(1中國地質大學水資源與環境工程學院，北京，100083；2山西省地質調查院，太原，030001)
簡要介紹了山西六大煤田煤礦的環境地質問題現狀，並對目前調查中存在的問題和今後要開展的工作提出了壹些思考。對於礦山環境地質的綜合評價，筆者認為對各類煤礦環境地質問題的分析應從專業角度擴展到社會經濟方面，並以後者作為統壹綜合比較的結合點。同時提出，應在煤礦開采影響巖溶水引起的地應力變化、煤礦開采引起的土地沙化、各種保安煤柱的計算和運動角度的測定、煤礦環境地質模型和煤礦各種環境地質模型的建立方法等方面開展研究工作。
關鍵詞煤礦環境地質調查思考
1山西煤田概況
山西含煤地層主要為晚古生代上石炭統太原組和下二疊統山西組，分布於全省各煤田，煤炭儲量占全省總儲量的98%，開采潛力巨大。其次是中生代侏羅系大同組，分布在大同煤田和寧武煤田北部，其儲量約占全省的1.6%，可采煤層所剩無幾；三是新生代第三紀含煤建造，分布在樊氏、垣曲等地，儲量很少。根據沈積環境、地質構造特征、煤質劣變規律等綜合因素，山西從北到南主要分布著大同、寧武、西山、霍西、沁水、河東六大煤田，煤礦的環境地質問題在這裏也比較普遍，其他地區小煤田的問題越來越不嚴重。六個煤田的基本情況見表1。
表1山西省六大煤田基本情況統計表
2山西煤礦環境地質問題現狀
據統計，目前山西省煤礦開采面積約為5500km2。根據山西省地質調查院2002年6月5438+10月提交的《山西省重點地區礦山生態環境地質調查評價報告》，主要地質災害為大同、寧武、西山、霍西、沁水五大煤田(含太原東山、陽泉、潞安、晉城四大礦區)的開采沈陷、地裂縫、崩塌和滑坡。各類環境地質問題見表2。
表2各類環境地質問題統計表
3山西煤礦環境地質調查的思考
山西是中國北方地質災害頻發的省份，也是煤礦環境地質問題最嚴重的省份。但由於種種原因，山西煤礦環境地質問題的調查從1990開始逐漸引起重視，而1999之前開展的大部分工作都是在環境地質問題引發矛盾糾紛後進行的，為甲乙雙方協調或訴諸法律案件提供依據。代表性有限，整體法律性不強。難以宏觀確定山西煤礦環境地質問題的總體規模、程度和損失，難以分析確定不同地質環境、不同開采礦種、不同開采層位、不同開采方式下的不同環境地質問題模式。山西省環境地質總站1999提交的大同礦區地質災害調查報告、2000年2月10: 50萬的山西省環境地質調查報告和2002年6月山西省地質調查院完成的山西省重點地區礦山生態環境地質綜合調查評價(10: 25萬)揭示了山西煤礦的環境地質。
根據山西省1 ∶ 50萬環境地質調查，將山西省環境地質問題按災害程度劃分為4個區、34個亞區，並采用定性分析的方法進行評價和預測。山西省重點地區礦山生態環境地質綜合調查與評價(1∶25萬)根據地面沈降、地裂縫、房屋裂縫、固體廢棄物、塌陷、滑坡、泥石流、煤層自燃等8類礦山生態環境地質問題的實際數量，在2km×2km單元內進行災害分布統計，進行數字疊加分析，采用擾動系數法進行礦山生態環境地質綜合評價。確定重點區域生態環境地質破壞面積為1925km2，其中嚴重破壞面積562km2，中度破壞面積696km2，輕度破壞面積667km2。根據各礦井2010年前的生產計劃和國家十五計劃，將各礦區生態環境地質發展趨勢劃分為惡化區、恢復區和自然狀態區。分別對2km×2km單元內的1∶65438+百萬地圖進行了評價和預測。
上述兩個項目以及近年來部分礦區大規模環境地質調查和1 ∶ 5萬縣(市)地質災害調查與區劃，為總結山西省煤礦環境地質問題宏觀規律、建立形成模式和提出防治對策積累了資料，奠定了基礎。筆者就當前調查中存在的問題和今後應開展的工作提出以下思考。
3.1礦山環境地質綜合評價
礦山環境地質綜合評價以各種環境地質問題的強度規模、活動次數、分布密度和損失大小為標誌。這些因素決定了環境地質問題的破壞強度、發生次數和危害範圍，是綜合評價和確定損失程度的關鍵因素。然而，不同類型的煤礦環境地質問題具有不同的危險因素征兆。當礦山存在多種環境地質問題時，各種問題權重的確定問題就會突現出來，而這種權重與開采種類、地質環境、開采規模、開采層位、開采方法密切相關，具有多樣性、復雜性和不確定性，使得不同部門、不同地區、不同時期甚至不同部門。雖然近年來許多學者和研究機構提出了壹些建議，但到目前為止，還沒有形成統壹的點、面或區域礦山環境地質要素綜合評價方法，這是我們今後開展這類工作要解決的首要問題，應盡快建立相應的規範或要求。
目前，各種環境地質問題的權重確定方法主要有專家打分法、調查統計法、序列綜合法、公式法、數理統計法、層次分析法、復雜性分析法等。礦山環境地質綜合評價方法主要有專家判定法、工程類比法、因子得分法、攻擊系數法、概率統計法和聚類分析法。這些都是為了評價環境地質問題的風險性，專業性強，很難用不同的評價方法和結果進行綜合比較。作者認為，對各種礦山環境地質問題的分析應從專業角度擴展到社會經濟方面，後者應是統壹綜合比較的結合點。有必要論證這些問題對人類、城鎮、建築、交通、土地、水源、農作物、植被等的破壞性影響。，然後確定具體的受災體，再根據國家相關標準確定受災體的損害等級和價值損失率，最後從經濟角度評估礦山環境地質問題的損害損失。對於壹些僅通過區域調查難以確定災害點數量和破壞範圍的區域評價，可采用環境地質問題危害強度指數(危害指數×脆弱性指數)的方法進行評價。以其大小或強弱作為礦山環境地質問題災害程度的劃分標準，可以做到統壹標準，綜合比較。總之，要把礦山環境地質問題的危險性分析和脆弱性分析有機結合起來，以其破壞損失(經濟價值)或危害強度評價為目標開展工作。
3.2采煤、地應力與巖溶水的關系
對於局部地層，采煤相當於人工卸載。煤礦開采後，采空區周圍壹定範圍內的地應力必然會發生變化，地應力的變化必然會對巖溶地下水在碳酸鹽巖裂隙和溶蝕空間(洞、洞)中的運移產生影響。首先，由於地應力的變化，在水動力場中正常運動的巖溶地下水的運動速度和方向必然發生變化；其次，煤炭開采和地應力變化導致裂隙發育，加強了煤系地層與下伏奧陶系巖溶地層的聯系。對於帶壓開采區，采煤位移增大，加速了巖溶水資源的減少；對於無壓開采區，煤系地層中的地下水滲漏使巖溶水資源受到汙染。在我們過去的工作中，地應力的實測數據很少，這方面的研究還是空白，今後應該加強。有必要研究地應力變化對巖溶水運移的影響方式和機制，以及地應力變化對山西煤礦開采引起的巖溶水的影響程度。
3.3采煤造成的土地荒漠化
露天采煤，剝離了上覆的巖土層和植被，必然導致土地沙化；地下煤礦采空區形成的地面沈降和地裂縫，往往將土層中的細顆粒帶入地下深處，使上部土地逐漸沙化，並伴有耕地跑肥現象，壹般復墾手段難以恢復。煤礦這些環境地質問題的形成方式、危害程度、評價方法和防治措施是什麽？在我們之前的調查工作中被忽視或者忽略了，也是我們今後要註意的壹個課題。
3.4安全支柱設計問題
山西絕大多數煤礦位於丘陵山區，溝壑縱橫，使得煤層采空區上部的載荷分布很不均勻。然而，過去和現在使用的《建築物、水體、鐵路和大巷煤柱規則》中計算安全煤柱關鍵參數(上山、下山和走向)的實測值，在山西大部分主要礦區都沒有得到執行。僅陽泉市壹、二、三、四號煤礦和太原市西曲、官地、鎮城地、明希煤礦進行過測量，代表性有限。所以山西很多保安煤柱的計算本來就存在不足，因為大多引用了運動角，計算公式沒有考慮上部荷載分布不均勻的因素。在荷載分布不均勻的采空區上部，容易形成剪切作用，使得煤礦環境地質問題的表現形式和災害程度不同於荷載分布均勻或不均勻的采空區上部。這也是為什麽山西很多煤礦企業按照國家相關要求預留了保安礦柱，但在采煤過程中，保護區內仍然產生開采沈陷、地面裂縫、房屋裂縫的主要原因之壹。今後應加強這方面的研究。
3.5環境地質問題模式確定
山西地質構造條件復雜。由於每個煤礦的地質環境、煤層、開采規模和開采方式不同，各地上覆巖層的巖性和厚度也不同，煤礦環境地質問題的程度和方式也有較大差異。例如，在大同礦區，由於侏羅系大同組煤層頂板堅硬、脆性大、抗壓強度高，采空區穩定時間難以預測。當礦柱支撐條件不足時，往往會發生壹次性垮落地震，危害極大。潞安礦區由於山西組和太原組頂板硬度相對較軟，地表平坦，地表下沈逐漸超過采空區，穩定時間相對容易預測。分布在山區的煤礦，由於上部荷載分布不均勻，往往會造成保安煤柱中煤礦的環境地質問題。在65，438+0 ∶ 25萬礦山環境地質調查的基礎上，開展65，438+0 ∶ 65，438+0，000 ~ 65，438+0 ∶ 5萬甚至更大比例尺的調查，進行綜合研究，確定各礦區環境地質問題模式，對煤礦環境地質問題的整治和預防是十分必要的。
3.6分析和預測模型的建立
單個煤礦環境地質問題分析預測模型的建立，對掌握災害發展趨勢，進行災害預警預測，為政府部門制定減災防災規劃和宏觀決策具有重要意義。目前，山西在這方面的工作還處於起步階段，建立的模型較少，難以滿足工作的需要。“山西省重點地區礦山生態環境地質綜合調查與評價”項目利用三維可視化滲流軟件Visual Modflow，建立了符合平朔安家嶺煤礦礦井水的可視化三維滲流模型，並進行了模擬預測。其他項目也在長治崔蒙礦區、太原西山礦區建立了相應的模式，受到中央領導的關註。模型的建立要以地質災害模型的確定為基礎，利用空間信息系統從三維角度研究災害體，然後結合長期觀測數據進行模擬，最後用於預警預報。目前，用於模擬煤礦開采對地下水影響的軟件有很多，如GMS、Peflow、Modflow等。，但開采沈陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等方面的軟件較少，今後應加強研究。
參考
[1]郭。山西煤礦開采地質災害模式分析。中國地質災害與防治雜誌第八卷增刊，1997(10)。
周等。地質環境質量評價理論與應用。武漢:中國地質大學出版社，1998。
張亮等。地質災害評估的理論與實踐。北京:地質出版社，1998。
劉·。地質災害勘探指南。北京:地質出版社，2000。