煤矿地质环境问题与治理恢复技术研究

金立涛

（中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021）

生态环境问题越来越受到人们的关注，其中由于煤炭开采导致的环境问题较严重，因此，需要构建稳定、全面且高效的环境治理恢复技术[1-2]。但是现有技术的实际治理效果不佳，容易出现关联污染、资源枯竭等问题[3-4]。基于此，结合宁夏石嘴山煤矿的实际情况，针对存在的有害物质扩散和生态环境遭到破坏等问题，设计更加全面、系统的环境治理恢复方案，以更加灵活、多元化的形式解决不同区域的煤矿地质问题，降低治理的关联损害，实现对生态环境的循环治理，营造绿色的可持续发展道路。

1 煤矿地质环境问题简述

宁夏石嘴山煤矿工程是大型的矿产开采工程，其所处位置较为特殊，工程的底部面积为214 m2。为了便于开采，在侧向两部分构建两级削坡，上部的阶高度约28 m，下部的截面高度为12 m，设定的坡比为1:2.3。煤矿开采的深度约为25 m，坡脚高度约14 m。同时，煤矿开采区域植被覆盖率高，坡面多种植紫花苜蓿，平台栽植刺槐、紫穗槐、紫花苜蓿等植物。距离边坡10 m 处设有一道天沟，为开采的水源控流基础设置，采用内空1.2 m×0.5 m 的断面构建浆砌片关联墙。

在开采的过程中，对煤矿附近的环境造成了极大的消极影响。由于开采设备较大，对地表的压力增加，造成有害物质不断移动扩散，地质灾害频发，地表水源循环状态也逐渐混乱。煤矿开采过程中所产生的煤矿地质环境问题如下。

1.1 有害物质移动扩散

宁夏石嘴山煤矿开采过程中应用大型、重型设备，设备移动过程中对地表甚至地质造成破坏[5]。煤矿开采过程中产生较多的有害物质，其中最多的是煤矸石，其有害物质密度低，在外力作用下极易扩散或移动。该区域有害物质出现轻微扩散，对周边的环境已经造成破坏[6]。

1.2 破坏生态环境

宁夏石嘴山煤矿开采区域，由于采矿过程中产生的废料较多，虽然集中处理，但是处理效果不佳，导致有毒有害物质渗透到土壤中，植被覆盖面积迅速减少，原生态环境遭到严重破坏。

1.3 地表水资源循环状态混乱

抽排矿井水及岩层缝隙水的移动会给地表同流向的水源较大的压力。该矿区地表水的流动方向发生巨大变化，初始的循环路径发生改变，这也造成了煤矿的活动区域地表水流失以及水位下降等问题的出现。煤层自燃以及土体流失加重地表水源循环状态混乱等问题。

2 治理恢复技术

2.1 布设监测装置

在宁夏石嘴山煤矿研究区域布设监测装置[7]，需要划定治理的区域为可控制区域，根据实际问题，设定对应数量的监测节点。每一个区域的监测节点要进行关联，并由平台统一控制，分类监控矿区地面塌陷、裂缝扩大、水位异常等问题。在监控区域设立警示牌，在控制平台中分类设定标记，由专人负责监管控制[8]。

2.2 矿区疏水排导

矿区的疏水排导也是治理技术的主要部分。根据矿区的地势以及覆盖面积，预估区域内的水源总量，结合回填采空区的填充情况，对矿区的地表水进行处理。可以建立排水沟渠，计算具体的深度，如公式（1）：

式中：H表示排水沟渠深度；d表示标高距离，mm；f表示边坡角的隔水层厚度，mm。依据上述深度公式得出排水沟渠道深度为163 mm。修建排水沟渠，在沟渠的侧向修建隔水层，其作用是分化过量的水资源，避免出现沟渠覆盖的问题。观察地下水的排导情况，并对污水作分割排放，完成矿区疏水的排导处理。

2.3 削坡卸载双向治理

在完成矿区疏水排导之后，需要采用削坡卸载双向治理的模式进一步优化完善整体的治理架构。根据宁夏石嘴山煤矿研究区域的实时监测数据信息，制定煤矿区的边坡处理方案。部分煤矿开采工程处于大型边坡区域，对环境的恢复治理难度高，因此，采用削坡卸载模式测定煤矿开采区域的地质环境，根据测定的数值，计算削坡卸载的治理比例，如公式（2）：

式中：M表示削坡卸载的治理比例；D表示削坡倾斜值，mm；r表示双向水平形变距离，mm；h表示双向均衡系数，mm。根据公式得出削坡卸载的治理比例为0.4。根据划定比例，对治理恢复的边坡削定。同时，在实时监测的情况下，在治理区域种植植被，固定周期之后，核定植被覆盖率，并在塌陷区将土壤与种植的草种混合填充在塌陷位置。延长横截坡长，采用修建白牛边坡的形式来搭建浆砌水泥支护，完成削坡卸载的双向治理。

2.4 周期性覆盖回位实现地质环境治理恢复

采用周期性覆盖回位的方式，实现宁夏石嘴山煤矿研究区域的地质环境治理恢复。部分区域在治理后的效果无法达到预期，同时，植被由于外部因素坏死，影响治理恢复效果。因此，定期排查治理区域问题，在一定的周期之内，重置治理区域进行植被绿化，栽植刺槐、紫穗槐等植物，不断扩大植被覆盖面积，高效地实现地质环境治理恢复目标。

3 治理效果分析

宁夏石嘴山煤矿研究区域应用本文方法后，采空区等研究区域利用砂质土壤进行填充，并在塌陷区域附近设立警示牌，加强矿山监测，建立关联墙体，将施工区域与其他区域隔离划定。随着工程的实施，塌陷的深度发生变化，根据实际的情况，通过生物植树、种草，增加植被覆盖率以及绿化面积，恢复生态环境，降低破坏程度。设定治理时间为6个月，分析区域的绿化比，绿化比值越高，表明本文方法的有效性越高，结果见表1。

表1 实例分析结果表

根据表1 可知，经过一系列的处理和恢复治理后，三个区域的绿化比均达到了90%以上，表明经过治理恢复技术的辅助，煤矿开采工程区域的治理恢复效果相对较好，具有实际的应用价值和现实意义。

4 结 语

煤炭开采是一项长期的工作，在处理过程中对于地质的破坏也同样是一个长期形成的问题。地质环境问题具有面积广、危害大、治理不易等特点。传统的环境治理恢复模式相对单一，处理效果并不明显。因此，设计优化治理恢复技术，主要措施为布设监测装置、矿区疏水排导和周期性覆盖回位实现地质环境治理恢复等，该技术更加多元化，治理的面积更加广泛，恢复路径更为严密，有效减少问题的发生，实现协调发展。