Situación actual y reflexiones sobre la investigación del entorno geológico de las minas de carbón de Shanxi
(1Escuela de Recursos Hídricos e Ingeniería Ambiental, Universidad de Geociencias de China, Beijing, 100083; 2Instituto de Estudios Geológicos de Shanxi, Taiyuan, 030001)
Presentó brevemente la situación actual de los problemas geológicos ambientales en las seis principales yacimientos y minas de carbón de Shanxi, y planteó algunas reflexiones sobre los problemas existentes en la investigación actual y el trabajo que se llevará a cabo en el futuro. Con respecto a la evaluación integral de la geología ambiental minera, el autor cree que el análisis de varios problemas geológicos ambientales de las minas de carbón debe extenderse desde una perspectiva profesional al aspecto socioeconómico, y este último debe usarse como un punto conjunto para una comparación integral unificada. . Al mismo tiempo, se propone que los cambios en la tensión del suelo causados por el impacto de la minería del carbón en el agua kárstica, la desertificación de la tierra causada por la minería del carbón, el cálculo de varios pilares de seguridad del carbón y la determinación de los ángulos de movimiento, el impacto ambiental de la mina de carbón. modelo geológico y métodos de establecimiento de diversos modelos geológicos ambientales de minas de carbón Realizar trabajos de investigación en otros aspectos.
Palabras clave Pensamientos sobre el estudio geológico ambiental de las minas de carbón
1 Descripción general de los yacimientos de carbón de Shanxi
Los estratos carboníferos de Shanxi son principalmente la Formación Taiyuan del Carbonífero Superior del Paleozoico Tardío y Pérmico Inferior La Formación Shanxi se distribuye en varios campos de carbón en toda la provincia. Sus reservas de carbón representan el 98% de las reservas totales de la provincia y su potencial minero es enorme. La segunda es la Formación Datong del Jurásico Mesozoico, que se distribuye en el yacimiento de carbón de Datong y la parte norte del yacimiento de carbón de Ningwu. Sus reservas representan aproximadamente el 1,6 del total de la provincia, y quedan muy pocas vetas de carbón recuperables. Formación carbonífera del terciario cenozoico, que se distribuye en Fan. Las reservas en Shi, Yuanqu y otros lugares son muy pequeñas. Basado en factores integrales como el ambiente sedimentario, las características estructurales geológicas y las leyes de deterioro de la calidad del carbón, Shanxi tiene principalmente seis yacimientos de carbón de norte a sur: Datong, Ningwu, Xishan, Huoxi, Qinshui y Hedong. Aquí también es relativamente común y el problema en las pequeñas yacimientos de carbón de otras zonas es cada vez menos grave. La información básica de las seis yacimientos de carbón se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Estadísticas básicas de los seis principales campos de carbón de la provincia de Shanxi
2 Estado actual de los problemas geológicos ambientales en las minas de carbón de Shanxi
Según las estadísticas, el El área actual de extracción de carbón en la provincia de Shanxi es de aproximadamente 5.500 km2. Según el "Informe de estudio geológico y evaluación del entorno ecológico minero en áreas clave de la provincia de Shanxi" presentado por el Instituto de estudio geológico provincial de Shanxi en junio de 2002, los principales desastres geológicos son las cinco yacimientos de carbón de Datong, Ningwu, Xishan, Huoxi y Qinshui. (incluido Taiyuan) Hundimiento minero, fisuras del suelo, derrumbes y deslizamientos de tierra en las cuatro principales zonas mineras de Dongshan, Yangquan, Lu'an y Jincheng. En la Tabla 2 se muestran varias cuestiones geológicas ambientales.
Tabla 2 Tabla estadística de diversos problemas geológicos ambientales
3 Reflexiones sobre el estudio geológico ambiental de las minas de carbón de Shanxi
Shanxi es una provincia del norte de China donde las condiciones geológicas Los desastres ocurren con frecuencia. La provincia con los problemas ambientales y geológicos más graves en las minas de carbón. Sin embargo, por diversas razones, la investigación de cuestiones geológicas ambientales en las minas de carbón de Shanxi ha ido atrayendo gradualmente la atención desde 1990. La mayor parte del trabajo realizado antes de 1999 se llevó a cabo después de que los conflictos y disputas fueran causados por cuestiones geológicas ambientales, lo que proporcionó una base para las partes A y B para coordinar o recurrir a los casos legales de conformidad con. La representatividad es limitada y la legalidad general no es sólida. Es difícil determinar macroscópicamente la escala general, el alcance y las pérdidas de los problemas geológicos ambientales en las minas de carbón de Shanxi, y es difícil analizar y determinar diferentes patrones de problemas geológicos ambientales en diferentes ambientes geológicos, diferentes minerales mineros, diferentes capas mineras y diferentes métodos de minería. El Informe del Estudio de Riesgos Geológicos del Área Minera de Datong presentado por la Estación de Geología Ambiental Provincial de Shanxi en 1999, el Informe del Estudio Geológico Ambiental Provincial de Shanxi de 500.000 yuanes el 10 de febrero de 2000, y el Instituto de Estudios Geológicos Provinciales de Shanxi completaron la geología ambiental ecológica de la mina en clave áreas de la provincia de Shanxi en junio de 2002 Una evaluación exhaustiva del estudio (10:250.000) revela la geología ambiental de las minas de carbón de Shanxi.
Según el estudio geológico ambiental 1:500.000 de la provincia de Shanxi, los problemas geológicos ambientales en la provincia de Shanxi se dividen en 4 regiones y 34 subregiones según el grado de desastre, y se utilizan métodos de análisis cualitativo para evaluación y predicción. El estudio y la evaluación integrales de la geología del entorno ecológico minero en áreas clave de la provincia de Shanxi (1:250.000) se basan en la situación real de ocho tipos de problemas geológicos del entorno ecológico minero, incluidos hundimientos del suelo, fisuras del suelo, grietas en las casas, desechos sólidos y colapsos. , deslizamientos de tierra, flujos de escombros y combustión espontánea de vetas de carbón. Se llevan a cabo estadísticas de cantidad y distribución de desastres dentro de una unidad de 2 km × 2 km, se realiza un análisis de superposición digital y se utiliza el método del coeficiente de perturbación para realizar una evaluación geológica integral de la ecología de la mina. ambiente.
Se determinó que el área de daño ambiental y geológico en áreas clave era de 1.925 km2, de los cuales 562 km2 sufrieron daños graves, 696 km2 sufrieron daños moderados y 667 km2 sufrieron daños leves. Según el plan de producción de cada mina antes de 2010 y el Décimo Plan Quinquenal Nacional, el entorno ecológico y las tendencias de desarrollo geológico de cada zona minera se dividen en áreas de deterioro, áreas de recuperación y áreas en estado natural. Se evaluaron y predijeron respectivamente los mapas 1:65438 millones en la unidad de 2 km × 2 km.
Los dos proyectos anteriores, así como el estudio geológico ambiental a gran escala en algunas áreas mineras y el estudio y zonificación de riesgos geológicos de condado (ciudad) de 1:50.000 en los últimos años, proporcionan una base para resumir los leyes macroscópicas de los problemas geológicos ambientales en las minas de carbón en la provincia de Shanxi y estableciendo un modelo de formación. Acumularon información y sentaron las bases para proponer contramedidas de prevención y control. El autor plantea las siguientes reflexiones sobre los problemas existentes en la investigación actual y el trabajo que se debería realizar en el futuro.
3.1 Evaluación integral de la geología ambiental minera
La evaluación integral de la geología ambiental minera está marcada por la escala de intensidad, el número de actividades, la densidad de distribución y el tamaño de la pérdida de diversos problemas geológicos ambientales. Estos factores determinan la intensidad de los daños, la frecuencia de ocurrencia y el alcance de los daños causados por problemas geológicos ambientales, y son factores clave en la evaluación integral y la determinación del alcance de las pérdidas. Sin embargo, los diferentes tipos de problemas geológicos ambientales en las minas de carbón tienen diferentes signos de factores de riesgo. Cuando hay múltiples problemas geológicos ambientales en una mina, surgirá el problema de determinar el peso de varios problemas, y este peso está estrechamente relacionado con el tipo de minería, el entorno geológico, la escala de extracción, la capa de extracción y el método de extracción, y es diverso. y complejo. Las características y la incertidumbre conducen a diferentes departamentos, diferentes regiones, diferentes períodos e incluso diferentes departamentos. Aunque muchos académicos e instituciones de investigación han presentado algunas sugerencias en los últimos años, hasta el momento no se ha formado ningún método unificado de evaluación integral de elementos geológicos ambientales mineros puntuales, de área o regionales. Este es el problema principal que debemos resolver en el futuro. realizar este tipo de trabajos se deberán establecer las especificaciones o requisitos correspondientes a la mayor brevedad.
En la actualidad, los principales métodos para determinar el peso de diversas cuestiones geológicas ambientales incluyen el método de puntuación de expertos, el método de estadística de encuestas, el método de síntesis de secuencia, el método de fórmula, el método de estadística matemática, el proceso de jerarquía analítica, el método de análisis de complejidad, etc. Los métodos de evaluación integral para la geología ambiental minera incluyen principalmente el método de juicio de expertos, el método de analogía de ingeniería, el método de puntuación de factores, el método de coeficiente de ataque, el método de estadística de probabilidad y el método de análisis de conglomerados. Todos ellos están destinados a evaluar los riesgos de los problemas geológicos ambientales y son altamente profesionales. Es difícil hacer comparaciones exhaustivas utilizando diferentes métodos y resultados de evaluación. El autor cree que el análisis de diversos problemas geológicos ambientales de la minería debe extenderse desde una perspectiva profesional al aspecto socioeconómico, y este último debe ser el punto común para una comparación unificada y completa. Es necesario demostrar el impacto devastador de estos problemas en los seres humanos, las ciudades, los edificios, el transporte, la tierra, las fuentes de agua, los cultivos, la vegetación, etc. , luego determine el cuerpo afectado por el desastre específico, y luego determine el nivel de daño y la tasa de pérdida de valor del cuerpo afectado por el desastre de acuerdo con los estándares nacionales relevantes, y finalmente evalúe las pérdidas por daños de los problemas geológicos ambientales mineros desde una perspectiva económica. Para algunas evaluaciones regionales en las que es difícil determinar el número de puntos de desastre y el alcance de los daños únicamente mediante estudios regionales, se puede utilizar para la evaluación el método del índice de intensidad de peligros de problemas geológicos ambientales (índice de peligros × índice de vulnerabilidad). Utilizar su tamaño o fuerza como estándar para clasificar el grado de desastres en los problemas geológicos ambientales mineros puede lograr estándares unificados y comparaciones integrales. En definitiva, es necesario combinar orgánicamente el análisis de riesgo y el análisis de vulnerabilidad de los problemas geológicos ambientales mineros, y realizar trabajos con el objetivo de evaluar su pérdida de daño (valor económico) o intensidad de amenaza.
3.2 La relación entre la minería del carbón, el estrés in situ y el agua kárstica
Para los estratos locales, la minería del carbón equivale a la descarga manual. Después de la extracción de carbón, la tensión in situ dentro de un cierto rango alrededor del goaf cambiará inevitablemente, y los cambios en la tensión in situ afectarán inevitablemente la migración del agua subterránea kárstica en fisuras de rocas carbonatadas y espacios de disolución (cuevas, agujeros). En primer lugar, debido a los cambios en la tensión in situ, la velocidad y la dirección del movimiento del agua subterránea kárstica que se mueve normalmente en el campo hidrodinámico deben cambiar; en segundo lugar, la minería del carbón y los cambios en la tensión in situ conducen al desarrollo de fisuras, fortaleciendo la conexión; entre los estratos de medida de carbón y el contacto subyacente del Ordovícico con los estratos kársticos. En las zonas mineras presurizadas, el desplazamiento de la minería del carbón aumenta, acelerando la reducción de los recursos hídricos kársticos; en las zonas mineras no presurizadas, la filtración de agua subterránea en los estratos carboníferos contamina los recursos hídricos kársticos.
En nuestro trabajo anterior, hubo muy pocos datos medidos sobre geoestrés, y la investigación en esta área aún está en blanco y debería fortalecerse en el futuro. Es necesario estudiar las formas y mecanismos de la influencia de los cambios de tensión in situ en la migración del agua kárstica, así como el grado de influencia de los cambios de tensión in situ en el agua kárstica causados por la minería del carbón en Shanxi.
3.3 Desertificación de la tierra causada por la minería del carbón
La minería de carbón a cielo abierto elimina la roca, el suelo y la vegetación suprayacentes, lo que inevitablemente conducirá a la desertificación de la tierra causada por el carbón subterráneo; mine goafs Las grietas del suelo y las grietas del suelo a menudo traen partículas finas de la capa del suelo profundamente al suelo, lo que hace que las tierras superiores se desertifiquen gradualmente, lo que va acompañado del fenómeno de que las tierras cultivadas pierden fertilizantes, lo que dificulta su restauración mediante métodos generales de recuperación. ¿Cuáles son los métodos de formación, niveles de peligrosidad, métodos de evaluación y medidas de prevención y control de estos problemas geológicos ambientales en las minas de carbón? Ha sido ignorado o descuidado en nuestro trabajo de investigación anterior, y también es un tema al que deberíamos prestar atención en el futuro.
3.4 Cuestiones de diseño del pilar de seguridad
La mayoría de las minas de carbón en Shanxi están ubicadas en zonas montañosas con barrancos entrecruzados, lo que hace que la distribución de la carga en la parte superior de la veta de carbón sea muy irregular. desigual. Sin embargo, los valores medidos reales para calcular los parámetros clave de los pilares de carbón seguros (cuesta arriba, cuesta abajo y dirección) en las "Reglas de pilares de carbón para edificios, masas de agua, ferrocarriles y carriles principales" utilizadas en el pasado y en el presente no se han implementado. en la mayoría de las principales zonas mineras de Shanxi. Solo se han medido las minas de carbón No. 1, 2, 3 y 4 en la ciudad de Yangquan y las minas de carbón Xiqu, Guandi, Zhenchengdi y Mingxi en la ciudad de Taiyuan, y la representatividad es limitada. Por lo tanto, existen deficiencias inherentes en los cálculos de muchos pilares de carbón de Baoan en Shanxi, porque la mayoría de ellos se refieren al ángulo de movimiento y la fórmula de cálculo no tiene en cuenta la distribución desigual de la carga en la parte superior. En la parte superior de la barra con distribución de carga desigual, es fácil formar cizallamiento, lo que hace que la manifestación y el grado de desastre de los problemas geológicos ambientales de la mina de carbón sean diferentes de aquellos en la parte superior de la barra con distribución de carga uniforme o desigual. Esta es una de las principales razones por las que muchas empresas mineras de carbón en Shanxi han reservado pilares de seguridad de acuerdo con los requisitos nacionales pertinentes. Sin embargo, durante el proceso de extracción del carbón, todavía se producen hundimientos mineros, grietas en el suelo y grietas en las casas en las áreas protegidas. En el futuro debería reforzarse la investigación en este ámbito.
3.5 Determinación del modelo de problema geológico ambiental
Las condiciones estructurales geológicas en Shanxi son complejas. Dado que el entorno geológico, las vetas de carbón, la escala de extracción y los métodos de extracción de cada mina de carbón son diferentes, la litología y el espesor de los estratos de roca suprayacentes también son diferentes en diferentes lugares, y el grado y modo de los problemas geológicos ambientales en las minas de carbón también son diferentes. bastante diferente. Por ejemplo, en el área minera de Datong, debido al techo duro de la veta de carbón de la Formación Jurásica Datong, su alta fragilidad y su alta resistencia a la compresión, el tiempo de estabilidad de la goaf es difícil de predecir. Cuando las condiciones de soporte del pilar de la mina son insuficientes, a menudo ocurre un terremoto de colapso único, lo cual es extremadamente dañino. En el área minera de Lu'an, debido a la dureza relativamente blanda del techo de la Formación Shanxi y la Formación Taiyuan, la superficie del suelo es plana y el hundimiento de la superficie excede gradualmente el área de goaf, por lo que el tiempo de estabilización es relativamente fácil de predecir. Las minas de carbón distribuidas en zonas montañosas a menudo causan problemas geológicos ambientales en los pilares de carbón de Baoan debido a la distribución desigual de la carga superior. Sobre la base del estudio geológico ambiental minero 65,438 0: 250,000, realizar estudios a escala 65,438 0: 65,438 0,000 ~ 65,438 0: 50,000 o incluso mayor, realizar investigaciones exhaustivas y determinar las áreas mineras. El modelo de problema geológico ambiental es muy necesario para la rectificación y prevención de problemas geológicos ambientales en las minas de carbón.
3.6 Establecimiento de modelos de análisis y predicción
El establecimiento de un modelo de análisis y predicción de problemas geológicos ambientales en una sola mina de carbón puede ayudar a comprender la tendencia de desarrollo de los desastres, llevar a cabo desastres la alerta temprana y la predicción, y formular planes de prevención y reducción de desastres para los departamentos gubernamentales. La planificación y las decisiones macroeconómicas son de gran importancia. En la actualidad, el trabajo de Shanxi en esta área está todavía en sus inicios y hay pocos modelos establecidos, que son difíciles de satisfacer las necesidades del trabajo. El proyecto "Estudio y evaluación integral de la geología del entorno ecológico minero en áreas clave de la provincia de Shanxi" utilizó el software de filtración visual tridimensional Visual Modflow para establecer un modelo de filtración visual tridimensional que sea consistente con el agua de la mina de carbón Pingshuo Anjialing. y realizó predicciones de simulación. Otros proyectos también han establecido modelos correspondientes en el área minera de Changzhi Cuimeng y el área minera de Taiyuan Xishan, que han atraído la atención de los líderes centrales. El establecimiento del modelo debe basarse en la determinación del modelo de peligro geológico, utilizando el sistema de información espacial para estudiar el cuerpo del peligro desde una perspectiva tridimensional, y luego realizando simulaciones basadas en datos de observación a largo plazo, y finalmente utilizado para alerta temprana y pronóstico.
Actualmente, existen muchos software que se utilizan para simular el impacto de la minería del carbón en las aguas subterráneas, como GMS, Peflow, Modflow, etc. , pero existen pocos softwares para hundimientos mineros, fisuras del suelo, derrumbes, deslizamientos de tierra, flujos de escombros, etc., y la investigación debería fortalecerse en el futuro.
Referencias
[1] Guo. Análisis de patrones de desastres geológicos en la minería del carbón en Shanxi. Suplemento del volumen 8 de la Revista China sobre Prevención y Riesgos Geológicos, 1997(10).
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Zhang Liang et al. Teoría y práctica de la evaluación de peligros geológicos. Beijing: Geology Press, 1998.
Liu·. Guía de exploración de peligros geológicos. Beijing: Geology Press, 2000.