煤炭开采地质灾害及治理关键要素

煤炭开采地质灾害及治理关键要素

摘要:我国有着丰富的煤炭资源,但在长期的开采过程中,由于缺乏对地质水文条件的充分了解,且所采用开采工艺存在较多不合理之处,使得国内煤炭开采主要地区表现出较多的地质灾害。不仅影响到煤炭开采的安全性,也加剧了生态环境的破坏,因此当前应加强对煤炭开采引发的地质灾害研究,并从中总结出有效的治理措施,促进我国煤炭开采行业的可持续性发展。

关键词:煤炭开采;地质灾害;治理措施

在以往的经济发展中,煤矿经济是国内经济的主要增长点。但在煤矿开采产业快速发展的过程中,许多问题也不断凸显出来,煤矿多、分散且粗放的开采模式对煤炭开采地区的地质环境造成较大的不良影响,不仅造成较多煤炭资源浪费,而且对生态环境造成较大的破坏,严重影响到地区煤炭开采经济可持续性发展,对之进行有效治理已成为当前亟待解决的问题[1]。

1.煤炭开采引发的主要地质灾害

煤炭资源在长期性开采过程中,对地区地质、生态环境等都造成较大的影响,而在其影响之下,地质灾害发生频率也不断升高,严重影响到煤炭开采的安全性。从既往煤炭开采引发的地质灾害情况来看,其主要包括以下几种类型:

(1)过度开采引发地面沉陷

一些煤矿企业在进行煤炭开采时,主要采用的是长臂采煤工艺,在这种采煤工艺下,矿区地面通常会覆盖较多的黄土,且松散度较高。同时,地下煤炭资源在被开采的过程中,原有地应力平衡将遭到破坏。在地面压力增大,地下承载能力降低的双向作用下,矿区地下围岩层便可能出现下沉或开裂的现象,从而造成矿区地面出现沉降危害[2]。此外,在煤炭资源开采过程中,所采用开采机械设备也将产生较大的机械振动,这也将对岩层的稳定性造成影响,使之出现一定程度的位移或变形,当变形量达到较大值时,便会引发局部陷坑或大面积地面沉陷,而且在此过程中地面出现裂缝等现象较为常见。

(2)开采引发矿井突水灾害

矿井突水主要指发生在煤矿开采过程中的突然性涌水事故,该类事故有着较高的危害性,通常表现出涌水量大、控制困难、损失较大等特点。由于其具有突发特性,且发生在采煤作业过程中,因此在发生后通常会对煤炭开采作业人员的人身安全造成较大的威胁,属于煤矿企业重点防控的地质灾害类型之一。

(3)区域地下水位降低,地下水受污严重

为有效保证煤炭资源开采过程中的安全性,在进行煤炭资源开采之前,通常都会对区域内的地下水资源进行勘测,然后将其中部分地下水抽出,以降低局部区域地下水水位,避免矿井突水灾害发生。而在此抽水降低水位的过程中,不仅造成大量水资源的浪费,而且也影响到区域内地下水结构,使得岩层出现空洞,增大地面塌陷风险。同时,在进行煤炭资源开采的过程中,所进行的一些人为活动,如:放炮工艺、开采废弃物堆放等,都将会对地下水造成污染。

(4)山体滑坡灾害

山体滑坡是较为常见的一种地质灾害类型,在进行煤炭开采作业时,将会产生较多的煤矸石,一些企业在对其进行堆放时表现出较高的随意性,且为了降低煤矸石占据的地面面积,堆放的高度过高,这些都在很大程度上加剧山体滑坡的风险[3]。例如:在2004年重庆东林煤矿发生的山体滑坡事故中,受暴雨因素影响,使得该煤矿堆积的煤矸石被冲垮,将周围14户人家夷为平地,造成重大人员伤亡,由此可见其危害性。此外,煤矸石长期暴露在空气之中,还会产生一些化学反应和物理反应,使得周边空气和地下水受到污染。

(5)瓦斯灾害

在煤炭未被进行开采之前,煤层之间通常充斥着较多处于游离状态的瓦斯气体。而随着煤炭开采,煤层原本相对封闭的环境遭到破坏,煤层中充斥的瓦斯气体便逐渐释放出来,如果煤炭开采矿井通风能力不足,便可能造成矿井内聚集较多的瓦斯气体,进而引发中毒或瓦斯爆炸。

2.治理开采引起地质灾害的关键措施

煤炭资源开采对地质结构、水资源环境等造成的影响较大,其中存在着较多类型的地质灾害危险。为有效降低煤炭开采过程中地质灾害的发生概率,对相关地质灾害发生原因展开分析,并据此控制其中的关键性要素,对煤炭资源安全开采有十分积极的意义。结合开采实际和地质灾害特点来看,控制开采引起地质灾害,主要可从以下几方面着手:

(1)采取科学措施预防开采沉陷灾害

地下水位降低、开采扰动过大等都可能引发开采区域出现沉陷的灾害,且所造成的危害较大,属于煤炭开采引起地质灾害防控重点,在对之进行防控时主要应加强灾害预测分析,并制定合适的开采方案,从而将存在的开采隐患降到最低。如:开采作业与地质沉陷灾害通常都有着较为直接的联系,且地质沉陷灾害发生并不是突然发生的,在之前必然存在一些地质信息变动[4]。因此在防控过程中可以加强移动观测站的设置,对煤炭开采周边区域地质变动情况进行实时测量分析,然后基于煤炭开采厚度、深度以及岩石结构的力学性能等进行综合性考虑,从而对沉陷地质灾害做出预测。当通过预测分析出现风险预警时,应及时采取结构加固措施,避免开采沉陷灾害发生。此外,对于一些因为开采已经引起的地面沉陷灾害,应当根据实际情况采取治理措施。例如:对于塌陷程度较小的区域位置,可以注意做好排水工作,避免其因此形成湖泊,增大区域内地面可用面积;对于塌陷程度较大的区域位置,可以将其做进一步深挖处理,并利用地形开展养殖活动,提升土地资源的利用效率。

(2)防治矿井突水灾害

考虑到矿井突水灾害的高危害性,在煤炭开采过程中应注意做好这方面的防治工作。煤炭企业在进行开采施工之前,应对矿区的地质结构进行全面准确的勘测,有效掌握岩层分布结构、地下水分布情况等信息,然后根据勘测信息绘制对应的开采作业图纸,要求开采作业严格按照图纸进行。尤其是其中的岩层断裂带应做好标记,且在该位置处进行开采作业时加强监管和现场勘测,以便及时发现异常状况。

(3)监测地下水动态,科学应用地下水资源

地下水具有较高的变化性,其水位高低受到区域内降水量、使用量的影响。在进行煤炭开采过程中,为保证开采安全性,同时提升企业经济效益,应注意针对矿区周边地下水动态变化展开监测,科学规划区域内地下水资源。如:可于合适区域建设水井、井下水仓、调节水池,合理应用混凝剂、消毒剂,经沉淀、过滤等工艺对矿井水进行处理净化,使之能够成为人们日常生活用水。由此既能够降低局部地区地下水位和地下水压,降低矿井突水灾害风险,同时又能够满足煤矿企业开采现场用水需求。但在此过程中应做好地下水动态监测工作,给予煤炭开采可靠的信息支持,从而降低地下水变化对煤炭开采带来的不良影响。此外,如果煤炭开采区域属于富水性不平衡且岩溶水埋深较大的区域,通常可采用回风竖井的方式来进行排水,且注意对排出地下水的回收利用。而如果区域范围内地下水较难改造完成,则应尽可能避开该区域,以降低开采过程中地质灾害发生概率。

(4)治理煤矸石堆放问题

考虑到煤矸石堆放可能引起的地质灾害,主要应从煤矸石堆放入手,改变堆放方式,从而达到降低滑坡、泥石流灾害发生概率的目的。如:适当降低煤矸石堆放的高度,使其维持在相对安全的范围内。同时在改变煤矸石堆放方式的过程中,还应当充分考虑到煤矸石可能产生的环境污染问题,可以在完成煤矸石堆放之后,在其上利用黄土进行覆盖,然后再在其上种植植物。此外,煤矸石也具有较高的应用价值,其拥有较高的热值和较为丰富的矿物质成分,可将其应用于燃烧发电、土壤改良等方面。

(5)瓦斯灾害防治

瓦斯灾害防治是煤矿开采施工必须重视的问题,在我国出台的《煤矿安全规程》中也明确指出瓦斯灾害防治的一些标准。首先,煤矿开采巷道内部必须保证良好的通风效果,需综合应用分区通风、机械通风、上行通风等措施,良好的通风效果有助于降低煤矿开采巷道内的瓦斯含量;其次,应加强煤矿施工现场瓦斯含量的检测力度,并设定瓦斯含量境界值,当煤矿施工现场瓦斯含量高于某数值时,应立即对施工现场人员进行疏离,待瓦斯含量降低到安全范围内后才允许人员进入;再次,应注意明火防范管理。对于矿区井下工作人员严禁携带任何点火工具进入,同时对于开采过程中所应用到的一些电气设备也应当做防电火花处理,避免瓦斯在遇明火的情况下发生燃烧、爆炸。此外,对于煤矿企业来讲,为形成对煤炭开采引发地质灾害的有效预防和治理,在日常开采施工过程中,还应当结合实际情况构建对应的应急预案体系,针对各类较为常见的地质灾害建立对应的应急处理方案。一旦在施工现场出现某类地质灾害事故后,便能够在第一时间启用应急预案,确保后续救援治理工作能够有序进行,从而有效降低地质灾害事故带来的危害。

3.结语

综上所述,煤炭开采是一项综合性较强的施工过程,为有效保障开采的安全性,降低地质灾害事故的发生概率,应注意在开采技术、管理技术上做出提升,严格依照国家出台的《煤矿安全规程》进行开采施工,同时建立相对完善的风险评估体系、事故应急预案体系,使地质灾害事故能够得到有效预防和治理,从而保障煤炭开采安全平稳的进行。

【参考文献】

[1]杜学辉.煤矿建设对地下水资源的影响及水文地质灾害防范探究[J].科技创新与应用,2019(30):59-60.

[2]刘金阳.煤炭开采引发的地质灾害及治理关键要素探究[J].中国标准化,2019(18):110-111.

[3]孙魁,范立民,夏玉成,李成,陈建平,仵拨云,彭捷.基于保水采煤理念的地质环境承载力研究[J].煤炭学报,2019,44(03):831-840.

[4]王双明,段中会,马丽,张育平.西部煤炭绿色开发地质保障技术研究现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2019,47(02):1-6.

作者:尤绪英 单位:太原煤炭气化(集团)有限责任公司东河煤矿