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2012届毕业论文
题目牛栏山煤矿环境地质特征及治理方案
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能源工程系
2012年5月
牛栏山煤矿环境地质特征及治理方案
能源工程系矿山地质
【摘要】在阐述矿井地理环境和矿井地质概况的基础上,针对该矿的开采情况,调查分析了该矿的固体废弃物、矿井水排放对环境的影响,并提出治理方案。
为煤矿开采过程中的环境保护和闭矿后的环境治理提供依据。
【关键词】环境特征地质条件环境保护治理方案
引言:
牛栏山煤矿隶属是福建煤电股份有限公司,由于其开采年限较长,故对周围环境的影响也较深远。
本文主要通过描述永定煤矿的环境类型和地质条件,对其地质环境进行科学评价,重点分析建井生产开始直至生产过程中对周围环境的影响,并提出针对本矿环境问题的解决方案。
并且对该煤矿老化后面临封矿对周围环境的保护提供建议。
1矿井概况
1.1交通位置
牛栏山煤矿隶属福建省红炭山矿业有限责任公司,2005年12月取得《采矿许可证》,采矿权人为福建省红炭山矿业有限责任公司,采矿许可证号为3500000510218,有效期至2014年12月,矿区面积3.6272平方公里。
矿区位于永定县城区方位40°,直距约23公里,行政隶属永定县抚市镇中在村管辖。
矿区区间经纬度坐标:
东经116°54′07″-116°56′05″,北纬24°51′16″-24°52′16″。
本次生产勘探区范围为现有《采矿许可证》标定的拐点坐标范围(表1-1)南部(即矿井深部+220以下)的区域。
牛栏山煤矿开采标高0-+460m。
本矿区距坎市火车站约11公里,龙(岩)梅(州)铁路在矿山西侧通过,103省道从矿区通过,交通便利,见交通位置图。
2矿井地质概况
1断层
牛栏山煤矿201采区断距大于30米的主要断层有F1、F4、F6、F11、F12、F15、F16等,较小的断层主要分布在F4以西块段,断层密集,平均每10米就有一条小断层,形态众多。
这些主要断层中尤其是以F6断层对该块段的影响最大,其次是F4断层。
F6断层在201采区都有揭露并加以实际控制,该断层走向长约2000米,除两头为南北走向外,其余大部分为近似东西走向,产状160~250°∠50~80°,断距大,断距在100米~160米之间,在+255区段主要断失20#~11#之间的层位。
F6断层的破碎带宽约0.5~20米之间,断层带中有断层泥、断层煤、断层角砾等,局部有火成岩侵入充填。
F4断层产状变化较大,切割F6断层,在F6断层上盘为南北走向,产状260~270°∠40~50°,断距为40米左右,对煤层的破坏性较小。
2、褶皱
从近几年开采的情况来看,大型褶皱就要集中在201采区的西部,在6号勘探线附近,为牛栏山井田
号背斜及
向斜,其余采区中部及东部为近似东西走向的单斜构造。
因此,褶皱对采区的西部影响较大,对采区中部及东部无影响。
3、火成岩
在采区南部揭露一条长约1000米,宽约15米的火成岩,东西走向,该火成岩对采区下部煤层造成局部影响。
其余在F6及其附近有零星的火成岩出现,对煤层的影响很小。
4、煤层的稳定性及可采性分析
牛栏山煤矿虽然构造极其复杂,煤层十分不稳定。
但在这些复杂块段中还是存在构造相对简单,煤层相对稳定的块段。
从目前开采的情况来看,201采区F4断层以东,在F6断层上盘,有近800米长的稳定块段。
该块段已露3#、7#煤层。
3#煤层已开掘1800米煤运巷,平均煤厚0.88米,圈定储量13.40万吨,采出煤量10.50万吨,可采率为78.4%。
7#煤层已开掘800米煤运巷,圈定储量5.23万吨,采出煤量4.13万吨,可采率达79%。
从这些资料中可看出,F4以东块段其下部的3#、7#、10#、15#、22#、23#、28#等煤层也会相对稳定可采。
201采区F4断层以西至F1断层,走向长约1200米,该块段已投入近3200米的工程量,其中集中探巷1300米,石门探巷1000米,煤探巷900米。
揭露大小断层68条,褶皱12个。
断层纵向的、横向的都有,这些断层、褶皱把该块段切割的七零八落,煤层的可采性及稳定性极差。
据统计,该块段采出煤量不到1.5万吨,可采率不足20%。
因此,201采区F4断层以西为煤层稳定性极差,工程投入大,回采率极低的块段。
据以上资料分析,201采区煤层稳定可采块段为F4以东,也是今后开拓生产的主要块段;F4以西由于构造复杂,今后要尽量减少该块段的投入。
5、储量增减
据计算,201采区共有资源储量297.38万吨,可采储量为136.32万吨,采区服务年限为15.15年,其中201采区F4以东块段资源储量为139.70万吨,可采储量为104.78万吨,采区服务年限为11.64年;F4以西块段资源储量为157.68万吨,可采储量为31.54万吨。
同比新增资源储量210.08万吨,新增可采储量为91.92万吨,延长采区服务年限10年。
按照工业部门对不同用途煤炭的特定要求,上述各煤层煤炭均可作为火力发电、气化用煤的原料、生产电石煤、高炉喷吹用煤、配煤用催化剂、发电用煤、烧结水泥用煤,同时还是较好的民用煤。
附主要可采煤质化验成果表。
主要可采煤层煤质特征一览表
煤层层号
牌号
Ag%
Wa%
Sg%
P%
Q(卡/公斤)
3
无烟煤
21.6
4.06
0.56
0.09
6109
7
无烟煤
21.7
3.67
0.6
0.079
6025
10
无烟煤
25.0
4.51
1.18
0.079
5696
15
无烟煤
22
无烟煤
18.79
5.98
1.31
0.039
6188
28
无烟煤
20.68
5.77
0.81
0.018
5966
火成岩与煤层接触造成对煤质的影响不明显,不会改变煤的工业用途。
2.4矿井开采技术条件
2.4.1条件
山区地形,地表排泄条件好。
地表水系发达,主要水源是河流及降雨。
该地区的年平均降雨量约1798mm,但不均匀,一般3月--9月份占83%,10月--2月仅占17%,从而使地表水和地下水呈现明显的季节性变化。
大气降水是地表水的主要补给来源是矿坑充水的主要来源。
岩性单一,以碎屑岩为主,含水性质单一,均为基岩裂隙水,由于含水层受构造裂隙控制,具有穿层性和和相互分隔的特点,各个含水带之间联通性差。
2.4.2、瓦斯、煤尘和煤的自燃
1、瓦斯根据对小煤窑的调查以及苏一煤矿、苏二煤矿对三段及一段煤层的开采情况表明,至今未发现瓦斯突出事故,周边采区及本矿井近年来的开采实测资料也表明各煤层为低沼煤层。
但由于深部煤层倾角小,有利于瓦斯的聚集,在开采深部水平附近的煤层时,应保持通风系统的完善,并加强通风管理及瓦斯监测工作,以防瓦斯积聚发生事故。
2、煤尘、煤的自燃37#、39#煤层均为低灰、低硫、低磷、中上发热量的无烟煤,没有构成自燃发火因素,上部小煤窑、苏二矿当时在开采这二层煤时也未发生过煤尘爆炸事故。
38#煤层为低灰、亚低硫、低磷、中上发热量的无烟煤,虽然在正常情况下,不会构成自燃现象,也不会发生煤尘爆炸,但从当时苏二矿开采北井田一段煤层及我矿六采区+100水平以上的38#煤层时,有过煤层自燃现象,因此,在这方面要引起足够的重视,采取相关措施以防事故的发生。
2.4.3地质条件
据现有开拓所揭露的各煤层,其顶底特征分别为:
37#煤层顶板大都为水平层理发育的细粉砂岩,底板为厚度约6米的白色石英细砂岩,节理、裂隙不发育;38#煤层的顶板为厚层状的粉砂质泥岩,底为厚度达14米左右的中厚层状石英砂岩,顶底板节理、裂隙发育,较破碎,在施工过程中,压力大,特别是在近断层、褶曲轴处裂隙增多,易产生岩石掉块坍塌等现象,应加强支护。
39#煤层顶板为微细水平层理发育的细粉砂岩,底板粗粉砂岩,厚约3米,节理、裂隙不发育。
3矿井开采情况
牛栏山井田于1971年9月由福建省一九七煤田地质勘探队二中队负责勘探,提交储量1588.38万吨,其中工业储量1220.89万吨,远景储量367.49万吨,主采童子岩组三段3#、7#、10#、22#、28#(原报告为25#)五层煤层。
于1984年12月建成投产,年设计井型为20万吨,矿井划分二个水平开采:
+284~460水平以上为第一水平,采用平硐-上山开拓;+284~80水为第二水平,采用平硐-暗斜井开拓。
在建井过程中,发现矿井地质构造比较复杂,中下亚段地层与勘探时有出入,于1984年由省煤炭局成立牛栏山矿井地质调查组,对建井所揭露的地层重新分析,1984年2月提交了《福建永定牛栏山矿井地质调查报告》;1989年7月29日原省煤炭工业局与永定县人民政府签定协议(定点划界)后认定,牛栏山煤矿定点界内占有储量为1219.61万吨,其中(B+C)级966.97万吨,D级252.64万吨;在随后的矿井生产过程中,发现生产揭露的地层和构造与“详查报告”及“调查报告”出入较大,于是1991年永定矿务局组织工程技术人员进行重新核实,提交了《牛栏山童子岩组三段地层可采性报告》,确认1990年底,实际保有表内储量438.95万吨,其中(B+C)级316.76万吨,D级122.19万吨;受煤炭市场的影响,矿井于1997年3月暂时关停,随着煤炭价格的好转,矿井于2001年12月承包给环闽公司恢复生产。
2004年环闽公司委托福建省矿业协会矿业开发部重新进行储量核实,最终核定至2003年末牛栏山煤矿第二水平保有储量为166.2万吨;其中C级储量82.0万吨,D级储量84.2万吨;预可采储量为78.6万吨。
2006年5月,为防止国有资产流失,牛栏山煤矿收回到红炭矿业公司经营。
矿井自投产至2006年底共产出煤量75.15万吨,损失量为106.69万吨。
牛栏山煤矿一水平生产已基本结束,为矿井的可持续发展,保证矿井的正常运转,现布置二水平(+285~+80米)延深开拓
4牛栏山煤矿开采对环境的影响
4.1牛栏山自然环境及环境质量现状
矿区地貌系属起伏不平的中至低山区,主要山脉走向呈北北东--南南西区内第四系冲积平地较少。
矿区气象属亚热带潮湿性气候,平均温度17.9℃,最高温度可达40.4℃,最低温度可降到-8.5℃,历年平均年降水量1798mm毫米,降水一般多集中在3-9月份,占全年总降雨量约83%。
根据《中国地震参数区划图》(GB18306―2001),本区抗震设防烈度为6度,地震动峰值加速度为0.05g。
区域目前的主要污染源为历史上无证开采的小煤窑,均在本矿界范围内,矸石随意堆放,现已停止开采。
4.2牛栏山矿井水对环境的污染
矿井水是伴随煤炭开采而产生的地表渗透水、岩溶水、矿坑水、地下含水层的疏放水以及生产、防尘用水等组成,通常含有大量的悬浮物,有的还呈现出高矿化度或酸性,甚至还含有放射性元素及氧化物等,若直接外排会对地表上河流等水资源产生较严重的污染。
矿井水的大量排放,一方面严重污染了水源,另一方面也破坏了地下水的循环系统,甚至导致矿区地下水位下降,同时也给人民生命安全带来危害,且矿井水排放量大、持续时间长、污染范围大、影响地区广,严重影响了人类生活环境。
4.3煤矸石对矿区大气环境的污染
煤炭开发和利用,使矿区的大气环境质量严重下降,矿区空气污染日益恶化,煤矸石的长期露天堆积是重要的空气污染源之一。
煤矸石堆放过程中,会风化形成粉尘颗粒,在风速达4.8m/s时,颗粒就会飞起并悬浮于大气中。
据实测,在距矸石山下风方向500m处,总悬浮微粒浓度可达0.8mg/m³。
在露天排土场附近,空气中有害气体日平均浓度全部超标,具体数值见表%。
而且颗粒中含有很多对人体有害的元素,如:
Hg、Cd、Cr、Cu、As、Mn、Zn、Al等。
小于(5μm的颗粒会被人体吸入肺部,导致各种疾病,如:
气管炎、肺气肿、尘肺,甚至导致癌症的发生等;大于(5μm的颗粒也会留在人的鼻腔中,导致鼻腔感染,若进入眼中,会引起各种眼疾。
另外,颗粒悬浮于大气中,破坏了大气的温室效应,使气候出现异常。
当煤矸石中含硫量大于1%时,在加压、通风、氧化的条件下,会发生自燃。
煤矸石山一旦自燃,不但释放出CO、CO2、SO2、H2S、NOX和CMHN(碳氢化合物)等有害气体、同时还伴有大量的烟尘,严重的污染矿区的大气环境,损害人体健康。
4.4牛栏山矿井建成投产后对小区自然环境的影响
矿井建设生产后,随着地下采掘空间的扩大,在采空区上覆岩层将产生冒落、裂隙、下沉三个影响带,并可能产生如下影响:
(1)对水环境的影响:
矿井水的由于流经的岩石和煤矿含有硫、磷等元素岩层,往往PH值偏低,(主要含SO4,和NO3)可能降低地表流水的PH值;矿井水中的悬浮物,主要是来自矿井水流经采掘工作面时带入的煤粒、煤粉、岩粒、岩粉等悬浮物(SS),会增加地表流水的浊度,矿井水中还含有无机有毒物等如氰化物、砷化物、镉、铬、铅汞六大有毒物质及有机有毒物等如有机氯农药和取代苯类物质。
(2)煤矸石对环境的影响:
由于邵武晒口属于丘陵地区,地表移动破坏范围相对较大,由于滑移引来的水平移动、水平变形及移动边界接近平地或沟谷时地表上升,因而对周围村庄等人工设施影响很大。
因煤矸石多属于露天堆放,煤粉岩屑风化,接触空气后氧化容易发生自然,产生烟雾影响周围空气质量,在风力作用下使污染扩散到更远处。
此外,矸石堆淋溶水影响由于处于地表,容易污染附近居民饮用水,或是流入田地影响作物生产,加大煤矿与附近居民的矛盾。
(3)煤尘污染:
地面煤炭的装、运、储环节可产生煤尘飞扬,对周围环境产生污染,对周围居民身体造成一定危害,由于空气漂浮颗粒物较多,而影响邵武晒口附近工厂机械使用年限,。
(4)矿井主要主通风机的噪声污染:
由于通风机一天24小时不间断作业,必然对附近居民的休息造成一定影响。
5牛栏山环境保护
为了保护环境,维护生态平衡,贯彻环保设施“三同时”的原则,在环境保护设计中,针对煤矿建设生产所排放的各种污染物的排放量和排放浓度,依照国家环境保护相应标准,采取各种相应的治理措施。
5.1污水处理
(1)矿井水:
根据预测计算,矿井-200m~-400m矿井正常涌水量为264.7m3/h,最大涌水量为378.1m3/h;预测矿井-200m~-600m矿井正常涌水量为303.2m3/h,最大涌水量为401.2m3/h。
矿井采用集中排水方式,设计拟在-400m井底车场、-580m下部车场附近分别设水泵房及内外水仓,将矿井水抽排至-200m水平后,通过已有排水系统抽排出地面。
矿井地面建设有沉淀池。
建设单位拟用矿井沉淀水作为井下生产用水、地面除尘用水、绿地浇灌用水、专用管道引至农田作为灌溉用水,以提高水的利用率。
(2)排矸场淋溶水:
矸石场的四周采用截洪沟截流矸石场外的雨水,矸石场的淋溶水通过挡矸坝下部的泄水孔引入坝下的沉淀池,经沉淀后达标排放。
矿井工业废水处理工艺流程图
矿井水硫酸铝→溶解池生产用水
↓↑↑
地面蓄水池→沉淀池→混合池→反应区和过滤区→水仓
↑↓
煤泥池生活用水
(3)工业广场生活废水:
主要为沐浴、洗涤和卫生间粪便污水,粪便污水经化粪池预处理后与其它废水合流采用A/O二级生化处理工艺处理达标后排放。
(4)居住区生活污水采取分质分治方案,粪便污水经化粪池预处理,食堂废水经过隔油池预处理后,与沐浴、洗涤废水合流采用A/O二级生化处理工艺处理达标后排放。
矿区生活废水处理工艺流程图
5.2矸石处理及综合利用
矿井生产排矸量,按矿井设计年产量的30%计,年排矸量达6.3万吨,煤矸石首先考虑综合利用,业主与矸石使用单位已经签定了综合利用协议书。
无法综合利用部分定点集中堆放在矸石场。
矸石场下部建设挡矸坝,坝下开有泄水孔,矸石场四周建设排洪沟,保证矸石场的安全。
晒口煤矿利用自身煤矿能源优势,在附近的矸石山下建了一座矸石机砖产,即有效解决了矸石堆放带来的占居用地和矸石淋滤水对环境的危害,又提高了经济效益。
同时,邵武煤矿与各建造集团签订协议,将矸石用于道路及各种公民建。
实现了矸石的综合利用。
5.3粉尘治理
尽量减少煤在开采、爆破、运输、装缷中产生大量粉尘。
在煤台汽车装车的落煤点以及路面,安设喷水降尘设施;对筛选楼振动筛安装2台机械通风防爆袋式除尘器;井下运输巷定期进行清洗,井下应采用湿式钻眼,地面工业场地的道路应经常清扫洒水。
加强矿井通风,使风速保持在合理的范围内,既不扬尘又可以尽快排出空气中的煤尘和爆破烟尘,以降低空气中废气污染物浓度,并尽快将其排到矿井外。
5.4噪音污染的治理
矿井噪声源主要是主通风机、压风机、引风机、局部通风机及凿岩机等,主要采取个人防护,无关人员远离噪音源,设备尽量选用低噪音产品,地面噪音源周围加强绿化,机房建筑采用隔振消音措施等。
结语
通过上述的论述,可以清楚地知道造成煤矿环境问题的原因是多方面的,并且可以依据环境地质特征因素提出针对性的预防措施以及发生环境问题后的处理方法。
由于重视较高,龙岩苏一煤矿的环境质量一直相对较好,但是还应当建立一套完善的动态监测系统,记录苏一煤矿周围环境的变化。
以前苏一煤矿在环境地质条件特征的资料一般多为静态的数据,因而一套完整而时间延续较长的动态资料,对于日后指导本矿封闭工作将有很大的参考价值。
致谢
此次毕业论文的顺利完成得益于我的实习经历,在牛栏山矿实习的短暂时间里我非常感谢师傅和师兄们对我的悉心教导和关心,不仅在我的毕业论文资料收集方面提供很大帮助,也使我学到了很多书本上没有的专业知识,生活上使我感受到了家的温馨。
值此论文完成之际,我深深地感谢指导老师何积义对的悉心指导和帮助。
老师渊博的知识、扎实的理论功底、高深的学术造诣、严谨的治学态度,让我受益匪浅,终身难忘。
最后再一次感谢所有在毕业论文中曾经帮助过我的良师益友和同学,以及在论文中被我引用或参考的论著的作者,感谢为我授业解惑的老师们,感谢学校对的栽培。
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