\h[14]。3.3煤自身引发的地质灾害解决方法根据井下地质勘查成果，确定煤矿灾害地质类型，根据灾害类型确定详细的防治技术方案和应急方案。例如根据顶板岩性特征制定相应的支护方案，根据不同的水患类型制定详细的探放水施工工艺，根据瓦斯、煤自燃及爆炸性制定详细的防治规程。3.3.1瓦斯突出防治措施优先选择煤炭保护层开采含有瓦斯突出危险性高的煤层区域，无突出危险或可能是危险性相对较低的煤层就能够缓解有突出危险性煤层的压力，释放出大量的瓦斯，使瓦斯突出的危险减弱甚至消失。对于一些已经具备了煤炭开采保护层作业条件的突出煤层，应坚定不移的继续进行煤炭开采保护层作业；对不能满足保护层采矿作业要求的突出煤层，不予以安排采矿作业，与此同时为研究解决保护层采矿作业问题的新技术创造了有利的条件。煤层开采前预先对煤层进行瓦斯抽排，瓦斯应在煤层进行开采前排放、增强开采煤层的透气性、使煤层高地应力消失，消除开采时煤层出现突出情况。

煤层注水，被水充分湿润后的煤力学性能会改变，塑性增强、弹性模量下降直接导致地层应力分布趋于均匀化，弹性压力潜能也会下降，瓦斯释放的速度和在空气中放散的初速度减慢，最大幅度地减少了瓦斯在突出过程中的作用，降低了瓦斯压力和含量。根据现实情况，只要采取通风与瓦斯抽放等各种综合性的防突处理措施，进行合理的开采、布置、突出危险性预测、防突措施的效果检验，就可以降低甚至避免这种灾难性事故的发生，如图5。图5防治瓦斯突出流程图REF_Ref32519\r\h[15]REF_Ref32519\r\h3.3.2瓦斯、煤尘爆炸防治措施针对连续发生煤尘爆炸的必要条件和发生爆炸的主要情况，在防治发生煤尘爆炸应至少包括：降低煤尘的浓度、消除热源、限制煤尘爆炸区域范围扩展。通过控制或减少地下矿井空气中的煤灰和废物浓度，在进行煤炭开采时应尽量减少其他煤灰和废物的产生并有效防止其悬浮于空气中。必须明确禁止在煤矿开采过程中使用所有热源，在开采中对于有可能会产生热量的热源必须进行严格的管理与控制，防止其引发煤尘爆炸。需要通过采取各种防爆措施及一些隔离煤尘爆炸的手段，以限制煤尘爆炸的范围；矿山在进行开采时含有大量煤尘，但对有可能发生煤尘爆炸的矿山必须用岩粉棚或水棚将该矿山的两侧、相邻的煤层及其主要工作区分开。第四章窑沟煤矿地质环境恢复治理方案4.1窑沟煤矿概况准格尔旗地处于内蒙古的西南部，位于蒙晋陕的三省交界处，又有黄河环绕，地处北纬39°16'~40°20'，东经110°O5'~111°27'REF_Ref10273\r\h[16]。准格尔旗矿产资源丰饶，稀土、有色金属等矿产资源极具发展潜力，其煤炭资源是全国最大的煤炭产县之一。准格尔旗煤炭面积占全旗总土地面积的五分之四，煤炭总储量为544亿吨左右，预测储量超过一千亿吨。全旗的总占地面积为7693平方里公左右，由于土地遭受降雨、风蚀等各种自然因素的影响及矿业开采等各种人为因素的冲击和作用，导致产生了严重的水土流失问题。该煤田共被划分为六个主要矿区，窑沟为其中的一个煤矿露天采矿区，位于煤田最北部，如图6-7。图6准格尔旗窑沟煤矿卫星定位图7准格尔旗窑沟卫星图4.2窑沟煤矿主要地质环境问题及潜在地质灾害准格尔旗北部地貌主要为风沙地貌、半固定和固定沙丘，分布范围广泛，受到风沙侵蚀严重；南部地貌主要为黄土丘陵，由于其土地不平、沟壑繁多和风沙侵蚀严重，导致了严重的水土流失问题；简而言之，准格尔旗是黄河流域水土流失、风沙侵蚀和自然环境问题极多的地区之一。4.2.1水土流失的问题准格尔旗由于地处高度受东南季风气候影响的交错带地区，其大陆性气候条件特点十分明显，具有干旱、少雨、多风、多发性暴雨、强风与较大的温差等不良气候因素致使治理困难，引发了水土流失现象的产生。严重的水土流失直接导致大面积的优质草场和良田被淹没，形成难以得到充分利用的侵蚀沟，对当地的农牧业的生产和自然生态建设有都着相当大的抑制作用。大规模开发建设，虽然极大地促进了我旗居民经济的迅速发展，但却造成了新的侵蚀来源不断扩大，水土流失的强度也在不断提高，使本来脆弱的自然生态环境快速恶化。全旗仅煤炭开采就造成了大面积的地面塌陷、裂缝，这使大片农田弃耕甚至达到14公顷，直接影响了农牧业的生产进步和发展，降低了当地土壤肥力、破坏了良田，使全旗能够正常进行耕作的田地减少，造成大量的土地沙化、石化，破坏了地面自然生态完整性，加剧我国山体滑坡洪水等自然灾害的泛滥，污染了水环境，阻碍了准格尔旗地区的人民社会经济水平的发展和社会文明进步。图8准格尔旗水土流失图（来源：百度图片）4.2.2采煤塌陷问题准格尔矿区地下煤田的建设尚且还处于初期建设阶段，许多地下矿井、地面煤矿建筑均正在前期建设之中，自正式开采以来，采空区还处于没有基本建设完成时，塌陷问题己经显现了出来，而且随着矿区煤田开采建设规模的进一步扩展，塌陷的危害范围也正在逐渐呈现上升的趋势增加，并这对准格尔矿井安全生产运营、矿区居民生活等各个方面也都构成了严重的安全威胁。塌陷危害现象普遍发生，塌陷范围分布面积广、新老煤矿塌陷共同存在，是准格尔旗矿区采煤塌陷防治工作的一个重要特点。塌陷是新生煤炭资源初始开发所致新生环境地质问题，发生常在煤炭资源初始开采后挖掘工作进行完不久。采煤塌陷不仅使地表形态发生改变，而且改变了地下水潜水位的赋存条件，导致给水源被破坏，因而直接影响地表上的农作物和野生动植物的生长繁殖，改变了动植物的自然栖息地和植物生长地的环境，而且还会造成地面村庄或村庄内其他地方建筑物的遭到严重破坏，从而直接就会导致许多村庄和当地的居民被迫性的迁移或一些房屋的重建，导致社会不稳定因素加剧。图9准格尔旗矿区采煤塌陷REF_Ref5848\r\h[17]4.2.3矿业开发占用损毁土地资源及地形地貌景观破坏矿业开发生产中需要改变周边地形地貌，改变原有土地类型，占用、损毁土地方式主要为露天采场、工业广场、煤矸石堆场以及地面塌陷，共造成损毁土地面积较大REF_Ref5848\r\h[17]。4.3恢复到治理方案地质环境恢复治理是以特定治理方向为前提，对受地质环境破坏的上地的适宜程度作出判断分析基础上采取合理行动，离开了治理方向，地质环境恢复就失去了意义。土地资源的利用体系是人类、经济、社会三者的复合体，矿山的地质环境恢复治到理的初步方向，应与当地的自然生态环境相适应，进一步能够达到更好地充分发挥该矿山工程项目的长远效益，使之获得更好的社会经济效益和环境效益（如表1）。表1地质环境问题治理方案治理方案方案内容作用地面塌陷和地裂缝进行地表变形观察，对采空区回填处理，局部塌陷坑和地裂缝进行回填、压实、植树绿化。防止毁坏良田、造成公共设施与道路交通破坏、破坏地表水及地下水资源等自然资源，控制我国的水土流失问题，避免各类安全事故发生，对我国国民的生命财产安全提供保障。崩塌、滑坡边坡松动的岩土体进行清除或加固，加强监控预警，做好边坡的支挡和削坡，因地制宜采用浆砌石挡土墙等支护措施，同时做好防排水工作，对顶板不稳定的巷道，要及时支护。保护工作人员安全，维护矿山生产进度，减少崩塌、滑坡造成的经济损失。井巷冒顶安放变形监测装置，采取加固措施加强支护、放顶减压，建立巷道变形及工作面水文监测系统。避免大面积冒顶，保护井巷造成人员伤亡和设备损毁外。水土流失对矿区周围空闲地进行绿化美化，对采空区进行回填压实，提高煤矸石的综合利用率,减少煤矸石及其他肥料堆放量和时间。防止地下水位下降，防止地表水随着裂缝进入地下，导致地表道水流量变小甚至枯竭，减少土地肥力流失，维持农业的发展。水资源污染加强地下水资源管理、完善地下水资源测试技术，工业废水处理后回用，采取优惠政策，从政策上鼓励和支持使用处理后的水资源。避免了地下水环境受到污染，实现我国煤矿开采的可持续发展战略。矿井突水超前探水，井下截堵水，注浆堵水，疏水降压。降低了我国的经济损失，保护了矿区周围居民的生命和财产安全。瓦斯突出优先开采保护层，煤层开采前预先抽排瓦斯，煤层注水。保护井下工作人员生命安全。瓦斯、煤尘爆炸降低空气中煤尘浓度，消除引爆热源，限制煤尘爆炸范围扩大。保护井下工作人员的身体健康安全，维护煤矿开采的可持续发展。4.3.1水土流失治理方案准格尔旗地区是我国黄河流域各个地区水土资源流失较为严重的地区之一，虽然多年来的治理取得了立竿见影的成效，但是部分地区的治理规划仍然不合理，治理难度大，必须因地制宜开发与保护相并存，来对该地区生态环境进行改善。该地区的水土保持、防治水可以充分利用当地生物、工程、农业等各种科学技术措施相结合，正确地合理规划水土资源，提高当地土地资源的综合利用率，不仅可以有效的治理当地水土流失，还可以提高当地农村居民的人均收入，提高当地居民生活水平。实施新型沙棘栽培工程项目，退耕还林工程与国家重点建设中的黄河大支流水保工程项目紧密结合，在切实建立好管理现有水保项目的基础上，推行牲畜圈养。另外，自然恢复和人工治理之间的关系也需要及时进行处理，重视基本农田、饲养草料生产基地和小型水利项目建设，为改善农、牧民生活环境条件，禁止放牧为封闭圈养创造条件，加快植被生长环境恢复。4.3.2采煤塌陷问题治理方案准格尔地区本身的自然生态就脆弱，对于煤炭资源盲目的大量开采利用，致使地区生态环境被毁或者破环的情况日益严重。采煤塌陷地指处于在地下采煤活动干预下的被破坏地生态系统。它们具有很难完全恢复到正常状态的特点，并且存在着一定程度上的不可逆性。于是，在对其进行生态修复的工作过程中，需要通过研究来判别采煤活动对当地生态环境的影响，继而制定出对不同受害系统进行修复的方法。生态演替原理是受害生态系统修复的重要理论基础。演替是指群落经过一定的发展时期由一种类型转变为另一种类型的顺序变化过程，或者说是在一定区域内群落的替代过程REF_Ref11586\r\h[18]。采煤塌陷灾害地区的自然生态环境修复保护工作实质上也就是人为的干预下自然进行地区群落演替的一个过程，因此必须深刻认识和充分了解地区群落演替的基本机理，遵循自然界群落演替的规律合理进行人为干扰。如在矸石充填塌陷坑复土造田模式中，按照其演替的发展进程，通过综合选取各种耐贫疙、速生的优质牧草以提高和迅速改善当地土壤，恢复当地土地肥力，进而通过综合采取各种豆科优质农作与各种优质蔬菜、杂粮的田间轮作的方式，达到有机耕种地、养殖复土造田相结合。采煤塌陷区生态保护与修复的宗旨无论是从原来恢复至原有农田的生态系统，还是再造至重建形成的社会-经济-自然的复合生态系统，都将被认为是一个复杂多层次的生态系统。要想促进该系统获得较高的生产能力、生态效益和经济效益，就必须保证其结构完整、功能健全。因而，在进行设计和实施的过程中，应当特别注意建立和完善生态系统的组成成分，以提高其生态效益。4.3.3土地资源及地形地貌景观恢复在当地进行一些矿山工程建设和开采时，不随意侵占、破坏或利用该矿区范围内的土地、植被等自然资源，尽量地多维护当地矿区原生的地形、地貌及地表生态自然环境。按规定要求合理地堆放各类固体废弃物到指定的排矸场内；加大对煤矸石等固体废弃物的处理和综合利利用的力度，尽最大可能地用于矿山地质环境恢复治理用料或用于建筑材料、发电材料等，减少对土地资源的占用和破坏REF_Ref14378\r\h[19]。对施工中采矿所形成的地面沉陷区、地裂缝进行回填、覆土压实、平整和播撒各种植物和花草籽，消除由于地裂缝地质灾害产生的隐患，恢复被破坏土地自然资源的利用功能，改善其生态环境;并且还可以专门针对尚未经过平整处理的采坑、矸石山等进行综合性的治理，对于一些并没有严重影响周边居民日常生活的非平整地区，可以考虑采取隔层蓄水的方法进行农作物的种植、养殖等。结论本文以准格尔窑沟煤矿为例，阐述了井工煤矿开采时引发的地质环境问题及恢复到治理的保护方案。矿山开采引发的地质环境问题主要分为三大类型：土体自身引发、水变化引发及煤自身引发，针对矿山开采引发的地质环境问题一一做出了