环境与灾害地质讲稿3

煤矿地质灾害分析1地质灾害的特点

1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，常在同一煤矿的某一时段集中形成灾害群。如顶板灾害、塌陷灾害、井下突水灾害、煤层自燃灾害等可在同一煤矿的某一时段同时或相继发生。如：崩塌(堆积、加载)→滑坡(提供松散堆积物)→泥石流(遭遇强烈水流)；水土流失→河道水库淤积→洪水灾害；井巷突水→地面塌陷→河水下灌流失→井巷中更大的突水。2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。如煤矿环境地质灾害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链锁反应。如顶板灾害→地面塌陷→地裂缝→毁坏耕地；煤矸石自燃→矿区大气污染→矿区居民呼吸道疾病；有害矿井水排放→水体污染→土壤污染→有害元素（例如氟）进入农作物→人体→地方病（如氟骨病）；露天开采→植被破坏→水土流失→农作物减产。3区域性就各种地质灾害的内部联系而言，它们受一定的区域性条件控制，如区域性构造条件，区域性煤系岩性组合特征、区域性气候条件、区域性煤变质条件、区域性地理条件的控制和影响。因此，在灾害时空演化和分布上表现出区域性特点。如：煤矿区岩溶塌陷和矿井突水，主要发生在碳酸岩分布区和岩溶发育的区域；煤矿酸性矿井水污染，主要分布于煤层含硫较高的华南地区，土地荒漠化主要分布于西北地区；滑坡、崩塌和泥石流则主要发育在山区。

4发灾持续时间的多样性煤与瓦斯突出，瓦斯爆炸，矿井突水，顶板冒落等灾害，往往具有突发性，发灾时间短，强度高破坏性大的特点。采煤塌陷、煤矿区地方病、矿区土地盐渍化、土地沙漠化等灾害往往具有渐发性，发灾持续时间长。如采煤塌陷开采深度为200～400m时，地表移动时间可持续2～3年，而塌陷区最终稳定时间可距停采时间数十年。5不可避免性和可防御性二者具有辩证的对立关系。煤矿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。但这些灾害有时是可以预防的，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。6影响的多方面性煤矿地质灾害不仅影响矿区环境质量的各个方面，如大气环境，水环境，土壤环境和生态环境，而且影响到矿区周边地区的社会环境和经济环境。如从灾害导致矿工伤亡到对矿区群众心理影响，从直接经济损失到对本地区经济发展的影响等。2地质灾害的成因分析

1缓发性地质灾害及其成因分析

缓发性地质灾害具有长期渐变的发展过程，主要是造成环境、资源的破坏。

1.1地面沉降的成因分析地面沉降是在自然或人类工程活动影响下，由于地下松散土层固结收缩压密作用，导致地表发生的下降运动，它的形成有自然因素和人为原因两种。采煤过程中形成的大范围采空区、井下巷道以及采煤时所用的爆破技术等是形成地面沉降的原因之一。过量抽取地下水是形成地面沉降的主要原因。一定的地质构造和气候条件是形成地面沉降的自然因素。1.2水土流失的成因分析在采煤区，开采煤矿活动改变了山坡地形，如削坡、掘挖坡脚、加大坡脚、以及诱发山体滑坡、崩塌等，为水土流失创造了人为条件。采煤区不合理地开发土地资源、治水治土措施不力、裸地荒芜、失去植被保护，使地表土变得松散，易遭受“风蚀”和“水蚀”作用，加剧了水土流失的发生。采煤区多位于沟谷之中，其蒸发量大于降水量的干旱气候利于“风蚀“作用，再加上降水汇集于沟谷中等，其流水强度大，增强水的冲刷作用和携带泥沙的能力，形成水土流失。1.3环境污染的成因分析煤矿区大气污染源有煤矸石山、矿山瓦斯排放、土法炼焦、燃煤工业锅炉、粉煤灰堆放和坑口电厂等。煤矸石自燃释放CO2、SO2、CO、H2S及氮氧化合物和烟尘是矿区大气主要污染源之一。煤矸石自燃的过程其实质是碳的氧化过程，当供氧不足时，CO的产生量相对增多。CO由呼吸道进入人体，易与血红蛋白相结合生成碳氧血红蛋白，阻碍血红蛋白向体内供氧，引发人的中枢神经系统和酶活性中毒，甚至可以使人的神经麻痹，有生命危险。若CO2浓度增加，必加剧“温室效应”，对生态环境带来一定的影响。SO2是具有特殊臭味的刺激性气体，主要刺激上呼吸道，引发气管炎等呼吸道疾病，当吸入SO2较多时，对呼吸道深部、肺组织、骨髓、脾等也有严重的刺激作用，还会引发生成变性血红素以及破坏人的肌体内正常碳水化合物的新陈代谢。当形成硫酸雾时，对呼吸道、肺泡有更强的毒性作用。氮氧化合物主要是二氧化氮，它是一种对呼吸器官有刺激性的气体，可引发肺水肿、慢性支气管炎等疾病。1.4水资源趋势性减少的成因分析1.4.1地表水减少的成因分析由于山西地处黄土高原，煤矿绝大部分位于山区，地形复杂，河谷切割很深，水文网发育，因此地表水有限，河谷径流很少，大部分为季节性河流，且煤矿开采至河床附近时，留有保安煤柱，大部分河床底部与下伏煤层之间有隔水存在，当煤矿开采未波及到地面时，地表水与矿坑水之间没有直接水力联系，彼此不发生影响。当采空区面积不断扩大，采空区导水裂隙带和地面沉陷范围也随之扩大，在局部地段，冒落带、裂隙带与整体移动带与地表水发生水力联系，地表水渗入地下或矿坑，因而使地表径流减少，水库存储量下降。1.4.2地下水减少的成因分析当煤炭开采时，在地面以下形成纵横交错的垂向竖井、水平向巷道、不同角度的斜井及斜巷道、不同开采面、不同采掘深度的采空区等等，这些井、巷道、采空区相互贯通，穿越了各类含水层和隔水层，改变原先煤系地层及上覆松散岩系地层中地下水运行状态。通常煤系地层含水层和上覆松散岩系含水层之间有隔水层存在，并无水力联系。由于井、巷道、采空区的出现，加之采空区顶板塌陷，增加了大量垂向张裂缝，有的裂缝直通地表，在地面形成地裂、地陷，成为采空区以上各类含水层中地下水快速渗漏的通道，这是其一。其二，如果开采区标高位于附近河床之下，河道水源也流入井、巷道及采空区内。其三，附近的岩溶水位高于采空区标高时，或有断裂破碎带穿过采空区时，则可出现下伏岩溶水的侧向补给和底板上漏现象，这样不但疏干了煤系地层中的地下水，也疏干了上覆松散岩系中的地下水，也影响下伏奥陶系岩溶水的储水量，使地下水水量减少。1.5土地盐碱化的成因分析

受一定的气候和地形条件的影响。受地下水的影响，由于矿区排水不畅，再加上采煤、洗煤后的水排入其中，使地下水矿化度增高，又由于矿区地处山谷等，其蒸发量大于降水量，致使盐分聚集在耕作层而形成。2突发性地质灾害及其成因分析突发性地质灾害在瞬间或短时间内即可完成，往往造成人民生命财产损失。

2.1崩塌和滑坡的成因分析地形地貌条件发生滑坡的地方，地形相对高差较大，坡度较陡，这使山体的临空面增大，为滑坡的形成提供了有利的地形条件。由于山高坡陡，势能较大，使下移体产生下滑趋势而脱离母体，这样就形成了滑坡。大气降水条件一方面，大气降水渗透至岩层中，对泥质岩产生了渗透、软化和溶解作用，使岩土体结构遭到破坏，减小了摩擦力和凝聚力，促使泥岩沿软弱面向下滑动；另一方面，大气降水增大了岩土体的含水量，使土体达到塑性状态且降低了岩土体的稳定性。强降雨时，雨水大量下渗，使岩土体过饱和，并且大大增加了滑移体的重量，但降低了抗剪强度。晴天，岩土体收缩变硬；雨天膨胀崩解，特别是当岩土体上存在较大张裂缝时，雨水就顺着裂缝下渗，使岩土体中的含水量迅速增加，由于岩土体中水力梯度的不同，就会对坡体产生静水压力，使坡体受到侧向推力，坡体稳定性降低，对滑坡提供了动力条件。采空区影响地下采矿导致煤层顶板冒落、弯曲，引起山体应力重分布，在采空区与非采空区边界，应力集中，导致岩土体变形、地裂缝产生，使山体稳定性降低，为滑坡形成创造了条件。综上所述，岩性、地形地貌是采煤区崩塌滑坡发生的基本因素，水的作用（尤其是降水）是崩塌滑坡发生的激发因素，人为活动（主要为采煤活动）是崩塌滑坡发生的诱发因素。2.2泥石流的成因分析

泥石流形成主要有固体物质、地形地貌和水等条件，即：有松散物质来源。在煤矿区，开山采矿、弃石弃渣等为泥石流形成提供人为物质来源。要具有利于水和物质回击和泥石流流动的高山深沟、陡峻地势、坡降大的沟河流域等地形。高高堆积的矸石山具备了这一特点。水是泥石流土石成为液体流体，激发和搬运介质的重要组成部分和动力因子。在长时期的降雨和暴雨下，水和矸石渣融为稀粥液状，在自身的重力作用下而流动，形成泥石流。

2.3地裂缝和地面塌陷的成因分析煤被开采后，煤层顶部上覆岩层成为一种架空结构，这样就使原有的应力平衡状态被破坏。在这种状态下，采空区顶板岩层在自身重力和其上覆岩层的压力作用下，向下弯曲与移动。当拉张应力超过该岩层的抗拉强度极限时，顶板发生冒落，上覆岩层弯曲、移动、破裂，随着采空范围扩大，地表就会形成塌陷变形及地裂缝。

在塌陷区边缘，相邻两点在变形过程中，处于拉伸状态，水平距离趋于增大，这样就形成了张裂缝。如图2所示，取地表a、b两点，由于两点沉降量不同，其差值为ΔW=Wb-Wa（Wb为b点的沉降量，Wa为a点的沉降量），线段ab由水平状态变为倾斜状态。其倾斜度为

由于两点水平位移不同，其差值为ΔU=Ub-Ua（Ub为b点的水平位移，Ua为a点的水平位移），线段ab被拉长，这样就使土体变形而产生地裂缝。

2.4矿井突水的成因分析凡是井巷掘进或工作面回采过程中，接近或沟通含水层、被淹巷道、地表水体、含水断裂带、溶洞、陷落柱而突然发生的突水事故称矿井突水。这是因为井下采掘活动破坏岩层天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力作用下，大量涌入矿井造成透水涌溢或是地表水大量涌入井巷淹浸酿成的。

3煤矿地质灾害的危害及其环境效应

采煤引起的地质灾害灾种多，危害大，不仅威胁到当地居民的正常生活和工作，而且威胁到煤矿的安全生产。

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地面塌陷及沉降

地面塌陷及沉降是煤矿普遍发生的一种因开采引起的地质灾害，是制约矿区生产与发展的主要因素。据不完全统计，我国国营煤矿至1995年底，因开采引起的塌陷土地面积约35万公顷，开采万吨煤就有0.2公顷土地塌陷。仅1993年煤矿塌陷土地2万公顷，直接经济损失约20亿元，土地的塌陷造成东部平原煤矿积水、受淹和盐渍化，破坏耕地，增加了西部水土流失和沙漠化，同时，还诱发了山体的滑坡、崩塌、泥石流等灾害。特别值得指出的是，乡镇煤矿多开采浅部煤层，地表容易引起漏斗状的塌陷，它对土地资源和环境的破坏更为突出。我省地面沉降的表现也很突出，如：太原市从1965年开始地面缓慢沉降。1979年城市测量队在全市600余平方千米范围内进行二等水准点测量时发现，以吴家堡为中心的地面沉降累计沉降0.607m。1980年沉降量大于100mm的面积超过205平方千米，其中沉降量大于200mm的面积为108平方千米、大于700mm的范围有3.6平方千米，吴家堡累计沉降0.819m。1957年到1980年最大沉降量19mm。大同市1997年就发生采空塌陷37起，仅村庄塌陷面积即达4000多平方米，造成9人死亡。地面塌陷和地面沉降造成的耕地损失是人均耕地减少的主要原因之一，同时地面塌陷和地面沉降对水环境、土壤环境和生态环境的破坏也十分严重，塌陷赔偿、村庄搬迁赔偿等，都造成重大的经济负担。

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滑坡和崩塌在煤矿开发建设的过程中，矿区存在不合理的人类工程活动，即削坡、修路、堆矸和开采等破坏了款曲的生态环境和山坡体的原始平衡，诱发了滑坡、崩塌、泥石流的发生。据不完全统计，我国煤炭行业每年用于此类灾害的治理费约2000万元以上，而这些灾害造成的经济损失上亿元。如1994年一到七月份，全国有12座重点煤矿由于滑坡、崩塌造成设施破坏，经济损失4900万元。山西省是三面环山之省，地形陡峻，地质构造复杂，岩石破碎，山体稳定性差，再加上开采的煤矿很多，降雨等，使我省滑坡和崩塌在矿区十分发育，危害相当严重。例如：古交市安庄1996年发生的滑坡，使村庄上大部分房屋都出现2cm左右的裂缝，山顶上的耕地也出现大面积的裂缝，致使耕地面积减少，庄稼减产，人们住在危房之中。

3.地裂缝地裂缝在采煤区是一种7普遍的地质灾害。它是岩层、土层表面的破裂形迹，受控于一定的地应力场和地质构造，是那些地质体变异的地质灾害类型于地面的一种表现。地裂缝是一种危害性较大的地质灾害，它对建筑、铁路及井下煤矿等造成严重的损害，给人民的生命财产带来严重的危害。山西省古交市煤矿的开采导致了大面积地裂缝的产生，在炭窑沟村我们发现有的地裂缝宽的足以掉下去一只羊。还有独兰村后山顶上的地裂缝，隔三步就有一条，错动20cm左右，跨度70cm左右，种植的桃树有的已陷到地裂缝中。

4煤矸石灾害煤矸石是采煤过程中的必然产物，是采煤和选煤过程中的排弃物，它们自然地堆积在地面、沟谷和斜坡处。煤矸石通常占采煤量的5%～20%，最近我国每年煤矸石的排放量在1.4亿吨左右，历年积存量已超过20亿吨，但煤矸石的资源化仅为40%。因此，煤矸石的堆放不仅占据大量耕地，而且污染环境，尤其煤矸石自燃产生CO2、SO2、CO、H2S及氮氧化合物、烟尘等，严重污染空气，使大气的质量降低，危害矿区居民身心健康。更有甚者，煤矸石燃烧发生爆炸，造成人员伤亡和排矸系统的破坏，影响安全生产。除此之外，煤矸石堆放还会引发外动力地质灾害。煤的自燃和硫的蒸发都会削弱煤矸石的稳定性，从而发生崩塌、滑坡和泥石流，威胁当地居民的生命和财产安全、并且影响正常的生活与工作。5泥石流灾害大规模煤矿开采需排弃大量煤矸石，矸石堆放在沟谷中，形成如山般松散堆积的矸石堆，成为泥石流物源。一旦雨季山洪爆发，极易引发泥石流。泥石流具有突然爆发性，往往给人类生命财产构成危害。其中，最有影响的一次是1996年8月4日，太原西山地区发生的特大泥石流。凶猛的泥石流使平日繁华的迎泽西大街顿时一片汪洋，满目狼籍，淤泥厚达1米多，西山煤电集团官地矿和杜儿坪矿被淹，房屋倒塌、桥断路毁、断电停水。这次灾害共造成60人死亡，经济损失达3.4亿。

6矿井突水煤矿生产是地下作业，地质及水文地质情况十分复杂，经常会遇到地表水、潜水、承压水、老窑水以及断裂水的威胁。煤矿建井或采掘过程中，破坏了工作面围岩结构，引起地下蓄水大量涌入矿井的灾害事故。据资料统计，1956年到1995年中，全国发生突水灾害50余次/年，淹井事故74起/年，死亡44人/年，经济损失达25亿元/年。近些年来，煤田内的乡镇、个体煤窑蓬勃兴起，这些煤窑大都是只有有限的采掘经验，受利益驱动盲目生产，缺乏必要的技术力量，对安全生产不够重视，特别是对地质的水文地质技术指导更是不屑一顾；国营煤矿在强调经济利益的今天亦对安全生产有所放松，以致煤矿井巷突水事故时有发生。据不完全统计，乡镇煤矿此类灾害损失达数十亿元/年。例如，1999年8月娄烦县赤土华河床塌陷，给下游各矿造成了洪水灌井，泥、石、水一并涌入井下，致使6煤矿10个坑口井下巷道被淹，设施遭到严重破坏。造成经济损失1200余万元。这种灾害山西的煤矿时有发生，在此不用多举例了。

7煤与瓦斯灾害7.1煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是煤体中突然喷出大量的瓦斯和粉煤的现象。它可摧毁井巷、掀翻矿车和引起火灾、爆炸等灾害，是煤矿主要灾害之一。我国是世界上煤与瓦斯突出最为严重的国家之一。据统计，1950～1981年我国有205处矿井发生突出9845次，约占世界突出的总数的三分之一，强度在千吨以上的特大型突出就有69次。另据有关资料，全国国有重点煤矿626处矿井中，煤与瓦斯突出矿井占49.5%；至20世纪末，全国煤矿已发生煤与瓦斯突出10万余次。仅1984～1995年间，因煤与瓦斯突出造成经济损失约100亿元。煤与瓦斯突出的强大力可推翻矿车，掀翻巨石，破坏井巷支架，再成冲击气浪等，还可以引起爆炸、火灾和人员中毒、窒息等造成人员伤亡。7.2煤与瓦斯爆炸煤矿瓦斯爆炸常酿成井毁人忘的恶性事故，如1990～1994年间，仅河南省地方煤矿死亡3人以上的瓦斯事故就达数十起，死亡总人数占各类死亡事故死亡总人数的25.8%。1996年，平顶山十矿的瓦斯爆炸，导致84名矿工死亡。山西省煤炭多，各类小煤窑的数量也多，再加上井下工作设施的不先进、井巷的通风条件不好，煤与瓦斯爆炸的事故时常发生，且危害性也很大，焦点访谈也时有报道。例1991年4月21日，洪洞县三交河煤矿瓦斯煤尘爆炸，造成147人死亡。再如，2003年3月24日，吕梁地区孝义市驿马乡孟南庄煤炭发生特大瓦斯爆炸事故，造成52名矿工遇难，另有20名矿工生死不明，而且这20名生死不明矿工，生还的希望渺茫。

8煤矿矿震煤矿矿震是矿震类型中最多的一种，所造成的损失亦相当严重。据不完全统计，我国已有北京门头沟、吉林辽源、贵州化处、山西大同等煤矿和辽宁北票、山东陶枣、湖南涟邵等煤田55余座煤矿发生矿震或具备发生地震的潜在危险。煤矿矿震具震源浅，又处于矿山这种特殊条件下，地面上的建筑物会遭到损失，井下设施也会受到严重破坏，还会引起人员伤亡和惊恐。如1977～1991年间，山东陶庄煤矿发生破坏性矿震180余次，摧毁巷道3000余米，死亡90人。山西大同煤矿地处大同向斜，该构造的两端深部积累了相当高的弹性能，若岩石在不断地变化过程之中，由于某种原因导致应力减弱时，局部地段就可能出现弹性恢复现象，发生方向相反的回弹旋扭运动，抑制大同煤矿矿震频繁发生，造成严重危害。9煤矿开采对水资源的破坏我国煤矿区70%缺水，40%严重缺水，水资源十分匮乏。有些矿区饮用水定时定量供给，连上井后洗澡水也无法保证。但是，仅全国重点煤矿每年从矿井排出的水就有4Nt之多，这些水除少量被处置利用外，约80%白白浪费掉，不仅浪费水资源、交纳数量可观的排污费，而且未经处理的有害矿井水外排，还污染水资源。至于众多的乡镇地方煤矿，几乎没有水质处理设施，水资源浪费更为严重。山西省特殊的自然地理环境和水文气象条件是造成地区范围内水资源严重短缺的客观原因，而大规模能源基地建设和高耗能、高耗水产业的迅速发展进一步加剧了水资源的供需矛盾，这种局面在相当长的一段时间内显然是无法逆转的。山西省煤炭的大规模、大面积、高强度开发是造成水资源短缺的重要原因。煤炭资源的大规模开发，不可避免地对山西的自然生态状况产生极大的扰动，特别是对全省区域范围内的水文地质环境产生极为明显的不可逆作用，从而严重破坏了地下水资源的自然赋存条件，使本来就已经十分紧张的区域水资源供需矛盾更加尖锐，对区域可持续发展产生深刻而广泛的影响。9.1水资源趋势性减少采煤区水资源的减少是一个非常普遍的问题。据晋中1998年调查,国有矿吨煤排水量1.07m3,地方矿吨煤排水量1.34m3,乡镇矿吨煤排水量1.64m3，村办及个体矿吨煤排水量1.78m3,其它吨煤排水量2.2m3。地下水位下降引发地质环境的变化，使工农业生产、房屋建筑、水利工程、生活供水设施遭到破坏。原有的水浇地变成了旱地，为了生活，人们不得不耗巨资打深层井，无庸置疑的是，这样将加重企业和农民的负担。可以从以下两个方面来进一步说明：9.1.1对地表水的破坏由于煤矿开采后，采空区面积不断扩大，导致地表水与矿坑水发生水力联系，地表水渗入地下或矿坑，因而，地表径流减少，地表水量降低。如，在太原市西山煤田西山矿区南部的风峪沟流域，以前风峪沟中上游大部分常年有水的河段，现已变为季节性河段，仅在其中下游接纳大量矿坑排水后才恢复常年水流。9.1.2对地下水的破坏从静储量来说：煤层开采后由于顶板的冒落，使采空区上覆含水层遭到破坏，原来储存于含水层的水在短时间内排空，这部分水被称为静水量。该量为一个与含水层本身特征有关，为固定量，对其破坏是一次性的。地下水储水量的破坏对砂岩含水层、灰岩含水层的影响是永久的、不可恢复的；而该含水层恰是山西农村人畜供水的主要含水层位。其结果造成水位下降、水井干涸，人畜无水可饮，树木枯死，土地荒芜。静水量的减少还引起了地面沉降，对矿区人民的住宅造成了一定程度的影响，由于地面沉降，房屋的墙上出现裂缝，有的房屋整体倾斜，这种情况在山西矿区很普遍；还有地下水减少引起城市沉降，基础设施遭到破坏；不过最重要的还是引起水资源枯竭。太原市西山矿区人们饮水相当困难，吃水得去其他的地方拉，有的时候拉一车水需要一天的时间，因为此类矿区很多，所以必须排队。拉回之后大家再买，每天就定量那么一点水，严重影响人体健康。各个煤矿住宅区的水源枯竭，都只留下一个个枯井，

从动储量来说在含水层遭破坏后，矿井涌水量迅速增大，然后随着时间的延长，排水量逐渐趋于稳定，这个相对稳定量称为动储量。它与地形、构造、降水量、煤层埋深及采煤方法有关，该量为一变量，其破坏也是永久性的。由于开采对上覆含水层破坏后使含水层变为透水层，降水入渗的水量不能存于含水层中，而渗入矿坑，使水受到污染，人畜不能饮用。采煤排水一方面导致裂隙水大量疏干排出，地下水位下降。另一方面，在部分区域与地表水发生水力联系，地表水不断渗入地下或矿坑，形成开采后矿坑连续不断的排水，地下水补、径、排关系发生变化，亿万年所形成的地下水与地表水的动态平衡和时空分布被打破。如大同十里河、怀仁小峪河、阳泉桃河、晋城流域等，近年来地表径流急剧减少，水库存储量大幅下降，流域灌溉系统大面积遭到破坏废弃。经本次5430个矿井普查，全省采煤破坏的地下水动储量为71370m3/h，共影响井泉3218个，水利工程433处，造成1678个村镇81.27万大牲畜饮用水困难，97802亩水浇地变成旱田。由以上可知，水资源供需紧张的局面将会持续存在。据预测，2005年，全省水资源需求总量为81.32亿m3,而供水量仅能达到68亿m3,缺口为13.32亿m3。目前，全省地下水供给量占总供给量的63.53%，随着煤炭开采对地下水资源的进一步破坏、地下水的过量开采等原因，2010年，全省地下水资源的供给量将由2005年的40.9亿m3下降到40.2亿m3。9.2煤矿区的水污染在矿井开采抽排水及洗选煤过程中，大量的、被污染的水被排放弃。这些水污染地表水和地下水，污染土壤，抑制农作物生长。矿井水中的有害物质进入水源和农作物中，通过食物链进入人体，损害矿区居民身体健康，甚至导致严重的地方病。山西省阳泉矿区缺水严重，区内唯一的主干河——桃河及各条支流均受严重污染，地方煤矿选煤水、矿区医院未经处理的大量含菌和含病毒的污水、钢铁厂的高炉煤气洗涤水和一些村办电镀厂的废水，也排入桃河，使桃河成为阳泉的总排污渠。在奥陶系灰岩裸露区，受污染水沿裂隙和地质漏斗补给奥灰造成地下水污染。桃河周围的几十眼浅层水井全部污染，严重影响人体健康。近几年矿区职工中患胃癌病187人，死亡146人；患食道癌339人，死亡246人；患肠癌病39人，死亡22人；患肝癌病81人，死亡58人。食道癌的发病率居全国第二位。10冲击地压冲击地压是指井下围岩在高应力作用下，突然破坏，引起剧烈地震，伴有大量煤岩块抛出的一种矿压现象。它是自然地质作用于开采工程共同作用的结果，是煤矿日常生产中常见的一种地质灾害，也是煤矿生产中伤亡人数最多的灾害。据统计，我国煤矿平均每十年加深100m，而随着采深的增加，冲击地压发生的频率和强度增大，冲击地压发生的频率和强度增大。冲击地压的能量释放是瞬时的，因此常伴有强烈的诱发地震，可导致顶板冒落，巷道弯曲，工作面堵塞，直接危及矿山的生产安全。我国的大同，开滦，抚顺，北京，徐州等大矿区都已受到冲击地压的威胁。11煤炭开采对土地资源的破坏采煤在严重干扰和破坏水资源的同时，也对土地资源造成不同程度的损害，其中尤以大型矿井的破坏为甚。据不完全统计，目前全省各类煤矿开采总面积为1210.2平方千米，地表塌陷面积达464.14平方千米。在其塌陷范围内，对地面地质环境、房屋建筑、水利交通等工程设施都造成了极大的破坏。全省共有5693间房屋、40座水库、189处提水站、79.37万米管道、43.57万米水渠受到破坏；36.3万亩耕地、9181亩园地、6510亩林地受到不同程度的损害。以上仅限于土地塌陷这一项，若包括矿井占用土地、煤矸石、弃石占用土地、再包括矿物淋溶降水、矿物粉尘等对周围土地的污染，全省矿区土地破坏面积则高达7560平方千米，且每年以50平方千米的速度递增，山西是全国矿区土地破坏最严重的省份。

12煤炭开采的经济效应由于山西省煤炭资源开发的大规模、大面积、高强度性，煤炭工业在山西经济发展中的特殊性，其进一步开发不可避免地对全省宏观经济运行也将产生多方面的影响。煤炭开采的成本明显升高，市场竞争压力增大。随着煤炭开采深度的逐步延伸，山西省煤炭开发的条件将会进一步恶化，成本将逐渐提高，而深层提排水成本、污水处理成本以及设施运行成本的升高，无疑将会明显改变煤炭开采的成本结构，使山西煤炭产品的市场价格竞争力受到一定程度影响，煤炭企业的利润将会进一步减少，企业发展的困难会进一步增大。采煤造成的损失非常大，治理煤矿地质灾害的费用亦很大，一些工程设施的投资建用等，使山西省的经济发展受到很大程度的制约。根据全省目前水资源供需形势，按前20年全省水利建设年均投资增长率计算，预计到2010年，全省水利设施的固定资产投资总额将会达到158亿元，占全省当年固定资产投资总额的9.28%，占全省当年GDP的比重为4.38%。对山西省这样一个经济发展增长速度缓慢、人民生活水平低下、财政收支十分困难的省来讲，这无疑是一个巨大的负担。例如，2004年5月16日，山西引黄工程北干线可研报告通过审查，这次引黄工程就投资了巨额资金。4煤矿地质灾害的演化与发展随着煤炭工业的进一步发展，煤矿地质灾害有以下的发展趋势：1地面沉降和地下水位下降进一步发展为满足矿区农业生产和居民生活用水的需求，涉取地下水量将大幅度增加，遂造成煤层开采迭加在一起的地面塌陷的增加和地下水位下降，而且随着矿区经济发展的加快，无疑会增大对地下水的开采，地面沉降和地下水位下降在短时间内很难得到解决，且又有进一步加剧的趋势。2大气污染短期难以治理我国煤矿分散的状况在世界上几乎是独一无二的，煤矿开采对环境的影响范围非常广。煤矿的主要产品—煤炭是我国能源的主体，因产品质量较低，仍以原煤为主，加之其开采、堆积、洗选、运输、利用等各环节排放出有害气体和粉尘，是大气污染严重的原因之一。

3水资源环境的威胁进一步加大水是宝贵资源。我国人均占有水量只有世界人均占有水量的1/4，就煤炭行业来说，全国有70%的矿区面临缺水，其中有40%严重缺水。然而，我国矿井排水造成的水资源浪费现象却十分突出。全国每年因采煤排出的地下水资源约2.2Gm3,大体相当于100座十三陵水库。同时，作为基础行业，煤炭的污染比较严重，“三废”排放量逐年增加清洁生产工程措施不力，矿井废水，煤矸石堆放中的有害成分，不断进入地表水体，进而向地下水体入渗，成为地表水体、地下水体的污染源。近年水资源浪费和水资源污染的防治任务十分艰巨，将成为矿区水资源环境的潜在威胁，水资源将严重制约我国煤炭行业的发展。4煤矿区地貌环境变异出现大幅度增长趋势我国煤矸石的利用率仅为40%，尚有大量煤矸石弃置堆放，而且随着煤炭生产进行，矸石（露天矿为剥离岩土）堆放量不断增加，地貌景观发生变化，矿区土地资源不堪重负。我国煤田分布区大多为山地、丘陵地区，煤炭生产庞大的工业系统，加上矿区铁路、公路建设，火电资源开发，煤气输送工程将有大幅度增加态势，人类经济-工程活动强度加大，因而山体边坡稳定性将显著减弱，滑坡、泥石流及水土流失作用增加是必然趋势。

5水土流失及沙漠化日趋严重据有关资料，以秦岭-大别山为界，中国北部地区煤炭储量/资源量有6567.57亿t，占全国查证资源量的90.7%，且集中分布于晋陕蒙三省区，随着西部大开发的实施，这些地区将是本世纪煤炭工业发展的战略重地。但是，这些地区普遍存在水资源严重不足，水土流失、土地沙漠化现象严重。准格尔煤田、神府煤田、东胜煤田已面临着沙漠覆盖的危险。因此，水土流失和沙漠化将是今后煤炭工业发展中的主要地质灾害类型。6废弃矿井环境地质灾害6.1废弃矿井潜在灾害闭矿后，矿区物质如岩体、煤体、水及气体与环境相互作用，相互影响，发生物理化学等反映，有可能生成潜在灾害主要体现在以下几个方面：

岩体：矸石山滑坡、岩土分化、水土流失、沙尘暴、植被破坏等老巷道及老采道积水污染、变形、沉陷、坍塌、甚至发生诱发地震。

煤体：老巷道、老采场、残留煤柱、矸石山残煤等发生氧化自燃，形成有害气体，如：CO、CH4、SO2等。

水：由于采矿的进行，水系发生变化，不仅水位可能下降，还可能改道，同时与岩体煤体相互作用，导致水质污染。

气体：各种原因导致残煤自燃，形成有害气体，污染环境，同时地下洞室由于残煤自燃、瓦斯溢出等可燃气体聚集到一定程度，遇到明火会发生爆炸事故。6.2闭矿后潜在灾害诱发因素

矿区变形

闭矿后地层变形有可能仍在继续。如在城市、乡下开采，市区街道、建筑物就会因为不均匀沉降而继续发生破裂、坍塌等。如在农田、山林下开采，农田下沉、裂缝、积水、坍塌、水位下降、山体滑坡、植被破坏等。

矿区水系恶化

一是由于矿区抽排水；二是由于采矿引起断层、使地下水位改路短道。

矿区地震

闭矿后矿区地震可分为两类：一是人工诱发地震，二是

天然地震。闭矿后岩层结构弱化，老采空区仍存在大面积悬顶，如遇强烈扰动，就会发生大面积突然冒顶，亦即诱发地震。

矿区残煤自燃

由于自燃可生成有害气体污染环境。

矿区水土流失

由于矿区环境系统比较脆弱，使水土流失、矿区旱灾、温室效应、矿区沙漠化、矿区沙尘暴等灾害时有发生。

5煤矿地质灾害链分析

通过前面几章节的分析，对煤矿地质灾害有了较为系统地认识，在这一章中，详细分析一下煤矿地质灾害的衍生性，即煤矿地质灾害链。所谓煤矿地质灾害链是指由于煤矿开采或煤矿开采与自然地质作用复合引起的，危及矿区人类生存环境，造成一定损失或潜在威胁的，在时间、空间上相互制约的一系列有生成联系的地质灾害事件的总和。

根据地质灾害链内各灾种彼此之间的成因联系，一般可将其划分为因果链和同源链。1因果链这种链就是这一灾害为下一灾害造成诱发条件或其本身转化为另一灾害。如顶板冒落地面塌陷，地裂缝斜坡失稳。2同源链这种链是一系列灾害的相继发生与某一因素有关。如崩塌、滑坡、泥石流的发生。煤矿地质灾害链是以因果链为主。同其它灾害链一样，它具有下列性质：

灾害的链式反应；

增多、增强的放大作用（对致害体、破坏作用及其时空域、各种损失），并使次生灾害发生的概率增加；更加多样，复杂，难预报，难防治；规模大，危害更重。根据灾害地貌链所形成的结构，还可将灾害地貌链分为串联型灾害链、并联型灾害链和混联型灾害链。3串联型灾害链

其实质就足上述的因果链，也即是灾害链中各灾害的发生有明确的先后顺序，各灾种发生时间有先后，并且空间上各灾害发生一般不共存。4并联型灾害链

灾种之间为相互影响的关系，各灾种发不存在先后关系，并且在空间上可以共存，因此不存在原生灾害与次生灾害之区分。5混联型灾害链顾名思义，即是由具有串联关系、并联关系的各灾种混合在一起所构成的灾害地貌链，也称复合链。按照灾害地貌链中原生灾害向次生灾害转化的快慢，可分为缓发型灾害链与急发型灾害链。原生灾害在生成过中就伴随有次生灾害的发生

，或原生灾害刚一停止，次生灾害就接踵而来，如在一次特大暴雨中，大量崩塌、滑坡物质由于水量充分，在其运动过程中，旋即转化为泥石流;高山地区发生了山崩，运动的大量固体可能使水库下游决口，并可能使水库下游发生一场泥石流。以上两例中，原生灾害向次生灾害转化速度非常快，故称急发型灾害链。缓发型灾害链中，原生灾害向次生灾害转化必须经过一定时间的物质、能量等的积累，待时机条件成熟时，才能向次生灾害转化。比如某地崩塌、滑坡随时发生，积累了大量的松散堆积物，经过一段时间后来了一场暴雨，堆积物质在充分的水源条件下才转化为泥石流。从煤矿地质灾害几个例子的具体研究与灾害链的分析，煤矿开发过程中的各种地质灾害的生成、分布和发展与开采活动在空间上、时间上表现出环环相扣，相互制约的链状关系。致灾效应则显示出重叠性、穿插性、一致性和滞后性，各种地质灾害互为因果，相互制约或两种作用叠加下扩大灾情，最终导致地质环境的破坏，改变矿区生态环境。借助于煤矿地质灾害链，我们可以预测煤矿开采引起的地质灾害类型、形式及破坏程度；研究并预测矿区工程稳定性和边坡重力灾害以及水土流失、诱发地震等灾害事件的关联度及灾害度；研究矿区自然地质作用与工程地质作用的关系。根据矿区不同的地质环境状况，有针对性地提出减灾，防灾措施，抑制灾害群、灾害链的出现，减轻地质灾害发生后酿成的重大损失，达到减少投入、治其根本和防患于未然的目的。6地质灾害与可持续发展

1地质灾害与可持续发展概述

可持续发展是指以控制人口、节约资源、保护环境为条件，使经济发展同人口增长、资源利用及环境保护相适应，实现资源、环境的承受能力与经济社会发展相协调。可持续发展战略是21世纪经济发展的主题，人口与资源是一个国家最基本的国情，协调好坏，直接关系着国家的命运。在发展国民经济的同时，要保护自然资源和改善生态环境，以实现长期、稳定、健康的发展。地质灾害是可持续发展战略体系中不可缺少的研究内容，它在对可持续发展评价指标体系中占有重要地位。地质灾害防治工作要努力实现从过去分散的、被动应急的状况，向有组织、专门化、主动性的状况转变。到2005年，使人为诱发的地质灾害日益突出的趋势得到有效控制；到2015年，基本改变我国地质灾害日趋严重局面，使我国地质灾害发生率和损失量有明显降低。2地质灾害对区域可持续发展影响的评价地质灾害在对可持续发展评价指标体系中占有重要的地位。我们建立指标的指标体系是在参考原有的各项指标的基础上，进一步系统、深化、扩展、延伸，形成的以地质灾害——区域可持续发展为中心的指标体系。地质灾害对区域可持续影响评价的基本方法是在地质灾害危险性分析、评价区域社会经济易灾性分析与减灾能力分析的基础上，针对区域可持续发展的条件和能力，通过地质灾害现实破坏程度与长远危害程度的综合评价完成的。采用建立的指标体系和方法，以省（市、自治区）为单元，对中国地质灾害对区域社会经济可持续发展影响进行了实验性评价，根据评价结果，我省属于中度影响省区。而我省的地质灾害主要是采煤诱发的地质灾害。3防治对策与建议现在，我们依据地质灾害对区域可持续发展影响程度的评价以及社会科学和自然科学相互交叉的观点，讨论一下采煤诱发的地质灾害的防治对策以及防灾减灾所应采取的一些措施。地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，从某种意义上说，地质灾害是一个具有社会属性的问题，因此，地质灾害的防治不仅是预防、躲避和工程治理，在高层次的社会意识上，更表现为努力提高人类自身素质，普及防灾、避灾和报灾的知识，提高公众意识，通过制定公共政策或政府立法约束公众的行为，自觉地保护地质环境，从而达到避免或减少地质灾害的目的。采煤诱发的地质灾害对自然环境和社会环境均造成了极大的危害。因此，地质灾害的防治成为当前的主要任务。我们应在因地制宜的基础上，探索积极可行的防治对策。根据山西省的实际情况，本着“预防为主，治理与避让相结合”的方针，建议采取限制人类工程经济活动、合理规划城镇建设的政策措施及工程治理、生物治理、避让和预报等措施。

3.1政策措施3.1.1法律政策应加强煤炭开采的管理，禁止小煤矿滥挖乱采。近年来，村办、联办、个体办的小煤窑大量涌现。有些地区对小煤窑管理不当，出现大量无证开采矿井。这些小煤矿均分布在煤层埋深小的地段，越层越界乱采滥挖，给国营大矿的生产布局和井巷安全造成严重威胁，浪费了宝贵的煤炭资源。小煤矿开采的无规律性，导致地质灾害发生的无规律性，给预防和治理增加了困难。有关部门应坚决执行《中华人民共和国煤炭法》，进行同意规划，减轻地质灾害的危害。3.1.2科技政策地质灾害防治工程的技术规范、要求或指南要服从于科技政策，而不是追求纯科技意义上的“高、精、尖”。防治灾害并不直接产生效益，只能减轻损失，因此，要追求最低的投入，最好的工程效果，从而实现减灾即是增产。因此，科技研究成就最终体现为全社会思想观念的转变，即走向自觉保护和合理开发地质生态环境，从而最大限度的实现减灾目标，取得巨大的减灾效益。3.1.3公众政策政策法规的制订必须考虑到损失者和受益者双方的责任和权益，要把普及防灾、避灾和报灾知识，提高公众意识置于等同于甚至高于直接实施工程治理的地位。其中政府的