阳泉矿区概况

1.地理位置

阳泉市位于山西省中东部，西距太原市119km，是中国最大的无烟煤生产基地之一。阳泉市面积4452km2，人口1.22万，辖市区、矿区、郊区、蔚县、平定县三区两县。属大陆性季风气候，无霜期约170天，年降水量576毫米，境内沟谷纵横，地形复杂。山地和丘陵约占总面积的85%。大部分地区海拔在700m以上，地势北高东南低，呈阶梯状分布。

阳煤集团位于阳泉市中心，规划井田面积1387.8km2，地质储量142×108t，可采储量79.68×108t，现有矿井10t。一矿、二矿、三矿、四矿、新井矿位于阳泉市西北部，五矿位于阳泉市西南部，开元矿位于寿阳县西部，石岗矿位于左权县西南部，在建的司家庄矿位于昔阳县西南部，鑫源矿位于寿阳县西部。

2.地形学

矿区位于太行山北段西麓，为西北高东南低的中低山区，地形复杂。境内四面环山，山峦起伏，沟壑纵横，区内平均海拔在1000m m以上，二叠系砂岩广泛出露于矿区中低山区，覆盖黄土，呈黄土丘陵和石质山区。区内最高峰平塔梁海拔1372.6米，最低的娘子关谷海拔350米..

3.地质学和水文地质学

(1)地质学

矿区位于太行山背斜两翼和寿阳向斜东翼，属沁水煤田东北部。其基岩大面积出露，从东北到西南的地层由老到新依次出露。煤系地层模板为中奥陶统马家沟灰岩，总厚度577.94米..向上是中石炭统本溪组地层，假整合在奥陶系灰岩的侵蚀面上。全层厚41.95 ~ 49.90米，由灰色和深灰色砂质泥岩、泥岩、砂岩和灰岩组成。向上为上石炭统太原组，为本区主要含煤地层之一。连续沉积在本溪组之上，由灰黑色砂质泥岩、泥岩、灰白色砂岩、灰岩和7 ~ 10层煤组成，总厚度107.30 ~ 140.60米..下二叠统山西组连续沉积在太原组之上，为陆相沉积，是该区主要含煤地层之一，由灰黑色砂质泥岩、泥岩、灰白色中粗砂岩和4～6层煤组成。全层厚度43.7 ~ 72.2米，顶部为二叠系下石盒子组、上石盒子组、石千峰组，厚度分别为161、312、80米。上述地层出露部分与新生界第四纪地层直接相连。

主要煤层为3号煤和15号煤。3号煤假顶厚度为0.14 ~ 0.25米，由灰黑色砂质页岩和细砂岩组成。直接顶板为灰色砂质页岩，老顶厚13.4m，为灰白色中粗粒砂岩，顶部为砂质页岩。煤层与顶板之间的节理十分发育，因此开采后顶板岩层具有良好的自然垮落条件。

(2)水文地质

根据含水层的岩性、水力特征和赋存条件，阳泉市地下水可分为以下五种基本类型。

1)碳酸盐裂隙岩溶水。主要分布在本市中南部，以中奥陶统灰岩含水层为主要含水层。

2)松散岩石中的间隙水。主要分布于河谷、山间盆地和黄土丘陵区，含水层厚5 ~ 10m，岩性多为砾石、碎石。

3)碎屑裂隙水。分布于西部地区，含水层为二叠系和三叠系砂岩，相对隔水层多由页岩和泥岩组成。

4)碎屑岩混碳酸盐岩岩溶裂隙水和变质岩裂隙水。含含水裂缝或洞穴的石炭纪石灰岩。地下水的主要补给途径是大气降水和河流渗漏。

5)地表水。阳泉的河流属于海河流域的子牙河系。主要河流有滹沱河及其支流，如五河、龙华河、绵河及其支流，如汶河、洮河。河流的流向与山脉的流向大体一致。阳泉市的河流径流量主要是其他地区的来水(占河流径流量的60%)，本地区的河流径流量只占总量的40%。

4.气候

阳泉矿区属于暖温带大陆性气候，是山西省较温暖的地区之一。据气象台统计，年平均气温10.7℃，6月最冷，平均气温-4.6℃，最低气温-19.0℃。7月最热，平均气温24.3℃，最高气温40.2℃。

阳泉市年平均降雨量609.8毫米，年内变化很大，多雨年份达到886.4毫米，干旱年份只有240.2毫米，降雨主要集中在7、8、9月。

这个地区风向多变，全年西北偏东风最多。然而，夏季盛行东风，冬季盛行西风。年平均风速为1.7m/s，封冻期为10月中旬至次年3月中旬，土壤冻结深度为0.7m..

据山西省地震局数据，阳泉地区地震烈度为7度。由于该地区断裂较少，大部分基岩裸露或覆盖层很薄，古河道较少，地震破坏的影响相对较弱。

5.自然生态环境

生态系统的特征。该区域属于新兴工业城市，经济繁荣，人口密集，产业集中，门类较少。农村自然生态环境简单，还处于原始生产状态。

农业生态特征。由于阳泉市“山多地少石多”的穷岭，耕地多为梯田和河漫滩，水资源的匮乏极大地制约了农业的发展。主要农作物是小米、玉米、小麦、土豆，没有特别的经济作物。

6.植物

矿区自然植被以草类为主，有大枣、荆条、狗尾草、马唐、白草等旱生植物。

经调查，阳泉矿区适宜生长的植物有乔木、灌木和草本三种。

树木:油松、柏树、杨树、旱柳、臭椿、槐树、枫树、皂荚；

灌木:丁香、杜鹃花、刺玫蔷薇、绣线菊、榛树和火炬树；

草本植物:多年生黑麦草、狗牙草、野草、羊草、紫苏、爬山虎等。

二、阳泉矿区煤矸石的概况及自燃原因

阳煤集团成立于1950。有6个矿井，12对矿井，年生产能力在3000×104t以上。已堆积煤矸石山20余座，总堆积量约2×108t，年增长率为700×104t。如果以1m的厚度铺开，可以覆盖两个阳泉市区。目前有4座大型煤矸石山，排矸量超过1400×104t。除新井矿煤矸石山含硫量为0.4%外，其他煤矿含硫量在1.3%-1.4%之间，最高为2.0%。这些自燃煤矸石山都具有较高的自燃特性。

从阳泉煤的吸氧量和吸氧速度来看，自燃倾向性属于易自燃。煤矸石虽然吸氧量不大，但具有相当大的自燃危险性。

阳泉煤中硫含量约为1%，煤矸石中黄铁矿含量较高，尤其是部分洗矸，一般在6%以上。同时，洗出的脉石粒径小且潮湿，是黄铁矿快速氧化的有利条件。洗出的矸石中还含有约15% ~ 30%的煤。在合适的条件下，黄铁矿快速氧化并释放大量热量，不仅会促进黄铁矿的进一步氧化，还会促进煤的低温氧化过程。可以认为，具有自燃倾向性的煤和黄铁矿含量高是阳泉煤矸石自燃的内因。

阳泉矿区的煤矸石一般是先拉到矸石山最高处，再用推土机推到斜坡上自由滚动。这种堆积方式促进了煤矸石山的自燃，主要原因如下:

一是边坡裸露面积大，矸石堆松散，孔隙度大，矸石供氧条件好。矸石渗透性高，仅通过分子扩散供氧就能使矸石山温度升高到自燃临界温度以上。此时热对流的速度大于矸石山自燃所需的临界气流速度。

第二，矸石山的窒息区、可能自燃区和非自燃区是动态的，它们随着矸石排放坡度的推进而不断变化。排到煤矸石山的煤矸石经历了非自燃区—可能自燃区—窒息区从露出地表到被其他煤矸石深埋的变化。由于这种堆放方式排矸面积大，排矸坡推进速度极慢，矸石可在可能自燃区停留较长时间。一旦这个时间超过煤矸石最短自燃期限，就可能发生自燃。

再次，煤矸石在重力作用下在坡面上自由滚动的过程中，更多的大块煤矸石滚到煤矸石山底部，大部分粒径较小的煤矸石留在上部，形成了煤矸石山的自然分类。分类的结果:①导致孔隙度增加；②富集高热值的小型煤矸石。

综上所述，不合理的堆积方式为煤矸石的持续氧化提供了良好的条件，是阳泉煤矸石山自燃的主要外因。

三、阳泉矿区自燃煤矸石山自燃治理概况

“七五”以来，阳煤集团先后建成5座大型洗煤厂，大量洗后矸石不断排放到矸石山，造成一至四号矿4座大型矸石山自燃，均累计1400× 104 t以上，4座矿井相距较近，环境污染较为突出。目前，煤矸石山自燃产生大量SO2、CO、CO2等有害气体，占全市排放总量的80%。矸石山部分区域SO2最高浓度为65438±0.38mg/Nm3，CO最高浓度为237mg/Nm3，分别超过国家大气环境质量标准65438±0.96倍和65438±0.9倍，造成该市大气环境质量全国第一。阳泉矿区煤矸石山自燃后，由于临近煤矿和地形的限制，大气扩散条件很差，煤矸石山附近生态环境很恶劣，寸草不生。而且阳泉市位于矿区的下风向，煤矸石山自燃造成的大气污染较为突出，也引发了一系列社会问题。治理自燃煤矸石山是十分必要的。

图7-1阳泉自燃煤矸石山绿化后的效果

1992 ~ 1996年，阳煤集团对自燃煤矸石山进行了消防和绿化复垦，取得了一定成效，煤矸石山自燃得到初步控制。但目前很多地方的监测存在回潮现象。从监测得到的数据来看，SO2含量仍然严重超标，必须采取一定的措施加以控制。近年来，阳煤集团投入巨资对阳泉矿区自燃煤矸石山进行灭火绿化(表7-1)，多座自燃煤矸石山已绿化成功(图7-1)。

表7-1近年阳煤集团自燃矸石山投资及绿化面积