矿区开采范文

矿区开采范文（精选9篇）

矿区开采 第1篇

地理信息系统是采集、贮存、管理、分析和描述地球表面与空间和地理分布有关数据的空间信息系统, 已在我国许多行业中得到了广泛的应用[1]。但是, 现有的GIS在矿区开采沉陷中的应用系统, 没有完全突出GIS在矿区开采沉陷中进行实时观测、预计分析和三维空间可视化显示的巨大优势, 尤其是这类软件在设计上还不完善, 故针对上述问题, 以开采沉陷为研究内容, 采用Visual C++6.0来设计一个专题地理信息系统, 称为矿区开采沉陷地理信息系统[2] (Mining Subsidence Geographic Information System, MS-GIS) 。

1设计思路和方法

根据模块应尽量采用功能内聚和减少耦合的原则, 考虑到开采的先后顺序, 即:开采前对将出现的沉陷进行预测, 采动过程中对开采方案优化、选择和调整, 对开采后造成的环境破坏作正确的影响评价。该系统总体结构如图1所示。主控模块利用Visual C++6.0设计成单文档应用程序, 以主菜单形式通过消息传递来控制和调用系统各个模块。

1.1数据输入管理

此模块下分为数据输入、数据查询、数据修改3个子模块。对矿山开采沉陷功能的实现, 要用到矿山测量数据 (包括钻孔资料和地表移动变形观测数据) 、煤层开采方法、地质采矿条件、覆岩岩性和地质构造、矿山日常生产用图、地表建筑物现状和土地利用现状以及当地的风俗民情等各种数据。数据的采集和输入如图2所示。

1.2空间查询分析

空间查询分析用来对矿区地理空间进行叠置分析。即:将同一地区、同一比例尺的2组或者更多的多边形要素的数据文件进行叠置, 或根据2组多边形边界的交点建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性统计分析。如井上下对照图即可以采用叠置方法。

1.3矿图设计绘制

主要实现各种矿图的编辑、修改和打印[3]。在绘出等值线和三维图后, 可以对其作进一步处理。在等值线图上, 可以计算出塌陷区的面积, 在三维图上可以计算出塌陷区的体积。

1.4移动变形预计

将已知的地质采矿条件和矿区的实际地质采矿条件作为输入层, 采用概率积分法预计。开采沉陷预计参数有:地表下沉系数、主要影响角正切、地表水平移动系数、拐点偏移距与采沉的比值。这些预计参数的准确性将决定地表移动变形的预计精度。

(1) 移动变形预计模块划分。

将其分为:预计模型建立、预计参数计算、预计结果输出3个子模块。

(2) 预计参数的确定方法。

可以根据开采沉陷预计参数经验值, 结合实际情况进行修正计算。具体地表预计参数有[4]:地表下沉系数q、主要影响角正切tan β、地表水平移动系数b、拐点偏移距与采沉的比值S0/H。

(3) 预计结果的输出。

在此模块中, 输入所需的地质采矿条件, 包括地表下沉系数、主要影响角正切、地表水平移动系数、拐点偏移距与采沉的比值、工作面的大小、采深、采厚以及预计点的坐标和方向, 就可以预计出包括任意点沿任意方向的下沉值、水平移动值, 曲率值和倾斜值的剖面线图及等值线图, 并能够进行三维的静态和动态演示。

1.5采煤方案设计

根据矿区地质条件调查和对以往的资料或相似矿区的资料进行专家分析论证, 得出各种预计参数库, 选用合适的预计方法进行开采沉陷预计, 进行可行性论证后提出采煤方案。

1.6移动变形监测

移动变形监测模块分为观测站设计、观测数据处理、变形规律分析3个子模块。利用该模块可及时了解工作面在推进过程中地面主要建筑物、构筑物和井筒的移动变形, 准确掌握地下开采对地面建筑物和主要设施的影响, 总结地质条件下地表的移动和变形规律。

1.7环境影响评价

主要用来对开采沉陷将产生的环境影响作科学的分析、预测、比较和评价, 并对不同的开采方案进行优化, 以最大限度地减少经济损失, 为实施综合治理提供依据。环境影响评价模块应分为:建筑物影响评价、水体影响评价、铁路影响评价、环境影响评价模块、沉陷区综合治理。

2关键技术

2.1图形文件转换技术

AutoCAD本身是一种完整的图形编辑系统, 它具有紧凑的图形数据库, 当前存储着有关 (.DWG) 文件格式的图形。但是, 在编程时不能直接利用其图形信息, 因为它们不是紧凑的二进制数表示形式。AutoCAD规定了一种与当前图完全等价的通用ASCII码格式的文件, 称为图形交换文件 (Drawing exchange File, DXF) , 以实现AutoCAD与其他应用软件之间的图形数据交换[5]。

2.2三维模型构造及平面和剖面图形的自动绘制

三维显示通常采用截面图、等距平面、多层平面和立体块状图等多种表现形式, 大多数三维显示技术局限于CRT屏幕和绘图纸的二维表现形式, 人们可以观察到地理现象的三维形状, 但不能将它们作为离散的实体进行分析, 如立体不能被测量、拉伸、改变形状或组合。借助三维显示技术, 通过离散的高程点形成等高线图、截面图、多层平面图和透视图, 可以用各种计算机程序迅速高效地完成这些最初人工完成的工作。

2.2.1三维模型的构造

原始的钻孔数据和对于预计过程中在走向和倾向上所计算出任意方向上的一系列数据都是离散的, 这些数据需要经过预处理才能绘制出理想的曲面和三维图形。原始的钻孔数据是不规则散列数据, 应采用三角网法绘制曲面[6], 方法是对三维散列数据的定义域按最优准则作三角剖分, 然后在每个三角形上作双三次分片插值, 最后将所有的三角分片曲面拼接成一张连续曲面。

三角剖分的最优化方法是进行区域剖分, 区域剖分应避免出现狭长的三角形。寻找最佳的三角形方法是先给出任一初始剖分, 再作一次或数次优化处理。

三角曲面片的光滑插值:已给一组三维数据 (Xi, Yi, Zi) , i=1, 2, , N, 构造一个曲面Z=S (X, Y) 来进行插值, 即满足S (Xi, Yi) =Zi, i=1, 2, , N, 对数据点 (Xi, Yi) 要求互相不重合且不共线。插值曲面undefined, 其中φi (X, Y) 为双三次多项式函数, 满足φi (Vi) =δij (i, j=1, 2, , 10) 。用重心坐标表示的双三次Lagrange插值函数为:

undefined

由于预计过程中计算出的数据能形成规则的矩形格网, 可采用双三次B样条法绘制曲面。

双三次B样条用矩阵表示为:Q (u, w) =UMSPMTSWT, 其中, u, w为参数。

undefined

Pij (i=0, 1, , m;j=1, 2, , n) 是特征多面体的各顶点的位置向量。

2.2.2平面和剖面图形的自动绘制

三维模型构造完成后, 可以用曲面求交的方法[7]来实现, 具体方法是:在范围内给出任意一个大小的水平面, 它与三维曲面的交线就是平面图;在一个范围内作任意一个垂面与三维曲面相交, 就可以求剖面图。求得平面和剖面图形后, 调用相关的属性及图例库, 对相应的图形进行填充, 并标出相关地物图例。

2.3数据结构设计

运用最普遍的三维数据结构是具有拓扑关系的三维边界表示法和八叉树表示法。由于八叉树和四叉树的结构非常相似, 所以八叉树的存储方式可以完全采用四叉树的有关方法。

八叉树编码方法是将三维空间区域分成卦限 (octants) , 且在树上每个节点处存储8个数据元素。如图3和图4所示, 三维空间区域分成若干卦限且相应八叉树节点有8个数据元素。三维空间每个元素称为体元。当卦限中所有体元的类型相同时, 这类型值存入相应的节点数据元素中, 空间的空区域表示为体元类型“void”。将非均的卦限再进一步细分, 节点相应的元素指向树中下一个节点。生成八叉树的程序同四叉树, 测试每个卦限的体元后决定是否连续细分, 直到区域只含均匀的卦限。这时树上每个节点有0～8个直接后代。八叉树算法是用来建立多边形网格、曲面和实体的, 当这些多边形网格、曲面和实体用八叉树建立后, 就可以用Visual C++6.0 编写的应用程序对其进行操作。

2.4数据库设计

Visual C++6.0中ODBC (开放数据库连通性) 允许用户的应用程序与许多不同类型的数据库相连接。它有一个标准的API (应用程序可编程接口) 来使用各种数据库[8], 例如:Oracle、SQL Server、Microsoft Access、Microsoft FoxPro、dBase、Paradox、Text Files等。ODBC标准中的API和SQL语法提供了一种与DBMS通信的方法, 使用时用户不用考虑与ODBC连接的DBMS在后台是怎样完成工作的, 只需要ODBC的标准接口提供函数层, 允许用这些与ODBC的组件即可。ODBC应用程序的实现可以按下面的步骤进行:配置ODBC环境;分配一个连接句柄;连接数据源;查询数据和数据源 (执行SQL) ;取回查询结果;断开与数据源的连接;释放ODBC环境。

3结语

开采沉陷预计是在煤炭开采过程中控制岩层移动和保护地面建筑物和矿区环境的关键, 因此, 地表移动变形预计部分是矿区开采沉陷地理信息系统设计中最重要的子模块, 其中用到的关键技术就是图形文件的转换技术、数据结构和数据库的设计、三维模型的构造及平面和剖面图形的自动绘制。另外, 预计参数的确定也是很重要的。

参考文献

[1]靳建明, 吴侃, 王卷乐, 等.GIS在开采沉陷中的应用探讨[J].地矿测绘, 2000 (4) :3-5.

[2]梁明, 王立丰.矿山开采沉陷区地理信息系统探讨[J].陕西煤炭技术, 1995 (1) :32-36.

[3]蔡少华, 朱涛.基于GIS的沉陷数图处理与管理系统研究[J].煤炭工程师, 1997 (4) :20-21.

[4]邹友峰.开采沉陷预计参数的确定方法[J].焦作工学院学报, 2001, 20 (4) :253-257.

[5]李卫民.AutoCAD应用开发实用教程[M].北京:机械工业出版社, 1999.

[6]孙家广, 杨长贵.计算机图形学[M].北京:清华大学出版社, 1994.

[7]芮小平, 余志伟, 许友志.关于建立煤矿三维GIS的构想[J].矿山测量, 2000, 3 (3) :89-92.

矿区开采 第2篇

矿区开采沉陷GPS快速观测数据预处理方法

随着精密GPS快速定位技术被广泛应用于矿区开采沉陷的日常观测,数据处理变得越来越重要,其质量好坏将直接影响到GPS快速定位精度,而粗差和周跳的探测与修复又是其中最重要组成部分.鉴于拟准检定法可以同时发现、定位测量数据中的多个粗差并估算其大小和精度,且予以修正,所以用粗差的拟准检定法来对GPS快速定位数据进行处理.首先概述了用拟准检定法处理GPS快速定位的数学模型,然后给出了简单的实施步骤.为了便于比较,还简单介绍了常用的`抗差估计及统计检验的数学模型,最后通过1个算例验证了本方法的可行性和有效性,并和另2种方法作了比较.

作 者：韩保民 欧吉坤 柴艳菊 卢秀山  作者单位：韩保民,欧吉坤,柴艳菊(中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学开放研究实验室,武汉,430077)

卢秀山(山东科技大学地球信息科学与工程学院,泰安,271019)

刊 名：中国有色金属学报  ISTIC EI PKU英文刊名：THE CHINESE JOURNAL OF NONFERROUS METALS 年，卷(期)： 12(5) 分类号：P228.41 关键词：GPS快速定位   粗差和周跳   数据处理   拟准检定法  

矿区开采 第3篇

【关键词】深部煤矿资源开采；传统地质勘探方法；综合地质勘探法

随着社会经济的发展，人们对矿产资源的需求量也越来越大，煤矿资源的地质勘探方法逐渐受到人们的重视。深部煤矿资源的开采对地质勘探方法提出了新的要求，传统的地质勘探方法已经不能适应深部煤矿资源开采的需要。因此，必须积极引进与推广综合地质勘探的方式，提高地质勘探工作的效率和水平。

1.传统的地质勘探方法概述

现阶段，深层煤矿资源在开采的过程中频频发生安全事故，如瓦斯爆炸、矿井突水、断层、陷落柱和采空区塌陷等，这些安全事故的发生极大地影响了矿区的安全生产，对周边群众的生命财产安全也造成了很大的威胁。采取科学、规范、合理的煤矿地质勘探方法可以有效地避免在煤矿开采的过程中发生安全事故，确保煤矿开采企业的安全生产。煤矿地质勘探可以通过分析工程方案的可行性，选择合适的工程施工方案，防止在矿产资源开采过程中出现安全事故。

传统的地质勘探方法主要是运用地球物理方法进行地质勘探，主要包括以下几种方法：第一，直流电探测法。直流电探测建立在介质导电性差异的基础上，主要运用岩石和矿石视电阻率的方法进行地质勘探；第二，瞬变电磁法。这种方法又被称为TEM法，是在近几十年发展起来的一种新的勘探方法，在目前的地质勘探过程中得到了广泛的应用。这种方法主要通过时间域人工电磁感应技术来达到勘探的目的；第三，地质雷达法。随着科技水平的逐步提高，地质雷达技术也得到了快速的发展，朝着便携化和高精度化的方向发展，在工程、煤矿地质和环境探测中得到了广泛的应用。这种勘探方式主要通过发生短脉冲高频电磁波，对接收反射波的位置和走时等具体参数进行分析，达到地质勘探的目的。除了上述三种方法之外，传统的地质勘探方法还有高密度电率法、重磁勘探法、三维地震勘探法和大地磁电阻率法等。

上述传统的地质勘探方法都有一定的优势，但如果单一使用，就会凸显出自身的局限性，只能大致探明地质结构中的突水因素，不能有效掌握整个矿区的地质结构。

2.综合地质勘探方法在深部矿产资源开采中的应用

综合地质勘探可以充分利用地面测绘、通感、必要钻探和多种物探相结合的方法进行地质勘探，具有点、线、面相结合的优势，可以达到立体化、多参数、多层次的勘探效果，是一种较为科学的地质勘探方法。综合地质勘探方法的勘探原则是先地面后井下，在地面勘探阶段主要利用先钻探后物探的方法，在井下勘探阶段主要运用钻探、物探相结合的方法。

2.1采区地面地震勘探

在开采煤矿资源之前，首先需要利用地面地震勘探的方法，对采区的断层发育规律和地质构造形态进行勘探，掌握底板的起伏情况和煤层的具体赋存状况，客观评价矿区含水层的富水性，预防水害的发生，利用准确、可靠、真实的地质材料，为采区设计提供数据支持。另外，在地震勘探阶段要进一步地了解采区的小构造，比如采空区的分布、陷落柱和断层等，将采区衔接，并提前设计实施。目前，在我国的地质勘探技术中，比较成熟的有三种，即矿井直流电法、瞬变电磁法和三维地震勘探法，此外还有钻探等探测技术。与矿井勘探相比，地面物探具有探测效率高、施工简单等优点，但也存在不容忽视的缺点，即受地表条件的影响较大。因此，在地面条件适宜的条件下，三维地震勘探技术是地质勘探的首选。

2.2微动测探勘查

微动测探勘查是一种地球物理勘探新技术，可以勘查地质构造。通常情况下，微动测探勘查可以通过天然场微动信号并结合数据分析与处理手段，获得面波信号，从而勘查出地下S波速度结构。这种勘探技术的最大特点就是空间域和定期都不规则，通过波动理论可以知道面波与体波都在微动范围内。一般来说，微动测探勘查的震源都是在地表面或海底面，所以分析面波成分非常重要，微动测探勘查可以利用这一优势面波反演地下物质结构。

2.3井下钻探与综合物探法

为了做好矿井防治水工作，可以采用井下钻探作为地质勘探的手段。井下钻探有很多优点，如工程量小、投资少、水压水量直观、工期短、针对性强等。此外，井下钻探不受地表条件限制，是一种比较经济实用的地质勘探方法。在防水试验阶段，可以利用井下钻探的方式对含水层的富水性进行分析与控制，也可以利用物探等手段勘探富水区的工作面。具体操作过程如下：首先利用物探手段探明矿区的导水构造、局部富水带和隔水层变薄带，之后再用钻探手段验证。这一操作过程的重点在于布置注浆改造和疏水降压等工程。可以用以下几种方法完成勘探过程：一是利用井下直流电法透视采煤工作面，勘查内部的导水构造和底板集中富水带；二是利用TEM进行探测。TEM也被称作瞬变电磁法，利用TEM法可以探测出高程不同的富水区，通过提供真实可信的资料，提高防治水措施的针对性；三是利用弹性波CT进行勘探，弹性波CT也称为地震层析成相技术，可以勘查矿区的地质构造，分析地质构造的发育状况；四是利用瑞利波技术，这种技术可以及时了解掘进巷道前方的异常体情况，适用于探测矿区的前方构造。

3.结语

通过以上分析可以认识到，煤矿矿区容易受到底板岩溶水害威胁，应当重视对煤矿矿区的地质勘探。在矿区地质勘探的过程中，可以做不同规模的防水试验，再利用钻探和物探等手段，勘查出矿区的水文地质情况。在地质勘探的过程中应加大对地质异常区的勘查力度，综合利用多种勘探手段做好地质勘探工作，使各种勘探方法在地质勘探的过程中相互验证、相互补充，发挥多种地质勘探方法的综合效应。 [科]

【参考文献】

[1]胡俊峰.煤矿深部开采综合地质勘探方法研究[J].科技致富向导，2012（19）.

[2]马新明.浅议煤矿综合地质勘探与煤炭资源的开发[J].中国电子商务，2012（17）.

煤矿开采对矿区生态环境的影响 第4篇

煤矿开采对矿区生态环境的主要破坏包括造成地面塌陷、诱发地质灾害、破坏矿区水资源、排放有害气体、产生噪声污染等。据不完全统计, 煤矸石全国累计堆存超过30亿t, 由矿井开采造成的地面塌陷面积已超过70万hm2, 我国每年超过200亿m3瓦斯排入大气, 煤矿外排矿井水超过22亿m3, 煤矿开采已对矿区生态环境造成了一定影响。

1 煤矿开采对土地的破坏

1.1 井工开采塌陷土地

我国煤炭生产约94%为井工开采, 当前煤炭开采产生的地表沉陷问题越来越严重。据调查, 目前我国每采出1万t煤炭的地表沉陷就多达2 666.67 m2, 按照我国煤炭年产量30亿t计算, 每年就有800 km2土地遭到破坏[1]。地表沉陷带来的破坏已经涉及到了工业、农业、交通运输、环境保护、生态平衡等各方面, 是亟待解决的社会问题和环境问题。

采煤引起的地表塌陷, 按其形态和破坏程度可分为2种类型:

(1) 开采浅部急倾斜煤层或厚煤层形成的漏斗状塌陷坑和台阶状断裂。这类塌陷坑多突然发生, 其上方的植物和建筑物均遭破坏, 造成猝不及防的损害。但这类塌陷只在局部发生, 虽危害严重, 可范围小, 而且不经常发生。

(2) 开采深部煤层所发生的大范围平缓下沉盆地。这类塌陷形成过程比较缓慢, 地表塌陷最大深度一般为煤层开采总厚度的70%, 而个别矿区由于开采引起地下松散含水层的水疏降或疏干, 地表下沉系数甚至大于1, 塌陷面积是煤层开采面积的1.2倍左右。下沉盆地中央塌陷深度超过潜水位时, 地下潜水会涌出造成积水, 常年积水区使原有农田不能耕种, 季节性积水区则会减少种植茬数或造成严重减产。靠近煤层开采边界的塌陷盆地边缘部分一般不积水, 只是使平坦的耕地产生1°～3°的附加坡度而形成斜坡耕地, 不利于农作物生长。当开采煤层很厚时, 塌陷形成的盆地边缘坡度可达5°, 使原来的平地变为一种特殊的丘陵地貌[2]。

以河北省开滦矿区为例:开滦矿区坐落在河北省唐山市, 除赵各庄区域的部分煤矿位于北部山丘外, 其余绝大部分位于平原地区, 地面多为耕地良田和城镇建筑。同时, 由于该矿区为多煤层开采, 累计采厚大, 一般在14～15 m, 地下煤层全部采出后, 地表最大下沉多达十几米, 因而, 该区开采塌陷后对地面生态环境影响严重。目前, 地面已经形成总面积约2.5万hm2的塌陷区。塌陷造成矿区水土流失、局部区域常年积水、地表凹凸不平, 对矿区居民的生活有一定影响, 因采煤塌陷搬迁村庄达94个。

1.2 煤矿生产固体废物压占土地

煤矿生产固体废物压占土地, 主要为井工开采排放的矸石所占用的土地。随着煤矿地下开采范围的扩大, 排到地面堆积起来的矸石越来越多而形成矸石山[3]。据统计, 我国现有矸石山1 500余座, 堆积量约30亿t, 占地约5 800 hm2。

煤矸石的主要来源有:矿井井筒和巷道掘进过程中排出的矸石;采煤和煤巷掘进过程中煤层中夹有的矸石或剥下部分煤层顶底板后运到地面上的煤炭中挑选出来的煤矸石。长期以来, 矸石山不但占用了大量的土地, 而且对周围环境如空气、水体和生物等存在不利影响。

同样以开滦矿区为例, 截至2011年底, 开滦矿区共产生煤矸石5 000余万t, 地面形成约16座大小矸石山。矸石山的存在不仅占用了大量的土地, 而且部分矸石山还存在自燃现象, 自燃产生的有害气体如SO2等也对矿区的大气环境造成破坏。

1.3 开采引起的地表塌陷对生物的影响

(1) 对植物的影响。

矿区地下开采引起土地大面积塌陷, 影响植物生长发育, 甚至造成绿色植物大幅度减少。地下开采引起的土地塌陷使我国人多地少、耕地资源不足的问题变得越来越严重, 对社会和经济的发展产生了一定的影响。

(2) 对野生动物的影响。

野生动物的生长繁殖要有适宜的环境条件, 地表塌陷使矿区自然景观发生剧变, 影响绿色植物的生长发育, 改变了动物的栖息环境。因而, 使一些野生动物由于不适应环境的变化或由于缺少食物而死亡或迁移。一般说来, 土地塌陷会导致矿区原有野生动物种类和数量下降。

2 煤矿开采对水资源的影响

我国多数煤矿地处干旱少雨的北方地区, 地表水系水源不足, 工业和生活用水主要依靠地下水资源, 特别是北方干旱地区, 地下水是理想的供水水源。地下水资源是指有利用价值且自身有不断更替能力的各种地下水量。地下水与其他许多矿产资源一样, 是极其宝贵的财富, 是人类的一种资源。合理开发地下水资源不会导致地下水资源枯竭, 它可以通过大气降水入渗、地表水体入渗等各种途径得到补给。但如果进行违背客观规律的开发或疏降, 不仅地下水量得不到恢复, 而且水质也会遭到破坏。一旦地下水被污染, 即使消除了污染源也难以在短期内恢复。

煤矿矿井水是指在煤炭开采过程中, 从各种途径流入矿井并经矿井排水系统外排的水。目前, 我国煤矿矿井水的年排放量约为22亿m3, 而矿井水的资源化利用率仅在20%, 大量未经处理的矿井水直接排放, 不仅污染了环境, 而且浪费了宝贵的矿井水资源。

煤矿开采对水资源的影响主要有:井、泉干涸, 地表下沉, 岩溶塌陷, 土地沙漠化及水体污染。据调查, 我国矿井水中普遍含有以煤粉和岩粉为主的悬浮物, 这些悬浮物是由矿井开采过程中需要喷雾洒水防尘造成的。同时, 矸石山排出的酸性淋溶水也对矿区水资源造成了一定的影响。

3 煤矿开采对大气的污染

煤矿开采对大气的污染主要有煤炭自燃 (包括井下煤炭自燃和矸石山煤炭自燃) 和煤层瓦斯的污染。

目前中国是世界上煤炭自燃灾害最严重的国家, 煤炭自燃面积已达720 km2, 正在燃烧的煤田和矿区有62处, 形成中国北方煤火燃烧带。据不完全统计, 全国有150多座较大矸石山还在自燃, 燃烧的矸石山放出大量烟尘和SO2、H2S、CO等有毒有害气体。一座矸石山的燃烧面积可达数千平方米, 甚至更多, 其排污量是十分巨大的。煤层自燃破坏了煤炭资源, 且大量有毒有害气体的排放严重污染了矿区大气环境, 影响周围居民正常生息及植被生长。其中自燃矸石山是矿区大气主要污染源之一。

煤矿开采过程中产生大量的瓦斯, 瓦斯易燃易爆, 会给矿井安全造成一定的影响, 而且大量的瓦斯排放到空气中, 会加剧“温室效应”。据统计, 煤层气的温室效应是CO2的22倍, 对臭氧层的破坏是CO的7倍。

4 煤矿开采中产生的噪声对环境的影响

煤矿开采过程中会产生噪声, 这种噪声不仅声级高而且声源分布广, 声源分布于井下的采煤、掘进、运输、提升、通风、排水、压气等各个环节。而且随着煤炭工业现代化的迅速发展, 机械化程度不断提高, 噪声级别也愈来愈高。采矿工业中噪声污染甚为严重, 矿山设备的噪声级都在95～ 110 dB (A) 之间, 有的超过115 dB (A) , 均超过国家颁发的《工业企业噪声卫生标准》。常见井下几种主要设备产生的噪声见表1[4]。

由于煤矿生产活动多数发生在井下, 作业空间小, 设备相对集中, 功率较大, 因此在煤炭生产各个环节均有高噪声源存在。煤矿噪声源有以下特点:

(1) 煤矿强噪声源设备多为以空气动力性噪声为主的机械设备, 例如空气压缩机、通风机、风铲、气动凿岩机等。

(2) 煤矿噪声还来自有冲击振动或工作对象与钢材有严重摩擦的机械设备, 例如振动筛、刮板输送机、电刨、电锯、采煤机、耙斗装岩机、液压凿岩机等。

噪声不仅妨碍听觉, 导致职业性耳聋, 掩蔽声音信号和事故前征兆, 导致伤亡事故的发生, 而且还引起神经系统、心血管系统、消化系统等多种疾病。各种不同频率不同强度的噪声, 既污染了煤矿的生产环境, 又影响矿工的身心健康, 降低劳动生产率, 给煤炭生产造成不良后果。因此, 噪声治理非常必要[5,6]。

5 结语

煤矿开采过程中产生的生态环境问题, 给矿区人民的生活带来许多不便, 同时制约着国民经济的发展, 因此保护矿区的生态环境刻不容缓。针对这些问题, 为实现矿区的可持续发展, 需要从多方面入手, 来切实保护好矿区的生态环境。应该吸收和借鉴国内外先进经验, 转化思路, 变废为宝 (如将塌陷坑变为人工湖、抽放的瓦斯加以利用等) , 积极开展矿区的生态恢复治理工作, 使合理的资源开发和环境保护结合起来, 才能从根本上解决煤矿开采对矿区的环境污染问题。

参考文献

[1]陈引亮.矿区工业生态经济[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.

[2]李金柱.煤炭工业可持续发展的开发与利用技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1998.

[3]曾键年.矿山安全与矿山环境保护[M].北京:地质出版社, 1998.

[4]张国良.矿区环境与土地复垦[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1997.

[5]李训安, 张国林.煤矿生态环境影响因素及对策[J].煤炭技术, 2006 (9) :2-3.

矿区开采 第5篇

1顶底板类型

登封矿区一7煤层厚度变化比较大, 基本上东薄西厚, 尤其是东部矿区煤层厚0.11～0.81 m, 平均厚0.55 m, 为不可采煤层, 煤层结构比较简单, 局部夹矸, 煤层产状走向近东西倾向北, 倾角25°～35°, 平均30°, f=2.0～2.5。一7煤顶板为L7灰岩、泥岩、L8灰岩、粉砂岩互层等, L7灰岩平均厚7.5 m, f=8～10, 为坚硬顶板;一7煤底板为灰色细砂岩, 层状结构, f=4～6;下部为厚5.7～6.0 m的泥岩, 比较致密坚硬, 层理发育。

2支护密度及支护强度确定

2.1工作面顶板支护强度计算

根据国内有关实测资料的研究, 认为工作面顶板支护强度为采高的6～8倍顶板岩石重力, 即:P1= (6～8) Mγ。其中, M为采高, 0.6 m;γ为顶板岩石重度, 2.45104 kN/m3。

计算得P1=1.18 MPa。

2.2支柱承载能力确定

用支柱的额定工作阻力代替支柱的实际承载能力。如DZ0.8-30/100单体液压支柱, 其承载能力为294 kN/根。

2.3支护密度计算

支护密度就是工作面单位面积的支柱根数, 单位为根/m2, 支护密度n可根据n=γh/P0进行计算。其中, γ为岩石密度, 取2.5103 kg/m3;h为灰岩厚度, L7灰岩厚度取7.5 m;P0为支柱初撑力, 取90 kN/根。计算得n=2.04根/m2。

2.4采面柱排距确定

初次放顶期间采用五排支柱管理, 最大控顶距5 m, 最小空顶距4 m, 放顶步距1 m, “四、五排管理”;由煤墙向采空区数第一、二排为单柱, 三、四、五排均为对柱, 排距为1.0 m, 柱距为0.9 m (图1) 。

正常生产期间最大控顶距4 m, 最小控顶距3 m, 放顶步距1 m, “三、四排管理”;排距1.0 m, 柱距为0.9 m, 采用四排支柱, 由煤墙向采空区数第一、二排为单柱, 三、四排为对柱 (图2) 。

工作面切眼回收后, 沿工作面倾斜方向的切顶线支柱每5 m打1组丛柱, 即在对柱上方、下方各加打1根支柱, 在对柱前方加打2根支柱, 又称为“四抱二”, 即改组丛柱为6根支柱, 以强化工作面支护强度。

3支柱选型

工作面选用DZ0.6-30/100和DZ0.8-30/100两种类型的单体液压支柱, 工作面采高控制在0.6～0.8 m。

4基本顶初次来压步距计算

基本顶初次来压步距Lk的计算:

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式中, h为基本顶厚度, 根据综合柱状图, 取h=7.5 m;Rt为基本承载能力, 中国矿业大学实验报告提供为4.28 MPa;q为单位长度基本顶载荷, q=hγ (其中, γ为岩石密度, 取2.5103 kg/m3) , 计算得q=187.5 kPa。

经计算得:Lk=51.2 m。

5结语

通过在该矿1703、1707、1708工作面回采验证, 支护设计安全有效, 保证了一7煤层工作面的安全开采, 收到了良好效果, 为登封矿区的一7煤层安全开采提供了可靠的依据。

摘要：一7煤层工作面是金岭煤业有限公司保护层开采的极薄煤层工作面, 为确保保护层开采效果, 需进行无煤柱开采。对工作面支护进行了设计, 确定了支护密度、支护强度及采面柱排距, 确定了所用支柱类型。经过在该矿1703、1707、1708工作面的回采验证, 该支护设计安全有效。

淮南潘谢矿区水体下安全开采分析 第6篇

淮南矿业集团自20世纪60年代至今, 积累了淮河河床下、淮河大堤下采煤的成功经验。截止2012年, 在淮河下、六坊堤下累计采煤达8000万吨, 既回收了煤炭资源, 又确保了河流的安全。本次水体下开采分析基于淮南矿业集团在淮河及其堤下采煤的理论研究和积累经验的基础上进行。

1 矿区水文地质条件

淮南潘谢矿区水文地质条件复杂, 矿井存在的水害主要有:新生界松散砂层含水层水害;煤层顶板砂岩裂隙含水层水害;煤系底板太原群薄层灰岩、奥陶系厚层灰岩岩溶含水层水害;老空水水害。

新生界含水 (层) 组水文地质特征:本区新地层根据已有资料可分为上、中、下三个含水 (层) 组, 下含与中、上含之间有稳定的粘土隔水层。各含、隔水组赋存及含水性自上而下分述如下:

1) 上部含水 (层) 组。其厚度由东向西从67.8m增厚至133.6m, 岩性以中粗砂岩为主, 可分为上、下两个砂层含水段, 是目前矿区供水水源。

2) 上部隔水层组。其厚度为0.77~31.40m, 为粘土或弱固结状钙质粘土层。

3) 中部含水层组。其厚度由东向西从24m增至197m, 岩性主要为中、细砂岩层, 大多呈半固结状。

4) 中部隔水层组。其厚度为14.81~78.73m, 平均厚度43.40m。岩性以含蒙脱石成分为主的半固结粘土, 系隔水性好、膨胀性强的粘土层, 并可视为区域内下含的顶部隔水层。

5) 下部含水层组。其厚为0~79.45m, 平均厚度为46.67m。下部含水层组按岩性组合及含水性自下而上又可分为下含1、下含2、下含3三个含水段, 其间相应赋存着下隔1、下隔2、下隔3三个隔水层。

2 西淝河、泥河、济河、港河简介及资源压覆情况

1) 西淝河

西淝河是淮河北岸支流, 全长178km, 流域面积4113km2, 压覆张集矿资源23475.99万吨。

2) 泥河

泥河是淮河左岸支流, 流经凤台县和潘集区, 压覆潘一矿资源15814.09万吨, 压覆潘三矿资源19493.8万吨。

3) 济河

济河是西淝河右岸支流, 全长63km, 流域面积707km2, 压覆谢桥矿资源16884.1万吨。

4) 港河

港河为西淝河左岸支流, 全长32km, 总流域面积101km2, 压覆顾北矿资源23475.9万吨。

3 水体下安全开采分析

3.1 井下开采引起的覆岩破坏和地表沉陷规律

3.1.1 井下开采引起的覆岩破坏一般规律[2]

当地下煤层被采出后, 采空区直接顶板岩层在自重力及其上覆岩层的作用下, 产生向下的移动和弯曲。当其内部拉应力超过岩层的抗拉强度极限时, 直接顶板首先断裂、破碎、相继冒落, 而基本顶岩层则以梁或悬臂梁弯曲的形式沿层理面法线方向移动、弯曲, 进而产生断裂、离层。随着工作面的向前推进, 受采动影响的岩层范围不断扩大。当开采范围足够大时, 岩层移动发展到地表, 在地表形成一个比采空区大得多的下沉盆地。

上覆岩层的移动形式包括弯曲、岩层的垮落、煤的挤出、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑和底板岩层的隆起等六种。

3.1.2 井下开采引起的地表沉陷规律

地表沉陷是指采空区面积扩大到一定范围后, 岩层移动发展到地表, 使地表产生移动和变形, 在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。地表移动和破坏的形式有地表移动盆地、裂隙及台阶、塌陷坑等。

1) 地表移动盆地

在开采影响波及到地表以后, 受采动影响的地表从原有标高向下沉降, 从而在采空区上方地表形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域, 称为地表移动盆地。一般开采工作面近似于矩形, 下沉盆地下沉等值线呈近似椭圆形分布, 在椭圆形中心处下沉值最大, 在同一方向上离中心愈远下沉值越小。

2) 裂隙及台阶

在地表移动盆地的外边缘区, 地表可能产生裂缝。裂隙的深度和宽度, 与有无第四纪松散层及其厚度、性质和变形值大小密切相关。

3) 塌陷坑

塌陷坑多出现在急倾斜煤层开采条件下。但在浅部缓倾斜开采, 地表有非连续性破坏时, 也可能出现漏斗状塌陷坑。

淮南潘谢矿区由于开采深度较大, 第四系表土层很厚, 由大量的实测资料证明, 开采后仅出现地表下沉盆地和深度很小的地表裂缝。

3.2 水体下安全开采的关键技术问题

水体下采煤的技术关键是:一是开采引起的导水裂缝是否波及河床底部, 造成矿井透水和淹井, 即水患问题;二是堤坝是否会突然沉陷引起垮堤溃水, 即突然下沉问题;三是开采引起的堤坝裂缝是否会横切大堤或堤体内部是否有许多裂缝成为漏水通道, 即裂缝问题。下面对上述三个问题逐一进行研究分析。

3.2.1 水患问题

地下开采引起的岩层与地表移动, 能使开采煤层围岩中的新生界下含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水和泥砂溃入井下, 在水体下采煤时必须采取适当措施, 保证开采过程中不发生灾害性透水事故。进行水体下采煤, 只要开采引起的覆岩中的导水裂缝带不波及水体底部, 水体下采煤就是可行的。

3.2.2 突然下沉问题

模拟研究表明, 在没有断层影响的地区, 堤坝、表土和上部基岩的移动和变形是连续的, 之间不出现大的离层空间, 堤坝不会出现突然塌陷。在有断层影响的情况下, 断层面受开采影响被拉开, 两侧发生相对错动, 但这种错动在近地表处由于表土的约束、缓冲作用而越来越小。模拟结果显示, 在基岩面处, 断层两侧下沉仅有20mm, 水平移动不超过80mm, 这些位移差将被表土及大堤吸收, 不形成大的空洞而导致大堤的突然塌陷。

3.2.3 裂缝问题

当煤层被开采后, 工作面上方地表逐渐形成下沉盆地, 在盆地的边缘区, 地表受拉伸变形, 当拉伸变形值大于产生裂缝的临界变形值后, 地表即出现裂缝, 并逐渐形成由多条裂缝组成的裂缝带。裂缝始终从地表开始, 不会从土体内部某一深度产生, 土体内部一般只会产生层面之间的离层现象, 因此, 裂缝的切割深度线与地表面起伏一致。即无论地表面如何起伏, 其裂缝深度基本一致。由于裂缝产生的时间、位置是可预计的, 裂缝发育的范围、深度是有限, 且地表 (堤体) 内部不会产生竖向裂缝, 因此, 裂缝问题可以通过采取一定的措施来解决。

3.2.4 水体下采煤的可行性

潘谢矿区水体下采煤, 水患问题的解决措施, 根据本区域水文地质条件, 在新生界下部有稳定的隔水层, 上隔及中隔总厚度达50~108m, 能够有效阻止新生界以上的地表水及含水层水导入下方, 而新生界下部含水层的水与井下的联系通过留设防水煤岩柱阻断解决, 且防水煤岩柱的高度应大于井下开采工作面裂隙带的高度[3];堤体随地表同步缓慢、平稳下沉, 不会突然塌陷;堤体 (地表) 的裂缝发育规律已基本掌握, 完全可以通过采取维护加固的措施来解决。因此, 解决了水体下采煤的关键技术问题, 水体下采煤是安全可行的。

4 受采动影响堤坝维护加固方法及措施

4.1 开采对堤体的损害

水体下采煤后, 使堤坝沉陷。堤坝及堤坡脚的不断沉陷, 使内外坡水位差加大, 从而影响堤坝堤身的稳定性, 沉陷过程在时空上都是一个非均匀的过程。

4.2 受采动影响堤坝的维护加固方案

1) 将原均质粘土堤改变为矸石支撑体, 粘土为防渗体的组合堤。组合堤堤型与断面组合堤由粘土、亚砂土和矸石组成, 其中粘土斜墙作为防渗体, 矸石堤作为支撑体, 中间以亚砂土充填, 并在矸石堤和亚砂土堤体界面上铺设倒滤层。

2) 迎水面的防浪防渗。采取粘土斜墙和土工膜双重技术措施。

3) 采动裂缝区的锥探灌浆。对于受采动影响的堤段, 特别是采动拉伸区, 用锥探机打孔灌浆。灌浆材料采用粘性不太高的粘土, 锥探机打孔的孔距和孔深根据堤体受采动损害情况而定。由于开采是连续进行的, 所以在每年汛期前, 对受采动拉伸区的堤体都要灌浆一次, 以提高堤体的抗渗能力和稳定性。

4.3 水体堤坝下采煤监测体系

根据从高级到低级逐级控制的原则, 堤坝表面移动变形观测系统由监控网和堤坝移动变形观测站组成。

堤体内部移动变形观测采用钻孔测斜仪和钻孔伸长组成的三维测量系统。

4.4 堤坝加固效果分析

根据监测资料分析, 在采用上述堤坝加固方法时, 堤坝的加固效果是好的, 对受采动影响的堤体浅部都要用锥探机进行灌浆, 不仅可以充填由于开采引起的裂缝和疏松, 而且可以促使浅部新充填土及早密实, 提高堤体的抗渗能力和稳定性。

5 结束语

潘谢矿区西淝河、泥河、济河、港河等水体下安全开采的主要任务是将水体下压覆的煤炭资源开采出来, 淮南矿业集团在淮河及堤下采煤的理论研究和积累经验的基础上, 形成了符合淮南矿区实际和具有自己特色的“三下”采煤技术, 已完全具备在水体下安全开采的能力。工程的实施, 将使水体下煤炭资源得到开采, 工程影响区内群众的居住环境和生产条件将得到较大改善, 将有利于保护区农业和农村经济结构的不断调整, 有利于区域经济的进一步发展和城镇化进程的推进, 具有显著的经济及社会效益。

摘要：本文着重对淮南潘谢矿区水体下安全开采进行分析阐述, 通过分析矿区水文地质条件, 并借鉴淮河及其堤下采煤的成功经验, 从解决水患、突然下沉及裂缝等三个问题入手对水体下安全开采进行了论述, 掌握堤体 (地表) 的沉陷及裂缝发育规律, 通过留设防水煤岩柱及地面维护加固等措施, 解决了水体下采煤的关键技术问题, 形成了符合淮南潘谢矿区实际和具有自己特色的“三下”采煤技术。

关键词：潘谢矿区,水体下开采,防水煤岩柱,维护加固

参考文献

[1]三下采煤新技术应用与煤柱留设及压煤开采规程实用手册[M].北京:中国煤炭出版社, 2005.

[2]尹增德.采动覆岩破坏特征及其应用研究[D].山东科技大学, 2007.

矿区开采 第7篇

1 充填开采工作面概况

平煤十二矿己15-13080为充填开采首采工作面,该采面开采的己15煤层位于一水平己三采区,地面标高+87～+90 m,工作面标高-275～-181 m,走向长352.5～355.0 m,倾斜长95.4～96.4 m,面积约34 000.2 m2,煤层总厚2.3～3.3 m,平均厚2.94 m,煤层倾角0°～4°,可采指数0.95,变异指数25%,稳定程度为较稳定。地面位置在工业场地保护煤柱以南,蜜蜂王以西,正上方为东高皇村,回采时采用充填开采,开采后对地表建筑物影响较小或基本无影响,但需定期对地面建筑进行监测,防止发生事故。

2 充填液压支架选型

(1)支架最大高度Hmax。

考虑到顶板有伪顶冒落或可能局部冒落,Hmax=Mmax+(0.2～0.3)[2]。其中,Mmax为煤层的最大开采高度,取3.5 m。计算得Hmax=3.7～3.8 m。

(2)支架最小高度Hmin。

Hmin=Mmin-s-a;s=ηMminL。其中,Mmin为煤层的最小开采高度,取2.3 m;s为支架在最小采高时顶板的最大下沉量;a为回收支架时的卸载高度,取0.1 m;η为下沉系数,取0.04;L为最大控顶距,取0.89 m。计算得Hmin=2.119 m。

(3)顶梁承受压力P[2]。

Pt=9.81hγk。其中,Pt为工作面合理的支护强度;h为采高,取3.0 m;γ为岩石密度,取2.5 t/m3;k为工作面支护的上覆岩层厚度与采高之比,一般为4～8,此处取6。经计算Pt=441.5 kN/m2≈0.441 MPa。P=PtS。其中,S为支架顶梁与顶板的接触面积,为1.50 m8.02 m。计算得P=6 977.3 kN。

根据以上计算结果,选择ZZC8800-20/38型掩护式液压支架,其结构及夯实如图1所示。

3 配套设备特点

通过选型计算确定设备如图2所示。

3.1 液压支架

所选支架的主要特点是稳定性好,在保证足够支护强度条件下,其结构更加简单,尺寸更紧凑,具有整体性强[3]、充填效果好和安全可靠等优点。

(1)采用了四连杆机构,从而简化了支架结构,既改善了支架后部工作条件,又具有足够的通风断面和行人空间。

(2)为了使矸石充填的效果更好,支架底座后部增加上部和下部夯实机构,需要时可操作上下夯实杆将矸石夯实[4]。

(3)后梁中设有吊挂机构,吊挂机构与后伸缩千斤顶相连,可在千斤顶的带动下沿布置在后梁中的导轨自由滑动。

3.2 刮板输送机

后部充填刮板输送机通过钢丝绳或圆环链与吊挂机构连接。刮板输送机中部开有卸料口,为有效控制矸石的充填量、速度及范围并减轻工人的劳动强度,在刮板输送机增设拉插板,并布置液压千斤顶进行控制。当准备充分时,可操作换向阀打开后部刮板输送机拉插板千斤顶,打开拉插板,矸石从卸料孔落下;当矸石堆积到一定程度时,关闭拉插板,停止卸料,操作上下夯实机构将矸石夯实。实际操作时,可根据具体情况重复上述流程。夯实机构结构如图3所示。

4 充填开采及应用效果

装运装置从矸石山取煤矸石作为充填材料,进入井上胶带运输系统,输送到投料井,通过井下运输系统运送到充填支架悬挂的后部刮板输送机,由控制系统控制落料时间及数量,充填支架的夯实机构通过夯实千斤顶往复运动压实矸石,然后采煤机进刀割煤、移架、推刮板输送机,完成1个充填开采循环过程,从而实现利用矸石置换煤炭资源的绿色开采。工作面采用正规循环作业,每循环进度0.55 m。正规循环如图4所示。

成套综采设备于2010年12月进行了地面联合组装试车,2011年2月底采面进入试生产阶段,截至2011年9月底,共生产原煤29.12万t,最高月产量6.1万t,平均月产量4.16万t,平均每月充填矸石8.1万t。通过充填开采技术的应用,解放了高皇保护煤柱和工业场地保护煤层,可布置10个采面,合计可采储量163.9万t。

己15-13080采面成功实现充填开采之后,成套设备已搬家至己15-13120接替工作面,目前,接替面正在初采初放阶段。

5 结论

(1)充填开采工艺基本取得成功,该工艺可以减少煤炭资源浪费,延长矿井服务年限;用煤矸石做充填物料,有效解决了煤矿自身废弃物对环境的污染问题。

(2)从正规循环图可以看出,该采煤工艺的割煤和充填时间比约为1∶2,研究先进的夯实机构及夯实工艺,提高推进度是今后需要继续探索的方向。支架后部刮板输送机运输的物料主要是煤矸石和部分岩石,与原煤相比,对中部槽和圆环链的磨损明显加重[5],寿命仅0.5 a,与行业现行规定的7 a报废周期相距甚远,需要采用更加耐磨的材料及制造工艺等,以延长输送机寿命。

摘要：为了减小采矿业对环境的危害并延长矿井服务年限,中国平煤神马集团在矿区实施了充填开采;通过选型计算,确定了采面设备配套及运矸系统,介绍了平煤十二矿充填工作面的主要设备特点;对该采煤工艺效果进行了分析,总结了生产中存在的问题及装备改进方向。

关键词：矸石,充填开采,液压支架选型,配套装备

参考文献

[1]阎少宏,张华兴.我国目前煤矿充填开采技术现状[J].煤矿开采,2008(6):1-2.

[2]王国法.液压支架设计[M].北京:煤炭工业出版社,1999.

[3]张元功,董凤宝.城镇建筑物群下矸石充填开采新技术的研究与实践[J].煤矿开采,2008(2):31-33.

[4]李宁,马慧慧,柳朋远.ZZC8800/20/38型矸石充填液压支架的研制[J].矿山机械,2010(15):5-7.

矿区开采 第8篇

1 荥巩煤田地质条件

1.1 矿区地层及构造

区内地层出露比较齐全, 包括元古界, 寒武系下、中、上统, 奥陶系中统马家沟组 (02m) , 石炭系中统本溪组 (C26) 、上统太原组 (C3t) , 二叠系下统山西组 (P1s) 、下石盒子组 (Plx) , 二叠系上统上石盒子组 (P2sh) 、三叠系下统 (T1) 、新生界新近系 (N) 和第四系 (Q) , 其中太原组和山西组为主要含煤岩系。

1.2 水文地质特征

1.2.1 矿区地下水补、径、排特征

郑琳等[1]认为荥巩矿区强径流带位于山前太原组至奥陶系地层的浅部, 区域岩溶裂隙水在荥密背斜北翼由南向北径流, 沿二1煤露头线奥灰含水层隐伏于煤系地层之下, 局部埋藏于第四系松散沉积物之下, 同时一部分越过二1煤露头线向深部运动, 一部分沿山前的东西向构造带自西向东径流, 在背斜的倾伏端三李一带, 断层密度大, 近EW、NW向断层在此交汇, 成为岩溶水系统的强排泄区。由于含水层成层状, 不同层位含水层的补给区不同, 构成若干个小的含水系统, 垂向水力联系较弱。

1.2.2 矿区地下水含水层

荥巩煤田共划分为6个含水层, 自下而上依次为:寒武—奥陶系岩溶裂隙含水层、石炭系太原组下段岩溶裂隙含水层 (L1-3) 、石炭系太原组上段岩溶裂隙含水层 (L7-9) 、二叠系山西组二1煤顶板砂岩含水层、二叠系石盒子砂岩含水层组、第四系松散层沉积物孔隙含水层组。

寒武—奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层岩性由白云质灰岩、灰岩组成, 厚度300m~500m, 在矿区隐伏于煤系地层之下。含裂隙承压岩溶水, 单位涌水量为0.00016 L/ (s·m) ~6.971L/ (s·m) , 渗透系数0.000145 m/d~171.77m/d。该含水层是矿区的主要含水地层.也是矿井突水时水量的主要来源。

太原组下段L1-3岩溶裂隙含水层, 浅部岩溶较发育, 富水性较强, 深部岩溶发育差, 单位涌水量为0.437 L/ (s·m) ~3.019L/ (s·m) , 渗透系数0.012 m/d~1.81 m/d。L1-3灰岩是一1煤层顶板直接充水含水层, 由于与奥灰含水层距离较近, 通过裂隙、断层及采动裂隙等接受奥灰水的垂向补给, 与奥灰水有密切的水力联系。

山西组二1煤顶板砂岩含水层指二1煤层顶板上的中粗粒砂岩, 是二1煤顶板直接充水含水层, 富水性具不均一性, 单位涌水量为0.0532~7.97L/ (s·m) , 渗透系数为0.00173~0.00735m/d。

2 荥巩矿区煤矿开采对地下水的影响途径

荥巩矿区各矿井均采用井工开采, 对地下水的影响主要是建设期井巷开挖及运行期采煤工作面回采均会对地层产生扰动, 进而改变现有的地下水平衡, 地下水沿煤矿巷道汇集于矿井排水系统排出, 形成以矿井为中心的降落漏斗, 在其影响半径内, 地下水流加快, 水位下降, 导致煤系地层以上裂隙水受到明显的破坏, 使矿区地下水资源流失。此外, 煤矿在建设和生产过程中对地下水水质也会产生影响, 煤矿建设期、运行期煤尘、井下开采设备均可能对地下水造成污染, 地面生产设备产生的含油废水可能下渗以及矸石淋溶液下渗可能对地下水造成污染。由于荥巩矿区各矿井矸石均属于第I类一般工业固体废弃物, 因此荥巩矿区煤矿开采对地下水的影响主要考虑对地下水各含水层水位、水资源的影响程度。

3 荥巩煤田地下水环境影响评价要点

3.1 地下水评价等级

按照《环境影响评价技术导则地下水环境》 (HJ610—2011) 要求, 对煤炭建设项目的影响评价类别分区域进行确定, 依据上述影响方式分析, 井工开采矿井水排放对地下水水资源产生影响, 属于Ⅱ类项目, 煤矿工业场地和矸石场对地下水水质产生影响, 属于I类项目。荥巩矿区煤矿矿井水涌水量大都在1×104m3以下, 地下水评价等级属于二级或三级。

3.2 地下水评价现状调查要点

3.2.1 井田地层及构造、水文地质条件:包括井田地层岩性、特点, 主要断层分布情况, 可采煤层埋深、厚度、煤质特征, 含水层的岩性、厚度、渗透系数、富水程度, 隔水层岩性、厚度, 地下水补、径、排条件, 资料来源为《地质报告》、《矿井水文地质类型划分报告》等, 需要的图件主要有综合水文地质图、主要勘探线水文地质剖面图、各钻孔柱状图;

3.2.2 调查区供水水源情况:查明井田及周边地区居民生产生活水源井的分布情况, 包括水源井位置、开采层位、深度等;

3.2.3 现状监测:对于井田开采区域仅监测地下水水位, 矸石场周围应同时监测浅层地下水水质、水位。

3.2.4 重要地下水敏感目标调查:调查井田区域及附近重要敏感目标分布、保护要求及开发量利用情况。

3.3 地下水评价影响预测要点

3.3.1 导水裂隙带的预测计算

导水裂隙带高度与煤层的上覆岩层的岩性、力学性质和采煤顶板管理方法等因素相关。评价可参考《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中关于计算冒落带、裂缝带发育高度的推荐模式, 并根据上覆岩层的岩性与力学性质选择对应的计算公式, 以此计算出采煤形成导水裂隙带高度。通过与煤层顶板距含水层底界的法向距离进行比较来判断导水裂隙带高度是否导通该含水层, 以此判断是否对含水层产生影响。

在评价时需要收集煤矿井田各钻孔柱状图, 以此确定煤层埋深、厚度, 计算导水裂隙带高度及导通层位。

3.3.2 对受影响含水层的影响程度预测

矿井排水对主要充水含水层的影响比较大, 根据矿区地质资料, 确定可导通含水层的厚度、水位埋深、单位涌水量、渗透系数、水位降深、径流条件、与上下含水层的水力联系、富水性等情况, 并按照《环境影响评价技术导则地下水环境》 (HJ610—2011) 中给出的影响半径计算公式, 计算各可导通含水层在被完全疏干的条件下最大的影响半径。通常采用的公式为:

式中:R—影响半径, m;

S—水位降深, m;

K—含水层渗透系数, m/d。

3.3.3 对居民生产生活水源的影响分析

通过调查井田范围内居民生产生活水源的分布情可知, 第四系砾石层孔隙潜水含水层和奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层是荥巩矿区居民的主要水源。结合各勘探线钻孔最高导水裂缝带高度计算可知, 二1煤层开采的导水裂隙带一般不会波及到第四系砾石含水层。而奥陶系含水层距二1煤层一般有稳定的隔水层, 因此矿井疏排水对当地居民生产生活饮用水源井影响甚微。

但考虑到部分煤层埋深较浅, 一旦存在未知断层或部分隔水层缺失等地质条件, 则煤矿开采可能对部分居民水井水位产生扰动。

4 防治措施要点

4.1 在设计阶段, 论证采煤方法, 降低煤炭开采导水裂隙带的发育高度, 对已探明的断层均留设保护煤柱, 减少断层沟通上下含水层的可能;

4.2 建设期在井筒揭穿含水层时应采取保护措施, 并合理施工工序, 在矿井涌水大量涌出前应完成矿井水处理设施的建设;

4.3 运营期对井田内及周围的村庄水井做长期水位观测点。开采工作面及采空区周边500m范围内的水位观测点水位采取周报形式, 其他水井水位采取月报形式即可。水位观测井主要监测水井井深、水位、取水层位、日取水量。一旦发现居民供水不足影响正常生产生活, 及时采取供水预案, 初期可临时由供水车短期解决居民用水, 后期可铺设管路实施集中供水, 保证居民的正常生产生活;

4.4 尽可能使矿井排水资源化;

4.5 加强运行期环保管理, 可采取的环保措施有:工业场地地面硬化、矸石及时转运、污水处理设施稳定运行、对矸石场及工业场地下游居民水井水质定期监测等等, 可有效防止废污水渗入地下, 进而影响地下水水质。

摘要：结合荥巩矿区地质条件, 提出了荥巩煤田地下水环境影响评价及保护措施要点, 为该区域煤矿项目地下水环境影响评价提供参考。

关键词：荥巩矿区,地下水,环境影响评价,保护措施

参考文献

矿区开采 第9篇

一、矿床特征

溪石铁矿矿床类型为赋存于太古界鞍山群斜长角闪岩中的鞍山式铁矿, 矿石需选块状、条带状磁铁石英岩石, 矿体多呈层状、似层状, 扁豆状。矿体与围岩界线清楚。矿体顶板、底板岩石均为斜长角闪岩, 矿体与围岩界线清楚。铁矿体比较完整, 局部夹有斜长角闪岩薄层夹石, 夹石成透镜状自然尖灭, 夹石对矿体的连续性无大的影响。

二、矿床开采技术条件

(一) 矿区水文地质条件。

矿区地貌单元属构造剥蚀丘陵区, 地势总体中间高, 东、西两侧低, 地形起伏不大, 第四系覆盖较厚。区内主要分布有一条季节性溪流, 河床宽3~5m, 区内延长2~3km, 河水流量受季节降水影响, 2013年8月份利用浮标法测得流量25.70升/秒。水面标高高于资源量估算下限标高, 对矿床开采影响不大。矿区内主要岩层富水性

1.第四系孔隙潜水含水层。第四系地层分布于矿区北部东侧的丘间谷地中, 宽度180~290m, 厚度4m左右。岩性上部为耕土及残坡积物, 厚度约1~2m, 透水性较好;下部以砂砾石层为主中夹砂质粘土, 厚度约2~3m, 是孔隙潜水的含水层位。通过对区内井1、井2的民井调查结果, 其地下水主要来源于第四系孔隙潜水, 水位为162.35~165.75m, 水量较充沛。第四系孔隙潜水含水层的水位标高均高于资源量估算下限标高, 对矿床今后开采具有一定影响。

2.基岩裂隙含水岩层。鞍山群茨沟组岩层在矿区内大面积分布, 岩性为斜长角闪岩, 岩层产状:走向北东、倾向北西、倾角28°~60°, 铁矿体赋于该岩层中。按其岩性及富水性相对划分为含水层。地下水多存储于风化裂隙中, 风化程度及后期构造作用则是控制岩层局部富水的主要因素, 地形地貌条件也严重影响地下水位埋深。根据民井调查及钻孔简易水文地质观测结果表明该岩层富水, 属富水性中等, 水位标高为178.26~319.47m, 水质类型为HCO3-·SO42-K++Na+·Ca2+型水。闪长岩体分布于矿区北部, 岩体裂隙发育。根椐民井调查及钻孔简易水文地质观测结果表明, 闪长岩富水, 因此划分为含水层。在矿床开采过程中, 将会产生一定的淋水、涌水现象。水位标高为169.45~202.36 m, 水质类型为HCO3-·SO42-K++Na+·Ca2+型水。

从上述对矿区含水层的分析得出, 矿区地下水主要以基岩裂隙水为主, 且矿区位于水文地质单元的补给区及径流区, 在矿床开采过程中将会产生一定的涌水, 前期可以通过地理条件自然疏干, 后期转入地下开采则会产生积水, 需要做好充分的排水措施。

3.构造断裂导富水性。矿区断裂构造发育一般, 在矿床分布范围内, 地表构造断裂较少, 在现有钻孔控制深度内也未证明断裂的含水性质, 介此初步认为构造断裂充水对矿体开采影响不大。

矿山充水水源主要为大气降水, 充水通道主要为基岩风化裂隙通道, 充水强度主要受大气降水强度影响。在开采面位于矿山自然排水面之上时, 矿坑可通过自然排水解决涌水问题。在开采面位于矿山自然排水面之下时, 产生的矿坑涌水和积水必须采取相应措施排水, 做好矿山防治水工作。

综上所述, 矿区内的岩层较单一, 矿体开采深度位于当地侵蚀基准面以上, 且地形有利于自然排水, 矿区位于水文地质单元补给区及径流区, 地下水补给条件好, 矿床的水文地质条件简单。

(二) 工程地质条件。

岩体工程地质类型及特征:矿区内岩体为斜长角闪岩、闪长岩、混合岩 (花岗岩) , 根据岩层组合、岩体结构及岩石的物理力学性质总体划为两个工程地质岩组。

1.坚硬的裂隙块状斜长角闪岩、闪长岩岩组。岩体由鞍山群茨沟组斜长角闪岩及闪长岩组成, 岩体较完整坚硬, 裂隙发育一般, 具有一定的风化现象, 岩石单轴饱和抗压强度104.70~134.85Mpa, 弹性模量6.97~9.48×104Mpa, 泊松比0.23~0.48, 凝聚力10.91~21.32Mpa, 摩擦角54.73°~57.92°。岩体稳定, 整体性强度高, 均质, 变形特征为均质弹性各向同性体。

2.较坚硬的块状混合岩 (花岗岩) 岩组。岩体由混合岩、混合花岗岩组成, 岩体较完整坚硬, 裂隙不发育, 地表风化层较薄, 岩石单轴饱和抗压强度65.23Mpa, 弹性模量5.04×104Mpa, 泊松比0.21, 凝聚力15.16Mpa, 摩擦角56.34°。岩体稳定, 整体性强度高。

矿体及其顶、底板岩石稳固性:铁矿体为磁铁石英岩, 其围岩为斜长角闪岩、混合岩 (花岗岩) , 超贫磁铁矿为磁铁闪长岩, 其围岩为闪长岩, 因此矿体与围岩的物理力学性质指标相同, 矿体与围岩稳定性没有截然区分。岩石结构致密坚硬, 依据本次施工钻孔, 岩石质量好, 岩体较完整, 属于稳固性岩层, 露天开采铁矿时边坡角不宜过陡, 阶段边坡角≤65°, 阶段高应小于20m, 清理风化岩层, 预防崩塌灾害。

(三) 环境地质条件。

1.自然地理环境。矿区地貌为丘陵区, 地形坡度中等。第四系盖层不发育, 厚度一般为4 m左右, 均匀覆盖, 植被茂盛。岩层倾角较大, 因此该区存在形成崩塌、滑坡及山洪、泥石流等不良物理地质条件。

2.社会环境。矿区内无旅游、文物保护及自然保护区, 建筑物均为一般民房建筑, 简易, 密度稀疏。区内无有地震历史活动记录。根据国家发布1:400万《中国地震动参数区划图》及说明书, 本区地震峰值加速度0.10g, 地震动反应谱特征周期为0.35s, 地震基本烈度Ⅶ度。

3.地下水和环境空气质量。丘间谷地的第四系孔隙潜水无任何污染, 是当地居民的生活和农灌用水水源。区内环境空气较好, 从可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮三项污染物的浓度来看符合国家《环境空气质量标准》中的二级标准。环境空气优良天数为301天, 占全年天数85%。矿区内的环境地质条件良好。

四、矿床开采可能引发的地质环境问题

矿床开采必然导致自然环境的破坏, 依据本区的实际情况、地貌及地质条件, 矿床开采可能引发地质环境破坏, 主要表现在以下几个方面:

(一) 局部地段水土流失。矿坑自然排水使附近的丘间谷地由于排水冲刷作用造成水土流失, 破坏土地。

(二) 剥离废石堆放。矿床开拓, 需剥离矿层顶板岩层, 如果剥离废石堆放不合理必然导致废石移动, 破坏农田和道路。建议矿床在开采过程中废石堆放应选择合理场地。避开附近沟谷以防雨季沟谷汇集附近大气降水, 冲毁建筑物, 破坏农田和威胁附近居民的生命财产安全。

(三) 地质灾害问题。由于开采过程中对地质环境的较大的改变及地层倾角较大, 容易产生崩塌、滑坡、水石流等地质灾害。为防止各类地质灾害的发生, 需要加强防灾意识, 且在开采过程中注意边坡稳定性问题。