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中图分类号:TD167 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)01(c)-0195-02
水土流失是矿山开发建设活动中最为常见的生态问题之一,露天煤矿开发活动中水土流失现象尤为显著。大面积的原生地表的剥离,造成自然植被的毁灭性破坏,地表土壤松散,遇大风大雨的气象条件,除会发生严重水土流失现象外,还易引发地质灾害。因此,露天煤矿的水土保持工作非常重要。
本文以哈密吉郎德露天煤矿(3Mt/a)为工程实例,对其开发建设过程造成的水土流失进行预测了分析,并提出有针对性的露天煤矿水土保持措施,以减轻在矿山开发过程中的水土流失,达到露天煤矿水土保持方案提出的水土保持目标。
1 项目区水土流失现状及特点
1.1 水土流失“三区划分”及水土流失防治等级
哈密巴里坤矿区吉郎德露天煤矿属大型工矿建设项目,根据《新疆维吾尔自治区人民政府关于全疆水土流失重点预防保护区、重点监督区、重点治理区划分的公告》,本工程项目属自治区级水土流失重点监督区。根据《开发建设项目水土流失防治标准》,执行建设生产类项目水土流失防治二级标准。
1.2 水土流失现状
该露天矿田位于哈密科克塞尔克山与纸房盆地的交接处,地形总体趋势南西高、北东低,呈戈壁残丘地貌;海拔1407 m~1546 m,相对高差139 m。矿田区无常年流动的地表水流。项目区为平原地貌,风蚀地貌明显,该区全年多大风,现状水土流失较轻。原地貌土壤侵蚀模数为1500 t/(km2・a);土壤容许流失量为1500 t/(km2・a)。
2 工程占地及土石方平衡
2.1 工程占地
该工程总占地面积为471.86 hm2,其中工程永久性占地面积为467.32 hm2,包括工业场地27.27 hm2、排土场最终占地332.0 hm2、采掘场最终占地95.0 hm2、矿山道路9.05 hm2、外包用地4.0 hm2,占用的地类主要为未利用土地(戈壁残丘)。
2.2 土石方平衡
露天矿开采的前20年剥离物主要是外排,排弃总量为396.5 Mm3,均在外排土场堆存。建设期的挖方量为11.6万 m3,其填方量为13.05万 m3,挖方可全部用于项目建设的填方使用,不足土方量可利用剥离物进行填弃。
3 水土流失环节分析
3.1 建设期水土流失因素分析
(1)挖填方引起水土流失。
(2)工程扰动地表及推土堆存引起水土流失。
3.2 运行期水土流失因素分析
矿田生产活动主要从以下几方面促使形成新增水土流失。
(1)原有植被受到扰动和破坏。
(2)土壤表层松散性加大。
(3)排土场排土量增多。
4 水土流失防治责任范围
本工程水土流失防治责任范围为513.93 hm2,其中项目建设区471.86 hm2,直接影响区42.07 hm2。
本方案将工程分为7个水土流失二级防治分区:采掘场防治区、外排土场防治区、工业场地防治区、外包驻地区、场外公路防治区、供水管线防治区、输电线路防治区。
5 水土流失预测和影响分析
5.1 预测时段
吉郎德煤矿水土流失预测时段划分为两个阶段,即建设期和生产运行期。
5.2 预测结果
根据各预测单元扰动地貌植被面积、施工扰动前后土壤侵蚀模数、预测时段,进行水土流失预测,预测结果见表1。
本工程在建设期可能造成的水土流失总量为34421.5 t,其中原地貌水土流失量7427.47 t,新增水土流失量26994.03 t。
6 水土保持措施
6.1 水土流失防治目标
该矿田的防治标准为建设生产类项目二级标准,具体防治标准见表2和3。
6.2 防治措施工程量
(1)建设期的水土保持防治措施
(2)生产运行期的水土保持防治措施
生产运行过程中水土流失环节提出了预防保护措施和补充设计临时措施,具体见表5。
7 结论
根据以上项目实例分析可以看出,露天煤矿的开发对区域水土流失的影响程度是显著的,其采掘场的开挖、排土场的建设等活动会引起较强烈的水土流失变化,如何在建设及生产过程中采取适当措施控制水土流失强度,是露天煤矿水土保持方案要解决的最重要的问题。
1选择合理开采工艺与机械设备露天开采工艺与设备的选择是露天矿设计中的重要环节,它的合理与否直接影响露天矿的投资成本,露天矿的初期建设以及露天矿的经济效益。而电能是清洁、环保、廉价的能源,并且目前大型的露天煤矿企业都已经与发电企业进行合并,形成了煤电联合企业,露天煤矿的一些大型设备,如电铲、吊斗铲、轮斗挖掘机、胶带、排土机等都是以电作为能源。因此,在露天煤矿设计和生产过程中,尽量使用用电设备代替用油设备,优先考虑采用半连续工艺、连续工艺、倒堆工艺等,取代单斗电铲—汽车运输的间断工艺,从而达到降低原油消耗,提高矿山经济效益,减少汽车尾气对矿区空气的影响。
2最大化的回收煤炭资源煤炭作为一种不可再生的资源,如何最大化的回采它是实现高产高效绿色矿山所要解决的问题。为了减少煤炭损失,提高回采率,露天煤矿应采用合理的采煤方法。对于近水平及缓倾斜煤层,应采用顶板拉沟向底板推进的开采方式,并使用倾斜分层,同时配以辅助设备清扫浮煤。对于倾斜和急倾斜煤层,除了采用顶板露煤和水平分层外,还要使用前装机或者推土机回采三角煤,从而减少煤炭自燃对矿区空气的影响。
3优化露天矿运输系统运输系统作为露天矿核心环节起到了纽带的作用,通过露天矿的运输系统可以将采场、排土场、储煤场联系起来。运输系统的优化是将露天矿运输距离合理化、最小化,从而减少露天矿的运输费用,提高运输效率,降低运输过程中对露天矿环境的影响。露天矿运输系统优化应按照矿、岩的流向,从运输系统的总体目标出发,合理选择运输线路和运输工具,综合考虑运距、运输方式、运输时间和运输费用,以最短的路径、最少的环节、最快速度和最少的费用组织好矿、岩运输活动,提高企业的经济效益。
4资源综合利用在露天煤矿开采的过程中产生了许多废弃的物料,这些废弃的物料如果不进行合理的利用和处理,将严重的影响矿山的环境,因此我们应该把露天开采工程中伴随产生的废气、污水、煤矸石、煤灰等看作资源,发展循环经济,形成相关产业,变废为宝。通过资源的合理利用和相关循环产业的经济效益,从而降低露天煤矿开采的成本,减轻露天开采对生态环境的影响与破坏,实现真正的绿色开采,使矿山产业可持续化、绿色化。
一、露天煤矿开采引发的环境问题
(一)对土地的破坏
露天煤矿区对土地资源的破坏主要表现在露天采场的直接挖损、外排土场压占土地和工业广场的占用等。挖损是对原地表形态、浅部地层、生物种群的直接摧毁,致使原土地不复存在,压占是挖损过程中产生的废弃岩土堆置于外排土场上造成原地貌功能的丧失。挖损和压占等工程活动直接破坏了表层的植被,导致这一区域原先处于相对稳定的系统受到干扰,使区域内的土地利用、植被覆盖、地貌、保水力等生态因子发生巨大的变化。
(二)水污染问题
露天煤矿开采对地表水和地下水污染最严重的是煤矿排土场淋溶水。排土场的煤矸石中富含碱金属、碱土金属和硫等,大气降水淋溶了煤矸石中的无机盐类,含无机盐类的淋溶水流入地表水体会对地表永体造成污染,渗入地下含水层,也会污染地下水体。此外,采场周围水体和大气降水汇入采场矿坑,也会由于矿坑积水浸润采场的残煤露头,而使煤层中的硫和重金属等污染物质溶入水体而使地下水受到污染。
(三)空气染污问题
露天煤矿排土场污染最严重的因子为剥采区、排土区和运输道路两侧一定范围内的粉尘。此外,露天煤矿排土场大多没有土地复垦和再植被,每个露天煤矿的外排土场都会形成一个几百到几千公顷的人为荒漠化土地,春秋时节,荒漠化的排土场所产生的扬尘等亦会使周围大气造成严重的污染。
(四)环境地质问题
露天采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡,由于地质构造、边坡岩体、地表水及地下水作用、采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流等突发性或缓变性地质灾害,危及该地区周边工业企业与民居建筑的安全,造成人员伤亡及巨大的经济损失。因此,滑坡、塌陷等地质灾害贯穿于露天矿开采的始终,并有可能延续到闭坑后。
二、露天煤矿开采引发环境问题的防治对策
(一)土地破坏的防治措施
1.耕作层土壤和表层土壤是经过多年耕作和植物作用而形成的熟化土壤,是深层生土所不能替代的,对于植物种子萌发和幼苗生长有着重要作用。应对矿区拟破坏的露天采矿场熟化的表土进行剥离,用汽车运输到指定表土堆放场堆存,闭矿后直接作为露天采矿场复垦用土。
2.修建运输道路时,要充分利用已有矿山运输道路、乡村道路,不占或少占耕地、林地。避开土壤状况良好、植被生态复杂地段,减少对矿区植被和土壤的破坏。
3.采用机械、人工等方式对采场边坡进行清理,清除松动、凸起的碎(块)石。对平台进行人工、机械平整,清除场地内较大石块;休息室、表土堆放场建筑进行拆除、平整;区内道路进行平整、回填;平整后场地坡度要满足复垦场地需求。
4.对平整后的平台场地穴状坑及采场边坡平台进行覆土,覆土来源为矿山开拓时剥离堆存于表土堆放场的表土。采用机械、人工等方式,剩余的表土采取就近的原则平覆于拟复垦林地的场地,覆土平均厚度≥0.5米。
5.矿区复垦土壤以生土为主,土壤养分含量和地力不足,恢复待复垦土地的肥力和生物生产效能,就必须采取恢复土壤、肥化土壤的措施。因此复垦的地块根据当地情况增施农家肥与生物菌,林木落叶留底以提高土壤的有机物含量,改良土壤结构,改善土壤理化性状,增加土壤肥力。
(二)空气污染的防治措施
1.施工扬尘防治措施。土石方开挖避免在大风天气进行,完工后及时回填、平整场地;工业场地辅助配套工程施工,首先做好路面硬覆盖;易产生扬尘的建筑材料采用封闭车辆运输;设置围布、挡板,禁止高空抛撒建筑垃圾和起尘的料、渣土的 外溢;施工扬尘防治关键要加强施工管理,管理到位,可以有效减轻对环境的影响。
2.运营期地面运输系统的防尘措施。输煤系统带式输送机栈桥露天部分均加设皮带罩棚,筛上设布袋除尘器集尘;在其周围设置彩色防风挡板,阻挡煤尘的扩散。储煤设施应采用圆筒仓储煤方式;转载点、原煤卸载站设置通风除尘装置和喷雾洒水装置。
3.采场、排土场扬尘治理。对采掘工作面,合理布置炮孔,正确选择爆破参数和加强装药、 冲填等作业的管理,爆破前向岩体注射高压水,或利用洒水装置;钻机设袋式集尘器,爆破后洒水降尘;配备洒水车往返于坑内外道路,对排土场工作面及其与采掘场之间的道路进行经常性地洒水,以增加路面、 作业面积尘湿度。排土场定期碾压,降低起尘。对已经结束排弃的排土场平台,在不影响整个露天矿排土作业的条件下及时覆土绿化;沿固定帮坡种植防风林带。
(三)边坡防治措施
1.高度重视露天矿边坡管理工作,建立健全边坡安全管理机构制度,剥采生产应严格按照设计给出的边坡角、平台进行留设,严禁越采超挖。
2.采用边坡稳定性雷达或边坡监测机器人加强边坡变形监测工作,及时掌握边坡变形的动态情况和规律,对于出现的任何局部、小规模的边坡坍塌滑落还要进行专门的分析和治理方案设计。
3.露天矿地下水丰富,建议建立完善的疏干排水系统,在采场发现出水点,详查后打水平孔,释放静水压力,夏季暴雨会给采场边坡稳定性带来威胁,此时要加强疏干,特别是断裂带和煤层顶底板的弱层,一定要详查,做到“有疑必探,先探后采”。
4.建立日常的巡查监测制度,特别是春季解冻期、雨季或坡面上出现沉陷裂缝时更要加强巡查监测,一旦发现异常情况(如边坡有明显失稳先兆)及时预警避让,或采取防治工程措施。
5.抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,适用于浅层和中厚层的滑坡,是一种抗滑处理的主要措施。
(四)水污染的防治措施
1.修筑截矿山排水沟渠。矿山排水沟渠沟建于矿场四周,当雨季降水量大,既起到阻挡作用,而且还起到梳流作用。
2.河流改道。针对穿过矿区的河流,必须对河流进行改道迁徙,路线改道应选择短,地势平缓弱渗水地段。同时还要考虑矿山的发展前景,避免二次分流。新河道的起点应该在河床冲刷易发区进行选择,并与原有的河道河势想适应。
3.调洪水库。季节性的地表水流横穿开采境界时,除采取改道措施外,须在矿区上游修筑调洪水库截流和贮存洪水。
4.修筑拦河堤。当露天开采和附近的河流周围地面水平的境界,湖白的岸边标高相差较小,甚至低于岸边地形时,应该修建岸边护堤堰。防止河水漫灌到采矿场。
5.防渗帷幕。防渗帷幕防水是在露天矿开采境界以外,在地下水涌人采场的通道上,设定若干一定距离的注浆钻孔,并依靠浆料在裂缝中的扩散,凝结组成一道挡水隔墙,所谓防渗帷幕就是指由若干个注浆钻孔所组成的挡水隔墙。
三、结语
露天煤矿开采环境问题的防治是一项复杂的、综合的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、环境科学、采矿学、水土保持学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治对策,追求最优的经济效益、社会效益和环境效益。实现煤炭开采与环境保护协调发展,实现矿区的可持续发展。
前言
人工开挖的露天煤矿排土场一般体积庞大,呈台阶式塔状分布,土质较为疏松,其植被类型、土壤的结构、地形和地质条件有别于原地貌,容易发生水土流失。如果土层受人为扰动过大,或者受雨水侵蚀严重,很容易发生滑坡等地质灾害。覆土一般较为疏松,结构不稳定,所以应及时着手对排土场的植被配置工作,以防止或者减轻水土流失带来的损失,恢复排土场土地的生产力,同时也加强了对矿区生态环境保护。露天煤矿排土场上部为平台侵蚀区,平台一般经过机器处理,碾压。边坡侵蚀区处于坡脚和平台之间,坡度较大,在雨水较多的情况下易发生集流现象。坡脚沉积区位于排土场底部,一般为各种排气物和疏松土的混合体。研究排土场的水土保持问题应根据自然界的客观规律,以生态学、土壤学、农林学为理论依据选用不同的植被设置模式,以便发挥最大的生态效益和经济效益。
1.排土场水土流失类型及危害
1.1平台侵蚀区的水土流失
排土场的平台一般要经过人工压实,易受风蚀作用影响,因此排土场周围可以配置护林。土体受人工扰动较大,土质疏松,在雨水较多时容易形成径流区。平台具有一定坡度,易形成集流现象,经过冲刷坡面时,很容易发生沟体侵蚀。一般情况下,细沟侵蚀如果得不到很好的补救处理,容易产生沟体放大效应。当水下渗到排土场与原地面接合处,接触面易发生水分富集,易诱发滑坡灾害,威胁人类生命财产安全,破坏土体生物结构,进而影响矿区的生态平衡。
1.2边坡侵蚀区的水土流失
边坡一般受重力侵蚀为主,沟蚀一般在雨水较多的情况下较为严重,对于多风地区,应考虑风蚀,而对于风蚀,由于风级和空气湿度等因素不同,其风蚀作用不同,应具体地区具体分析。边坡在上述作用下易发生崩塌、滑坡等地质灾害。调查表明,如果坡体石多土少,其渗透性较大,不易发生侵蚀;如果石少土多,细沟侵蚀较为严重;如果坡体全由大砾石构成,即使没有何水保措施,边坡也一般都处于稳定状态。
1.3坡脚沉积区的水土流失
坡脚处堆积有各种冲刷物,冲刷物掩埋了大片的土地,造成土地资源浪费,变废地为宝地是防治水土流失研究的重点方向。
2.排土场植被配置主要类型与模式
2.1植被在平台上的设置
排土场面积较大,但土质较差,渗透性差,而且土壤坚实。除此之外,其表面经反复碾压,土质僵硬,而边缘土质较为疏松,很容易放生水土流失。为了解决上述问题可采取生物措施。根据植被的用途,主要应用以下三种植被配置模式:
(1)永久性林业用地植被配置模式 林业用地对场地土质的条件要求并不严格。速生林是轮伐周期短的人工林,选择合适的场地种植速生林是一种便捷高效的植被种植方式,或者用材林,如刺槐、杨树、油松、榆树等。场地条件不好的地方可以设法种植生态林,生态林的培植种类应综合考虑当地的各种自然环境因素,如地理位置,气候特点以及地形地貌等。
(2)永久性农业用地植被配置模式 如果排土场土地相对肥沃,则可以考虑在排土场种植适合其生长的农作物,而且农业用地对地块面积的大小没有严格的要求。种植适合当地气候条件的农作物或经济作物,如高粱、玉米、大豆、小麦等。农业用地易于管理,流程单一,做到了生态效益和经济效益并举。
(3)永久性畜牧业用地植被配置模式 平盘较为辽阔,土壤肥沃,在当地畜牧业较为发达,对牧草有需求的地区可考虑永久性畜牧业用地植被配置模式。同时种植牧草可改良土地。牧草的种类选择应综合考虑以下几个方面的因素:
1、根据畜禽养殖品种选择;2、根据地理气候条件选择;3、根据土壤地质状况选择;4、多种牧草互补性选择;5、结合当地资源开发选择
2.2边坡植被配置
在岩土混合物排弃过程中形成排土场坡面,图纸结构复杂,土体结构不稳定,容易形成沟蚀现象。在边坡种植植被,能有效地防治水土流失。由于岩石和土壤混合程度不尽相同,因此我们可以把坡面分为纯岩坡面、纯土坡面以及混合坡面。对于纯岩坡面质地坚硬,不易发生滑坡现象,一般不做任何加固措施。对于岩土纯土边坡和混合边坡,由于土质疏松,尤其土体湿度较大的情况下易发生滑坡现象,不利于水土的保持,治理难度较大,因此覆土后应该立即着手植被的恢复工作,配置坡面的永久性植被。根据在土地复垦时对水土保持的基本要求,归纳并研究水土流失的一般规律,确定合理的植被栽植方案。确保植物沿等高线布置,一般在坡体中上部采用以沙棘为主的小型灌木与豆科、禾本科牧草混播,构成灌草结构,中下部宜构成以乔木、灌木为主的乔灌草混交林结构。其次应在边坡脚做好排水系统,如修筑排水渠道,减少边坡冲刷防治因过度冲刷而形成沟壑区。在鱼鳞坑整地工程进行的同时,应同时考虑边坡植被配置问题,以便创造有利的配置条件。
3.结 论
研究表明,露天煤矿排土场水土流失主要发生在平台侵蚀区,边坡侵蚀区和坡脚沉积区,而三者之间相互影响。我国露天煤矿大多分布在北部地区,气候和地质条件相差不大,因此排土场植被恢复模式大体相同,而个别有差异的地区应做到具体问题具体分析。根据排土场水土流失的位置不同,植被配置模式主要有:平台区植被配置,边坡植被配置和坡脚沉积区植被配置。植被栽植后也可能发生一些模式失效的情况,如模式生成后系统不稳定,植被种类单一,造林技术和方法不当,造成植被成活率低等,因此应做好相应的补救预案。对于植被配置,目前国内还没有形成具体的技术规范或标准,因此生产实际操作面临一定的困难,有待进一步研究。目前,为了更好地实现对废弃地生态环境的恢复改善,我可以从加强管理和经营,总结经验和技术,深入研究,并且做好相应的应急预案,促进合理科学的模式生成。(作者单位:辽宁工程技术大学)
参考文献:
Abstract: The landslide opencast coal mine is easy to happen, some even caused significant personal property losses. So for the landslide prevention and control work should attach great importance to. This article analyzes the influence factors of slope stability and causes of landslide, and the landslide of slope.
Keywords: slope landslide, monitoring, landslide types
中图分类号:TU45 文献标识码: A文章编号:2095-2104(2012)01-0020-02
前言
皮里青露天煤矿位于新疆伊犁伊宁县潘精乡卡拉亚尕齐村境内,是伊犁最大的露天煤矿之一,生产能力90万吨/年,始建于1995年,建矿以来发生两次较大面积的滑坡现象(2005年西帮一次,2009年北帮一次),因此结合两次事故实际治理情况进行分析和学习。
边坡滑坡是露天煤矿安全生产的重大隐患之一,露天煤矿边坡的稳定与否,是直接关系到煤矿能否正常生产的重要前提。露天煤矿边坡研究与治理工作是煤矿技术工作不可缺少的一部分。边坡在煤矿的安全中占有重要地位,是对安全生产的重要因素之一。而且对边坡的治理持续时间长,从煤矿开采到结束的整个期间都需要对边坡进行维护治理。而且随着矿山开采深度的逐渐增加,露天矿山边坡的高度、面积等也要大幅度增加,这就加大了对边坡治理的难度。
一、滑坡类型
(一)顺层滑坡
顺层滑坡,顾名思义,就是发生滑坡是顺着边坡的方向。一般分为两种类型,一是沿单一层面的滑坡,造成这种滑坡的原因是滑面倾角大于其内摩擦角,而且坡角切层被挖开。这种滑坡发生时规模较大,且一般是由人为原因引起的。另外一种类型是坐落式平推滑移型滑坡。坐落式平推滑移型滑坡的滑面具有复合形态,主体滑面为岩层滑面,而滑坡后缘为近似的圆弧形。坐落式平推滑移型滑坡的主滑面比较平缓,滑体的滑动变形速度较小。(2005年西帮滑坡就属于此类)
(二)楔体滑坡
楔形体滑坡的滑动面及切割面均为较大的断层或软弱结构面。根据滑坡结构面的数目,可以将楔形体滑坡细分为有两个结构面组合形成的楔形体和由三个结构面组合形成的楔形体。在第一种楔形滑坡中,滑坡一般沿着两个结构面的交线方向滑动,且两个结构同时发生滑坡。第二种楔形滑坡由于是由三个结构面构成,因此在滑坡发生时有多种可能性存在。滑坡可能是沿着三个结构面的交线方向发生双滑面滑坡,也能是沿着单一结构面倾向滑动的单滑面滑坡。在边坡中两种结构面相互交切成楔形失稳体时较易发生楔形滑坡。(2009年北帮就属于此类)
(三)圆弧滑坡
圆弧滑坡指发生滑坡的滑动面的形状是弧形状,这种滑坡类型比较容易发生在土质边坡、散体结构的破碎岩体或软弱沉降岩边坡滑坡中。圆弧滑坡的形成具有一定的过程,也就是说,圆弧滑坡的发生不是一触即发的,是有时间性的。因此在预防和治理这种滑坡时,往往会有比较充裕的时间让人们拿出有效的方案。圆弧滑坡一般经历三个阶段,第一个阶段是坡角蠕动变形,从坡角开始发生滑动。第二阶段是经过坡角的滑动变形,滑坡的后缘张裂开始扩张,并且速度越来越快。最后一个阶段就是滑坡中部滑床断裂贯通,整个滑坡面发生滑动。在圆弧滑坡中第一阶段发展较慢,坡角的变形需要较长的时间,在后两个阶段发展速度较快,尤其是在后期,圆弧滑坡由于坡角的变形和滑坡后缘的断裂,速度不断加快。
(四)倾倒滑坡
倾倒型滑坡与上述三个滑坡的发生方向正好相反,是一种反倾边坡结构。倾倒型滑坡是在岩石重力作用下岩块发生移动而产生的倒塌破坏。倾倒型滑坡开始形成时沿着边坡岩体中的反倾结构面产生错动,边坡面形成微细的错动裂纹,继而发展为裂缝。随着岩层层面的进一步错动使边坡面的裂缝两侧产生相对的差异变形,并使岩层逐渐向外倾斜直至崩塌。只有在边坡岩体结构面倾角很陡时,才有可能发生倾倒型滑坡。
(五)复合滑坡
复合型滑坡是上述四种滑坡有两种以上滑坡同时发生的滑坡。在发生滑坡时,有可能是顺层滑坡,同时也是圆弧型滑坡。或者是楔形滑坡,同时又是倾倒型滑坡。当多种滑坡类型同时发生时,对滑坡的预防和治理增加了难度,具有一定的复杂性。
二、滑坡的预防与治理
滑坡的形成原因有很多,有人为原因也有自然原因。在人为原因中,主要是由于在开采过程中,无序开采,施工人员没有按照施工程序进行规范操作。所以,加强采场边坡岩体的稳定性,要加强对露天煤矿边坡的预防和治理。
(一)加强培训,提高施工人员技术
施工人员的技术对滑坡的预防和治理起到关键作用。所以,在施工中要注意对施工人员的技术培训。在培训中,要严格按照培训制度执行,并且要加强考核,确保施工人员能够完全理解该项技术。尤其是在采用新技术的煤矿开采中,要加强施工人员的技术培训。在培训中,要重点介绍发生边坡发生的规则,对不同地质发生滑坡的特点作为重点,以便施工人员能够在施工中有的放矢。
此外,在培训中,要努力提高施工人员的安全意识。只有提高了施工人员的安全意识,才能使施工人员在施工过程中把施工安全谨记在心,在发生滑坡时能够及时发现,避免滑坡造成更大的损失。
(二)滑坡的监测
露天煤矿边坡监测是预防边坡滑坡的重要手段,边坡监测可以及早发现边坡存在的问题,及时采取措施,尽可能的减少滑坡带来的危害。在对边坡监测,主要对工作帮、非工作帮的边坡变形、位移等情况进行监测。在监测中,要尽量采用新技术,提高监测质量。在新技术使用时,需要注意最好能够与旧技术进行参照对比,得出有效的监测质量结果。
(三)边坡管理
第一,建立健全边坡管理机构。成立露天矿边坡管理小组,配备专业技术人员,按期进行边坡观测,及时提供观测数据,每季度作出边坡监测分析报告,报矿领导及有关部门。把边坡管理工作纳入日常生产管理。
第二,加强现场管理。在边坡作业时,管理人员要加强巡视,要求施工人员严格按照施工程序和操作规范进行施工,对于违反操作规定的人员,要及时处理,并给予一定的处罚。此外,还要对施工人员进行现场培训,增强施工人员的安全意识和操作规范意识,确保施工的质量,同时也是对施工人员自身安全的保护。
第三,建立一支边坡维护专业队伍,加强检查维修。露天煤矿边坡,必须对其进行经常性的检查和维护,用以保证边坡稳定,防止灾害发生。
(四)滑坡防治技术
第一,削坡减重,采用自上而下的清理缓坡措施。缓坡起到了稳定边坡的作用。(西帮、北帮都采用了削坡减重的方法进行了处理)
第二,抗滑桩加固,采用钢筋混凝土桩加固边坡。必要时进行人工放坡,铺上草皮,植上灌木,砌筑局部挡土墙或者预埋防滑坡的木桩。(西帮采用了抗滑桩加固的方法进行了处理)
第三,控制地下水压变化,地下水是影响边坡稳定的重要因素,多数边坡失稳破坏都是由于地下水的失控所造成。因此,要设置排水网络,防止地表雨水流入矿坑冲刷边坡,层理。深凹露天矿要在坑外周围设置防山洪、防泥石流的阻挡或者疏导的设施。(西帮采用了修建当水墙来控制地下水变化的方法进行了处理)
三、结束语
露天煤矿边坡治理不仅关系到煤矿的利益,也关系人们的人身安全,所以煤矿管理部门要切实做好边坡治理工作,预防边坡滑坡发生。咋爱边坡滑坡后及时采取措施,将损失降到最低。
参考文献
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3、翟宏新,露天煤矿开采工艺及设备的新进展,矿山机械,2008年第10期
4、覃辉煌; 周望; 肖中林 ,垂直锚杆式钢筋砼挡土墙在深凹露天煤矿边坡滑坡治理中的研究和应用,科技创业月,2013年第1期
5、张艳博; 康志强; 李占金,露天煤矿软弱层滑坡灾变演化数值模拟分析 ,矿业安全与环保,2010年第8期
1煤矿的开采方式
1.1 露天开采
当矿层接近地表时,使用露天开采的方式较为经济。矿层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药,接着使用挖泥机、挖土机、卡车等设备移除表土。这些表土则被填入之前已开采的矿坑中。表土移除后,矿层将会暴露出来;这时将矿块钻碎或炸碎,使用卡车将矿砂运往选煤厂做进一步处理。当矿石开采完毕,在隔壁重复同样的步骤。露天开采的方式可比地下开采的方式获得较大比率的煤矿,因为较多的矿层被利用。露天开采煤矿可以覆盖数平方公里的面积。世界约40%的煤矿生产使用露天开采方式。
1.2 地下开采
大部分矿层均远离地表,因此无法使用露天开采的方式。地下开采目前占世界煤矿生产的60%。在矿坑,通常使用房柱法在矿层中推进,梁柱用来支持矿坑。共有四种主要的地下开采法:(1)长壁开采,长约300m以上的采掘面。一台精密的采矿机在矿层隧道中前后移动。松动的矿石掉入输送带中,并移到工作区域。(2)连续开采,利用1台有碳化钨钻头的机器从矿层中刮下煤矿。在“房柱法”系统中操作-在一系列约10m的房间区域中工作。(3)爆破开采,传统的开采方式。使用炸药打碎矿层,将矿石收集放在矿车或运输带中。(4)短壁开采,使用连续开采的机器。类似长壁开采有着可移动的坑顶支撑。
2 煤矿开发时造成的环境灾害
2.1 水土流失和水土污染
煤、水都是自然界的共生资源,但是在采煤时一定会影响到水资源与生态环境,诱发水旱灾害,出现吃水难、耕地用水缺乏等相关问题。在采、洗、选煤的加工过程中,会有各种各样含有大量硫化物的废渣废液产生,而且排放量较大,再经风蚀,淋溶、水蚀等作用,形成酸性水流入河道或渗入地下污染水源,造成植被大面积死亡,土层中大量的氮、磷、钾等营养物质流失,造成土壤肥力下降;污染水切割农田、淤积河道,既影响着工农业生产又形成了严重的生态和社会问题,致使生态环境严重恶化。
2.2 煤矿大气污染
采煤过程中瓦斯逸散和瓦斯、抽排,锅炉燃煤烟尘、二氧化硫排放,煤矸石山自燃都是煤矿的废气污染灾害发生的主要来源。近期性与广域性是煤矿大气污染的最大特征,已经引起国内外的高度重视。
2.3 斜坡变形灾害
煤矿开发具有建设周期长、规模大、人类开程括动强烈等特点,在开采过程中会引起地面变形,不合理的工程括动,比如削坡、修路、堆矸等,破坏了地表斜坡的原始平衡,导致或诱发了大量滑坡、崩塌及泥石流灾害。
3环境灾害防治措施
3.1 综合规划,统筹考虑
煤矿地质灾害治理所涉及的方面较广,比如政治、经济、社会、法律、环境、生态、技术等方面的综合问题,它是一个较复杂的系统工程,要全局性、系统地规划,有计划、有步骤、有目标地进行实施。从技术方面上来说,地质灾害的研究会涉及采矿、地质、测量、数学、力学、环保等多学科,在充分考虑多方面的因素后进行联合攻关。所以,各个相关部门和行业要综合规划、统筹考虑,只有这样才能缩短时间、优化方案、综合治理。
3.2 建立矿井水和生活污水净化处理站
针对各矿矿井水的水质特点,我们要相对应地采取废水处理工艺,对煤矿水资源进行循环利用,并对矿区废水的净化利用,使处理后的矿井水做为矿井补给水源,减少污染物的排放。
3.3 利用大气自净能力
所谓的大气自净能力,它是大气环境对污染物产生稀释、沉降和衰减作用而使大气中污染物浓度降低的能力。根据矿区地理位置及气候状况,合理布置污染源分布以及增加烟囱高度等,利用大气自净能力,净化空气,提高矿区环境质量。
3.4 发展洁净煤技术
洁净煤技术主要包括原煤洗选、型煤技术、煤气化技术、煤液化技术以、高效燃烧烟气净化、煤层瓦斯的研发利用、煤矸石的利用以及煤矿矿井水净化与资源化等。通过新技术的开发利用,不仅可以达到提高煤炭热效率、节约煤炭和减少污染物排放,同时也能减轻煤炭开发利用对矿区生态环境的破坏与污染,为实现煤矿经济与生态环境的可持续发展奠定技术基础。
4结语
综上所述,煤炭是我国的主要能源,但煤矿开采对环境造成了严重灾害,因此国家对煤炭环境保护主度重视,并提出了更高的要求。为了有效控制和减少煤矿环境灾害的发生,我们要从环境灾害的根本入手,全面系统地分析煤矿环境灾害的主控因素,达到防患于未然的目的。
参考文献
中图分类号:TV223 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)23-0132-01
1 引言
抚顺西露天煤矿采矿坑坐落于抚顺市区东南部,开采于1914年,有近百年的开采历史。现已形成东西长6.6公里,南北宽2.2公里,平均深度约405米,面积约10.87平方公里的露天采坑。该煤矿采坑北帮紧邻抚顺市区,并有中直企业抚顺石油一厂、辽宁省直企业抚顺发电厂等企业单位。长期高强度的矿山开采诱发了一系列滑坡地质灾害 。为了防止和减轻抚顺西露天矿坑北邦边坡滑坡地质灾害的发生给周边企业、采煤安全和居民造成生命财产的损失,于2006年6月10日正式启动抚顺西露天矿北邦滑坡变形监测、预警工作。
【1】对于滑坡变形地质体来讲,不仅要监测其地表位移,也要监测其深部岩移情况,这样才能对整体的位移进行判断。通过监测了解深部岩移情况 ,特别是滑动面处的滑移变形和滑动方向。钻孔测斜仪的出现较为圆满地解决了该问题,现已成为观测深部横向(或水平)位移的标准手段。钻孔测斜仪是一种测定钻孔水平位移的原位监测仪器。通过对钻孔的逐段测量可以获得钻孔在整个深度范围内水平方向的位移,从而可以比较准确地确定其变形的大小、方向和深度。西方国家自20 世纪60年代就开始大量应用钻孔测斜仪,国内也应用了近二十年。钻孔测斜仪对边坡、地基、地下洞室 等岩土工程进行变形监测,效果很好。由于其适应于各种类型的斜坡且稳定可靠,被广泛应用于滑坡监测当中。本文探讨了利用钻孔测斜仪对抚顺西露天矿北帮深层岩移监测的有关问题,结合长期应用CX- 3C系列测斜仪对抚顺西露天矿北帮深层岩移监测分析,测斜成果证明钻孔测斜仪对深层岩移进行监测的可行性。
2 钻孔测斜仪的组成及原理
【2】钻孔测斜仪是一种测定钻孔横向位移的原位监测仪器,在边坡工程原位监测中应用最为广泛。通过监测可以确定岩(土)体内滑裂面的位置、大小和滑动方向,对分析边坡稳定性、确定滑坡动态起着重要的作用。 按使用方式的不同,测斜仪可分为滑动式测斜仪和固定式测斜仪,抚顺西露天矿北帮边坡监测工程采用的是CX-3C滑动式测斜仪。它主要由测头、测读仪、电缆和测斜槽4部分组成。该仪器采用最新进口倾角传感器作为敏感元件,它是一个力平衡式的伺服系统,当传感器探头相对于地球重心方向产生倾角θ时,由于重力作用,传感器中敏感元件相对于铅锤方向摆动一个角度,通过高灵敏的微电子换能器将此角度转换成信号,经过分析处理,直接在液晶屏上显示被测点的水平位移增量Δi,并存入仪器中,通过串口送入计算机中处理。
测斜仪工作原理公式见下:
(2)测斜孔口上要做深度读数标记
(3)要符合规定的水温、水压及测斜角度
6 结束语
本文通过对用钻孔测斜仪在抚顺西露天监测中的应用,得到的相关的数据可以确定出岩(土)体内滑裂面的位置、大小和滑动方向,对分析边坡稳定性、确定滑坡的机制和滑动形式起着重要的作用,而且可有效地指导滑坡治理工程活动。因此钻孔测斜仪将会在深部岩移监测中起到越来越重要的作用。
中图分类号:G812文献标识码: A
一、前言
砂岩矿是我国重要工业原料,砂岩矿工业的可持续发展关系国民经济健康发展安全。矿产资源的开发造成矿山环境问题严重,因露天采矿、开挖和各类废渣、废石、尾矿堆置等,直接破坏与侵占大量土地;矿山开发诱发的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害有增无减;采矿疏排水破坏了地下水系统,井泉干枯,人畜饮水困难。这些都严重影响了矿区周围群众的正常生活和社会稳定,也使得矿山环境恢复治理工作十分艰巨繁重。
二、矿山地质环境存在的问题
1、占用和破坏大量土地。采矿工业占用和破坏土地,包括采矿活动所占用的土地(如厂房、工业广场);为采矿服务的交通(公路、铁路等)设施,采矿生产过程中堆放的大量固体废弃物所占用的土地等。
2、地质灾害频繁发生。许多矿山在开采过程中都不同程度地受到滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的危害,露天矿山主要表现在:一是露天开采使边坡改变原有的天然平衡状态,地面及边坡开挖影响山体、斜坡稳定,导致岩(土)体变形,诱发崩塌和滑坡等地质灾害;二是矿渣随意堆放,造成超负荷堆放,引起滑坡;三是部分矿山矿渣顺沟堆放,遭遇下雨,沟内汇水携带大量矿渣形成泥石流。
3、水土流失和土地荒漠化。采矿往往把周围植被砍伐殆尽,水土流失严重,地表丧失或部分丧失了生态功能,造成水土流失、岩石,甚至荒漠化。
4、环境污染。采矿过程中的环境污染主要来源于废水、粉尘和废渣。废水未经达标处理就任意排放,甚至直接排入地表水体中,使土壤或地表水体受到污染。露天矿山生产的各个环节,如穿孔、爆破、铲装、运输、破碎、排土等均产生大量的粉尘,随风漂浮,弥漫空中,污染大气,危害人体健康。大量堆存的废渣占用土地资源,污染生态环境,有些尾矿废渣中甚至含有重金属、放射性元素等,对生态环境的危害十分严重。
三、露天矿开采环境问题的治理对策
1、区分环境问题历史旧账和新账,从而明确环境恢复治理的主体和责任人。要由目前的矿山企业来承担历史遗留的环境问题的治理显然是不现实的。因此尽早区分历史旧账和新账,是明确环境恢复治理责任、内容、资金来源和实施主体的重要前提。历史旧账和新账的划分,建议以企业由计划经济转为市场经济即企业利润基本上缴国家转为企业自负盈亏的年份为界。对于历史旧账,应主要由政府承担,主要依靠国家、省市政府投资、组织治理。而新账必须主要由企业承担,严格执行谁破坏谁治理、谁负责的原则。杭二泥露天矿、海州露天矿这样的老矿,由于历史原因造成的环境问题主要由国家、政府承担治理恢复;而进人市场经济后由于露天开采引发的新的环境问题则必须由企业承担,进入企业生产成本,负责治理恢复;而新建矿山则必须从勘察、立项、建设、设计、生产开始就从法制上、管理上明确责任人,并负责到矿山闭坑。确保环境得到恢复和改善。
2、完善、修改的制定包括露天矿开采在内的有关标准、规范,使矿山开采的环境管理和治理具有可操作性、规范,使矿山环境管理和治理具有可操作性、针对性和科学性。实现露天矿开采从勘查、建设、生产、闭坑全过程的管理和监督有法可依。实现露天矿开采环境的改变一破坏一恢复一重建的良性循环。促进可持续发展。这就从源头避免、减少了环境问题的危害和地质灾害的发生。
3、露天砂岩矿建设开采的规划要充分考虑开采至最终境界可能带来的环境问题和灾变。规划和设计中要充分考虑不要在可能的环境灾变区设计民用与工业建筑。这一条对新建露天砂岩矿是必要的。
4、老的露天砂岩矿,开采已几十年,造成的环境地质灾害已成事实的情况下,防治对策建议遵循两条原则:一是避让原则,不要有灾害区内布置工程建设和居民建筑,已有的尽量考虑搬迁;二是针对性治理原则,对不宜搬迁的重要设置和建筑,采对针对性治理原则,对不宜搬迁的重要没置和建筑,采取针对性治理,如加固、屏蔽、采矿回填、边坡压脚等。宜进行几个方案的技术经济比较,要综合考虑技术可行性、经济合理性和安全风险性。
5、在地质环境问题较严重的露天矿,建立环境地质监测网站和地质灾害预警系统。主要针对已经建设和正在生产的露天煤矿,且环境灾变问题已经存在并影响、危害地面建筑和人民生命财产安全情况下建立。如抚顺发电厂及地面兴平路等均建有地面变形监测线网,实时监测并预测变形趋势,为及时采取灾害防治措施,避免损失提供依据。
6、对于新建露天砂岩矿,决策者、管理者、采矿者应站在保护生态环境的战略高度,主动的通过采矿工程活动改善和重建周边地区的环境。如平朔安太堡露天煤矿就做出了有益可喜的成绩。通过开露天矿、修水库、改河道、改变地形和地层层位、调整土壤结构、防止水土流失、复垦种植等,不但避免了环境的恶化,而且通过露天砂岩矿开采,建设一生态环境更好的新矿区。
7、泥石流的防治。惠顺石场泥石流的防治措施:主要采取工程防御体系、生物水保防御体系、管理防护体系和管理体系等综合防御体系。加强对废石废土的堆放管理,设排水沟,防止暴雨和地面径流冲刷、水土流失,改善排水、导洪能力,修筑支挡工程、拦洪等拦挡工程,控制泥石流的固体物质和雨洪径流,削弱泥石流的流量、下泄量和能量。
8、土地植被恢复。矿山开采产生新的堆积、挖损地貌,岩石,使原有的地表形态和地貌景观发生了明显的变化,破坏了原有的土地资源及地表植被,造成水土流失和土地荒漠化。因此,在矿山开采前,首先对破坏场地的表土进行剥离,将表土存放于客土场,待恢复治理时将表土进行回用、平整后实施植被恢复工程。在矿区内进行植被恢复,可大幅度提高矿区的植被覆盖率,减少水土流失,从而降低滑坡、泥石流等地质灾害的爆发几率,减少矿山污水对矿区周边水系的污染,矿区生态环境和地貌景观可以得到逐步恢复,生态环境质量大幅度改善。
四、矿山地质环境保护与恢复治理的重要性
矿山环境问题由来已久,但近些年来显得尤为突出,其根本原因在于重矿产资源开发利用,轻环境保护治理的问题。解决矿山环境问题的重要措施就是进行矿山环境治理,通过矿山环境治理,可以恢复土地资源,从而有效解决人地矛盾;可以保护生态环境,提高人民生活质量;可以增加就业机会,有利于社会安定团结;可以实现矿业和区域经济的可持续发展。因此,矿山环境治理是建设和谐矿山的重要手段。
五、结束语
砂岩矿开采矿山生态环境恢复治理的任务任重而道远,矿山生态环境恢复治理的逐步开展,进一步扼制生态环境的恶化,改善区域生态环境现状,水资源状况得到恢复治理,资源的综合利用率明显提高,真正实现“天更蓝、山更绿、水更清、生态文明、人与自然和谐发展的新跨越”。
参考文献:
矿产资源的大力开采在给人类带来巨大利益的同时也对生态自然环境产生了巨大的破坏。尤其是进行露天开采之后,对陆地的破坏对岩土的破坏不在仅仅是地表土地,甚至是地下几百米,严重侵蚀土壤,破坏地层层序,导致被污染地区寸草不生。所以,科学合理地对露天开采对生态环境产生的影响进行评价,将合理开采生产与保持生态平衡同时进行,加强对生态环境的及时修复及保护,实现矿产露天开采业与生态环境效益的双赢,是现阶段面临的重中之重。
一、生态被严重破坏
由于人类的露天开采与加工,严重破坏了矿区内的生态系统及生态结构,导致矿区内的生态环境越来越不利于人类生存发展,并严重威胁着矿区内的生态发展。
(一)原生态被破坏
露天矿进行开采时挖损大部分是毁灭性的,其占地面积又极大,不仅如此,露天开采对地表土壤、地层层序、地表植被以及一些地质遗迹等都造成直接破坏。同时,尾矿场以及矿外排土场也对矿区原有的生态系统造成了严重的破坏。煤炭产业进行露天开采时每开采出一万吨煤就会导致大约0.22m2土地被破坏,因为土地被破坏,这些土地上原有的生态系统也随之被破坏,被破坏的生态系统不是短时间能被修复的,严重破坏生态环境,导致生态失衡。
(二)水系统生态恶化
在进行露天开采作业时要将开采区域内的地下水抽取干净,这就对矿区和矿区周边的水循环系统造成极大的破坏,出现地下水枯竭的情况,从而导致岩体塌陷现象的发生。比如内蒙的元宝山露天煤矿由于大量的抽取地下水致使当地的水文环境遭到严重的破坏。此外,矿区最为严重的就是水体的污染情况比较恶劣。土方的挖出和矿物质的堆积等长期的处于暴露的状态,容易受到风和雨的侵蚀,这些带有矿物质的水资源深入到地下,对原来的地下水资源和地表土壤造成了污染。这些污染的土壤和水源不仅对水中和陆地的动植物造成了威胁,同时也对农业用水造成了影响,带来了一系列水生态恶化事件。
(三)生态环境质量下降
在露天开采过程中,生产剩余的松散物质比如废石和废渣等会使矿区出现严重的水土流失。在矿石的燃烧、开采、运输等环节中都会产生大量的粉尘等有害气体,对大气造成污染。此外,生产机器设备在工作中会产生大量的噪声污染。在开采过程中使原有的蓄水保土、蓄养水源和保护生物多样化等自然功能丧失,使整个生态环境质量下降。
二、生态环境保护措施
(一)制定完善的生态环境保护计划体系
在生态环境中露天矿山的开采对其有着巨大的影响,为了保证各种自然资源免受污染和破坏,建立一套完整的生态环境防治、恢复和补偿系统就显得尤为重要。通过不断的完善生态保护计划体系能够实现资源的持续发展,通过制定科学合理的保护措施,有效地将预防、治理进行结合,从而将生态环境破坏降低到最小。
(二)矿区规范建设
有效降低露天开采对生态环境影响的重要措施就是加强矿区的规范建设。在建设露天矿区时要对设计方案进行优化,将各方面的影响进行充分的考虑,提高单位面积内的产能,即减少开采用地,最大限度增强单位产量。同时降低排土占地,实施开采区内部排土,适当的增加内外排土场高度。在进行开采区建设时要将生态建设纳入其中,保证矿石开采的各个流程都符合生态化建设,在保证产能的同时也注重土地的复用建设。
(三)工程措施
对于开采剩下的废石和废渣应该在场区内进行集中处理,从而改善井底地表植被被压占的现象。在建设废石场时,在底部先用大块的废石进行垫层,便于水分的渗透,不至于整个废石场出现泡水的现象。使用由下而上的分层水平堆积,并定时进行平整。在废石场的上部设置截洪沟,使废石场免受洪水的冲刷。矿区内的道路要设立护坡和道路保护措施,并在第二年春天播种当时适应的植被。
(四)生物措施
爆破和开采之间的安全界限地带要建立绿化隔离带,隔离带的宽度控制在100米左右,种植的植被为适宜的植物;进行矿区道路绿化,确保最终坡面的稳定性,并种植相应的植被。当开采结束后要进行及时复垦,这是当前露天开采土地恢复的一项重要措施,目前使用的复垦技术主要有生态农业和生物复垦两种技术方式。
(五)水资源的保护
露天矿的排土场为了保护水资源,通常情况下会建立在不易渗水的基底上,并且具备良好的废水汇集能力;将开采区和排土场内的清水和废水进行有效的分开处理。科学合理的规划和使用地下水,避免出现地下水超采和失衡情况的发生;另外做好矿场内有毒矿物和废弃物的处理工作,避免污染土壤和地下水。
三、结语
人类因为破坏环境而遭受大自然报复的实例不少,可以说,每一个实例,都是大自然给人类敲响的一声警钟。加强生态环境保护,致力于修复被毁坏的生态环境,可以减少地质灾害的发生。所以,加强露天矿科学合理的规划建设,积极保护生态环境,确保土地复垦工作的落实意义重大。
参考文献:
[1]鲁臣,秦顺武,张发星.露天开采矿山生态环境治理的方法探讨[J].工程技术:文摘版,2016(6):00163.
中图分类号:TD82文献标识码: A 文章编号:
1井下开采技术特点
(1)煤矿开采分为:露天开采和井下开采两种方式。相对于露天开采而言,井下开采更复杂和具有难度,操作性也更强;其次井下开采要结合地质情况、构造情况、煤层分布特点等,来制定合理的开采方案,其中包括开采方式(井筒采用平硐或斜井)、开采设备的选择和支护方法的确定等等。
(2)开采方式的选择要根据煤矿类型来确定,不同的开采方式采收率差别很大,井下开采常用长壁式开采、放顶煤开采等方式,露天煤矿开采多直接采用挖掘的方式。采煤工艺的发展多是伴随着实践的探索和不断的经验总结,每种采煤工艺的变革都是自上而下的一系列设备方法的改进,而不仅是单纯的某个环节。
2煤矿井下开采技术现状
2.1采煤方法与工艺
采煤方法与工艺的不断完善是采矿发展的主题,采煤工艺的发展带动了煤炭开采各环节的变革。由于长壁开采在中、小型矿井中是一种最新经济的井下采煤方法,目前长壁式采煤法在全球井下开采中普遍应用,并占据了核心地位。
长壁采煤工艺中,针对缓倾斜、倾斜煤层,目前采用的采煤方法与工艺有缓倾斜薄煤层及中厚煤层单一长壁综采、缓倾斜厚煤层倾斜分层长壁综采、缓倾斜厚煤层一次采全高长壁综采、缓倾斜厚煤层放顶煤长壁综采等。
在发展现代采煤工艺的同时,继续发展多层次、多样化的采煤工艺。我国长壁采煤方法已趋成熟,放顶采煤的应用在不断扩展,应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高,急倾斜、不稳定、地质构造复杂等较难开采煤层的采煤方法和工艺的研究有很大空间。主要方向是改善作业条件,提高单产和机械化采掘水平。
2.2 技术装备
煤炭工业技术装备总体趋势是根据煤炭开采条件,以高产高效、减人增效、安全可靠为目的,向大型化、集约化、自动控制化方向发展。主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。应进一步加强完善支架结构及强度,加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究,提高支架的可靠性,缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距,要实现高产高效,就要提高开机率,对“支架一围岩”系统、采运设备进行监控。
今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架一围岩”系统控制,迸一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油—磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。另外,在煤矿人员定位系统、瓦斯监测、监控系统、通信系统等方面采用高新技术来保障安全与生产、安全与效益的关系。
2.3采场围岩控制技术
国内大型煤矿采场多采用重型液压支架支护,巷道支护则以锚索、锚杆联合支护为主。中、小型煤矿回采面多采用单体液压支柱、金属支柱支护,巷道支护多以锚杆为主,砌碹、金属支架为辅。针对坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、大采高、大采深采场等不同条件的支护技术和材料也将不断推出。耐炮崩、轻型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索和可伸缩锚杆将陆续生产,监测仪表趋于直观、轻便、小型化。
2.4优化巷道布置,减少矸石排放的开采技术
改进、完善现有采煤方法和开采布置,以实现开采效益最大化为目标,研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统,实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。实行全煤巷布置单一煤层开采,矸石基本不运出地面,生产系统要减化,同时实现综采与综掘同步发展,生产效率大幅提高的经验的同时,重点研究高产高效矿井。开拓部署与巷道布置系统的优化,减化巷道布置,优化采区及工作面参数,研究单一煤层集中开拓,集中准备、集中回采的关键技术。大幅度降低岩巷掘进率。多开煤巷,减少出矸率;研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术,既是减少污染的一项有利措施,又减化了生产系统,有利于高产高效集中化开采,应加紧研究。
3煤矿井工开采技术存在的问题
(1)采煤技术水平仍然较低,技术装备较差,采煤机制造技术落后。与国外同行业相比,在机电一体化、智能化、自动化的控制技术,产品可靠性技术,数字集成技术与计算机辅助设计技术,仍然存在较大差距,中、小型矿井落煤方式还以炮采为主,工作面走向长度过短。
(2)在采煤机械化系统,运输系统、采场围岩控制系统、巷道准备系统和辅助运输系统技术装备较差,功率及生产能力较小,机械化程度和工效普遍不高。
(3)引进消化国外先进设备方面不够。在井下自救系统、避灾系统、个人防护装备水平仍然很低,对瓦斯等重大灾害预测预报的仪器、仪表还不能完全达到要求,对安全事故的防治技术及装备不能充分有效防治灾害或最大限度减轻灾害。
(4)煤矿重大科技攻关课题难以实现,重大安全技术问题难以解决。目前我国煤矿在“一通三防”.防治水、矿井深部地压、冲击地压、高温害和支护等方面存在许多技术难题,严重威胁着煤矿安全生产,这些涉及行业技术发展共性基础性和前瞻性的重大科技工作课题,国家支持范围和力度与过去相比大大减少。
重点煤炭企业下放后,受单个企业和科研院所经济实力限制,难以开展技术攻关。煤炭地下气化技术和煤炭地下浆化(液化)技术受经济成本等因素影响未能有效推广应用。
3 煤矿井下开采技术发展
开发煤矿高效节约化生产技术、建设生产高度集中、高度可靠性的高产高效矿井开采技术。以提高工作面单产和生产集中化为核心,以提高效率和经济效益为目标,研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺,简单、高效、可靠的生产系统和开采布置,生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术,发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化,进一步改进工艺和装备,提高应用水平和扩大应用范围,提高采煤机械化的程度和水平。
引言
由于地质相对复杂,煤炭开采过程中很容易出现地质灾害,这些地质灾害直接危害矿区居民的生命和财产的安全,地质灾害的产生和延续,使人们无法安居乐业,治理灾害的工程量巨大,耗资不菲,工期较长。因此,需要及时找出相应的灾害治理措施,以免造成更大的灾害。
1 煤矿地质灾害的特点
群发性,采煤工程破坏地质环境的平衡。引起地质环境的反馈,其反馈行为所导致的灾害往往不是孤立的,常在同一煤矿区某一时段集中形成灾害群。衍生性,原生环境地质灾害还常常衍生一连串的次生灾害,形成一系列有成因联系的灾害链。例如煤矿生产对环境的影响可分为直接的(通常是长期的)和间接的(通常是短期的),但两种类型的环境影响结果可以认为是一种连锁反应。区域性(如下图所示),就各种灾害的内部联系而言,它们受一定区域性条件控制,如受区域性构造条件、区域性煤系岩性组合特征、区域性煤变质条件、区域性地理条件和区域性气候条件的控制和影响。因此,在灾害时空演化和分布上表现出区域性的特点。发灾持续时间的多样性,煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井突水、顶板冒落等灾害,往往具有突发性,发灾时间短、强度高,破坏性大。
图1 地质灾害区域特征
不可避免性和可防御性,煤矿环境地质灾害是按一定规律、达到一定程度后发生的。在目前技术经济条件下,乃至今后一定时期内,要完全避免是不可能的。但这些灾害又是可以防御的,随着研究的深入、经验的积累,依靠科技进步进行预测预报和积极治理,对灾害进行控制,减少灾害,减轻灾害损失是可能的。
2 煤矿地质灾害产生原因
2.1 客观原因
采矿过程,从地壳内部挖出了极为巨大量的矿石和岩石。诚然,不论采矿的手段是钻采、坑采,还是露天开采,还是液采,实际上都是肢解地壳的机体,过后会留下千疮百孔的空洞。这就使本来呈自然平衡的地壳,出现了新的不平衡和不谐调,导致了地壳物质的不稳固性。这是诱发矿山地质灾害的本质原因。采矿特别是地下采矿必须要排净矿坑下积水和处理地层漏水,这又造成地下水的不平衡,进而导致地层的不平衡性和不稳定性。
2.2 主观原因
相当长时期以来,地方和民营小煤矿等如雨后春笋般发展,它们与国营大矿山争夺资源或单独或寄生于国营大矿山之上,每个小矿山在大矿山上挖一个洞,宛如一个个疮疤,极易发生瓦斯泄露和透水等事故。
3 实例分析
3.1 地质灾害概况
某煤矿位置属构造侵蚀中山地形地貌。地质结构简单,地形起伏较大,构造不发育,在井田区域内未发现崩塌、滑坡、泥石流、溃坝等地质自然灾害。矿区所处位置为山区,年降水量1502.2mm,雨量颇丰,多集中在6~9四个月,汛期常会在短时间内形成集中降水,水量较大,是诱发山洪、泥石流、滑坡等地质灾害的主要原因。煤矿在开采过程中,采空区上方的地表可能会出现裂缝或塌陷坑等地质灾害,多集中于山体林地内。因此,要加强地质灾害防治工作,防止地质灾害事故发生。
3.2 地质灾害防治措施
3.2.1 加强地质灾害排查工作
地质灾害防治监测小组负责每月对矿区范围内的地质灾害隐患点组织不少于一次“拉网式”排查;每次大雨过后要临时增加一次地质灾害排查,对排查中发现的隐患由相关科室负责人及时制定防治方案,限期整改并监督落实。每年汛期来临之际,地质灾害防治工作领导小组办公室安排人员负责矿区范围内的巡查工作,重点巡查具有潜在重大危害的滑坡和地面塌陷、塌方等可能因暴雨诱发的隐患点。对查出的隐患地点,要设立醒目、永久的警示标志,并及时纳入群测群防监测网络,采取有效的防灾减灾措施。
3.2.2 认真履行职责,加强制度建设
煤矿的地质灾害防治工作实行统一管理,分工协作的原则,地质灾害防治办公室负责全矿区地质灾害防治的组织、协调、指导和监督工作,各监测人员按照各自职责负责相关的地质灾害防治工作。全矿要进一步加强地质灾害各类制度建设,形成全员防灾、群测群防、责权分明的地质灾害防范机制,尽职尽责,全力以赴做好地质灾害防治工作,确保矿区人员的生命财产安全。
3.2.3 加强组织领导,落实工作责任
全矿各相关科室负责人要把地质灾害防治工作列入日常重点工作安排,坚持不懈的抓好地质灾害防治工作,确保各项防治措施落实到位。建立和完善工作责任制,明确具体责任人,做到任务到人,责任到人。
3.2.4 坚持汛期值班和灾情速报制度
在汛期实行地质灾害值班制度,地质灾害防治工作领导小组组长及成员保持24小时通讯畅通,一旦出现险情领导小组所有成员要在第一时间赶赴现场,协调、指挥组织抢险人员进行抢险救灾和善后处理工作。灾情严重时,要立即启动应急救援预案进行抢险救援。同时,按照灾情速报制度,迅速上报灾情。对发现的地质灾害隐患地点,应立即组织应急调查,确认险情,采取措施进行避险和防范。
3.2.5 建立健全地质灾害群测群防体系
为切实做好地质灾害防治工作,充分发挥煤矿群测群防网络体系的监测作用。地质灾害防治工作领导小组联系人要配合地质灾害防治领导小组,切实落实群测群防网络人员对矿区范围内各类地质灾害隐患点的严密监控工作,严格落实地质灾害群测群防责任制度,切实加强地质灾害防治管理工作。
3.2.6 认真落实各项地质灾害治理措施
矿区一旦发生地质灾害后,地质灾害防治领导小组要严格按照已备案的煤矿地质灾害应急救援预案,落实治理资金、人员进行地质灾害监测,并定期向相关管理部门上报监测数据和资料,切实把地质灾害的损失降到最低。
在煤炭开采之前对可能引发的地质灾害进行预测是十分重要的环节,对于有可能产生的灾害应遵循“以防为主,避让和治理相结合”的方针。在煤炭开采过程中,对于可能产生地面塌陷及地裂缝等地质灾害的煤矿,可采取特殊的开采方法和顶板管理措施,以防止或减少地面塌陷地地裂缝等地质灾害的产生,对塌陷的地表随时进行综合治理,以恢复和进一步改善矿区环境质量,使治理后的环境比原有环境质量更好。
参考文献:
[1]翟文杰,钟以章,姜德录,王中,李芳.抚顺西露天煤矿地质灾害预测[J].自然灾害学报. 2006(04).
[2]胡炳南.我国煤矿充填开采技术及其发展趋势[J].煤炭科学技术.2012(11).
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(4)分站具有独立性和兼容性。分站可以显示及参数设置,可以现场对分站的参数进行设置,并且显示实测数据,独立工作而无须其它辅助设备。
(5)软件具有循环检测、单点追踪、定时检测等各种检测手段,提供数据的查、改、删等编辑功能,图形处理、报表处理等分析手段,且具有水位超限报警、传感器出水面报警等系统安全运行报警功能。
(6)具有远程终端显示及上传等其它功能。
5 结论