地理,山西煤炭开发的区位条件,区位条件有哪些,要具体的,谢谢
市场条件:能源消费供不应求,能源消费量不断增加,以煤为主的能源消费结构;交通条件:位置适中,有多条铁路通过,交通比较便利;区位条件:地处我国中部地区,邻近主要能源消费市场;开采条件:中厚煤层,埋藏浅,适于露天开采和大陆规模机械化开采;资源优势:储量丰富,分布广,煤种齐全,煤质优良
地处沁水煤田东北部。阳泉市,是山西省下辖的地级市,古称“漾泉”。阳泉是三晋门户,因煤炭而兴起的区位因素是地处沁水煤田东北部,煤炭是地球上蕴藏量最丰富,分布地域最广的化石燃料。构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等,此外,还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。
从煤的基本用途上看,通常将煤炭资源划为炼焦用煤和非炼焦用煤两大部分。从煤炭资源富有程度上看,我国非炼焦用煤很丰富,而优质炼焦用煤较少。
无烟煤是非炼焦用煤的主要品种之一,是成矿煤化程度最高的煤,具有挥发分低、密度大、硬度高、火力强等优点,用途广泛,通常作民用和动力燃料,也可加工成无烟煤滤料做水处理使用。主要分布在山西、贵州、河南、四川、宁夏、湖北等省(区)。
我国炼焦用煤(气煤、肥煤、焦煤和瘦煤),占全国煤炭查明资源储量的22%,不仅所占比重不大,而且品种也不均衡。其中,气煤占炼焦用煤的40.6%,而且肥煤、焦煤和瘦煤三个炼焦基础煤,分别仅占18.0%、23.5%和15.8%。炼焦用煤的原煤灰分一般在20%以上,多属中灰煤,基本上没有低灰和特低灰煤,且硫分偏高,不具优势。我国煤类品种虽全,但有丰有欠。真正具有优势的和勘査开发有潜力、有后劲的是低变质烟煤,而优质无烟煤和优质炼焦用煤都不多,属于稀缺煤种。
综上所述,我国煤炭资源适合露天开采的煤田(或矿区)少,适宜地下开采的煤田多,非炼焦用煤储量丰富,特别是其中的低变质烟煤规模大、煤质好、储量多,约占全国煤炭储量的40%以上。因此,应根据我国煤炭资源特点和成矿地质条件,发挥自有资源优势,扬长避短,开发好、保护好、利用好,以保障我国经济社会可持续发展所需要的煤炭资源。
煤层厚度变化
地质构造
煤层顶底板条件
岩浆侵入煤层
矿井水
喀斯特陷落
矿井瓦斯
地压
地热.1.2 危害情况
采空区地面塌陷主要是由于地下煤矿体开采,造成大范围采空,导致地面塌陷及变形,危害对象主要为耕地、农作物及民房,危害严重地段造成部分农田因地面沉陷而积水成潭或成沼泽地,农作物被毁坏或整块田地无法耕作而丢荒。至1999年矿山停产,地面沉陷累计影响面积约133 340 m2。目前姑占岭煤矿矿区需处理复垦的农田塌陷面积约68 000 m2。煤矿塌陷不仅破坏了土地、植被资源,而且对周围群众的生产生活带来严重的影响。1.1.3 成因及发展趋势
姑占岭煤矿由于各矿段含煤地质条件、开采技术工艺、开采规模、开采年代与开采深度的差异,形成面积大小不等的采空区,煤矿采空区地面塌陷是由于煤层采出后,开采区域周围岩体的原始地应力平衡遭到破坏,随着开采工程活动进行,采空区上方岩层在重力作用下发生弯曲、离层以致冒落而形成。姑占岭煤矿采空地面塌陷多为缓变型,平面形态一般呈圆形、椭圆形盆状。其发生发展过程及地表形态特征主要取决于煤层埋藏深度、开采厚度、顶板岩性、工程地质特征等。姑占岭煤矿采煤历史长、强度大,伴随着采空范围的不断扩大,采空地面塌陷不断发生(主要发生在矿山开采过程和开采后一段时间)。1999年底停产后,地下水位开始恢复,采空区塌陷积水成塘。由于矿山已停采十多年,现塌陷已相对稳定,近期未见继续发展趋势。
1.2 排土场边坡失稳
煤炭开采中矸石固体废弃物堆放于石鼓砖厂一带,分布长160 m,宽70 m,体积161 146 m3,形成周边长约460 m的边坡,高约10 m,坡度60~70°,结构松散。由于排土场未作有效的防护处理,每年汛期一到都会出现滑坡、崩塌等现象,堵塞乡村道路,加剧水土流失,并破坏地形地貌景观而引起生态环境恶化。目前边坡失稳灾害稳定性较好,潜在危害小,危险性小。
1.3 排土场水土流失
煤矿石固体废弃物堆土占地面积约16 292 m2,土质疏松而未经压实,植被稀少,坡顶和坡面在雨水冲刷作用下,易产生水土流失。水土流失主要造成排土场坡顶和边坡面受破坏,堵塞排水沟、冲淤农田,破坏生态环境,影响自然景观等。
1.4 环境水污染
煤炭开采中有矸石固体废弃物堆放于矿区周围公路及水塘边,由于未及时处理,煤矸石遭受长期降雨淋滤时,其中有毒、有害组分迁移到附近的水体中,造成地表水体污染。矿渣污水流入附近鱼塘、农田会造成鱼塘、农田污染,使鱼塘和农田减产;由于地表水受污染,渗入地下也会造成地下水受污染。此外,矿渣污染也会造成生态环境恶化。
1.5 固体废弃物占用破坏土地
由于煤矿开采中矿石固体废弃物不合理堆放,占用了大量肥沃农田、林地、居民地和工矿用地等土地资源,并破坏地形地貌和生态环境。同时废弃厂房也压占土地,破坏植被,使区内本来不多的土地资源变得更加紧缺。目前,姑占岭煤矿渣石堆占用土地约13 334 m2,废弃物总积存量达5万t。大量堆放的废矿渣不仅对土地资源和地貌景观造成破坏,而且给重力地质灾害及其它灾害的发生留下隐患。
1.6 煤矿渣污染大气环境
煤矿渣露天堆放对大气环境的影响主要有两方面:一是煤矸石风化扬尘增加了大气中的总悬浮物粒;二是矸石堆燃烧释放出大量有害气体。处于自然干燥状态下的煤矸石堆,在长期的风化作用下,矸石表面易形成大量细小颗粒,在一定的风速下,这些细小颗粒可通过风的作用进入大气中,增加了大气中的总悬浮物微粒浓度。此外,矸石燃烧造成矸石堆表面温度升高,并释放出大量的SO2、CO2、CO、H2S等有害气体,造成附近居民患上呼吸道疾病;当大气中的硫化物达到一定浓度时,形成酸雨危害。
地理位置:地处华中地区,市场条件:临近北京,天津,唐山,石家庄,西安等发达的工业城市,附近有辽中南,京津唐大型工业集群对煤炭的需求量大,而且我国的能源消费是以煤炭为主,市场广阔,交通条件:有大秦等铁路为骨架,加上高速公路为依托,交通便利。
煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成。俗称煤炭。中国是世界上最早利用煤的国家。
辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制工艺品 ,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。《山海经》中称煤为石涅,魏、晋时称煤为石墨或石炭。
明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有 《石史》 ,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。
1、神东基地
神东基地位于陕西以北榆林地区、内蒙古东部东胜地区,以神府煤田、东胜煤田为主。神府煤田探明储量1349.4亿吨,东胜煤田探明储量2236亿吨。占全国煤炭探明储量约1/4。煤种以弱粘煤、不粘煤、长焰煤为主,气煤、瘦煤次之,焦煤、无烟煤较少,主要用于电力、化工、冶金。神东基地以神华集团、伊泰集团和陕西煤业化工等大型煤炭企业为主体开发。
评价:神东基地是我国已探明储量最大的整装煤田。神东基地地质构造、水文地质条件简单,煤层赋存稳定,开采条件较为优越,适合大规模机械化开采。煤质具有低灰、低硫、高发热量的特点,是我国主要的优质动力煤调出基地之一。
2、晋北基地
晋北基地位于山西北部太原以北地区,行政区划上涵盖大同、朔州、忻州、吕梁等地区。以大同煤田、宁武煤田和河东煤田北部等三大煤田为主。其中位于大同煤田的大同矿区探明储量386.43亿吨,位于宁武煤田北部的平朔矿区探明储量167.3亿吨。大同煤田主要生产弱粘煤,以中灰、低硫、特高发热量煤为主,同煤集团为开发主体;宁武煤田位于朔州地区,以气煤为主,由同煤集团、中煤集团主要开发。河东煤田煤种以气煤、焦煤、瘦煤为主,由山西焦煤集团负责开采。
评价:晋北基地主要生产低灰~中灰、低硫、特高热量动力煤,是我国最大的动力煤调出基地之一。除朔南地区煤层埋藏较深外,基地大部分地区煤层深度较浅,赋存较为稳定,开采条件较好。
3、晋中基地
晋中基地位于山西省中部太原市、吕梁市、临汾市,以西山煤田、河东煤田南部、沁水煤田西北部等几大煤田为主。煤炭可采储量约192亿吨。该基地主要以焦煤、肥煤、瘦煤等炼焦用煤为主。所产炼焦煤为低灰~中灰、低~中高挥发分、低~中高硫、特高发热量。该基地主要由山西焦煤集团、中国中煤集团负责开采。
评价:晋中基地是我国最大的炼焦煤生产基地,焦煤、肥煤、瘦煤资源储量分别占全国的35%、40%、70%,煤质优良,地质构造简单,开采条件相对较好。
4、晋东基地
晋东基地位于山西省东南部,包括阳泉、长治、晋城等。由晋城、潞安、阳泉等矿区组成。该基地主要以低灰、低硫、高发热量的优质无烟煤和中灰、中~富硫、高发热量无烟煤为主。主要由阳泉煤业、潞安集团、晋城无烟煤矿业等集团公司为开发主体。
评价:晋东基地是我国最大、最优质的无烟煤生产基地,各矿区地质构造、水文条件总体简单,开采条件相对较好。
5、陕北煤炭基地
陕北煤炭基地位于陕西北部地区,主要包括陕北侏罗纪煤田、陕北石炭二叠纪煤田、陕北石炭三叠纪煤田、黄陇侏罗纪煤田、渭北石炭二叠纪煤田。煤种以特低灰、特低硫、中高发热量不粘煤及长焰煤为主。以神华集团、陕西煤业化工集团为主体开发。其中陕北石炭二叠纪煤田地质条件复杂,开采难度较大。
6、蒙东煤炭基地
蒙东基地主要包括内蒙古东部的呼伦贝尔市、赤峰市、锡林郭勒盟,主要包括内蒙古二连含煤区、海拉尔含煤区。探明储量为909.6亿吨。煤种以褐煤为主,优质炼焦煤、化工用无烟煤较少。
蒙东煤炭基地煤化程度相对较低,煤种以褐煤为主,发热量较低。但蒙东基地煤层埋藏浅,全国五大露天煤矿中,伊敏、霍林河、元宝山三大露天煤矿均处于蒙东地区。
7、两淮煤炭基地
两淮煤炭基地位于我国经济发达、缺煤的东部地区,主要包括淮南、淮北矿区,探明煤炭储量越300亿吨。淮南矿区以高挥发分的气煤为主,其他煤种较少,目前所产气煤主要用于动力用煤。淮北矿区主要煤种为气煤、焦煤、肥煤等,煤种较为齐全,所产煤炭主要用于炼焦。主要由淮南矿业、淮北矿业集团公司、国投新能源公司和皖北电力集团公司为开发主体。
该基地地质构造中等偏复杂,煤炭开采条件尚可。但该基地位于我国经济发达、煤炭资源稀缺的东部地区煤炭消费区,具有一定的销售区位优势。
8、云贵煤炭基地
云贵煤炭基地主要位于云南省、贵州省、四川省,包括贵州六盘水矿区、四川攀枝花矿区等。煤种以气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、和无烟煤为主,煤种较为齐全。该基地大型矿区较少,以数量众多、单井规模小的小煤矿为主。受成煤时代影响,该基地所产煤热量偏低、硫分较高,煤质较差。
9、冀中基地
冀中基地位于河北省邯郸市、邢台市、石家庄市、衡水市等,该基地煤种较为齐全,从低变质的褐煤和高变质的无烟煤均有分布。其中炼焦用气煤、肥煤等主要分布于邯郸煤田、开滦煤田,非炼焦用煤主要分布在蔚县煤田。邯郸煤田主要由冀中能源集团开采、开滦煤田主要由开滦集团负责开采。该地区由于开采历史较长,安全开采难度加大。
10、鲁西煤炭基地
鲁西煤炭基地位于山东中西部地区,包括淄博矿区、肥城矿区、兖州矿区、枣庄矿区。兖州、枣庄矿区以气煤为主。淄博矿区煤种较为复杂,包括贫煤、瘦兖、气煤、焦煤。兖州地区煤矿由兖矿集团主要开采,其他矿区由山东能源集团负责开采。
11、河南煤炭基地
河南煤炭基地主要分布在安阳、鹤壁、新乡、焦作、洛阳、郑州、平顶山等地区。包括鹤壁矿区、焦作矿区、郑州矿区、平顶山矿区等。该基地煤种较为齐全,主要为无烟煤、贫煤、焦煤、肥煤、瘦煤、长焰煤等,其中无烟煤储量最为丰富。其中,炼焦用煤主要产于平顶山、安阳、鹤壁等地区,无烟煤主要产自焦作、郑州和永城地区,动力煤主要产自郑州地区。目前平顶山矿区主要由平煤神马集团开采,其他矿区主要由河南能化集团开采。
12、宁东煤炭基地
宁东基地主要分布在宁夏东北部,包括石嘴山矿区、石炭井矿区、横城矿区、鸳鸯湖矿区等。煤种以低灰、低硫、高发热量不粘煤为主,是煤炭液化和电厂的优质原料。该基地主要由神华宁煤集团负责开采。
13、黄陇煤炭基地
黄陇煤炭基地与陕北煤炭基地毗邻,包括黄陵矿区、华亭矿区,探明储量约150亿吨。该基地以陕西煤业集团和华亭煤业集团为主要开采主体。
14、新疆煤炭基地
新疆煤炭资源猜测储量约2.2万亿吨,占全国猜测储量的40%,于2011年正式被中央列为重点发展的十四大煤炭基地之一。主要分布在准格尔地区、哈土-巴里坤地区、西山地区和塔里木北缘地区。主要煤种为不粘煤、弱粘煤等。
评价:该基地煤炭资源埋藏浅、赋存条件较好,地质水文条件简单,开采条件较为优越。但新疆地区远离内地市场,受交通运输的瓶颈限制,目前煤炭外运量较少。
总结:
总体来看,神东煤炭基地是我国煤炭探明储量、生产量最大的基地,该基地横跨陕西、内蒙省,以优质动力煤为主。山西省自北向南的三大煤炭基地煤质特优、开采条件相对良好,分别是我国最大的动力煤、焦煤、无烟煤调出基地。内蒙东北部地区煤炭埋藏浅、多露天煤矿,但煤质较差。安徽省内的两淮基地煤炭种类较为齐全、距离经济腹地近,但开采时间较长,煤炭资源持续开采能力差。河北、河南地区的冀中煤炭基地、河南煤炭基地也存在煤炭资源枯竭的趋势。宁夏、新疆地区煤炭种类丰富,但距离东部煤炭需求地较远,是我国能源西移战略的资源储备基地。位于云南、贵州的煤炭基地地质开采条件相对复杂,且煤炭含硫、含水高,煤质差。
西北地区煤炭开采区主要分布在黄土高原的陕西韩城—铜川—彬长—黄陵等渭北煤田区、陕西神府及内蒙古东胜煤田区,甘肃平凉华亭、阿干镇、窑街煤田区,宁夏灵武、石嘴山、石炭井煤田区,内蒙古乌达、海勃湾、包头石拐煤田区,新疆的乌鲁木齐、哈密三道岭煤田区等。
总体而言,西北地区煤矿开采引发的环境地质问题十分严重,是所有矿产工业类型中矿山环境地质问题最为严重的一种类型。地下开采和露天开采对矿区地质环境影响方式和程度不同,以地下采煤导致的环境地质问题最为严重。西北地区煤矿以地下开采为主,其产量约占煤炭产量的96%,主要环境地质问题见表3-7。煤矿开采的环境地质问题示意图见图3-3。
表3-7 煤炭开采的主要环境地质问题
图3-3 煤矿开采环境地质问题示意图
露头煤及浅部煤层采用露天开采,改变了原有的地形地貌:高陡边坡诱发滑坡(①),外排土矸场占压土地(②),废渣堆积沟坡上,暴雨诱发形成滑坡(①)和泥石流(③)地质灾害。煤层采空区(④、⑤)上方地裂缝(⑥)会造成建筑物开裂、农田被毁,稍深部煤层采空区上方发生地面塌陷(⑦),耕地被毁,村庄搬迁。煤矸石堆积占压土地的同时,矸石山粉尘及自燃(⑧)产生的有毒有害气体、风井排出的沼气、二氧化碳等污染大气环境(⑨),危及人类健康。露天矿排矸场及煤矸石淋溶水造成地表水土(⑩)及农作物污染,下渗造成地下水及岩溶水污染( )
3.4.2.1 煤矸石压占土地
煤矸石是采煤和选煤过程中的废弃物,通常占煤矿产量的12%~20%,是煤矿最主要的固体废弃物,主要危害是堆积压占土地破坏植被。陕西黄陵店头地处黄土高原地带,小流域地区的森林植被良好,但是部分煤矿排放的煤矸石堆积在山坡上,压占了生长良好的杂木林。陕西韩城下峪口黄河滩湿地芦苇茂密,生态环境良好,但是该矿排放的煤矸石填滩造地,破坏了黄河湿地生态资源与环境。
3.4.2.2 对水资源的影响
产于鄂尔多斯盆地周边的石炭-二叠系中的煤田,其下部是奥陶系石灰岩,上部为侏罗系砂泥岩,属干旱盆地严重缺水地区。矿井疏干排水导致地下水均衡系统破坏,地表水水量减少,地下水位下降。煤矿酸性及高矿化度的井水造成地下水污染,加剧了水资源危机。新疆乌鲁木齐市六道湾煤矿煤系地层倾角67°~78°,开采后形成自上而下的采空区塌陷和裂缝带,造成水资源流失的环境破坏。煤炭资源大面积连续开采,造成了难以恢复的地下水破坏,同时导致地表河流流量锐减,生态环境破坏。1997年以来,陕西神府煤田开发区的不少河流断流,如2000年窟野河断流75d,2001年断流106d。由于煤矿采空区裂缝遍布,最宽达2m多,局部地区地面下降2~3m,导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干枯,26.67ha水田变为旱地,杨树等植被大片枯死。
3.4.2.3 崩塌、滑坡、泥石流
露天矿山高陡边坡开挖或堆积在斜坡体上的采矿废渣因暴雨、地面塌陷、地裂缝等原因引发崩塌、滑坡。煤矿区滑坡主要发生在露天矿、黄土高原以及山地矿山。如新疆哈密三道岭露天煤矿1967、1983 和1999年先后三次发生较大规模的滑坡,造成矿区运输中断,直接经济损失上百万元。内蒙古包头石拐矿区由于采煤使地下采空区面积增大,近几年滑坡活动加剧,目前滑坡体东西长100~370m,南北宽600余m,面积约16×104m2,体积约400×104m3。从1979年至今已毁坏民房及其他建筑物达5000m2,堵塞了通往五当召旅游点的道路600m,造成经济损失约400万元。红旗山出现了多组东西向宽约0.1~1.5m、南北走向长约100~300m的地裂缝,危及山脚下677户1947人的生命财产安全。
陕西韩城象山煤矿因地下采煤及渠道渗水等原因,引起山体蠕滑,直接威胁坑口电厂——韩城电厂主厂房的安全,为此付出了上亿元的防治费用。陕西彬县百子沟煤矿地下采煤采空区上方岩层垮落、下沉,使地表斜坡失去平衡导致1995年7月6日的黄土滑坡,滑距约30m,180×104m3土方量堵塞河道形成堰塞湖。滑坡将矿部三座大楼整体向前推移5~7m,楼房墙壁出现裂缝,地板鼓起,地基被毁。由于事先的预报准确,所幸无人员伤亡。1991年8月9日,陕西铜川金华山煤矿西侧黄土塬边由于地下采煤引起崩塌、滑坡,土方量达1050×104m3,将坡脚处的西龙村埋没,大片良田被毁,损失巨大。
陕西铜川焦坪、王石凹、李家塔、金华山、桃园等煤矿均发生过严重的滑坡,铜川矿区有中等以上规模滑坡1000多处,铜川市区有154处,崩塌体361处。陕蒙神府—东胜矿区地处干旱半干旱地带,植被覆盖率低,土壤风蚀、水蚀交错,岩层结构疏松,易风化,自然灾害频繁,生态环境十分脆弱。20世纪80年代以来煤田大面积开采,采矿废石及排土乱堆乱放,沿山坡开挖加大了地面坡度。矿区人为泥石流均分布在河道两侧,泥石流直接注入河床,使河床过水断面缩小,行洪能力降低,即使中等水深洪水,也能造成很大灾害。1989年7月21日,矿区上游突降暴雨,3h降雨120mm,在乌兰木伦河形成含沙量高达1360kg/m3的泥石流,淤平坑井11处和露天矿坑9处,其中马家塔露天矿被淹没,泥沙淤积15×104m3,冲毁两岸矿堤1870m、水浇地600亩、路基挡墙60m,导致铁轨悬空,中断行车一月之久,经济损失2000多万元。
3.4.2.4 地面塌陷和地裂缝
地下开采形成的地面塌陷、地裂缝造成耕地破坏、公路塌陷、铁轨扭曲、建筑物裂缝,以及洼地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。在干旱地区由于地表水系受到破坏,导致矿区生产、生活以及农业用水发生困难。同时,还可诱发山体开裂形成滑坡。
地面塌陷和地裂缝在大中型地下开采的煤矿区最为普遍,灾害也最为严重。如新疆的六道湾煤矿,甘肃的华亭、窑街、阿干镇、王家山等煤矿,宁夏的石嘴山、石炭井煤矿和陕西的渭北韩城—铜川以及神府—东胜煤田矿区。
调查资料表明,在579座各种类型的矿山中,有115座矿山存在地面塌陷,塌陷面积达20236km2。其中非煤矿山10座,仅占8.70%;而煤矿山有105座,占塌陷矿山的91.30%。根据塌陷面积及严重程度,大于10km2的极差级别矿山8座,占8%;1~10km2差级别矿山 37座,占 35%;0.1~1km2中等级别矿山 37座,占 35%;小于0.1km2较好级别矿山23座,占22%。
煤矿区的地面塌陷最为严重,这是因为煤层厚度较金属矿体稳定,分布范围大,煤层产状较平缓,采煤形成的采空区较金属矿山要大得多,并且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地面塌陷和地裂缝的范围及深度与采煤方法、工作面开采面积、采区回采率以及煤层产状等多种因素有关。一般而言,在其他因素相同的条件下,充分采动(用长壁工作面全部垮落法采煤时)比非充分采动(条带部分冒落法采煤)引起的地面塌陷影响范围及深度要大。而煤层采厚越大,倾角越小,埋深愈浅,开采面积越大,地面塌陷、裂缝影响范围及深度也越大。地表最大下沉量W可用公式估算:W=qMcosα。
式中:q为下沉系数,全部冒落采煤法 q=0.70~0.90,条带部分冒落采煤法 q=0.02~0.30;M为煤层法线厚度;α为煤层倾角。
当采深与采厚之比小于20时,地表常发生剧烈变形,此比值大到一定程度后塌陷消失。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5#煤层,煤层厚4~6m,埋深90~100m,1992年5月5日矿井上方发生地面塌陷12000m2,陷落深度0.7m。有关资料指出,塌陷面积与开采面积之比平均值为1.2,塌陷容积与开采体积之比平均值为0.6~0.7。当采深较大时,地面、地表裂缝则较少。当采深H >(100~150)m,或 F=H/M≥20(M 为煤层厚度)时,地表移动和变形在时间和空间上呈明显连续,不出现地裂缝。
根据煤炭工业“九五”环境保护计划,2000年全国(除西北地区,下同)煤矿地面塌陷面积为182.20km2,复垦面积为48.40km2,复垦率为26.6%。西北地区煤矿地面塌陷面积为35.76km2,复垦面积为 4.40km2,复垦率为12.3%,比同期全国平均值低54.9%。2000年西北地区煤炭产量达8994×104t,万吨煤塌陷面积为0.31ha,比全国万吨煤塌陷面积均值0.20ha高55%,而复垦率低51.5%。可见,西北地区煤矿地下开采塌陷区的防治工作应加紧加快。
乌鲁木齐市六道湾煤矿距友好商贸中心仅1.5km,该矿煤层倾角67°~78°,属急倾斜煤层,50年来,地下不同开采水平分段放顶煤采煤后,由于上位顶煤和覆盖层的周期性塌陷断裂,出现与煤层走向一致的条带状塌陷深坑,深度达40~50m,并在塌陷坑两侧形成平行裂缝,造成了连续性的地面塌陷凹槽、地裂缝和塌陷坑。塌陷区目前仅作为乌鲁木齐市城市工业垃圾的填埋场所,在其虚土表面又不断产生新的塌陷深坑和地裂缝,3km2的土地不能开发利用,迫使市政设施建设不得不绕道而行,成为乌鲁木齐城市建设发展的死角。
宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积为5.15km2,而塌陷面积已达6.97km2,是其开采面积的135%,形成深达8~20m的地表塌陷凹地,部分地段的裂缝宽达1m。矿区铁路运输基地高出塌陷区10~20m,使得矿山企业每年用于铁路的垫路费高达100万元,穿越矿区的109国道被迫改道。
陕西省煤矿采空区地面塌陷总面积约115km2(表3-8),主要分布于渭北及陕北煤矿区,陕南秦巴山地区仅有零星分布。其中铜川市老矿区因开采较早,地面塌陷比较严重,到1999年底,据不完全统计其地面塌陷为63.82km2,占到全省煤矿区地面塌陷区的55.38%,其中80%为耕地。而神木县近几年煤矿开发力度不断增大,加之煤层埋藏较浅,地面塌陷面积增大,截至2001年,该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2。
表3-8 陕西省煤矿区地面塌陷
陕西省渭北煤田的铜川、黄陵、合阳、白水、韩城各矿区,陕北神府煤田的大柳塔、大砭窑、洋桃瑁、沙川沟、刘占沟、新民矿等矿区,均出现有不同程度的地面塌陷、地裂缝及山体滑坡,造成大面积的农田被毁、房屋开裂、铁轨扭曲、公路塌陷、矿井涌水等。2001年7月特大暴雨使黄陵店头陕煤建五处矿区仓村三组的1.2km2耕地发生地面塌陷、地裂缝,地裂缝最宽达15m,塌陷落差达7.45m,60%耕地已无法复垦,农田撂荒,预计经济损失达270万元。2000年4月,中央电视台《焦点访谈》对陕西铜川市王益区黄堡镇黑池塬乡镇煤矿地下开采造成的村民窑洞开裂、耕地被毁进行了曝光。陕西白水县县办煤矿开采导致白水县火车站候车室出现裂缝、铁轨下沉、广场地面鼓包。陕西渭北煤田地表水平拉伸变形值达到0.8~2.2mm/m时出现地裂缝,裂缝宽300~700mm,深度达5~15m。铜川煤矿区地裂缝有5400余条,以王石凹煤矿为例,在1:5000 的地形图上填绘的裂缝就有70多条,总长度近7000余米。20世纪90年代,甘肃窑街煤矿区矿井地面占地598.1ha,地面塌陷20处,共计443.54ha,地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%,每年以14.47ha的速度扩大,10年间因塌陷引起的特大型山体滑坡等灾难性地质事故数起。80年代造成水土流失面积449~550ha,90年代达到663~720ha。甘肃靖远王家山煤矿1995年8月两次洪水携带泥石流从地面裂缝涌入井下,造成多人伤亡。
陕西神木大柳塔煤矿区1997年以后形成采空区,1998年前后产生地面塌陷和地裂缝。大柳塔矿区采空区约为 3.9km2,总面积约 5.8km2,产生地裂缝的总面积约5.45km2。大柳塔活鸡兔井采空区面积过大,造成大面积地面塌陷,其中205工作面塌陷区宽0.3km,长为3km,面积为0.9km2,共发现16条地表裂缝,沿整个工作面呈断续分布,裂缝宽5~60cm,间距2~8m。206 工作面塌陷区宽0.3km,长为3.5km,面积为1.05km2,共发现 5条裂缝,裂缝宽 5~60cm,间距 5m 左右。207 工作面塌陷区宽0.3km,长为1.5km,面积为0.45km2,是整体陷落,其中裂缝十分发育,共发现5条,宽5~30cm,间距10m左右。从神东矿区大柳塔、补连塔和榆家梁3个矿井实测资料可知,其万吨煤地面塌陷面积为0.35~0.42ha,比全国万吨煤地面塌陷面积0.2ha几乎高出1倍,主要原因是煤层埋藏浅(61~110m),煤层厚(3.4~5.0m)。
3.4.2.5 水土流失
据水利部1992年统计,西部地区轻度以上的水土流失面积为104.07×104km2,占全国水土流失面积的58.01%。水土流失导致的土壤侵蚀是生态环境恶化的重要因素。在黄土区、黄土与沙漠过渡区,矿区发生水土流失的可能性最大。据陕西铜川、韩城、神府煤矿区有关环境报告资料预测,陕西神府—内蒙古东胜矿区平均侵蚀模数按1.21×104t/km2·a、面积按3024km2计算,年土壤侵蚀量为3659.04×104t;准噶尔矿区平均侵蚀模数按1.30×104t/km2·a、面积按1365km2计算,年土壤侵蚀量为1774.5×104t。据几个矿区开发前后不同时期的遥感资料以及河流、库坝、泥沙资料综合分析和计算表明,煤矿开采后水土流失量一般为开采前的2倍左右。陕西黄陵矿区建矿前土壤侵蚀模数为500t/km2·a,建矿5年后,土壤侵蚀模数已达1000 t/km2·a。甘肃的窑街、阿干镇、靖远煤矿区,宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区,陕蒙神府-内蒙古东胜煤矿区水土流失十分严重。内蒙古的乌达等煤矿区,侵蚀模数达10000~30000t/km2·a,是开采前水土流失量的3.0~4.5 倍。这不仅破坏了生态环境,还直接威胁矿区安全。例如,陕西神木中鸡煤矿由于矿渣倾入河道,占据河床2/3的面积,1984年8月雨季时河水受阻回流,造成特大淹井事故。
3.4.2.6 土地沙化
煤炭开采造成的地面塌陷破坏了浅层地下水系统均衡,因地下水位下降使部分地区的塌陷区植被枯死,形成或加剧土地沙漠化。露天煤矿、交通及天然气管道工程建设占用大量耕地,破坏植被,使部分原已固定和半固定的沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣的堆放、风化加剧了土地沙化。
陕西神府煤田矿区的大规模开发以及地方、个体开发沿河沟两岸乱挖滥采,破坏植被,导致沙土裸露,加剧了水土流失和土地沙化。自20世纪80年代中期开发以来,毁坏耕地666.7ha,堆放废渣超过6000×104t,破坏植被4946.7ha,增加入黄泥沙量达2019×104t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”预测,若不采取必要的防沙措施,在矿区生产能力达到3000×104t规模时,将新增沙漠化面积129.64km2,煤矿开发导致的沙漠化面积为自然发展产生沙漠化面积的1.53倍,新增入河泥沙量480×104t,比现有条件下进河泥沙量增加13.7%。
3.4.2.7 水土环境污染
煤矿水污染源主要是煤矿开采外排的矿井水、洗(选)煤水以及煤矸石淋滤水。据有关文献,莫斯科近郊煤田矿井地质环境的研究表明,距矸石堆底部50~60m远的土壤中,每100g土壤中铁含量达146~160mg,铝含量达11~19mg,分别超过允许值的3~4和1.5倍,土壤被毒化。
长期以来,由于技术水平所限和认识不足,矿井水被当作水害加以防治,矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。2000年西北地区国有矿井煤产量3785×104t,平均吨煤排水量1.3t,其他矿井煤产量5209×104t,平均吨煤排水量0.324t。西北地区的煤矿主要位于干旱、半干旱地区,矿区水资源匮乏,毫无节制的排水不仅大大破坏了地下水资源,增加了吨煤成本,而且还导致地面塌陷、地下水资源流失、水质恶化,还可能造成地下突然涌水淹井事故的产生。
煤矿矿井水多属酸性水,未加处理直接排放,加剧了干旱地区矿山用水危机。陕西、宁夏、内蒙古部分矿井水pH值均小于6,陕西铜川李家塔矿井水pH值为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物的生存环境,抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部、新疆大部分矿井及陕西中部和东部等矿井水是高矿化度水,一般矿化度均大于1000mg/L,其中甘肃靖远大部分矿井水矿化度在4000mg/L以上,尤其是王家山矿高达15000mg/L以上。
2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现,陕西白水县个别矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙的现象,导致岩溶水污染,此问题应引起有关部门的高度重视,应尽快采取措施保护岩溶水,使地下水资源不受污染。