墨西哥一煤矿发生垮塌事故，通常引起煤矿坍塌的原因是什么

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

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。

安徽省颍上县古城镇矿产资源丰富，是知名的产煤大镇，由于多年煤炭的开采，形成了万亩的塌陷湿地。

颍上县，隶属于安徽省阜阳市，位于安徽省西北部，淮河与颍河交汇处、淮北平原最南端。南临淮河，中跨颍水。

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。

一、煤炭赋存的地质环境状况

1.地质概况

地质学中的鄂尔多斯盆地是指中朝板块西部连片分布中生界(特别是二叠系和侏罗系)的广阔范围。长期以来，地质工作者把它看作是一个独立的、自成体系的中生代沉积盆地。本书所研究的鄂尔多斯能源基地的范围与地质学中的鄂尔多斯盆地范围基本一致，大致在北纬34°～41°20'，东经105°30'～111°30'。具体的地理边界为东起吕梁山，西抵桌子山、贺兰山、六盘山一线。南到秦岭北坡，北达阴山南麓，跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、山西5省(区)。面积约40万km2。

鄂尔多斯盆地是一个不稳定的克拉通内部盆地，盆地基底形成后，在其后的盖层发展演化过程中，先后经历了坳拉槽—克拉通坳陷(内部和周边)—板内多旋回的陆相盆地及其前渊—周边断陷等盆地原型的多次演化，现在的鄂尔多斯盆地是上述若干个盆地原型的叠加(孙肇才等，1990)。从中生界开始，基底地层对于盖层的影响就已经很不明显，并且表层褶皱在盆地内部也极不发育。所以盆地内中生界以上的地层产状大都比较平缓，断裂和裂隙比较少。

鄂尔多斯盆地的基底岩系分为两类，一类是由变粒岩岩相(麻粒岩、浅粒岩、混合花岗岩及片麻状花岗岩等)组成的太古宇另一类是由绿岩岩相组成为主(绿片岩、千枚岩、大理岩和变质伪火山岩)的中古元古界。基底岩系之上的沉积盖层年代自中元古界至第三系(古、新近系)，累积最大厚度超过10000m。其中，中古元古代在全盆地范围内沉积了厚达1500m的长城系石英砂岩和蓟县系合叠层石的硅质灰岩。早古生代在盆地中部沉积了400～700m的碳酸岩海相沉积，在南缘和西缘同期沉积达4500m。晚石炭至早二叠世早期，在本区形成了一个统一的以煤系地层为特征的滨海相沉积，沉积厚度为150～530m。晚三叠世盆地范围内部形成内陆差异沉降盆地，包括了5个明显的陆相碎屑岩沉积旋回，即晚三叠世延长组，早中侏罗世延安组、中侏罗世直罗-安定组、早白垩世志丹群下部及上部(孙肇才，1990)。早白垩世末期的燕山中期运动，导致本区同中国东部滨太平洋区一起，在晚白垩世至第三纪(古、新近系)期间，作为一个统一的受力单元，在开阔褶皱基础上发生大面积垂直隆起。就在这个隆起背景上，形成了环鄂尔多斯中生代盆地的以汾、渭、银川和河套为代表的新生代地堑系，并在其中沉积了厚达数千米至万米的以新第三系(新近系)为主的地堑型沉积。而盆地中心部位的晚白垩世至第三纪(古、新近纪)地层大面积缺失。

第四纪以来，鄂尔多斯盆地中南部大部分地区沉积了大厚度的黄土而其北部却由于隆起剥蚀而没有黄土沉积。

鄂尔多斯盆地南部大部分为黄土高原。黄土高原的地形外貌在很大程度上受古地貌的控制。基底平坦而未受流水切割的部分为黄土塬，而受到较强侵蚀的塬地则变为破碎塬。在陕北的南部和甘肃陇东地区的塬地保存较完好，如著名的洛川塬和董志塬。在流水和重力作用下，黄土地层连同基底遭到严重切割的地貌成为黄土梁和峁。另外，由于流水侵蚀还可形成狭窄的黄土冲沟和宽浅的黄土涧地，使梁峁起伏，沟壑纵横，地形支离破碎，是人为活动频繁、植被破坏与水土流失最为严重的地区。

鄂尔多斯北部隆起的高平原地区由于气候干旱，长期受风力侵蚀，形成众多的新月形流动沙丘和半固定、固定沙地。北部有库布齐沙漠，南部有毛乌素沙地，东部为黄土丘陵。库布齐沙漠为延伸在黄河南岸的东西带状沙漠，大部分流动和半流动沙丘边沿水分较好。毛乌素沙地多为固定和半固定沙丘，水分条件较好，形成了沙丘间灌草地。

2.煤炭赋存的地质环境

鄂尔多斯盆地煤炭资源丰富，已探明储量近4000亿t，占全国总储量的39%。含煤地层包括石炭系、二叠系、三叠系和中下侏罗统的延安组。

(1)侏罗纪煤田

含煤岩系为下中侏罗统的延安组，由砂、泥岩类及煤层组成，其中泥岩、粉砂岩约占70%左右，透水性弱，其上覆直罗组、下伏富县组均为弱透水岩层。侏罗纪地层中地下水的补给、径流条件差，以风化裂隙为主，构造裂隙不很发育，风化带深度约40～60m，风化带以下岩层的富水性很快衰减。矿井涌水量在一定深度后不仅不再随开采深度的增加而增大，而且会减少，风化带以下地下水径流滞缓，水质很差，矿化度高。矿床水文地质类型一般属水文地质条件简单的裂隙充水型。但在有第四系松散砂层(萨拉乌苏组)广泛分布及烧变岩分布区，水文地质条件往往变得比较复杂，特别在开采浅部煤层时、可能形成比较严重的水文地质和地质环境问题。按照矿井充水强度及水文地质条件的差异，可将侏罗纪煤田划分为4个水文地质分区:①黄土高原梁峁区。主要分布于盆地北部。区内地形切割强烈，上部无松散岩层覆盖或砂层巢零星分布，降水量少而集中，不利于地下水的补给与汇集，岩层富水微弱，矿床充水以大气降水为主，矿井涌水量很小，矿床水文地质条件简单。②烧变岩分布区。沿主要煤层走向呈带状分布，深度一般在60m以浅，宽度受煤层层数、间距、倾角、地形等因素控制。岩层空隙发育，透水性能好，其富水性取决于补给面积和含水层被沟谷切割程度，当分布面积较大或上覆有较广泛的第四纪砂层时，富水性较强，对浅部煤层开采有影响，也常是当地重要的供水水源。③第四系砂层覆盖区。砂层出露于地面且广泛覆盖于煤系之上，厚度数米至数十米，甚至更厚。区内大气降水虽然较少，但砂层的入渗条件很好，可以在大范围内获得大气降水的就近渗入补给，然后汇集到砂层厚度较大且古地形低洼处，以泉或蒸发的形式排泄，在矿井开采浅部煤层时常是最主要的充水水源，可能出现涌水、涌砂问题。该区浅部煤层开采矿床水文地质条件中等至复杂居多。砂层水和烧变岩水往往有密切的水力联系，赋存有宝贵的水资源，但不适当的采煤和采水都可以导致大面积补给区的破坏和水质的污染及生态环境的恶化。因此，在煤田开发中应将采煤、保水和生态环境的保护作为一项系统工程统一规划。④一般地区。不用上述3个水文地质分区的其他地区。该区煤系地层地下水的补给条件不好，含水微弱，矿床水文地质条件属简单，少数中等，矿井涌水量多数为每小时1m3至数十立方米。

(2)陕北三叠纪煤田

该煤田位于盆地中部的黄土梁峁地区。地下水在黄土梁区接受大气降水的少量补给，在沟谷中排泄，径流浅，水量小，岩层富水性弱，风化带以下岩层富水性更弱，矿化度很高，水文地质条件多为简单，属裂隙充水矿床。

(3)石炭、二叠纪煤田

分布于盆地东、南、西部盆缘地区的石炭二叠纪煤田，煤系基底为奥陶、寒武系灰岩，是区域性的强含水层，煤系本身含水比较微弱，属裂隙-喀斯特充水矿床。其矿床水文地质条件的复杂程度，取决于煤系基底灰岩水是否成为向矿井充水的水源及其充水途径和方式。现分区叙述如下:①东部地区。包括准格尔煤田和河东煤田。煤系下伏灰岩强含水层的地下水位埋藏很深，常在许多矿区的可采煤层之下，煤系地层含水微弱，矿床水文地质条件简单，奥陶系灰岩水为矿区的主要供水水源。从长远看，当煤层开采延伸到奥陶系灰岩水位以下时，灰岩水将威胁到下部煤层的开采。②南部渭北煤田。奥灰水地下水位标高为380m左右，而煤层赋存标高从东至西逐渐始升。如在东部太原组煤层的开采普遍受到奥灰水的威胁，而西部铜川矿区的多数煤层则均赋存在灰岩地下水位以上。在渭北煤田，由于奥灰与煤系的接触关系为缓角度不整合，使得不同地区煤系下伏的灰岩岩性和富水性不同，形成不同的水文地质条件分区。380m水位标高以上的煤层，其矿床水文地质条件多为简单至中等，而380m水位标高以下的煤层，水文地质条件属中等至复杂。奥陶系、寒武系灰岩沿煤田南部边缘有部分山露或隐伏于第四系之下，接受大气降水直接或间接补给，灰岩和强径流带也沿煤田的南部边缘分布于浅部地区。故开采浅部煤层时，矿井涌水量大，开采深部煤层时突水的可能性增大，但水量则有可能减少。在韩城矿区北部，黄河水与灰岩水之间有一定的水力联系。灰岩水是当地工农业的最主要水源、要考虑矿坑水的综合利用和排供结合。③西部地区。煤系与奥陶系灰岩之间有厚度较大的羊虎沟组弱含水层存在，奥灰水不能进入矿井，煤系含水比较微弱，矿床水文地质条件多属以裂隙充水为主的简单至中等类型(王双明，1996)。

二、煤炭开发过程中的地质环境状况变化

煤炭开发引起的地质环境问题受矿山所处的自然地理环境、地形地貌、地层构造、水文气象、植被，以及矿产工业类型、开发方式等经济活动特征等因素的影响。目前鄂尔多斯盆地煤矿地质环境问题十分严重。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。该区煤矿以地下开采为主，其产量约占煤炭产量的96%。尤以地下采煤导致的地质环境问题最为严重，主要地质环境问题以煤矿业导致的地质环境问题结果作为分类的主要原则，可以分为资源毁损、地质灾害和环境污染三大类型及众多的表现形式(表3-2)(徐友宁，2006)。

根据总结资料与实地调查，结合重点区大柳塔矿区及铜川矿区实际情况，我们重点介绍以下5个突出的地质环境问题:①地面塌陷及地裂缝②煤矸石压占土地及污染水土环境③地下水系统破坏及污染④水土流失与土地沙化⑤资源枯竭型矿业城市环境恶化。

1.地面塌陷与地裂缝

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，还可诱发山地开裂形成滑坡。

表3-2 煤炭开采的主要地质环境问题

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。如甘肃的华亭煤矿，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。

由于黄土高原人口密集，地面塌陷对土地的破坏主要是对农田的破坏。陕西渭北地区的铜川、韩城、蒲白、澄合等矿务局各矿区位于黄土台塬，该区是陕西渭北优质农业产区和我国优质苹果生产基地，这些国有大中型老煤矿区几十年地下开采导致了地面塌陷、地裂缝，以及山体开裂，成为西北地区煤矿开发对农业生产破坏最为严重地区之一。陕西省采空区地面塌陷总面积约110km2，主要分布于渭北及陕北煤矿区。不完全累计，1999年底，铜川矿区地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。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要大，过采区的空间较金属及其他非金属矿山要大得多，且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地表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，埋深愈浅，开采面积越大，地面塌陷、裂缝范围及深度也越大。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5#煤层，煤层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。宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积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110km2(表3-3)，主要分布于渭北及陕北煤矿区。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，不完全统计其地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区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，地面塌陷程度增大，截至2001年，该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2。

表3-3 鄂尔多斯能源基地陕西境内煤矿区地面塌陷

(据西北地矿所)

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1.2hm2耕地发生地面塌陷、地裂缝，地裂缝最宽可达15m，塌陷落差达7.45m，60%耕地已无法复垦，农田搁荒，预计经济损失达270万元。铜川煤矿区地裂缝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。神府矿区大柳塔矿201工作面煤层埋藏浅，1995年7月10日开始回采，放顶后地表形成裂缝，实测裂缝区面积为5742.5m2。第一期开采计划完成后，预计未来大柳塔矿采空区总面积5.8hm2，可能发生地裂缝区域总面积约5.45hm2。裂缝区与采空区面积之比为0.94。目前塌陷面积达到7.7km2。20世纪90年代，甘肃窑街矿区矿井地面占地598.1hm2。地面塌陷20处共计443.54hm2，地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%，每年以14.47hm2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449～550hm2，90年代达到663～720hm2。

2.煤矸石压占土地及污染水土环境

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%，是煤矿最大的固体废弃物之一，其堆积会压占土地植被。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地湿地芦苇茂密，生态环境良好，但是下峪口煤矿排放煤矸石填滩造地，却压占并破坏了黄河湿地生态资源与环境，应引起有关部门的高度重视。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已有包括窟野河在内的许多河流出现断流。

煤矸石堆积长期占压土地。截至2000年，铜川矿务局下属12个矿山，煤矸石累计堆存量1264.99万t，大小矸石山150余处，其中100万t以上的矸石山35处，矸石压占2.37km2。

堆积的矸石山易发生自燃，产生大量硫化氢等有害气体，对周边村民身体健康产生很大危害。据有关资料，每平方米矸石山自燃一昼夜可排放CO10.8kg，SO26.5kg，H2S和NO22kg等。依据国家卫生标准规定，居民区大气环境中有害物质的最高允许浓度SO2日均浓度为0.15mg/m3、H2S为0.01mg/m3，显然，煤矸石自燃区的大气环境污染超过了国家标准，必然危害居民身体健康。

陕西铜川矿务局下属共有13个矿井，其中6个矿井煤矸石堆存在自燃(图3-2)，矸石山周围SO2，TSP，苯并芘等都严重超标，据有关资料在自燃矸石山周围工作过5年以上的职工患有不同程度的肺气肿。陕西韩城桑树坪矿矸石山自燃造成空气中SO2和CO2严重超标，其中SO2浓度平均超标16倍，CO2浓度平均超标20倍。在这种空气环境下，甚至发生了工人昏倒在排矸场的现象。

图3-2 铜川矿务局王石凹煤矿正在冒烟的矸石山

煤矸石不仅造成大气污染，矸石山淋滤水还会造成临近地表水源、地下水，以及矸石山下伏土壤的污染。本次调查在铜川矿务局金华山煤矿采集的矸石山淋滤水样，颜色发黑，经检测发现是酸性水，pH值为2.82，COD为812.5mg/L，悬浮物含量128.0mg/L，重金属含量汞、镉、铜、镍、锌、锰均超标在三里洞煤矿采集的矸石山淋滤水pH值为1.77，COD为621.6mg/L，TDS含量达160.658g/L，水化学类型为Mg·SO4型这些矸石山淋滤水流入地表水体或渗入土壤，都会造成一定程度的污染。

3.地下水系统破坏及污染

鄂尔多斯能源基地煤炭开采区大多为严重缺水地区。矿井疏干排水造成地下水均衡系统的破坏，地下水位下降，水量减少。煤矿酸性及高矿化度井水造成地下水污染，加剧了水资源危机。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的双沟河已完全干涸，400多亩水田变为旱地，杨树等植被大片枯死。

陕西渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿是矿井突水主要发生地，素有渭北“黑腰带”之称的铜川、蒲白、澄合、韩城四大煤矿区又是高瓦斯矿区，1975年5月11日，铜川矿务局焦坪煤矿前卫矿井发生重大瓦斯煤尘爆炸事故，死亡101人，受伤15人，全井造成严重破坏。2001年4月，铜川、韩城两起瓦斯爆炸造成86人死亡的重大恶性事故，社会影响极坏。

陕西省的矿井突水主要发生在渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿区。1989年，上述4个矿务局27个煤矿31处自然矿井，受地下水威胁的矿井占32.3%。据不完全统计共计发生矿坑突水36次，其中1975～1982年该区发生奥灰岩土石事故29次，占其矿井突水事故地80.56%。该区矿井下水灾主要来源于奥灰岩岩溶水和古窑采空区积水。1960年1月19日，铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，总长1880m，直接经济损失7142元，死亡14人。20世纪60年代以前，该区带主要矿井巷道还位于+380m水平面上，70年代后，蒲白、韩城、澄合等新建矿区部分开拓巷道位于+380m水平面之下。1974年以后，象山、马沟渠、桑树坪、董家河、权家河、二矿、马村矿相继发生奥灰岩突水事故29次，淹没巷道万余米，致被迫停产，重掘巷道的巨大损失，直接经济损失近2000万元。

宁夏石嘴山煤矿区因地面塌陷，地裂缝交错，地面低凹积水，地表水沿裂隙进入地下巷道，使矿区多次发生突水事件，造成人员伤亡和巨大的经济损失(表3-4)。

表3-4 宁夏石嘴山煤矿矿井突水一览表

陕西黄陵县店头沮水河两岸分布着十几家个体小煤矿，不顾后果在河道下采煤，在8km2范围内形成4处较大的塌陷区，均横跨沮水河床，地裂缝达20cm，最大塌陷区面积达1000m2以上，大片耕地塌陷，民房出现裂缝，饮水井水量和水质发生变化。1998年9月13日个体小煤矿牛武矿非法开采沮河河床保安煤柱，并越界穿过沮水河，同个体水沟小窑多处相互打通，发生矿井透水，最终导致苍村一号斜井西采区被淹，使陕西黄陵矿业公司一号煤矿主平硐在1999年“3.24”发生重大突水事故，涌水量瞬间增至800m3/h，迅速淹没了3条平硐。小煤窑无序采煤不仅造成自己淹井停产，也给黄陵矿业公司造成直接经济损失3401万元，间接经济损失3100万元。同时，沮水河河水在上游进入煤矿采空区后，又在下游报废小煤窑井口流出排入沮水河，给居民生产和生活带来了很大困难。黄陵个体煤矿无序开采诱发的矿井突水事故再一次说明采矿业的发展必须遵循可持续发展原则，合理布局，加强矿业秩序的日常监督管理，才能使整个采矿业沿着健康的轨道发展。

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3785万t，平均吨煤排水量1.3t，其他矿井煤产量5209万t，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。

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值更低为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物生存环境，抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部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。

2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现，陕西白水部分矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙，导致岩溶水污染，此问题应引起有关部门的高度重视，尽快采取措施保护岩溶水，使地下水资源不受污染。

4.水土流失与土地沙化

水土流失导致的土壤侵蚀是生态恶化的重要原因。黄土区、黄土与风沙过渡区的矿区水土流失量最大。陕西的铜川、韩城、神府煤矿区宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区陕蒙神府—内蒙古东胜水土流失都十分严重。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1.21万t/km2·a，面积按3024km2计算年土壤侵蚀量为3659.04万t。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。内蒙古的乌达等矿区，侵蚀模数达10000～30000t/km2·a，是开采前水土流失量的3.0～4.5倍。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1000t/km2·a。随着矿区的开发水土流失问题日益严重，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。

煤炭开采形成的地面塌陷造成浅层地下水系统破坏，使塌陷区植被枯死，为土地沙漠化的活化提供了条件。其次，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，使表土疏松，使部分原已固定和半固定沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣堆放，风化加剧了土地沙化。

陕西神府煤田矿区大规模开发以及地方、个体沿河沟两岸乱挖滥采，破坏植被，导致沙土裸露，加剧水土流失和土地沙化。自80年代中期开发以来，毁坏耕地666.7hm2，堆放废渣6000多万t，破坏植被4946.7hm2，增加入黄泥沙2019万t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”提供的预测结果，若不采取必要的防沙措施，矿区生产能力达到3000万t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，新增入河泥砂量480万t，比现有条件下进河泥砂量增加13.7%。

5.煤炭资源枯竭与城市环境恶化

鄂尔多斯现有煤田有些开发较早，可以追溯到20世纪五六十年代。起初，由于技术落后，造成资源浪费，加之很多矿区达到服务年限，到现在已无资源可采。如铜川矿务局是1955年在旧同官煤矿的基础上发展起来的大型煤炭企业。全局在册职工30041人，离退休人员32691人，职工家属约21.6万人。由于生产矿井大多数是50年代末60年代初建成投产的，受当时地质条件和开采条件所限，所建矿井煤炭储量、井田范围、生产能力小，服务年限短。80年代以来先后有9对矿井报废，实施关闭，核减设计能力396万t。目前全局8对生产核定能力965万t/a，均无接续矿井。东区部分矿井资源枯竭，人多负担重，生产成本高，正在申请实施国家资源枯竭矿井关闭破产项目。生产发展接续问题日益突出，企业生存发展面临严峻挑战。矿业城市的可持续发展受到地方政府及相关学者的关注。煤炭资源枯竭的直接后果是矿业城市面临转型，大量问题需要解决，如人员安置、环境改善、寻找新的主打产业等。

三、煤炭开发引起的地质环境问题对煤炭开采的影响

大规模的煤炭开发活动不但极大地破坏了当地的地质环境和生态环境，也在很大程度上制约了煤炭开采活动的正常进行，主要表现在以下几个方面:

(1)采煤塌陷及地裂缝造成水资源量减少、地下水体污染，影响矿区采煤活动的正常运行

采煤塌陷造成含水层结构破坏，使原来水平径流为主的潜水，沿导水裂隙垂直渗漏，转化为矿坑水在采矿疏干水过程中又被排出到地表，在总量上影响地下水资源。采煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的贯通裂隙，使当地本就稀缺的地表水、地下水进入矿坑而被污染，使地下水质受到影响，进而影响到地下水的可用资源量。如在神府东胜矿区，采煤塌陷一方面使萨拉乌苏组含水层中地下水与细沙大量涌入矿坑，造成井下突水溃沙事故另一方面矿坑排水需大量排放地下水，既浪费了宝贵的水资源，又破坏了矿区的水环境(张发旺，2007)。

另外，采煤塌陷对水环境造成影响的最重要因素是塌陷裂缝。其存在不但增加了包气带水分的蒸发，造成地表沟泉、河流等的干涸，而且增加了污染物的入渗通道，从而导致土壤水和地下水体的污染。

西北煤矿区水资源原本缺乏，再加上塌陷及地裂缝造成的可用水资源量的减少，使矿井用水、洗煤厂用水、矿区生活用水等均面临严峻挑战。

(2)煤层及煤矸石自燃不但浪费了大量煤炭资源，而且影响煤炭开采

鄂尔多斯盆地北部的侏罗系煤田分布区，煤层埋藏浅深度只有0～60m，并且气候干旱，植被稀少，形成了有利于煤田大规模自燃的气候条件。因此煤层及煤矸石自燃大面积分布，如乌海煤田、神东煤田等。煤层及煤矸石自燃不仅会烧掉宝贵的煤炭资源，并且会影响煤炭开采、污染空气，造成巨大经济损失。

(3)矿坑突水事故不但破坏了地表水和地下水资源，往往也会淹没矿井巷道，严重影响煤炭开采，造成重大人员伤亡和经济损失

在我国，大部分石炭-二叠系煤炭开采时会受到水量丰富的奥陶系灰岩水的威胁。由于水量巨大，流速快，水压高，奥陶系灰岩水造成的突水事故往往十分巨大，如1984年6月发生的开滦范各庄煤矿发生的世界罕见的特大奥陶系灰岩水突水事故，突水4d内把范各庄煤矿淹没，又突入相邻的吕家坨煤矿并将其全部淹没，并向另一相邻矿林西矿渗水，经过4个月才完成封堵工作，造成的经济损失达5亿元以上。在鄂尔多斯盆地，石炭-二叠系煤层主要分布在铜川、蒲白、澄合和韩城一线，历史上共发生矿坑突水事故40余次。如1960年1月19日铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，死亡14人。

陕西黄陵县店头沮水河两岸个体小煤矿无序生产，1998年9月至1999年3月造成一系列突水事故，给黄陵矿业公司造成的直接经济损失就有3401万元，间接经济损失3100万元。

一、矿井生产及排水情况

目前，焦作矿区有生产矿井12个，以市区为界分焦东矿区和焦西矿区。焦西矿区有朱村矿一个矿井，焦东矿区有韩王矿、白庄矿、方庄矿、赵固一矿、演马庄矿、凯马矿（原小马村矿）、冯营矿、中马村矿、九里山矿、古汉山矿（包括位村矿）和张屯矿。已经关闭的矿井有：焦西矿1999年10月关闭、王封矿1996年3月关闭、焦东矿1996年5月关闭。焦作市是全国著名的大水矿区，历史上高峰时矿区总排水量超过9.2m3/s。近年来，一些矿井因资源枯竭而关闭以及注浆加固堵水技术的普遍应用，各矿排水量减少，总排水量降至5～6m3/s，各矿排水情况见表10-3。

表10-3 焦煤集团矿井2005年生产及排水情况统计表

续表

二、矿山环境地质问题综述

焦作采煤所伴生的环境地质问题可归纳为三类：资源毁损、地质灾害和环境污染。

1.资源毁损

资源毁损主要是土地资源损失和水资源浪费。土地资源损失主要表现为煤矸石占压土地和开采沉陷毁坏土地。矿区自建矿以来产生煤矸石直接堆放于地表，已形成17座较大矸石山，历年堆存量已达1180.77万t，占地面积41.81万m2。矿区现有采空沉陷面积达到70km2。有些塌陷区常年积水，严重损坏耕地。矿山地貌受到严重破坏，水土流失面积不断扩大。近山前地带的孔隙水含水层因煤矿长期排水被疏干，岩溶水水位持续下降，并形成覆盖整个矿区的水位降落漏斗。

2.主要环境地质问题及地质灾害

主要环境地质问题及地质灾害有地面塌陷、地裂缝、瓦斯突出、矿坑突水、煤矸石白燃等。

（1）地面塌陷

焦作煤田经过几十年的开采，地下已形成数处大面积的采空区，在地表形成了总面积约70.2km2的采空塌陷区。在焦西矿区，采空塌陷形成6处大的移动盆地，分布在东王封—西冯封、李封—塔掌—上白作、北朱村、许家坟、嘉禾屯和焦西沙锅窑；在焦东矿区，面积较大的塌陷区有6处，分布于焦东矿、韩王矿—演马、方庄、冯营、前靳作、马村等地。除此之外，沿山前洪积扇的上部还散布着一些小煤窑采煤造成的塌陷坑。因焦西矿、九里山矿、方庄矿、中马矿、冯营矿、演马矿还有15～45年的开采时间，因此，塌陷区的面积今后每年还要以1.2～1.5km2幅度增加。统计资料显示，28个村庄受采空塌陷影响，30处厂矿、学校和村庄公共设施受损，12个村庄的建筑物受到强烈变形破坏。

（2）地裂缝

采空区地裂缝十分发育，主要分布在采空区的边缘地带，区内发现规模最大的地裂缝为修武县西村乡洼村地裂缝，由洼村一煤矿、二矿和西村乡煤矿采煤所致。裂缝走向近东西，长约3km，宽0.1～0.3m，局部可达2m，深0.5～1m，局部大于5m，沿疙料返断层断续出现，危及农田、道路及村庄，直接威胁居民的安全。九里山采空塌陷区裂缝多达数十条，形成宽60m的裂缝发育带，裂缝宽0.1～0.5m，沿塌陷区形成半环形，农业生产受到严重影响。

（3）瓦斯突出

焦作煤田瓦斯含量较高，约有45%的煤炭资源在开采过程中受瓦斯突出的严重威胁。焦作矿区煤矿多次发生瓦斯突出事故。例如，1996年12月10日，马村前岳村矿发生瓦斯爆炸造成2人死亡，8人受伤；2011年10月27日凌晨0点36分，焦作煤业集团有限责任公司九里山矿发生煤与瓦斯突出事故，造成18人死亡，5人受伤，直接经济损失1151.89万元。

（4）矿坑突水

焦作煤田水文地质条件复杂，奥陶系和石炭系碳酸盐岩岩溶发育，煤矿在建井或采煤过程中，遇到导水、充水断层及岩溶裂隙，引起地下水突然涌入矿井，造成矿井淹没事故。据焦作市矿务局统计资料，曾发生底板岩溶突水的矿井有：中马村矿、韩庄矿、王封矿、冯营矿、演马庄矿等。自新中国成立以来曾发生过上千次突水，突水造成17次淹井。

（5）矸石山自燃

现有的矸石山中有5座发生过不同程度的自燃，矸石自燃时，将排放大量有毒有害气体及烟尘，污染大气环境，粉尘降落于地面也会对土壤产生污染。

（6）环境污染

除在采煤过程中，煤层、煤矸石自燃排放的有毒有害气体对大气环境产生污染外，煤矸石堆积过程中，经降水的冲刷和淋溶，有毒有害成分随水渗入土壤中，造成土壤污染，矿井排水和洗煤厂废水都会污染地表水和地下水。

三、主要水文地质环境问题

1.矿井排水消耗了大量地下水资源

焦作矿区煤矿主要开采二叠系二1煤，矿井主要充水含水层有五个：煤层顶板有第四系砂砾石含水层和二叠系砂岩裂隙含水层，煤层底板有石炭系薄层灰岩岩溶裂隙含水层（包括八灰和二灰）、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。其中，二叠系砂岩裂隙含水层是煤层顶板直接充水含水层，八灰是煤层底板直接充水含水层，其余属间接充水含水层。从矿井充水与煤层相对位置关系来看，第四系孔隙水和砂岩裂隙水属于煤层顶板水，在采动影响下，通过顶板砂岩原生裂隙和采动裂隙，以滴水淋水及流水的方式进入矿井。而石炭系八灰、二灰及奥灰岩溶水位于煤层底板，通过导水断层、构造裂隙或采动破坏裂隙、封闭不良钻孔或巷道、钻孔直接揭露等通道进入矿井，属于底板水。根据统计，底板岩溶水占矿井排水量的75%左右。当矿井开采深度较浅时，第四系孔隙水和煤层顶板砂岩裂隙水（包括风化带裂隙水）是矿井主要充水水源；当矿井开采深度较大时，底板岩溶水是矿井主要充水水源。矿区断层构造发育，煤层底板石炭系薄层灰岩岩溶水和奥灰岩溶水水力联系密切。焦作矿区地表塌陷和地表裂缝较为发育，一部分矿井排水还会通过塌陷坑塘再次进入矿井中，从而形成矿井的重复排水，重复排水量占总排水量的20%。

焦作矿区矿井排水量呈阶段性的变化，1965～1978年为直线增长期，矿井排水量从3m3/s增加至9.2m3/s，1978～1986年为峰值期，矿井排水量在8.2～9.2m3/s区间波动。1986～2003年为下降期，从峰值逐渐降低至4.5m3/s。2003年以来，随着煤炭产量的增加，涌水量略有增加。2008年焦作矿区12座生产矿井总排水量5.97m3/s，排水强度较大的矿井有6座，演马矿年均排水量1.27m3/s、中马矿年均排水量1.04m3/s、九里山矿年均排水量0.83m3/s、朱村矿年均排水量0.68m3/s、方庄矿年均排水量0.67m3/s、古汉山矿年均排水量0.60m3/s，6座矿井排水量占全矿区排水总量的85%。从吨煤排水量数据来看（图10-9），矿井开采初期，1960年前吨煤排水量小于10m3/t，1960年后阶梯状上升，至1984年达到73.65m3/t，此后逐步下降，2008年达到30.58m3/t。吨煤排水量的减少与煤矿普遍应用注浆堵水技术有关，致使矿井涌水量大幅度减少，突水危险降低，已连续20多年没有发生大的突水事故。

图10-9 焦作矿区吨煤排水量开采量变化曲线

焦作地区地下水天然资源总量为10.76m3/s，其中岩溶水为8.09m3/s，孔隙水为2.668m3/s。1978～1986年矿井最大排水量为9.2m3/s，扣除22%重复排水量，在峰值期实际排水量最大为8m3/s左右，相当于焦作地区地下水天然资源总量的75%。如果按2008年矿井排水量5.97m3/s计算，扣除重复排水量后，实际排水量是5.25m3/s，相当于焦作地区地下水天然资源总量的50%。由此可见，矿井排水是焦作矿区地下水主要排泄方式。

矿井排水和人工开采是孔隙水和岩溶水的两种重要排泄方式，受煤矿长期排水的影响，冲洪积平原上部孔隙含水层被疏干，疏干区分布在西冯封—岗庄—百间房—安阳城—古汉山一线以北，面积达到100km2，水位埋深30～60m。与此同时，岩溶水位呈阶梯状下降，九里山岩溶泉水断流，处在冲洪积平原前缘的小张庄孔隙水自流井、灵泉碑孔隙水泉等均断流。

岩溶水水位动态主要受山区大气降水和人工开采（包括矿井排水）双重因素的影响，随开采量增加和降水减少呈阶梯状下降（图10-10）。

20世纪60年代，岩溶水水位标高在110m上下波动，最高水位达到125m以上，岩溶水补给与排泄处在天然动态均衡状态，以泉群形式排泄。随着矿井排水量的逐步增加，岩溶水位逐步下降，至20世纪80年代，矿井排水量达到峰值。与此同时，随着岗庄水源地的建设，城市大规模开采深层岩溶水，矿井排水和城市开采量超过10m3/s，至20世纪80年代末，水位最低降至75m。在30年的时间里，岩溶水位整体下降幅度达到35～50m，年均下降幅度1.2～1.5m。

图10-10 焦作矿区岩溶水历年水位和矿井排水量开采量相关曲线

自1994年开始，随着王封矿、焦西矿和焦东矿相继关闭，矿井排水量逐年下降。但是，随着城市发展和人口增加，岩溶水开采量逐年上升，由此抵消了消减的矿井排水量，岩溶水开采总量仍然保持在较高的水平，在8.5～9.5m3/s之间，岩溶水水位在75～90m之间波动。

根据前人研究，赵庄断层是一条主要起阻水作用的断层，断层以北的奥陶系灰岩含水层被抬升至区域地下水位以上，中寒武统灰岩是岩溶水赋存和运移场所，岩溶发育程度较差，裂隙率低，连通性不好，致使岩溶水径流条件差；而赵庄断层以南，奥陶系灰岩地下水位以下，岩溶发育，裂隙率高，导水性强，岩溶水径流条件好。以赵庄断层为界形成了水位差达70～150m的地下水位陡坎，断层北为高水位区，断层南为低水位。焦作矿区奥灰含水层岩溶裂隙发育，断层发育，岩溶连通性好，岩溶水有统一的水位，并有相似的水位动态特征。低水位区岩溶水位在矿井排水、城市开采及降水共同影响下，常表现为整体性的水位升降。在矿区岩溶水水位等值线图上，矿区岩溶水沿山前形成了椭圆状不对称的水位下降漏斗，水位最低点出现在开采量大的水源地（如岗庄水源地）或排水量大的矿井（如演马矿和九里山矿）。

岩溶水位年内动态主要受到大气降水的影响。雨后岩溶高水位区水位迅速上升，低水位区水位上升较缓慢，一般到10月底达到全年最高。低水位区岩溶水位年内动态分三个阶段：1月下旬至3月底，此间几乎无降水，岩溶水位急剧下降，至5月底或6月中上旬水位降至全年最低；6月后降水急剧增加，岩溶水获得补给水位开始回升，至10月底达到全年最高；10月至次年2月底，降水量减少，在开采的影响下，水位缓慢下降。岩溶水位动态特征反映了岩溶水集中补给、缓慢消耗的特点（图10-11、图10-12）。

2.矿区水环境污染

矿井排水是一种混合水，由岩溶水、孔隙水、砂岩裂隙水构成。一般情况下，矿井水水化学特征与矿井所在区域内的岩溶水或孔隙水一致。反过来讲，浅层孔隙水又接受矿井水的补给，孔隙水的水化学特征与矿井排水相似。因此，在焦作矿区孔隙水、岩溶水、矿井排水的水文地球化学特征，有许多相识之处。

图10-11 焦作矿区2000～2008年岩溶水位和降水量相关曲线

图10-12 焦作矿区2000～2008年岩溶水位和矿井排水量相关曲线

在水文地球化学特征上，焦作矿区东部和西部矿井排水水化学成分和水质类型有明显差异（表10-4）。西部各矿矿井水化学类型为·-Ca2+·Mg2+型，水的总硬度一般为350～450mg/L，溶解性总固体一般为500～600mg/L，含量一般为100～130mg/L。而东部矿井水化学类型是-Ca2+·Mg2+型，总硬度一般为270～280mg/L，TDS一般为320～350mg/L，水中含量明显低于西部，一般为40～55mg/L，水中其他离子含量如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、、Cl-等也较西部矿井水低。造成东西部矿井水水化学特征不同的原因是东部与西部地质环境不同，表现在：①西部矿区煤系地层中含量高于东部矿区；②东部与西部地下水水化学特征存在较大差异，矿井水与矿井所在区域地下水一致。

表10-4 焦作矿区东部和西部矿井水水化学成分对比表 单位：mg/L

矿井水来源于岩溶地下水和孔隙地下水，其水质应该同区内岩溶水、孔隙水相同或相似。但是，矿井水从矿井深处向外排放过程中，受开采条件、人为活动等因素影响，矿井水中往往会混入大量的煤尘和其他杂物，而且还会遭受井下废弃的石油类等物质的污染，从而使矿井水水质趋于恶化。焦作矿区矿井水感官性状较差，浊度、悬浮物、细菌总数和大肠杆菌数普遍超标，但一般化学指标符合现行饮用水水质要求，基本上不含有毒有害成分，含有少量的油类有机污染物（表10-5、表10-6）。

表10-5 焦作矿区各煤矿矿井水水质分析汇总表

续表

表10-6 演马矿和鑫珠春矿矿井水水质分析及评价结果

续表

矿井水排出地表后，除少部分被利用外，大部分被排入沟渠或坑塘，最终流出区外。自20世纪60年代起，为利用矿井排水灌溉农田，在焦作西部和东部兴建了引排矿井水的渠道，形成了以矿井水为水源的焦西灌区和焦东灌区。焦西灌区灌溉耕地面积1.14万亩，最多时达到2.4万亩，包括王封、上白作、朱村和王褚四个乡镇的27个村庄，焦东灌区灌溉耕地面积为1.6万亩，包括待王、百间房、安阳城和九里山四个乡镇。自20世纪90年代开始焦作西部煤矿李封矿、王封矿、焦西矿等相继闭坑，矿井排水量减少，农业失去了灌溉水源。焦西灌区因地表塌陷，灌溉渠道受到不同程度的破坏，可灌溉面积减小。农业利用矿井排水灌溉过程中，有20%～30%的灌溉水通过灌溉回渗进入浅层孔隙地下水，矿井排水进入沟渠坑塘后，也可通过塌陷及地裂缝进入孔隙水甚至进入矿井。矿井排水是浅层孔隙地下水补给源，也是重要的污染源，不仅将大量煤粉和岩粉带入土壤中，造成了土壤污染和土质的降低，也导致孔隙水水质受到不同程度的污染。由于矿井排水以漫灌自流状态进入农田及田间沟渠，通过灌溉回渗和渠道渗漏补给孔隙地下水，构成孔隙地下水的污染源。

根据焦作节水办历年来水质监测结果，焦作西部和东部冲洪积平原中上部的浅层孔隙水，其水化学类型有两种，·-Ca2+·Mg2+型或-Ca2+·Mg2+型，在水质监测的27个常规化验项目中，总硬度、TDS、硫酸盐、氟化物、氯化物和硝酸盐有超标水样，污染程度属于轻度至中度污染。需要指出的是，浅层孔隙水因埋藏浅，补给途径和补给来源多样化，除接受矿井排水补给外，大气降水和地表水（主要是污水）均是补给水源。造成浅层孔隙水污染的途径和污染源也较复杂，农业喷洒农药和大量使用化肥均会造成浅层孔隙地下水的污染。但煤矿长期疏排地下水是导致水质污染的重要因素，采煤塌陷为污染物进入地下水中提供了良好的通道。

焦作矿区岩溶水埋藏于石炭-二叠煤系地层之下，煤系地层以及煤系地层之上的新生界地层构成岩溶水的天然保护盖层，可以起到避免岩溶水遭受人为污染和保护岩溶水质的作用。岩溶水补给区山高陡峭，人烟稀少，基本上没有大型污染源，包气带厚度大，是天然的卫生防护区。岩溶水受人为活动影响较小，水质良好，属于低硬度和低FDS的淡水。本区岩溶水中Cl-背景值含量为26.69mg/L，但自20世纪90年代开始，岩溶水氯化物含量逐年递增（表5-6）。焦煤水文队水井1999年Cl-含量为141mg/L，2002升至2135mg/L；54772部队2000年为680.7mg/L，2002年升至1447mg/L，两口水井皆因水质恶化而停用。一般情况下，水中氯化物多来源于生活污染和工业污染，岩溶水Cl-含量超出背景值，表明已遭受污染。主要原因是：原焦作化工三厂烧碱废液池直接建在渗透性很强的奥陶系灰岩地层上，池底及四周未作任何防渗处理，废水Cl-含量高达100g/L，通过岩溶裂隙渗入岩溶含水层。岩溶水自山区向山前运动，并在山前集中排泄，焦作几个大型岩溶水水源地均分布在近山前地带，距该废液池不足3km，岩溶水的运动和弥散作用，使山前岩溶水Cl-含量升高。

在九里山奥陶系灰岩残丘附近，奥陶系灰岩与第四系冲洪积层直接接触，形成“天窗”。排放于地表的矿井水入渗补给孔隙水，孔隙水水位高于岩溶水位，又以越流形式补给岩溶水。

丹河是焦作矿区西部唯一的常年性河流，流经奥陶系灰岩分布区，河水渗漏补给岩溶水，是焦作矿区岩溶水的主要补给来源之一，多年平均渗漏量占焦作矿区岩溶水多年补给量的20%左右。河水已受到污染，主要污染因子是化学需氧量和挥发性酚，对岩溶水水质有一定影响。

3.煤矸石及其污染

煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出来的一种混杂岩体，包括井巷掘进时排出的岩石、煤层顶底板的砂岩、泥岩、煤等。煤矸石矿物成分主要有石英、长石、黏土矿物、白云岩及石灰石及黄铁矿等。煤矸石化学成分比较复杂，主要为一些金属元素和非金属元素的氧化物，也含有微量的重金属元素，其中SiO2和Al203占有相当高的比例。露天堆放的煤矸石不仅占用大量土地，还会造成周围环境的污染，矸石因氧化、风化和自燃，产生大量扬尘、SO2、CO、CO2、烟气等有害有毒气体，从而影响矿区周边生态环境。露天堆放的煤矸石受风吹、日晒和雨淋等作用，所含有毒重金属元素如铅、镉、汞、砷、铬等均有可能通过雨水淋溶进入地表水域或渗入土壤，并可渗入浅层地下水中，导致水土污染。煤矸石中黄铁矿结核经过风化和降水长期淋溶，会形成硫酸或酸性水，并离解出各种有毒有害元素如Cd、Hg等。此外，煤矸石自燃后会产生大量SO2气体，遇水形成H2SO4，会造成土壤酸化。

焦作矿区煤矸石产出量占原煤产量的20%，目前原煤开采量已达到800万t，每年外排煤矸石150万t。目前矿区尚有矸石山17座，占地面积约64万m2，历年堆存量已达2500万t。根据郭慧霞等人的研究，焦作矿区煤矸石主要化学成分中，SiO2相对含量为50.09%～58.21%，Al2O3相对含量为15.7%～28.11%、Fe2O3相对含量4.61%～5.49%，烧失量为12.32%～14.35%。煤矸石普遍含有影响环境的重金属元素，在所分析的Pb、Mn、Zn、Cu、Cr、Cd6种指标中，Cd的检出率为50%（Cd的最低检测限为0.05mg/kg），其他元素的检出率为100%，其中Zn的含量为123.89～291.11mg/kg，Mn含量为35.83～888mg/kg（表10-7）。

表10-7 焦作矿区煤矸石重金属元素含量分析结果 单位：mg/kg

焦作矿区煤矸石对土壤和地下水的影响主要表现为重金属污染，河南理工大学胡斌、李东艳等对演马矿、中马村矿、朱村矿矸石山周围土壤重金属污染问题进行过专题研究。在每座矸石山周围，沿主导风向和地形坡向上布置2～3条采样线，每条采样线上，由矸石山向外按5～50m的距离布置采样点，每个采样点采集深度10～15cm。土样分析结果见表10-8，研究表明：

表10-8 演马矿矸石山周围土壤重金属含量分析结果1 单位：mg/kg

1）朱村矿矸石山周围土壤无Cr污染；Cd污染不明显；Cu污染程度较轻，但已经超出本地的自然背景值，Pb污染主要与矿区交通环境有关。Zn污染较重，其污染浓度与矸石堆距离呈非线性负相关关系，距离矸石堆越远污染程度降低。说明土壤某些重金属元素污染是由矸石风化、扬尘、雨水淋溶等作用使其迁移到周围土壤中造成的。

2）演马矿矸石山周围土壤Cd为轻污染，Cr和Zn为中等污染，其含量与矸石堆距离呈非线性负相关关系，距离矸石堆越远污染程度越轻，土壤开始出现Pb污染，但主要受交通影响，土壤受Cu污染不明显。

3）中马村矿区矸石山周围土壤中，5种重金属元素的平均含量由高到低分别为Mn＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu，其平均值为496.48mg/kg、242.78mg/kg、53.89mg/kg、37.27mg/kg、31.74mg/kg。土样Zn、Pb和Cu污染普遍，其平均值分别超过河南省土壤元素背景值的3.3倍、1.9倍、1.6倍，但Cu、Cr、Pb、Zn、Mn平均值均未超过《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）二级标准。

煤矸石山附近包气带和浅层地下水污染较为严重，矸石堆旁土壤水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、离子含量高，远离矸石堆离子含量普遍低，以离子表现得最为突出。

4.煤矿采空塌陷及其对水文地质条件的影响

当地下的煤层被采空后，便在地下形成采空区，采空区上的岩体失去原有的平衡状态，从而引起采空区上覆及周围岩体的移动、变形以至破坏。这种移动、变形和破坏在空间上是由采空区逐渐向周围扩展，当采空区范围扩大到一定程度时，岩层移动就发展到地表，在地表产生变形和破坏，即地表移动。地表移动和破坏形式与开采深度、开采厚度、采煤方法、顶板管理方式、岩性、煤层产状等因素有关，当采深与采厚的比值比较小时（深厚比H/m＜25～30，或覆盖层薄时），地表出现大的裂缝、塌陷坑。焦作煤田经过几十年的开采，地下已形成数处大面积的采空区，在地表形成了总面积约70km2的采空塌陷区（表10-9）。

表10-9 焦作各矿井采空区及塌陷面积统计表

根据2008年焦作市国土资源局《焦作市区地质灾害调查与区划》调查结果，市区因采空引发地面塌陷灾害共19处，除1处为开采赤铁矿引发的地面塌陷外，其余18处均为采煤引起（表10-10）。19处地面塌陷中，大型塌陷5处，中型塌陷13处，小型塌陷1处。采空塌陷在解放区、山阳区、中站区、马村区均有分布，涉及12个办事处。主要塌陷区有：小庄村塌陷、田涧村苗圃塌陷、嘉禾屯村塌陷、中马村西塌陷、桶张河村东塌陷、岗庄村西焦东矿塌陷、冯营塌陷、中马矿罗庄塌陷、九里山矿区塌陷、演马庄矿塌陷、韩王矿塌陷、王庄李封矿塌陷、红砂岭赤铁矿塌陷、朱村矿部塌陷、朱村四矿塌陷、中站区煤矿塌陷、西冯封村塌陷等。塌陷坑平面呈不规则圆形或椭圆形，直径一般500～2000m，个别大于2000m。从地面塌陷稳定性来看，12处稳定性差，7处稳定性较差。

表10-10 焦作市地面塌陷区分布位置及特征一览表

除此之外，沿山前洪积扇的上部还散布着一些小煤窑采煤造成的塌陷坑。因焦西矿区的焦西矿、焦东矿区的九里山矿、方庄矿、中马矿、冯营矿、演马矿、古汉山矿还有15～45年的开采时间，因此，塌陷区面积每年还在以1.2～1.5km2幅度增加。

焦作矿区地表移动的范围比采空区面积要大得多，其位置与形状取决于采空区的形状及煤层倾角的大小。矿区煤层大体上为一向东南倾斜的单斜构造，煤层倾角一般为8°～12°，煤厚5～6m，属于缓倾斜煤层。因此，充分采动条件下的地表移动盆地多位于采空区上方，移动盆地的形状与采空区形状有关，盆地中心略向地势倾斜方向偏移。地下采煤对地表的影响主要有垂直方向的移动和变形（下沉、倾斜、扭曲、曲率）与水平方向的移动和变形（水平移动、拉伸和压缩变形），这些移动和变形都会对地面建筑物产生各种形式的破坏。衡量移动盆地变形程度的指标有下沉量W、倾斜率I、曲率K、水平位移量U和水平变形值E，下沉系数η、水平移动系数b、影响角正切值tanβ是确定这5个指标的参数，其值见表10-11。

表10-11 焦作矿区地表移动实测参数表

焦作矿区地表最大下沉值一般为采高的70%～80%，最大水平移动量差别较大，最小只有230mm（焦西矿109工作面），最大则为3794mm（焦西矿106工作面），其余各矿水平移动一般介于500～1500mm之间。地表下沉一般在放顶后十天内开始，下沉期一般为5个月，最长可达8个月。地表下沉过程可分为起始阶段、活跃阶段和衰退阶段三个阶段。起始阶段一般为30d左右；活跃阶段持续时间60d左右，日均下沉量最大100mm；衰退阶段持续时间60d左右；一般来说，工作面停采1年后地面变形基本停止，3年后地表变形达到稳定。从实际调查来看，焦作马村、田门、冯营、九里山和方庄矿塌陷区最大下沉量在5～6m，与理论公式计算结果大致相同。

地面塌陷造成的危害主要表现为毁坏耕地、公路和村庄，有的塌陷坑内长期积聚矿井水及雨水，农田丧失耕种价值。地面塌陷对矿区浅层孔隙水和深层岩溶水水文地质条件也有一定影响，表现在以下几个方面：

1）地表塌陷及地裂缝成为矿井充水和突水的通道。地表塌陷使地表高低起伏不平，矿井排水和雨水等在一些较大的塌陷坑内汇集，由于塌陷坑或地表裂缝与井下巷道或采空区存在通道，塌陷坑内积水便可再次进入矿井，造成矿井重复排水。根据焦煤集团统计，重复排水量占到矿井排水总量的20%左右。

2）采空塌陷及地裂缝还为污染物进入地下水和矿坑提供了最直接的通道。汇集于地表塌陷坑内的地表水、雨水及矿井排水，可以通过渗漏形式补给第四系孔隙地下水，由于其水质较差，容易造成浅层孔隙水的污染。

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山东省矿山地质环境问题较多，重要类型为地质环境污染和地质灾害。

一、水土污染

(一)地下水串层污染

1.串层污染现状与危害

淄博市煤炭资源经过长期的开采，特别是20世纪的大规模开采，淄博煤田已进入衰老期，境内矿山相继闭坑，目前已闭坑的矿山有6处共18个井口。根据设计服务年限，在今后5～10年内，淄博市境内的所有统配煤矿都将闭坑停产。煤矿闭坑、停排矿坑水，改变了地下水系统的原有状态，对地下水水动力场和水化学场产生重大影响，并引起地下水水质恶化，给当地居民生活和工农业生产带来不利影响。

淄博市矿区的地下水“串层”污染早在20世纪90年代初便已形成。据1990年12月提交的《淄博市矿区水资源污染调研及防治措施研究》，龙泉428号井奥灰水受上部煤系地层地下水“串层”污染，各组分的含量较其他地段的奥灰水发生了明显变化。进入90年代末，随着煤炭资源的日渐枯竭，闭坑停采的国营矿井亦随之增多，其中以淄川境内闭坑的矿井最多，该区共有国营煤矿7个，独立生产井13眼，截止到1996年已有7眼报废，其他各井亦都属衰老矿井，也将先后停采报废。目前已停采的7个独立井口其开采范围从北部罗村镇的聂村和双沟镇的双沟一线，南到龙泉镇的麓村和南旺一带，西部以王母山断层为界，东部沿10层煤风化带为界，面积约57km2。部分矿井停止排水后，地下水位急剧上升。如原寨里煤矿北斜井1996年2月初停止抽水时，矿井水位由－24m急剧回升，至今已上升至+24m左右。矿坑水位的大幅度上升已对矿区煤系下伏奥灰水及上部砂岩裂隙水形成了不同程度的污染。其中以洪山煤矿大吊桥至小吊桥一带的奥灰水受污染最为严重，地下水中SO2－4平均含量1265.4mg/L，超出生活饮用水标准5.06倍，总硬度平均含量1517mg/L，超标3.37倍。其含量不但远远高出外围地段的奥灰水，而且较矿区部分井孔终孔时奥灰水质发生了明显变化。大吊桥133号孔，1993年7月份的水质分析结果表明，奥灰水中SO2－4含量已达1320.82mg/L，总硬度1664.0mg/L。很显然，矿井水(包括煤系劣质裂隙水)位的上升，已对矿区部分地带的奥灰水形成了“串层”污染。

2.污染通道

矿坑水污染岩溶水属串层污染，其中必有污染通道，在洪山煤矿区矿坑水与岩溶水可能沟通途径有3种:一是断层构造二是坑道钻孔三是供水井。据初步调查，洪山矿区周边虽为断裂构造包围，但矿区内断裂不发育，存在少量小规模断层，有的未能沟通两者水力联系，对采矿有威胁的断裂在开采过程中已实施了有效的注浆封堵，因而在开采期间未发生大的突水事故。洪山煤矿确实存在坑道供水钻孔，但随地面供水井的施工，为保证矿山安全生产，该矿从1979年到1982年先后5次对井下钻孔实施了有效封堵，共减少坑道涌水量17308.8m3/d。封堵各类充水水源是矿山的一贯做法，其目的就是为了减少排水成本，保证安全生产。因此，沟通矿坑水与岩溶水的主要途径就是供水井。如前所述，本区开采岩溶水的供水井多数要穿越煤系地层，但早期施工的供水井和部分农灌井根本没有止水措施。有些供水井成井质量低劣，止水效果不好。另有部分供水井止水套管被矿坑水腐蚀或因煤矿采空区地层变形井孔扭曲，导致止水工艺失效。所有这些，都沟通了优质岩溶水与劣质煤矿矿坑水的水力联系。

尽管早已存在奥陶系含水层与矿坑水沟通的事实，但在煤矿正常生产期间，由于疏干排水，矿坑水位被降得很低，远低于同期奥陶系岩溶水水位(两者水位差多在40～50m)，岩溶水补给矿坑水，因而不存在矿坑水串层污染岩溶水问题。但一旦煤矿闭坑，停止疏排矿坑水，导致矿坑水水位的急剧抬升，当矿坑水水位高于岩溶水时，首先在沟通水井部位产生串层污染，之后污染不断扩散，污染范围也逐渐增大，直接危及生活和工农业生产供水(图9-5)。

淄博煤田洪山煤矿正常开采期间，矿坑水位被降至－24m以下，同期奥陶系岩溶水位在30～50m。1994年4月洪山矿批准报废，1996年7月矿坑水位已升到+45m，1997年8月矿坑水位上升到+73m水平，矿坑水沿斜井自流地表，而此时岩溶水位却因过量开采降至5m左右，矿坑水位高于岩溶水位近70m，从而导致大量矿坑水反向补给岩溶水，造成供水井串层污染，水质急剧恶化，洪山煤矿所在的罗村一带居民吃水困难，工农业供水发生危机，社会影响极大。

3.串层污染成因

石炭、二叠系煤系地层一般由砂岩、页岩、灰岩、煤层等互层组成，煤层是相对隔水层，在天然条件下，煤系地层中各含水层因煤层的阻隔，使彼此之间的水力联系较弱。煤层采出后，矿层顶板(含老顶板)产生断裂并错动，层位发生位移(塌陷)，且在采动影响带内出现大量裂隙，甚至使上下含水层与河水发生水力联系，破坏了地下水赋存条件。矿井停止排水或排水量减少后，随着含水层地下水位的不断上升，一方面使浅埋区优质地下水通过各种导水裂隙充入采空区转化为矿坑水形成污染，或矿区深部承压含水层的劣质水通过采空区与上部含水层发生水力联系，造成对地下水(煤系砂岩裂隙水)的“串层”污染另一方面，当劣质矿坑水水位高于下伏优质奥陶系灰岩岩溶水水位时，将渗漏补给并对其形成“串层”污染。

淄川区位于孝妇河流域的中上游地带，是淄博煤田的主要集中分布区，矿井的大面积闭坑与停止排水，不仅对矿区及下游的工农业生产和人们生活造成严重影响，同时对流域生态环境将造成严重破坏，因此，如何妥善处理矿井排水与污染之间的矛盾，有效地遏制矿坑水对地下水环境的污染，已是目前的当务之急。

(二)油气开采区散落油污染

山东省油气资源丰富，主要分布在东营市及滨州市。多年来，油气开采活动对区内地表水、地下水和土壤环境已造成不同程度的污染。

1.东营市采油污染现状

石油开采业为东营市首要污染行业，其污染负荷占全市跨行业污染负荷的49.5%。据东营市地质环境监测报告(1996～2000年)，在该市常年监测的11条河流中，除黄河污染较轻外，织女河、阳河、淄河、小清河、广利河等10条河流污染较重，其中石油类检出率和超标率均高达100%，平均含量1.314mg/L，最大超标倍数(地表水环境质量标准Ⅲ类)70余倍。近岸海域石油类检出率亦较普遍，且多有超标现象，如盐业养殖区和自然保护区内石油类超标倍数皆为2倍多。

东营市地下水污染尤其是石油污染非常普遍，由于广泛分布不能饮用的咸水，故危害并不突出，但在浅层淡水分布区此种危害较明显。1999年对淄河沿岸地下水污染现状调查表明，淄河沿岸浅、深层地下水均受到不同程度污染，污染因子以油类为主，其次为CODCr、矿物质等。浅层地下水受污染面积45.8～52.5km2，深层地下水中油类检出最大值为1.32mg/L。

图9-5 闭坑矿山串层污染示意图

2.滨州市采油污染现状

据滨州市地质环境监测报告(1996～2000年)，对区内小清河、朱龙河、孝妇河、支脉沟、德惠新河等10条河流水质监测表明，河水中石油类检出率及超标率(按地下水Ⅲ类标准)高达100%，平均含量1.667mg/L，最大超标倍数100余倍。下河、单寺、杜店、小营、纯化5个集中采油区地下水已遭受石油类污染。

二、矿山地质灾害

目前山东省矿区地质灾害问题较为突出的矿种为煤、铁、金、建材、石膏、滑石矿等。主要灾害有采空塌陷、岩溶塌陷、矿坑突水等。

(一)采空塌陷

采空塌陷是山东省矿区最主要的地质灾害，涉及煤矿、金矿、铁矿、石膏、滑石等矿种，其中以煤矿采空塌陷造成的危害最为突出。伴随采空塌陷出现的往往还有地裂缝、山体开裂等。采空塌陷主要分布于煤矿采空区，其次是金、铁矿及石膏、滑石矿等采空区，但从突发性和对人民的生命财产安全上来讲，又以金、铁、石膏、滑石矿更为严重。全省17个城市中有10个存在规模不同的采空塌陷。塌陷面积规模较大的依次为泰安(主要分布于煤炭资源丰富的新泰、宁阳、肥城三地)、济宁(主要分布于兖州及济宁煤田)、枣庄(主要分布于滕州及陶枣煤田、峄城及底阁石膏矿区)、莱芜(四大国有煤矿区、张家洼及小官庄铁矿区、莱芜铁矿马庄矿区)、烟台(主要分布于金矿资源开采强烈的招远、莱州、牟平及龙口煤矿区)。

采空塌陷是由于矿层(体)采出后，采空区上方岩层在重力作用下发生弯曲、离层以致冒落形成的。按岩石的破坏程度，自采空区地表可划分3个不同的变形影响带，即冒落带、裂隙扩展带和弯曲变形带。有关资料表明，冒落带与裂隙带影响高度是矿层开采厚度的十倍甚至数十倍，当采空区冒落带影响到地表时，地表出现塌陷坑若只有裂隙带发育到地表，则地表以地裂缝为主当三带均发育时，弯曲变形带上方地表往往形成塌陷盆地，盆地中心下沉深度最大，边缘最小。由于塌陷体的四周断面与水平面的夹角较大，故塌陷盆地面积一般略大于采空区面积。

采空塌陷的影响因素错综复杂，其发生发展过程及地表形态特征主要取决于矿层条件、顶板岩性特征、地质构造和采高、开采条件等。

采空塌陷是危害极大的矿区地质灾害之一，它使地表植被、土壤及地层结构遭到破坏，严重恶化了自然生态环境，其所造成的经济损失是巨大的，直接影响着人们的生活、生产环境，严重威胁着人们的生命财产安全，制约着国民经济可持续发展健康发展。对人们生产、生活产生重大影响，山东省煤炭资源大多集中分布于山前平原及山间平原内，这些地段土地肥沃，地势平坦，又常是村镇集中、人口稠密的地段。因此，采矿引发的地面塌陷不但使其影响范围内的大量村庄被迫迁移、建筑物遭受破坏，而且使大面积良田因受地形起伏过大、地面积水、地裂缝等影响而荒废或绝产，浪费巨大的人力物力财力，甚至发生死亡事故。除去因煤炭开采而搬迁居民地的费用不计，按每亩年创收2000元计算，每年新增塌陷地约20km2，每年损失就达6000万元荒废5年就会损失3亿元。根据经验，塌陷地若要实现复垦，每亩需投入资金平均在10000元以上，因而每年因采煤引起的地面塌陷所造成的经济损失，在不包括道路维修、建筑物拆迁费用前提下，仍在1亿元以上，这是一个非常可观的数字。采空塌陷还严重破坏公共设施、道路交通，对深部采矿构成威胁，对地表水及地下水资源产生破坏。

据近几年调查资料，山东省各类矿山采空塌陷面积为403.01km2，其中煤矿采空塌陷最大，占采空塌陷面积的97%。各主要矿种的采空塌陷现状分述如下:

1.煤矿区采空塌陷

山东省采煤历史悠久，开采方式从以往的小规模开采转入现今的机械化深部大规模开采，随着采空面积和采空范围的不断扩大，各采煤区相应的发生了一系列规模不等、形状各异的采空塌陷。据不完全统计，全省因采煤造成的采空塌陷已达800余处，累计塌陷面积392.625km2，其中农作物绝产面积大于50km2，平均万吨煤地面塌陷率达0.0037km2。山东省煤矿区采空塌陷情况见表9-3。

表9-3 山东省煤矿区采空塌陷情况统计表

塌陷的平面形态多为圆形、椭圆形的塌陷盆地，盆地中心下沉深度各地不一，最大下沉深度12.5m(肥城王瓜店)，最小下沉深度0.1m(枣庄黄庄煤矿)。其中塌陷区最大下沉深度小于1.5m，地表形态相对变化较轻的塌陷面积累计124.6km2，占全省总塌陷面积的31.74%塌陷区下沉深度大于1.5m，地表形态相对变化较大的塌陷面积累计268.03km2，占全省总塌陷面积的68.26%。后一类塌陷分布区，地表地形起伏较大，在第四系沉积厚度较大或地下水位埋深较浅的地段，常形成季节性乃至常年性积水洼地，导致土地复垦困难或不能复垦。据不完全统计，目前，全省部分老塌陷区的常年积水面积已达48.2km2以上，造成了耕地的大面积绝产。

由于各地区成煤条件(厚度、埋深、顶底板岩性等)的差异，以及各采煤区开采方式的不同，使得各采区采空塌陷的发育规模差异较大。省内济宁、枣庄、泰安、龙口、临沂、淄博和坊子七大采煤区，除淄博采煤区的采空塌陷的发育规模较小外，其他地区的采空塌陷均较严重。尤其以济宁、枣庄、泰安三地市所辖煤田区的采空塌陷最为严重，累计塌陷面积达312.81km2，占全省采空塌陷总面积的79.67%，不但塌陷分布面积大，下沉深度深，而且积水面积广，造成的损失和社会影响亦极大。

(1)济宁煤矿区

主要包括兖州煤田、济宁煤田，可采煤层2～3层，煤层倾角8°～12°，厚度8～12m，最大18.77m，煤层埋深200～1000m不等。现有煤矿矿山企业40个。自1968年以来，各矿井陆续建成投产，现年生产能力达4838万t，开采深度100～600m。近年来，因长期大规模开采地下煤层，导致了采空区地面塌陷的相继发生。据不完全统计，区内采空塌陷面积已达127.96km2，占矿区总面积的9.91%，其中已复垦面积36km2。下沉深度一般2.5～7.5m，最大达9.2m。由于塌陷区下沉深度普遍较深，地形起伏较大，而且塌陷区第四系沉积厚度大，因此，各塌陷多为常年或季节性积水盆地。据不完全统计，塌陷区累计积水面积达20km2，平均积水深度4m。

(2)枣庄煤矿区

枣庄矿区采空塌陷主要分布于区内的西北部、中部、东南部的山前平原区，区内煤田有:陶枣煤田、官桥煤田、滕州煤田和韩台煤田，矿区面积1546km2。可采煤层6层，其中以石炭系太原组第十四层煤(煤层厚度1.4m左右)和二叠系山西组第三层煤(煤层厚度3～8m)为主要开采层，煤层埋深20～500m不等。矿区内现有采煤矿山企业18个，自1965年至今相继发生采空塌陷，累计塌陷面积达79.01km2，占矿区总面积的5.1%。目前，采空塌陷主要集中于陶枣煤田，塌陷面积45km2，其次是滕州煤田和官桥煤田，塌陷面积分别为27.51km2、6.5km2，塌陷区下沉深度一般为1～2.3m，最深9m(柴里煤矿)。

(3)泰安煤矿区

泰安市是山东重要的煤炭生产基地，煤矿主要分布于肥城、新泰、宁阳等地，含煤面积840km2，占全市总面积的10.8%，可开采面积240km2。可采煤层5～8层，煤层平均总厚度2.5～8m。全市现有煤矿矿山企业81个。采空沉陷主要分布于肥城市、新泰市及宁阳县煤田开采区，以肥城煤田沉陷面积最大，对地质环境、工农业生产及城乡建设破坏最为严重。目前，全市累计沉陷面积已达105.84km2。

2.铁矿区采空塌陷

省内铁矿采空塌陷相对较轻，尽管目前济南、莱芜、淄博等铁矿主要产地的矿山开采已具规模，但由于矿石采出后对采空区大都进行了尾矿充填，因此，铁矿采空塌陷的发生得到了有效地控制。据调查，至2002年底，全省仅发生3处采空塌陷，莱芜2处、淄博1处，累计塌陷面积2.673km2。

(1)淄博黑旺铁矿朱崖矿区庙子区采空塌陷

发生于1987年10月7日，塌陷的形成具有突发性特点，塌陷的平面形态呈长条状，长310m，宽8～12m，深6～8m。坑内陷入8户人家，死、伤各12人，百余间民房遭受不同程度破坏。

(2)莱芜张家洼小官庄铁矿区采空区塌陷

小官庄铁矿采空区塌陷发生于小官庄东、西采区，累计塌陷面积2.3km2，塌陷的平面形态呈圆形盆地状，其形成过程具渐变特征。塌陷盆地形成之初，首先在采空区上方产生小范围的地表沉降变形，之后，地表变形范围及沉降量由边缘向中心逐年增大，年沉降率0.69m(西采区)，至沉降中心出现圆桶状塌坑。塌坑直径10～30m，深20m，塌后坑中有积水，塌坑发生后地面沉降仍呈继续发展趋势。

(3)马庄铁矿采空区塌陷

马庄铁矿采空区塌陷发生于马庄铁矿区内，累计塌陷面积0.37km2，塌陷区沿采空区呈条带状延展1000m分布，最大塌陷坑深达10m，现塌陷已呈稳定状态。目前，马庄采空区采用了尾矿充填新技术，采空塌陷得到了有效控制，今后一般不会发生采空塌陷。

3.金矿采空区塌陷

金矿采空塌陷主要分布于胶东金矿区的招远、莱州、牟平、威海等地。据不完全统计，到目前为止，金矿开采区发生采空塌陷160多处，累计塌陷面积约0.851km2。塌陷的形态多为条形塌坑，走向与矿脉走向一致。塌坑两侧边坡陡立，地表岩体内沿矿脉走向的张性裂隙发育，裂隙宽度可达20cm，受矿脉地质特征和开采规模的控制，塌坑的发育规模(长、宽、深)差异悬殊。塌坑长度一般十余米至数十米不等，最长达800m。

4.石膏、滑石等矿区采空塌陷

山东省石膏矿储量十分丰富，石膏生产量呈逐年上升，产量供大于求，因此矿区采空塌陷也越发突出。目前采空塌陷主要分布于临沂市平邑县、苍山县石膏矿区和枣庄底阁石膏矿区，累计塌陷面积1.774km2。2001～2002年度临沂市、枣庄市国土资源局成功预报了两起石膏矿采空塌陷，避免了重大的人员伤亡和财产损失。

(1)平邑石膏矿区采空塌陷

面积0.038km2，2001年8月26日，平邑县卞桥镇石膏矿采空区发生地面塌陷，面积1万多平方米，中心区塌坑深5m多，塌陷上方正对着小东庄30多户村民住宅。由于预报成功，避免了小东庄116户村民的人员伤亡和财产损失。

(2)枣庄底阁石膏矿区

现有石膏矿山21个，多数矿山已有近20年的开采历史，开采规模已基本趋于稳定。采空沉陷始于1990年，现有塌坑16处，沉陷坑多呈东西向长条状，采空塌陷面积1.72km2，塌陷区下沉深度一般0.5～2.5m，最深处达7m。2002年5月20日21时，峄城区底阁镇市联营石膏矿区发生一次大规模地面塌陷，一次连片塌陷面积达214亩，后又续塌40余亩。由于监测准确，预报成功，避免了正在作业的6个矿井的400余名矿工的伤亡，避免经济损失460余万元。

(3)滑石矿采空区塌陷

主要分布于栖霞、莱州等地，现已发生采空塌陷3处。最大的一处发生在莱州市滑石矿采空区，塌陷形态为椭圆形盆地状，面积约0.45km2，塌陷中心下沉深度3m左右，该塌陷的发生对位于其西部的莱州市滑石矿构成了很大威胁，目前矿院围墙已有多处倾斜开裂，墙体裂缝最宽可达10cm。

(4)重晶石矿采空区塌陷

临沂、潍坊等地在开采重晶石矿的过程中，曾先后发生较大规模的采空塌陷，并造成了严重的人员伤亡事故。1981年10月，临沂市临沭县曹庄镇大哨村南500m的重晶石矿区发生采空塌陷，致使井下正在采矿的工人6人伤亡潍坊高密市王吴乡东南西化山村附近的重晶石矿区，1982年至1986年间，亦发生两次采空塌陷，塌陷的平面形态为条带状，塌陷中心最大塌陷深度5m，累计塌陷面积4.5km2。其中1982年发生地面塌陷时致使4人死亡，直接经济损失20余万元1986年矿区又形成一宽5m，长50～60m，深4～5m的塌坑。塌陷发生后，对部分地段进行了回填，到目前为止，矿区未再发生地面塌陷。

(二)岩溶地面塌陷

岩溶地面塌陷是一种发生在隐伏碳酸盐岩地区的突发性地质灾害。全省因开采固体矿产而引发的岩溶塌陷面积约30.6544hm2。相对于采空塌陷，岩溶塌陷面积较小，目前只局限于莱芜铁矿区、蒙阴洪沟煤矿区、沂南金矿区3个矿区。

1.莱芜铁矿区

矿区内分布着十余处不同规模的热液交代式铁矿，自20世纪50年代末相继建矿开采。塌陷最早发生于谷家台矿区，1973年谷家台矿区大抽水，当水位降深22.4m，涌水量21385m3/d，赵庄“天窗”及其附近，沿张公清断裂东侧发生走向北北东向的突发地面塌陷群，较明显的塌陷有12处。目前，矿区地面塌陷已发展到117处，累计塌陷面积6320m2。塌陷的形态多为井筒状或坛状，直径0.4～35m，可见深度0.4～13m。塌陷造成了部分农田被毁，房屋开裂，给人们生命财产安全造成很大威胁。据调查，受岩溶塌陷影响，矿区范围内至今已有10个自然村328户被迫搬迁，不需搬迁但要维修的危房户有996户。

2.蒙阴洪沟煤矿区

1991年5月28日，洪沟煤矿地下150m处巷道发生突水事故，巷道内地下水位以2.4m/h的速度上升，次日凌晨矿井全部被淹。与此同时，距突水点0.4km的洪沟村西南、洪沟河东岸出现塌陷坑69个，形成塌陷高峰。随后，5月30日～6月3日又相继发生地面塌陷，使矿区塌陷达到78处，最后1处发生于1992年3月18日。塌陷坑群沿洪沟古河床东侧分布，在长2000m、宽400m的范围内出现塌坑148个。形态多为圆形井筒状，直径2～10m，可见深度3～5m，最深15m，最浅0.5m，累计塌陷面积约0.3km2。

3.沂南金矿区

1992年3月21日晚，沂南金矿发生突水，之后突水点上部地面即发生地面塌陷。塌陷分布于铜井镇东南1000m的铜井河床内，共有塌陷坑13个，直径1.5～7m不等，可见深度4～10m，累计塌陷面积约224m2，塌陷区内的塌陷坑现已填平。

(三)崩、滑、流等重力地质灾害

采矿引发的岩体开裂、崩塌、滑坡等重力地质灾害主要分布于胶西北中低山金矿开发区，金矿脉沿山体被采出后，如果不及时进行回填处理等，即可引发上覆岩体开裂、崩塌等。目前，在烟台市的招远、龙口、莱州、牟平等金矿区，此类重力地质灾害非常普遍，金矿毛石、尾矿不合理堆放引发的渣石流在区内也时常发生。另外，石材开发易造成边坡失稳，产生崩塌、滑坡等，此类地质灾害主要分布于鲁中南、鲁东石材开发区。

1.矸石堆引发的重力地质灾害

矸石堆自然安息角38°～40°，在人为开挖和降雨等外力作用下，易失稳引发重力灾害，如渣石流、坍塌等。自20世纪80年代以来，省内已发生较严重的矸石堆重力灾害10多起，造成20多人死亡，多人受伤。山东省枣庄煤矿北煤井一矸石堆于1994年发生坍塌，导致17人死亡、7人受伤。2002年，枣庄蒋庄煤矿一座高50余米的自燃矸石山发生塌落事故，主要原因是矿主经营煤矸石山却无任何保护措施，山体下部被挖成垂直状，上部因震动向下滑动，造成一辆汽车被埋烧焦，1人被烧焦，4人严重烧伤的严重事故。目前，全省多处矿山存在矸石堆重力地质灾害，如淄博矿业集团有7处矸石堆存在坍塌隐患。夏庄矿矸石堆坍塌，已危及附近居民的安全，应引起有关部门的重视。

2.尾矿坝引发的重力地质灾害

尾矿坝失稳造成的灾害在全省矿山中时有发生，主要分布于胶东金矿区。尾矿稳定性危害表现形式有两种:

1)水和风力的常规搬运作用造成的水土流失

2)尾矿渣石流及尾矿库坝等重力稳定性问题。

其中以后者危害更为严重。1997年8月，招远金矿玲珑选矿厂尾矿库排水斜槽盖板发生断裂损坏，山洪挟尾矿砂顺流而下，冲毁台上村果园10余亩，农田25亩，淤塞小型水库一座，17户村民无家可归。1989年，招远金矿九曲蒋家矿区太坑巷道大量涌水，涌水把蒋家村尾矿库坝冲毁造成渣石流，造成直接经济损失50多万元。九曲蒋家村另一座尾矿库坝由于设计及施工质量差，也曾在汛期发生塌滑事故，造成较大经济损失。玲珑镇罗山河两岸堆放着几十座尾矿库，每年汛期都有大量尾矿砂淤积到界河床中，需花费大量的人力、物力清淤，给当地的经济发展造成很大影响。

三、资源毁损

(一)矿业开发占用及破坏土地资源

目前，全省矿山企业矿区总面积约8049.76km2，占全省国土总面积的5.1%。矿山开发建设占用及破坏土地的类型主要为耕地。矿山开发占用及破坏土地的方式主要有露天采矿场、固体废料场、尾矿场、地面塌陷区等。山东省土地利用率较高，2007年全省耕地面积707万hm2，人均耕地1.066亩，低于全国人均水平。近几年耕地面积逐年下降，由1990年的103013万亩降至2007年的9480万亩。

(二)地貌景观的破坏

近年来，山东工程建设高速发展(全国水泥生产第一大省及高速公路通车里程最多省份)，对水泥、砂石料等各种建筑材料需求量大增，特别是建材矿山数量迅速增多，其点多、面广，影响范围几乎涉及城乡各地，其开发引发的植被破坏、水土流失、景观损失等生态环境问题十分突出，矿山生态环境恢复工作难度非常大。长期的露天采石、采砂、采土和工程施工建设，留下或正形成许多采石(砂、土)坑、挖掘面、滚石带和众多废石(土)堆，严重破坏了地质地貌形态，使原本美丽天然的地质地貌景观变得满目疮痍，恶化了自然生态环境。