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[摘要]本文以陈召一矿煤矿为研究对象，对该矿山开展实地调查，然后针对矿山工程可能遭受或工程建设可能加剧引发的矿山地质环境问题进行预测评估，最后研究地质环境与保护恢复治理分区，提出了以工程治理、回填裂缝、生态恢复、建立矿山地质环境监测体系等为主的监测与防治措施，使煤矿开采与矿山地质环境问题恢复治理工作同步进行，为陈召一矿煤矿区在保护地质环境下开发利用矿产资源提供参考。
[关键词]矿山地质环境 恢复治理 陈召一矿煤矿区
[中图分类号]P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-430-2
陈召一矿位于河南省卫辉市太公泉镇境内，东距卫辉市约18km，西南距新乡市约21km，矿区生态环境脆弱，为了煤炭资源的可持续发展和矿山地质环境保护的工作[1-3]，以陈召一矿为例，研究煤矿开采区矿山地质环境问题，对其影响程度进行评估，并提出了恢复治理措施，为煤矿区在保护地质环境中开发利用矿产资源提供依据。
1 矿山开发利用方案
1.1地面工程
整个工业场地可分为2个区，以道路两边各分：西生产区，东辅助设施区。西区设有主、副井绞车房、井口房、机电维修车间、坑木房、6kV变电站，设有井下排水系统地面配套水池约600～900m3供生产用水，多余部分可以灌溉农田，主井南设有储煤场和矸石排放系统；东区设有锅炉房、矿灯充电室、浴室、更衣室、任务交待室及矿井生产调度中心，另有材料仓库一座，场内有窄轨铁路。
1.2地下开拓
根据该矿井井田地质构造、煤层赋存特征及矿井生产现状，并考虑当地的开采习惯和经验，确定矿井技术改造方案采用主、副井两立井单水平开拓。全井田划分为1个采区，即42采区。矿井初步设计主要考虑前期二1煤的开采，42采区为矿井设计的首采区，42011回采工作面为首采工作面。一4煤层开采时可利用42采区轨道运输下山和回风下山。采区开采顺序为：先采二1煤层，后采一4煤层，根据煤层赋存条件及生产管理水平，设计采用伪倾斜长壁后退式炮采采煤法，一次采全高，全部垮落法管理顶板。
2 现状矿山地质环境问题及影响程度
2. 1 现状矿山地质环境问题
地质灾害：现状条件下井田范围内仅进行了井下巷道施工，形成采空区范围小，现场调查未发现地面变形迹象，巷道开拓未造成明显地面塌陷，现阶段对居民及其它工程设施影响小，未造成直接经济损失，因此现状条件下评估区遭受地质灾害危险性小。
含水层影响：现状条件下，矿山开采未造成含水层结构破坏，未对地下水水质造成不良影响。但在东陈召村附近范围内水位较低，井巷开拓已造成局部含水层水位下降。综合认为，矿山开采对东陈召村区域影响较严重，对矿区内其他区域影响较轻。
地形地貌景观影响：工业场地建设占地改变了原有地貌形态，造成生态景观系统在空间上的不协调性，对地形地貌景观影响为严重；进场铁路和公路为线状工程，对地形地貌景观影响较严重；井巷开拓对原生地形地貌景观影响不明显，破坏程度小，主要居民集中居住区、交通线两侧可视范围内地形地貌景观无明显变化。因此现状条件下，井巷开拓对地形地貌景观影响为较轻。
土地资源影响：现阶段陈召一矿工业广场面积33066m2；进场铁路和公路面积2730m2；渣堆共两处，一处为新发煤矿废弃工业场地渣堆及建筑，面积约120m2，另一处为永发煤矿未处理渣堆，面积约700m2。工业场地、渣堆破坏土地全部为耕地，面积约3.65hm2，对土地资源影响程度为严重。
2. 2 现状矿山地质环境影响程度分级
通过资料收集及矿山地质环境调查，结合对评估区内存在的地质灾害以及采矿活动对含水层、地形地貌景观和土地资源的影响和破坏情况现状评估的结果，将陈召一矿矿山地质环境影响程度分为严重、较严重、较轻三个级别，严重区1个，面积0. 0946 km2，占总面积5.32%；较严重区1个，面积0.0669 km2，占总面积3.76%； 较轻区1个，面积1.6171 km2，占总面积90.92%。
3 预测矿山地质环境问题及影响程度
3. 1 预测矿山地质环境问题
3. 1. 1 地质灾害影响程度预测评估
矿山工程遭受已有地质灾害预测评估：根据野外调查结果，矿区内存在的地质灾害类型为南部老采空区地面塌陷，主要为周边小煤矿开采所致，未发现地裂缝。因老采空区一般是2005年前关闭，均已填矸石、废石或已进行放顶治理，目前已稳定。而且本次开采范围主要位于矿区北部，对南部老采空区的影响较小，因此预测评估认为煤矿开采加剧地质灾害的危险性小。
采矿活动加剧已有地质灾害预测评估：陈召一矿煤层开采以地下工程为主，地面塌陷主要危及塌陷区耕地、道路、房屋的安全使用及人员安全，当地面塌陷发生时，对煤矿开采本身破坏小，造成的损失小。因此，煤矿开采本身遭受地面塌陷及地裂缝危害小，其危险性为小。
采矿活动引发地表变形预测评估：采矿活动引发的地质灾害主要是地下煤层开采后形成的采空区导致地面塌陷和地裂缝。二1煤层开采后：最大倾斜值18.63mm/m，最大曲率为0.23×10-3/m2，最大水平变形值为9.34mm/m，最大下沉值为2.256m；一4煤层开采后：最大倾斜值7.37mm/m，最大曲率为0.079×10-3/m2，最大水平变形值为3.70mm/m，最大下沉值为1.043m。通过计算可知，陈召一矿煤层工作面开采后地表移动变形总延续时间约2.78年（1010天）。时间段分配上，初期剧烈变形，中期缓慢变形，晚期相对稳定，但是在出现地表裂缝和塌陷坑的部位，变形期相对要长，其影响程度相对要严重些。地表变形对建筑损坏等级为Ⅳ级（严重）可能造成房屋开裂，甚至倒塌，对村民安全构成严重威胁，预测今后煤层开采形成的采空区地面塌陷和地裂缝对村庄危害程度严重，危险性大。对公共设施危害较小，危险性小 3. 1. 2 采矿活动对含水层影响程度预测评估
采矿对太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层和新近系、第四系砂、砾石（岩）孔隙含水层有一定影响，对二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和一4煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层影响程
度较严重。井田范围内含水层富水性弱，矿井正常涌水量小于30m3/d；开采引发区域地下水位下降的可能性小，对地下水水质、矿区及周围生产生活供水影响小，故预测评估煤层开采对二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和一4煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层影响较为严重，对其它含水层影响程度为较轻。
3. 1. 3 采矿活动对地形地貌景观影响程度预测评估
开采区的预测评估：随着今后地下煤层的开采，地表下沉值变化大，地面塌陷和地裂缝的规模都将进一步扩大，未来的地面塌陷主要位于矿区的北部，预测塌陷面积0.18km2，地表最大下沉值为3.3m。同时塌陷主要集中在开采区的中部，地貌形态的改变在一定范围和程度上比较明显，对地形地貌景观的影响较严重；边界由于留设保护煤柱，对地形地貌景观影响较轻。
地面工程的预测评估：陈召一矿属于技改矿山，处于优化整改阶段，正在进行首采工作面的建设，井巷开拓对原生地形地貌景观影响不明显，破坏程度小，地面工程大部分利用原有建筑，因此预测评估对地形地貌景观影响为较轻。
3. 1. 4 采矿活动对土地资源影响程度预测评估
随着地下开采范围的扩大，采空区所引起的地面塌陷和地裂缝等地表变形会逐步加剧继而影响到地表土地资源的使用。对宅基地，当采深采厚比介于120～320之间时，对其影响严重；对耕地，当采深采厚比介于120～320之间时，对其影响较严重；对其它类型土地，当采深采厚比介于120～320之间时，对其影响较轻。
通过对矿区内不同区域地表变形量及采深采厚比的计算分析，认为未来的煤层开采对矿区北部的居民区住宅用地影响严重，对矿区北部的耕地影响较为严重，对矿区内其它开采区域的土地资源影响较轻。
3. 2 预测矿山地质环境影响程度分级
基于上述各分项的预测情况，利用工程类比法预测影响程度分为严重、较严重、较轻3个级别，严重区1个，面积0. 1186 km2，占总面积6.67%；较严重区1个，面积0.3279 km2，占总面积18.44%； 较轻区1个，面积1.3321km2，占总面积74.89%。
4矿山地质环境保护与恢复治理探讨
4. 1 保护与恢复治理分区
结合矿区地质环境条件、地质环境现状和预测矿区可能出现的地质环境问题将矿山地质环境保护与恢复治理区域划分为重点防治区（Ⅰ）、次重点防治区（Ⅱ）、一般防治区（Ⅲ）三个区域。其中重点防治区（Ⅰ） 3块，面积0.1186km2，占评估区总面积的6.67%；次重点防治区（Ⅱ）2块，面积0.3279km2，占评估区总面积的18.44%；一般防治区（Ⅲ）1块，面积1.3321km2，占评估区总面积的74.89%。
4. 2 保护与恢复治理措施
（1）对黄土崩塌进行边坡防护，下部采用挡墙，上部采用格构加植物防护。
（2）对煤技改工业场地内的人工边坡加强监测，对场地南侧的防洪渠加强监测。
（3）采空区地面塌陷隐患监测采用GPS技术或InSAR技术，点的布置以盘区为单元；含水层监测主要利用现有的泉水、机民井或勘探孔监测，监测点尽可能控制不同的含水层。
（4）根据监测数据的变形特征，采用相应的防范治理措施[4]发现裂缝后根据不同的土地类型采用相应的恢复治理措施 即对破坏的耕地采用表土剥离 平整土地 修筑田埂等方法进行复垦；对破坏的林地采用平整土地补种沙柳和紫穗槐等方法进行恢复；对破坏的草地进行平整土地补种沙蒿等，发现地下水明显下降或地表水漏失，及时采取保水采煤措施，防止地下水水位下降和地质环境破坏的发生。
（5）闭坑后封堵废弃井口，恢复工业场地耕地和草地。
5 结论
（1） 陈召一矿在现状条件下矿山地质环境问题主要为地质灾害危险性小；对东陈召村区域含水层影响较严重，对矿区内其他区域影响较轻；工业场地建设对地形地貌景观影响为严重；对土地资源影响程度为严重。
（2）预测评估认为煤矿开采加剧地质灾害的危险性小；本身遭受地面塌陷及地裂缝危害小，其危险性为小；地表变形对建筑损坏等级为Ⅳ级（严重）可能造成房屋开裂，甚至倒塌，对村民安全构成严重威胁，预测今后煤层开采形成的采空区地面塌陷和地裂缝对村庄危害程度严重，危险性大。对公共设施危害较小，危险性小。预测评估煤层开采对二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和一4煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层影响较为严重，对其它含水层影响程度为较轻。采矿活动对地形地貌景观影响为较轻。未来的煤层开采对矿区北部的居民区住宅用地影响严重，对矿区北部的耕地影响较为严重，对矿区内其它开采区域的土地资源影响较轻。
（3）保护与恢复治理分为重点防治区、次重点防治区、一般防治区，治理措施主要是工程治理、回填裂缝、生态修复保水采煤等措施，并建立矿山地质环境监测体系，系统地进行地面塌陷地形地貌、地貌景观土地资源和含水层监测
（4）在保护生态环境的前提下，精心设计合理施工，最大程度降低采矿活动引发矿山地质环境问题，煤炭资源的开发利用与矿山环境恢复覆绿并行，营造绿色矿山。
参考文献
[1]马维德，王文科，范立民，等. 生态脆弱矿区采煤对泉的影响[J]. 中国煤炭地质，2010，22（1） ： 32-36
[2]徐友宁，李智佩，陈华清，等. 生态环境脆弱区煤炭资源开发诱发的环境地质问题： 以陕西省神木县大柳塔煤矿区为例[J]. 地质通报，2008，27（8） ： 1344-1350
[3]王双明，范立民，杨宏科. 陕北煤炭资源可持续发展之开发思路[J]. 中国煤田地质，2003，15（5） ： 6-11
[4]杜青松，武法东，张志光. 煤矿类矿山公园地质灾害防治与地质环境保护对策探讨[J]. 资源与产业，2011，13（4） ： 127-132
[关键词]矿山地质环境 恢复治理 陈召一矿煤矿区
[中图分类号]P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-430-2
陈召一矿位于河南省卫辉市太公泉镇境内，东距卫辉市约18km，西南距新乡市约21km，矿区生态环境脆弱，为了煤炭资源的可持续发展和矿山地质环境保护的工作[1-3]，以陈召一矿为例，研究煤矿开采区矿山地质环境问题，对其影响程度进行评估，并提出了恢复治理措施，为煤矿区在保护地质环境中开发利用矿产资源提供依据。
1 矿山开发利用方案
1.1地面工程
整个工业场地可分为2个区，以道路两边各分：西生产区，东辅助设施区。西区设有主、副井绞车房、井口房、机电维修车间、坑木房、6kV变电站，设有井下排水系统地面配套水池约600～900m3供生产用水，多余部分可以灌溉农田，主井南设有储煤场和矸石排放系统；东区设有锅炉房、矿灯充电室、浴室、更衣室、任务交待室及矿井生产调度中心，另有材料仓库一座，场内有窄轨铁路。
1.2地下开拓
根据该矿井井田地质构造、煤层赋存特征及矿井生产现状，并考虑当地的开采习惯和经验，确定矿井技术改造方案采用主、副井两立井单水平开拓。全井田划分为1个采区，即42采区。矿井初步设计主要考虑前期二1煤的开采，42采区为矿井设计的首采区，42011回采工作面为首采工作面。一4煤层开采时可利用42采区轨道运输下山和回风下山。采区开采顺序为：先采二1煤层，后采一4煤层，根据煤层赋存条件及生产管理水平，设计采用伪倾斜长壁后退式炮采采煤法，一次采全高，全部垮落法管理顶板。
2 现状矿山地质环境问题及影响程度
2. 1 现状矿山地质环境问题
地质灾害：现状条件下井田范围内仅进行了井下巷道施工，形成采空区范围小，现场调查未发现地面变形迹象，巷道开拓未造成明显地面塌陷，现阶段对居民及其它工程设施影响小，未造成直接经济损失，因此现状条件下评估区遭受地质灾害危险性小。
含水层影响：现状条件下，矿山开采未造成含水层结构破坏，未对地下水水质造成不良影响。但在东陈召村附近范围内水位较低，井巷开拓已造成局部含水层水位下降。综合认为，矿山开采对东陈召村区域影响较严重，对矿区内其他区域影响较轻。
地形地貌景观影响：工业场地建设占地改变了原有地貌形态，造成生态景观系统在空间上的不协调性，对地形地貌景观影响为严重；进场铁路和公路为线状工程，对地形地貌景观影响较严重；井巷开拓对原生地形地貌景观影响不明显，破坏程度小，主要居民集中居住区、交通线两侧可视范围内地形地貌景观无明显变化。因此现状条件下，井巷开拓对地形地貌景观影响为较轻。
土地资源影响：现阶段陈召一矿工业广场面积33066m2；进场铁路和公路面积2730m2；渣堆共两处，一处为新发煤矿废弃工业场地渣堆及建筑，面积约120m2，另一处为永发煤矿未处理渣堆，面积约700m2。工业场地、渣堆破坏土地全部为耕地，面积约3.65hm2，对土地资源影响程度为严重。
2. 2 现状矿山地质环境影响程度分级
通过资料收集及矿山地质环境调查，结合对评估区内存在的地质灾害以及采矿活动对含水层、地形地貌景观和土地资源的影响和破坏情况现状评估的结果，将陈召一矿矿山地质环境影响程度分为严重、较严重、较轻三个级别，严重区1个，面积0. 0946 km2，占总面积5.32%；较严重区1个，面积0.0669 km2，占总面积3.76%； 较轻区1个，面积1.6171 km2，占总面积90.92%。
3 预测矿山地质环境问题及影响程度
3. 1 预测矿山地质环境问题
3. 1. 1 地质灾害影响程度预测评估
矿山工程遭受已有地质灾害预测评估：根据野外调查结果，矿区内存在的地质灾害类型为南部老采空区地面塌陷，主要为周边小煤矿开采所致，未发现地裂缝。因老采空区一般是2005年前关闭，均已填矸石、废石或已进行放顶治理，目前已稳定。而且本次开采范围主要位于矿区北部，对南部老采空区的影响较小，因此预测评估认为煤矿开采加剧地质灾害的危险性小。
采矿活动加剧已有地质灾害预测评估：陈召一矿煤层开采以地下工程为主，地面塌陷主要危及塌陷区耕地、道路、房屋的安全使用及人员安全，当地面塌陷发生时，对煤矿开采本身破坏小，造成的损失小。因此，煤矿开采本身遭受地面塌陷及地裂缝危害小，其危险性为小。
采矿活动引发地表变形预测评估：采矿活动引发的地质灾害主要是地下煤层开采后形成的采空区导致地面塌陷和地裂缝。二1煤层开采后：最大倾斜值18.63mm/m，最大曲率为0.23×10-3/m2，最大水平变形值为9.34mm/m，最大下沉值为2.256m；一4煤层开采后：最大倾斜值7.37mm/m，最大曲率为0.079×10-3/m2，最大水平变形值为3.70mm/m，最大下沉值为1.043m。通过计算可知，陈召一矿煤层工作面开采后地表移动变形总延续时间约2.78年（1010天）。时间段分配上，初期剧烈变形，中期缓慢变形，晚期相对稳定，但是在出现地表裂缝和塌陷坑的部位，变形期相对要长，其影响程度相对要严重些。地表变形对建筑损坏等级为Ⅳ级（严重）可能造成房屋开裂，甚至倒塌，对村民安全构成严重威胁，预测今后煤层开采形成的采空区地面塌陷和地裂缝对村庄危害程度严重，危险性大。对公共设施危害较小，危险性小 3. 1. 2 采矿活动对含水层影响程度预测评估
采矿对太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层和新近系、第四系砂、砾石（岩）孔隙含水层有一定影响，对二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和一4煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层影响程
度较严重。井田范围内含水层富水性弱，矿井正常涌水量小于30m3/d；开采引发区域地下水位下降的可能性小，对地下水水质、矿区及周围生产生活供水影响小，故预测评估煤层开采对二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和一4煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层影响较为严重，对其它含水层影响程度为较轻。
3. 1. 3 采矿活动对地形地貌景观影响程度预测评估
开采区的预测评估：随着今后地下煤层的开采，地表下沉值变化大，地面塌陷和地裂缝的规模都将进一步扩大，未来的地面塌陷主要位于矿区的北部，预测塌陷面积0.18km2，地表最大下沉值为3.3m。同时塌陷主要集中在开采区的中部，地貌形态的改变在一定范围和程度上比较明显，对地形地貌景观的影响较严重；边界由于留设保护煤柱，对地形地貌景观影响较轻。
地面工程的预测评估：陈召一矿属于技改矿山，处于优化整改阶段，正在进行首采工作面的建设，井巷开拓对原生地形地貌景观影响不明显，破坏程度小，地面工程大部分利用原有建筑，因此预测评估对地形地貌景观影响为较轻。
3. 1. 4 采矿活动对土地资源影响程度预测评估
随着地下开采范围的扩大，采空区所引起的地面塌陷和地裂缝等地表变形会逐步加剧继而影响到地表土地资源的使用。对宅基地，当采深采厚比介于120～320之间时，对其影响严重；对耕地，当采深采厚比介于120～320之间时，对其影响较严重；对其它类型土地，当采深采厚比介于120～320之间时，对其影响较轻。
通过对矿区内不同区域地表变形量及采深采厚比的计算分析，认为未来的煤层开采对矿区北部的居民区住宅用地影响严重，对矿区北部的耕地影响较为严重，对矿区内其它开采区域的土地资源影响较轻。
3. 2 预测矿山地质环境影响程度分级
基于上述各分项的预测情况，利用工程类比法预测影响程度分为严重、较严重、较轻3个级别，严重区1个，面积0. 1186 km2，占总面积6.67%；较严重区1个，面积0.3279 km2，占总面积18.44%； 较轻区1个，面积1.3321km2，占总面积74.89%。
4矿山地质环境保护与恢复治理探讨
4. 1 保护与恢复治理分区
结合矿区地质环境条件、地质环境现状和预测矿区可能出现的地质环境问题将矿山地质环境保护与恢复治理区域划分为重点防治区（Ⅰ）、次重点防治区（Ⅱ）、一般防治区（Ⅲ）三个区域。其中重点防治区（Ⅰ） 3块，面积0.1186km2，占评估区总面积的6.67%；次重点防治区（Ⅱ）2块，面积0.3279km2，占评估区总面积的18.44%；一般防治区（Ⅲ）1块，面积1.3321km2，占评估区总面积的74.89%。
4. 2 保护与恢复治理措施
（1）对黄土崩塌进行边坡防护，下部采用挡墙，上部采用格构加植物防护。
（2）对煤技改工业场地内的人工边坡加强监测，对场地南侧的防洪渠加强监测。
（3）采空区地面塌陷隐患监测采用GPS技术或InSAR技术，点的布置以盘区为单元；含水层监测主要利用现有的泉水、机民井或勘探孔监测，监测点尽可能控制不同的含水层。
（4）根据监测数据的变形特征，采用相应的防范治理措施[4]发现裂缝后根据不同的土地类型采用相应的恢复治理措施 即对破坏的耕地采用表土剥离 平整土地 修筑田埂等方法进行复垦；对破坏的林地采用平整土地补种沙柳和紫穗槐等方法进行恢复；对破坏的草地进行平整土地补种沙蒿等，发现地下水明显下降或地表水漏失，及时采取保水采煤措施，防止地下水水位下降和地质环境破坏的发生。
（5）闭坑后封堵废弃井口，恢复工业场地耕地和草地。
5 结论
（1） 陈召一矿在现状条件下矿山地质环境问题主要为地质灾害危险性小；对东陈召村区域含水层影响较严重，对矿区内其他区域影响较轻；工业场地建设对地形地貌景观影响为严重；对土地资源影响程度为严重。
（2）预测评估认为煤矿开采加剧地质灾害的危险性小；本身遭受地面塌陷及地裂缝危害小，其危险性为小；地表变形对建筑损坏等级为Ⅳ级（严重）可能造成房屋开裂，甚至倒塌，对村民安全构成严重威胁，预测今后煤层开采形成的采空区地面塌陷和地裂缝对村庄危害程度严重，危险性大。对公共设施危害较小，危险性小。预测评估煤层开采对二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和一4煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层影响较为严重，对其它含水层影响程度为较轻。采矿活动对地形地貌景观影响为较轻。未来的煤层开采对矿区北部的居民区住宅用地影响严重，对矿区北部的耕地影响较为严重，对矿区内其它开采区域的土地资源影响较轻。
（3）保护与恢复治理分为重点防治区、次重点防治区、一般防治区，治理措施主要是工程治理、回填裂缝、生态修复保水采煤等措施，并建立矿山地质环境监测体系，系统地进行地面塌陷地形地貌、地貌景观土地资源和含水层监测
（4）在保护生态环境的前提下，精心设计合理施工，最大程度降低采矿活动引发矿山地质环境问题，煤炭资源的开发利用与矿山环境恢复覆绿并行，营造绿色矿山。
参考文献
[1]马维德，王文科，范立民，等. 生态脆弱矿区采煤对泉的影响[J]. 中国煤炭地质，2010，22（1） ： 32-36
[2]徐友宁，李智佩，陈华清，等. 生态环境脆弱区煤炭资源开发诱发的环境地质问题： 以陕西省神木县大柳塔煤矿区为例[J]. 地质通报，2008，27（8） ： 1344-1350
[3]王双明，范立民，杨宏科. 陕北煤炭资源可持续发展之开发思路[J]. 中国煤田地质，2003，15（5） ： 6-11
[4]杜青松，武法东，张志光. 煤矿类矿山公园地质灾害防治与地质环境保护对策探讨[J]. 资源与产业，2011，13（4） ： 127-132