西北地區(qū)煤炭開采區(qū)主要分布在黃土高原的陜西韓城—銅川—彬長—黃陵等渭北煤田區(qū)、陜西神府及內(nèi)蒙古東勝煤田區(qū)，甘肅平?jīng)鋈A亭、阿干鎮(zhèn)、窯街煤田區(qū)，寧夏靈武、石嘴山、石炭井煤田區(qū)，內(nèi)蒙古烏達、海勃灣、包頭石拐煤田區(qū)，新疆的烏魯木齊、哈密三道嶺煤田區(qū)等?？傮w而言，西北地區(qū)煤礦開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題十分嚴(yán)重，是所有礦產(chǎn)工業(yè)類型中礦山環(huán)境地質(zhì)問題最為嚴(yán)重的一種類型。地下開采和露天開采對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境影響方式和程度不同，以地下采煤導(dǎo)致的環(huán)境地質(zhì)問題最為嚴(yán)重。西北地區(qū)煤礦以地下開采為主，其產(chǎn)量約占煤炭產(chǎn)量的96%，主要環(huán)境地質(zhì)問題見表3-7。煤礦開采的環(huán)境地質(zhì)問題示意圖見圖3-3。表3-7 煤炭開采的主要環(huán)境地質(zhì)問題圖3-3 煤礦開采環(huán)境地質(zhì)問題示意圖露頭煤及淺部煤層采用露天開采，改變了原有的地形地貌：高陡邊坡誘發(fā)滑坡(①)，外排土矸場占壓土地(②)，廢渣堆積溝坡上，暴雨誘發(fā)形成滑坡(①)和泥石流(③)地質(zhì)災(zāi)害。煤層采空區(qū)(④、⑤)上方地裂縫(⑥)會造成建筑物開裂、農(nóng)田被毀，稍深部煤層采空區(qū)上方發(fā)生地面塌陷(⑦)，耕地被毀，村莊搬遷。煤矸石堆積占壓土地的同時，矸石山粉塵及自燃(⑧)產(chǎn)生的有毒有害氣體、風(fēng)井排出的沼氣、二氧化碳等污染大氣環(huán)境(⑨)，危及人類健康。露天礦排矸場及煤矸石淋溶水造成地表水土(⑩)及農(nóng)作物污染，下滲造成地下水及巖溶水污染( )3.4.2.1 煤矸石壓占土地煤矸石是采煤和選煤過程中的廢棄物，通常占煤礦產(chǎn)量的12%～20%，是煤礦最主要的固體廢棄物，主要危害是堆積壓占土地破壞植被。陜西黃陵店頭地處黃土高原地帶，小流域地區(qū)的森林植被良好，但是部分煤礦排放的煤矸石堆積在山坡上，壓占了生長良好的雜木林。陜西韓城下峪口黃河灘濕地蘆葦茂密，生態(tài)環(huán)境良好，但是該礦排放的煤矸石填灘造地，破壞了黃河濕地生態(tài)資源與環(huán)境。3.4.2.2 對水資源的影響產(chǎn)于鄂爾多斯盆地周邊的石炭-二疊系中的煤田，其下部是奧陶系石灰?guī)r，上部為侏羅系砂泥巖，屬干旱盆地嚴(yán)重缺水地區(qū)。礦井疏干排水導(dǎo)致地下水均衡系統(tǒng)破壞，地表水水量減少，地下水位下降。煤礦酸性及高礦化度的井水造成地下水污染，加劇了水資源危機。新疆烏魯木齊市六道灣煤礦煤系地層傾角67°～78°，開采后形成自上而下的采空區(qū)塌陷和裂縫帶，造成水資源流失的環(huán)境破壞。煤炭資源大面積連續(xù)開采，造成了難以恢復(fù)的地下水破壞，同時導(dǎo)致地表河流流量銳減，生態(tài)環(huán)境破壞。1997年以來，陜西神府煤田開發(fā)區(qū)的不少河流斷流，如2000年窟野河斷流75d，2001年斷流106d。由于煤礦采空區(qū)裂縫遍布，最寬達2m多，局部地區(qū)地面下降2～3m，導(dǎo)致原流量達7344m3/d的雙溝河已完全干枯，26.67ha水田變?yōu)楹档兀瑮顦涞戎脖淮笃菟馈?.4.2.3 崩塌、滑坡、泥石流露天礦山高陡邊坡開挖或堆積在斜坡體上的采礦廢渣因暴雨、地面塌陷、地裂縫等原因引發(fā)崩塌、滑坡。煤礦區(qū)滑坡主要發(fā)生在露天礦、黃土高原以及山地礦山。如新疆哈密三道嶺露天煤礦1967、1983 和1999年先后三次發(fā)生較大規(guī)模的滑坡，造成礦區(qū)運輸中斷，直接經(jīng)濟損失上百萬元。內(nèi)蒙古包頭石拐礦區(qū)由于采煤使地下采空區(qū)面積增大，近幾年滑坡活動加劇，目前滑坡體東西長100～370m，南北寬600余m，面積約16×104m2，體積約400×104m3。從1979年至今已毀壞民房及其他建筑物達5000m2，堵塞了通往五當(dāng)召旅游點的道路600m，造成經(jīng)濟損失約400萬元。紅旗山出現(xiàn)了多組東西向?qū)捈s0.1～1.5m、南北走向長約100～300m的地裂縫，危及山腳下677戶1947人的生命財產(chǎn)安全。陜西韓城象山煤礦因地下采煤及渠道滲水等原因，引起山體蠕滑，直接威脅坑口電廠——韓城電廠主廠房的安全，為此付出了上億元的防治費用。陜西彬縣百子溝煤礦地下采煤采空區(qū)上方巖層垮落、下沉，使地表斜坡失去平衡導(dǎo)致1995年7月6日的黃土滑坡，滑距約30m，180×104m3土方量堵塞河道形成堰塞湖?；聦⒌V部三座大樓整體向前推移5～7m，樓房墻壁出現(xiàn)裂縫，地板鼓起，地基被毀。由于事先的預(yù)報準(zhǔn)確，所幸無人員傷亡。1991年8月9日，陜西銅川金華山煤礦西側(cè)黃土塬邊由于地下采煤引起崩塌、滑坡，土方量達1050×104m3，將坡腳處的西龍村埋沒，大片良田被毀，損失巨大。陜西銅川焦坪、王石凹、李家塔、金華山、桃園等煤礦均發(fā)生過嚴(yán)重的滑坡，銅川礦區(qū)有中等以上規(guī)?；?000多處，銅川市區(qū)有154處，崩塌體361處。陜蒙神府—東勝礦區(qū)地處干旱半干旱地帶，植被覆蓋率低，土壤風(fēng)蝕、水蝕交錯，巖層結(jié)構(gòu)疏松，易風(fēng)化，自然災(zāi)害頻繁，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。20世紀(jì)80年代以來煤田大面積開采，采礦廢石及排土亂堆亂放，沿山坡開挖加大了地面坡度。礦區(qū)人為泥石流均分布在河道兩側(cè)，泥石流直接注入河床，使河床過水?dāng)嗝婵s小，行洪能力降低，即使中等水深洪水，也能造成很大災(zāi)害。1989年7月21日，礦區(qū)上游突降暴雨，3h降雨120mm，在烏蘭木倫河形成含沙量高達1360kg/m3的泥石流，淤平坑井11處和露天礦坑9處，其中馬家塔露天礦被淹沒，泥沙淤積15×104m3，沖毀兩岸礦堤1870m、水澆地600畝、路基擋墻60m，導(dǎo)致鐵軌懸空，中斷行車一月之久，經(jīng)濟損失2000多萬元。3.4.2.4 地面塌陷和地裂縫地下開采形成的地面塌陷、地裂縫造成耕地破壞、公路塌陷、鐵軌扭曲、建筑物裂縫，以及洼地積水沿裂隙下滲引發(fā)礦井透水等事故。在干旱地區(qū)由于地表水系受到破壞，導(dǎo)致礦區(qū)生產(chǎn)、生活以及農(nóng)業(yè)用水發(fā)生困難。同時，還可誘發(fā)山體開裂形成滑坡。地面塌陷和地裂縫在大中型地下開采的煤礦區(qū)最為普遍，災(zāi)害也最為嚴(yán)重。如新疆的六道灣煤礦，甘肅的華亭、窯街、阿干鎮(zhèn)、王家山等煤礦，寧夏的石嘴山、石炭井煤礦和陜西的渭北韓城—銅川以及神府—東勝煤田礦區(qū)。調(diào)查資料表明，在579座各種類型的礦山中，有115座礦山存在地面塌陷，塌陷面積達20236km2。其中非煤礦山10座，僅占8.70%；而煤礦山有105座，占塌陷礦山的91.30%。根據(jù)塌陷面積及嚴(yán)重程度，大于10km2的極差級別礦山8座，占8%；1～10km2差級別礦山 37座，占 35%；0.1～1km2中等級別礦山 37座，占 35%；小于0.1km2較好級別礦山23座，占22%。煤礦區(qū)的地面塌陷最為嚴(yán)重，這是因為煤層厚度較金屬礦體穩(wěn)定，分布范圍大，煤層產(chǎn)狀較平緩，采煤形成的采空區(qū)較金屬礦山要大得多，并且上覆巖層多為松軟的頁巖、粉砂巖及泥質(zhì)巖層。煤礦地面塌陷和地裂縫的范圍及深度與采煤方法、工作面開采面積、采區(qū)回采率以及煤層產(chǎn)狀等多種因素有關(guān)。一般而言，在其他因素相同的條件下，充分采動(用長壁工作面全部垮落法采煤時)比非充分采動(條帶部分冒落法采煤)引起的地面塌陷影響范圍及深度要大。而煤層采厚越大，傾角越小，埋深愈淺，開采面積越大，地面塌陷、裂縫影響范圍及深度也越大。地表最大下沉量W可用公式估算：W=qMcosα。式中：q為下沉系數(shù)，全部冒落采煤法 q=0.70～0.90，條帶部分冒落采煤法 q=0.02～0.30；M為煤層法線厚度；α為煤層傾角。當(dāng)采深與采厚之比小于20時，地表常發(fā)生劇烈變形，此比值大到一定程度后塌陷消失。榆林神府礦區(qū)大砭窯煤礦開采5＃煤層，煤層厚4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日礦井上方發(fā)生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。有關(guān)資料指出，塌陷面積與開采面積之比平均值為1.2，塌陷容積與開采體積之比平均值為0.6～0.7。當(dāng)采深較大時，地面、地表裂縫則較少。當(dāng)采深H ＞(100～150)m，或 F=H/M≥20(M 為煤層厚度)時，地表移動和變形在時間和空間上呈明顯連續(xù)，不出現(xiàn)地裂縫。根據(jù)煤炭工業(yè)“九五”環(huán)境保護計劃，2000年全國(除西北地區(qū)，下同)煤礦地面塌陷面積為182.20km2，復(fù)墾面積為48.40km2，復(fù)墾率為26.6%。西北地區(qū)煤礦地面塌陷面積為35.76km2，復(fù)墾面積為 4.40km2，復(fù)墾率為12.3%，比同期全國平均值低54.9%。2000年西北地區(qū)煤炭產(chǎn)量達8994×104t，萬噸煤塌陷面積為0.31ha，比全國萬噸煤塌陷面積均值0.20ha高55%，而復(fù)墾率低51.5%?？梢姡鞅钡貐^(qū)煤礦地下開采塌陷區(qū)的防治工作應(yīng)加緊加快。烏魯木齊市六道灣煤礦距友好商貿(mào)中心僅1.5km，該礦煤層傾角67°～78°，屬急傾斜煤層，50年來，地下不同開采水平分段放頂煤采煤后，由于上位頂煤和覆蓋層的周期性塌陷斷裂，出現(xiàn)與煤層走向一致的條帶狀塌陷深坑，深度達40～50m，并在塌陷坑兩側(cè)形成平行裂縫，造成了連續(xù)性的地面塌陷凹槽、地裂縫和塌陷坑。塌陷區(qū)目前僅作為烏魯木齊市城市工業(yè)垃圾的填埋場所，在其虛土表面又不斷產(chǎn)生新的塌陷深坑和地裂縫，3km2的土地不能開發(fā)利用，迫使市政設(shè)施建設(shè)不得不繞道而行，成為烏魯木齊城市建設(shè)發(fā)展的死角。寧夏石嘴山市石嘴山煤礦開采面積為5.15km2，而塌陷面積已達6.97km2，是其開采面積的135%，形成深達8～20m的地表塌陷凹地，部分地段的裂縫寬達1m。礦區(qū)鐵路運輸基地高出塌陷區(qū)10～20m，使得礦山企業(yè)每年用于鐵路的墊路費高達100萬元，穿越礦區(qū)的109國道被迫改道。陜西省煤礦采空區(qū)地面塌陷總面積約115km2(表3-8)，主要分布于渭北及陜北煤礦區(qū)，陜南秦巴山地區(qū)僅有零星分布。其中銅川市老礦區(qū)因開采較早，地面塌陷比較嚴(yán)重，到1999年底，據(jù)不完全統(tǒng)計其地面塌陷為63.82km2，占到全省煤礦區(qū)地面塌陷區(qū)的55.38%，其中80%為耕地。而神木縣近幾年煤礦開發(fā)力度不斷增大，加之煤層埋藏較淺，地面塌陷面積增大，截至2001年，該縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦造成地面塌陷達5.32km2。表3-8 陜西省煤礦區(qū)地面塌陷陜西省渭北煤田的銅川、黃陵、合陽、白水、韓城各礦區(qū)，陜北神府煤田的大柳塔、大砭窯、洋桃瑁、沙川溝、劉占溝、新民礦等礦區(qū)，均出現(xiàn)有不同程度的地面塌陷、地裂縫及山體滑坡，造成大面積的農(nóng)田被毀、房屋開裂、鐵軌扭曲、公路塌陷、礦井涌水等。2001年7月特大暴雨使黃陵店頭陜煤建五處礦區(qū)倉村三組的1.2km2耕地發(fā)生地面塌陷、地裂縫，地裂縫最寬達15m，塌陷落差達7.45m，60%耕地已無法復(fù)墾，農(nóng)田撂荒，預(yù)計經(jīng)濟損失達270萬元。2000年4月，中央電視臺《焦點訪談》對陜西銅川市王益區(qū)黃堡鎮(zhèn)黑池塬鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦地下開采造成的村民窯洞開裂、耕地被毀進行了曝光。陜西白水縣縣辦煤礦開采導(dǎo)致白水縣火車站候車室出現(xiàn)裂縫、鐵軌下沉、廣場地面鼓包。陜西渭北煤田地表水平拉伸變形值達到0.8～2.2mm/m時出現(xiàn)地裂縫，裂縫寬300～700mm，深度達5～15m。銅川煤礦區(qū)地裂縫有5400余條，以王石凹煤礦為例，在1：5000 的地形圖上填繪的裂縫就有70多條，總長度近7000余米。20世紀(jì)90年代，甘肅窯街煤礦區(qū)礦井地面占地598.1ha，地面塌陷20處，共計443.54ha，地面塌陷面積比80年代擴大了48.4%，每年以14.47ha的速度擴大，10年間因塌陷引起的特大型山體滑坡等災(zāi)難性地質(zhì)事故數(shù)起。80年代造成水土流失面積449～550ha，90年代達到663～720ha。甘肅靖遠王家山煤礦1995年8月兩次洪水?dāng)y帶泥石流從地面裂縫涌入井下，造成多人傷亡。陜西神木大柳塔煤礦區(qū)1997年以后形成采空區(qū)，1998年前后產(chǎn)生地面塌陷和地裂縫。大柳塔礦區(qū)采空區(qū)約為 3.9km2，總面積約 5.8km2，產(chǎn)生地裂縫的總面積約5.45km2。大柳塔活雞兔井采空區(qū)面積過大，造成大面積地面塌陷，其中205工作面塌陷區(qū)寬0.3km，長為3km，面積為0.9km2，共發(fā)現(xiàn)16條地表裂縫，沿整個工作面呈斷續(xù)分布，裂縫寬5～60cm，間距2～8m。206 工作面塌陷區(qū)寬0.3km，長為3.5km，面積為1.05km2，共發(fā)現(xiàn) 5條裂縫，裂縫寬 5～60cm，間距 5m 左右。207 工作面塌陷區(qū)寬0.3km，長為1.5km，面積為0.45km2，是整體陷落，其中裂縫十分發(fā)育，共發(fā)現(xiàn)5條，寬5～30cm，間距10m左右。從神東礦區(qū)大柳塔、補連塔和榆家梁3個礦井實測資料可知，其萬噸煤地面塌陷面積為0.35～0.42ha，比全國萬噸煤地面塌陷面積0.2ha幾乎高出1倍，主要原因是煤層埋藏淺(61～110m)，煤層厚(3.4～5.0m)。3.4.2.5 水土流失據(jù)水利部1992年統(tǒng)計，西部地區(qū)輕度以上的水土流失面積為104.07×104km2，占全國水土流失面積的58.01%。水土流失導(dǎo)致的土壤侵蝕是生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素。在黃土區(qū)、黃土與沙漠過渡區(qū)，礦區(qū)發(fā)生水土流失的可能性最大。據(jù)陜西銅川、韓城、神府煤礦區(qū)有關(guān)環(huán)境報告資料預(yù)測，陜西神府—內(nèi)蒙古東勝礦區(qū)平均侵蝕模數(shù)按1.21×104t/km2·a、面積按3024km2計算，年土壤侵蝕量為3659.04×104t；準(zhǔn)噶爾礦區(qū)平均侵蝕模數(shù)按1.30×104t/km2·a、面積按1365km2計算，年土壤侵蝕量為1774.5×104t。據(jù)幾個礦區(qū)開發(fā)前后不同時期的遙感資料以及河流、庫壩、泥沙資料綜合分析和計算表明，煤礦開采后水土流失量一般為開采前的2倍左右。陜西黃陵礦區(qū)建礦前土壤侵蝕模數(shù)為500t/km2·a，建礦5年后，土壤侵蝕模數(shù)已達1000 t/km2·a。甘肅的窯街、阿干鎮(zhèn)、靖遠煤礦區(qū)，寧夏的石嘴山、石炭井煤礦區(qū)，陜蒙神府-內(nèi)蒙古東勝煤礦區(qū)水土流失十分嚴(yán)重。內(nèi)蒙古的烏達等煤礦區(qū)，侵蝕模數(shù)達10000～30000t/km2·a，是開采前水土流失量的3.0～4.5 倍。這不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，還直接威脅礦區(qū)安全。例如，陜西神木中雞煤礦由于礦渣傾入河道，占據(jù)河床2/3的面積，1984年8月雨季時河水受阻回流，造成特大淹井事故。3.4.2.6 土地沙化煤炭開采造成的地面塌陷破壞了淺層地下水系統(tǒng)均衡，因地下水位下降使部分地區(qū)的塌陷區(qū)植被枯死，形成或加劇土地沙漠化。露天煤礦、交通及天然氣管道工程建設(shè)占用大量耕地，破壞植被，使部分原已固定和半固定的沙丘活化。戈壁沙漠區(qū)煤礦廢渣的堆放、風(fēng)化加劇了土地沙化。陜西神府煤田礦區(qū)的大規(guī)模開發(fā)以及地方、個體開發(fā)沿河溝兩岸亂挖濫采，破壞植被，導(dǎo)致沙土裸露，加劇了水土流失和土地沙化。自20世紀(jì)80年代中期開發(fā)以來，毀壞耕地666.7ha，堆放廢渣超過6000×104t，破壞植被4946.7ha，增加入黃泥沙量達2019×104t。據(jù)“神府東勝礦區(qū)環(huán)境影響報告書”預(yù)測，若不采取必要的防沙措施，在礦區(qū)生產(chǎn)能力達到3000×104t規(guī)模時，將新增沙漠化面積129.64km2，煤礦開發(fā)導(dǎo)致的沙漠化面積為自然發(fā)展產(chǎn)生沙漠化面積的1.53倍，新增入河泥沙量480×104t，比現(xiàn)有條件下進河泥沙量增加13.7%。3.4.2.7 水土環(huán)境污染煤礦水污染源主要是煤礦開采外排的礦井水、洗(選)煤水以及煤矸石淋濾水。據(jù)有關(guān)文獻，莫斯科近郊煤田礦井地質(zhì)環(huán)境的研究表明，距矸石堆底部50～60m遠的土壤中，每100g土壤中鐵含量達146～160mg，鋁含量達11～19mg，分別超過允許值的3～4和1.5倍，土壤被毒化。長期以來，由于技術(shù)水平所限和認識不足，礦井水被當(dāng)作水害加以防治，礦井水被白白排掉而未加以綜合利用和保護。2000年西北地區(qū)國有礦井煤產(chǎn)量3785×104t，平均噸煤排水量1.3t，其他礦井煤產(chǎn)量5209×104t，平均噸煤排水量0.324t。西北地區(qū)的煤礦主要位于干旱、半干旱地區(qū)，礦區(qū)水資源匱乏，毫無節(jié)制的排水不僅大大破壞了地下水資源，增加了噸煤成本，而且還導(dǎo)致地面塌陷、地下水資源流失、水質(zhì)惡化，還可能造成地下突然涌水淹井事故的產(chǎn)生。煤礦礦井水多屬酸性水，未加處理直接排放，加劇了干旱地區(qū)礦山用水危機。陜西、寧夏、內(nèi)蒙古部分礦井水pH值均小于6，陜西銅川李家塔礦井水pH值為3。酸性礦井水直接排放會破壞河流水生生物的生存環(huán)境，抑制礦區(qū)植被生長。甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古西部、新疆大部分礦井及陜西中部和東部等礦井水是高礦化度水，一般礦化度均大于1000mg/L，其中甘肅靖遠大部分礦井水礦化度在4000mg/L以上，尤其是王家山礦高達15000mg/L以上。2002年7月在陜西渭北煤礦區(qū)的一些礦務(wù)局調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，陜西白水縣個別礦山存在將坑道廢水直接排入地下巖溶裂隙的現(xiàn)象，導(dǎo)致巖溶水污染，此問題應(yīng)引起有關(guān)部門的高度重視，應(yīng)盡快采取措施保護巖溶水，使地下水資源不受污染。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。