伊川高山煤矿区地质环境问题及治理措施

何伟民,宋丽娜,高飞,吴东民,赵目军

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院,许昌 461000;2.河南省地矿局第二水文地质工程地质队,郑州 450053)

伊川高山煤矿区地质环境问题及治理措施

何伟民1,宋丽娜1,高飞1,吴东民2,赵目军2

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院,许昌 461000;2.河南省地矿局第二水文地质工程地质队,郑州 450053)

简述高山矿区的地质特征、水文地质及工程地质特征,指出目前该矿区产生的主要地质环境问题表现为煤矿开采引起地面塌陷和地裂缝、地下水水位下降及煤矸石不合理堆放而造成的土壤、水质污染等。笔者认为,矿山环境保护法律不健全、地方矿政管理格局混乱、群众缺乏环保忧患意识是导致以上地质环境问题的主要因素。作者结合当地实际情况,提出了一些具体、可行的治理措和防治对策、建议。地质环境重在预防和保护,要防患于未然。希望各级相关职能管理部门能够以人为本、相互协作、相互监督、认真履行,决不能为了当地经济建设和个人政绩的需要,而造成对地质环境的污染与破坏。关键词: 地质环境;危害;防治对策;伊川高山煤矿区

1 前言

高山矿区位于河南省伊川县西部。该矿区始建于1958年,在计划经济时期,极大地促进了地方经济的繁荣,提高了人民的生活水平。但在矿山开采的同时,由于相关管理部门缺乏对矿产资源有效、科学的管理和监督,加之矿山企业不重视对矿产资源的合理开发和环境的保护,导致矿产资源的不断浪费和矿山地质环境问题的日益突出。因此,正确认识高山矿区地质灾害的形成机理,并采取合理的治理措施和防治对策,对于防治地质环境问题的进一步恶化,确保人民生命和财产安全,加快社会主义新农村经济建设的发展,具有重要的现实意义。

2 矿区地质环境概况

2.1 矿区自然环境

矿区海拔320～451 m,相对高差131 m,冲沟发肓,切割深度大于15 m,属低山丘陵区[1]。矿区属暖温带大陆性季风气候,年平均降水量818.7 mm,最大月降水量150.0 mm。降水多集中在6～9月份,占全年降水量的64.3%。区内水系属黄河流域伊洛河水系。

2.2 矿区地质特征

矿区位于华北板块南缘崤熊构造区,在宜洛煤田东南部。总体构造形态为NW-SE背斜构造,背斜轴向SE方向倾伏。

地层主要为寒武系上统崮山组、石炭系上统太原组的灰岩,二叠系下统山西组、下石盒子组的煤系地层,第三系洛阳组的泥灰岩及第四系。

2.3 矿区水文地质特征

区内地下水有松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶裂隙水3种类型。

孔隙水第四系潜水含水层,主要分布于丘陵沟谷中,为冲、洪积及坡积形成,平均厚度约19.87 m,主要接受大气降水补给,含水量较丰富。因煤矿开采,该含水层已基本枯竭。

基岩裂隙水含水岩组主要为二叠系砂岩和基岩风化带含水层。二叠系砂岩含水层单位涌水量0.000 6～0.054 91 l/s·m。与第四系潜水含水层联系密切,受大气降水的影响较大。由于受煤矿开采疏干排水影响,水位大幅下降,水量逐年减少。

岩溶裂隙水含水岩组主要由寒武系和石炭系下段的白云岩、白云质石灰岩组成。单位涌水量可达0.005 36～0.166 l/s·m。2003年9月2日高山矿黄村分矿发生了寒武系灰岩突水淹井,突水量达29 400 m3/h。

2.4 矿区岩土体工程地质特征

矿区内岩体类型可分为坚硬岩石类、半坚硬岩石类和软弱岩石类。在区内广泛分布,多埋藏于中部及深部,工程地质条件较好。

区内土体多为第四系松散堆积物,岩性以粉质粘土为主,结构松散,工程地质条件较差。

3 主要地质环境问题

3.1 地面塌陷

区内地面塌陷类型主要为采空塌陷。

由于矿山(主要为煤矿)不合理开采,导致井下顶板岩石大量冒落,从而引起地面发生强烈变形(图1)和大面积的塌陷,造成塌陷区内房屋开裂(图2)、良田废弃、道路损毁,严重时可造成建筑物倒塌和人员伤亡。高山乡地面塌陷11处,总塌陷面积约73.7 hm2(表1),其中高山村塌陷区直径达300 m,塌陷深度1.5～2.5 m,塌陷中心深达4 m左右,地面塌陷面积15 hm2,村民先后搬迁达89户,每年造成的经济损失在数百万元左右。

图1 塌陷引起地面变形Fig.1 Ground defo rmation caused by subsidence

图2 塌陷引起墙体开裂Fig.2 Wall crack caused by subsidence

3.2 崩塌、滑坡

区内崩塌、滑坡的物质组成主要为坡积的粉土及粉质粘土。目前已发现崩塌(图3)、滑坡共10余处,且多为土质型。主要发生在地形较陡(大于45°)、沟谷深切及人类工程活动较强烈(如煤矿开采、弃渣堆石、切坡建房等)处。其成因类型以自然降雨型、沟谷侧蚀型和人工挖掘型(如井下煤矿开采)为主。一般规模较小、突发性强、破坏性较大,易造成人员伤亡及财产损失。如在2006年8月,高山村因强降暴雨发生小规模滑坡,导致2人死亡,1处房屋被毁,直接造成经济损失数万元。

表1 高山矿区塌陷区调查表[1]Table 1 Survey of the subsidences in the area

图3 沟谷侧壁因滑坡导致的崩塌Fig.3 Collapse of the ditch sidewall caused by landslide

3.3 地裂缝

区内地裂缝多是因地下煤矿不合理开采而诱发地面变形,从而产生地裂缝。自2002年以来,区内多处出现地裂缝现象,多穿越耕地、道路及民舍(图4)。地裂缝多呈锯齿状,上宽下窄,宽度多在0.5～1.5 m之间,可见深度在1.0 m左右,延伸长度180～340 m不等(表2)。地裂缝的产生直接破坏了国土地貌,直接影响居民和农作物的正常生产,造成粮食逐年减产。截止2007年底,共损毁农田约0.14 hm2,每年造成经济损失上万元。此外,村民在田间耕作时,预防不慎还会造成生命危险,如2005年,高山村一村民在田间收割庄稼时,不小心跌入地中深约1.5 m的裂缝中,造成脚踝扭曲,小腿骨折。

图4 地裂缝严重破坏农田Fig.4 Serious damage to farm land caused by land-sp lit

表2 高山矿区地裂缝调查汇总表Table 2 Survey of the ground fissures in the area

3.4 侵占土地资源、污染土壤

煤矿在开发过程中,废弃的煤矸石、煤渣、粉煤灰等肆意地堆置从而占用大量的土地资源。矿区自建矿(1958年)以来,产生的煤矸石、废渣大面积的直接裸露在地表(图5),现已形成大量矸石山现象。到2007年底,高山矿区有较大的黑灰色渣堆共4处,废渣约15×104t,占压土地2.7 hm2,平均每开采1×104t矿石要占地0.2 hm2,每年村民经济损失数万元。最终导致耕地面积的减少,使农民逐年失去赖以生存的土地。

图5 弃渣大面积占压耕地Fig.5 Abandoned dregs occupying farm land

弃渣不合理的堆放,不但占压土地,而且还直接破坏地表植被的生态体系,从而影响人与自然的和谐。因为固体废弃物长期暴露在富氧环境中,经风化雨淋而发生氧化、分解、溶滤等作用,使其中的有毒、有害物质及重金属元素(如 Pb、Cd、Hg、Cr等)直接进入其堆积区附近的土壤,破坏了土壤中的有机养分,造成土壤酸化、盐渍化和板结[2],致使土地贫瘠(经取样分析:该区煤矸石中汞含量已超过当地土壤的2.1倍),农副产品质量及产量不断下降。目前我国每年被重金属污染地区的粮食减产1 200×104t[5]。

3.5 地下水位下降、水质污染

由于煤矿大面积、加深开采,造成地下水排放量不断增加,致使矿区周围地下水水位急速下降,破坏了地表水与地下水的天然动态平衡。目前高山矿区内地下水位下降达100 m以上,水位埋深140～150 m,农灌井及生活饮用水井都已基本干涸,浅层地下水已被疏干。每遇旱季,人畜吃水难以解决,严重影响着居民的正常生产、生活。

此外,矿山建设和生产过程中的矿坑排放的废水,大部分未经处理,除其黑度和浊度外,水中SO2-4、总硬度和锰、酚、铅等元素均超标,进入水体后,造成水质污染。

4 治理措施及防治对策

4.1 治理措施

4.1.1 塌陷及地裂缝的治理

对已产生的塌陷坑(若有积水时,先将其疏干),深挖至基岩(或土层的新鲜面),随后用废弃的煤矸石或排弃的石土、建筑废料填充,然后回填0.5～1.0 m的粘土[2]夯实、碾压,平整之后即可种植使用;在采矿过程中可以采用各种“减塌技术和措施”,如充填采矿法、条带采矿法,多煤层、多工作面协调采矿法[3]以及井下煤矸石置换开采[4]等,最大限度地预防和防止塌陷的二次产生。

地裂缝可采用尾矿回填、灌注水泥浆法等进行治理。

4.1.2 崩塌及滑坡的治理

在易产生滑坡体的上部进行削坡减载,改变斜坡外形,降低斜坡重心,提高滑坡稳定程度;沿滑坡体周界3 m以外布置截水沟,减少地表水对滑坡体的冲蚀,提高滑带土的抗剪强度和滑坡的整体稳定性。

综合运用护面、喷浆、注浆等工程措施进行修复和防护[5],在斜坡或深切沟谷处,还可利用乔、灌、草相结合的生态模式[3],不仅起到了防护的效果,还净化了空气,美化了环境。

4.2 防治对策及建议

4.2.1 加强法制管理,增进各职能部门间的联系

地方政府及相关管理部门(如国土部门、环保部门、水利部门等)在矿山环境保护方面应制定一些专门性、详细性的法规、条例、制度和政策,使矿山生产严格按照《矿产资源法》和《环境保护法》规定的要求执行[2]。

强化矿政管理格局,增进各级管理职能部门间的信息交流,遵循“以人为本,统一领导,分级管理,属地为主”的原则[6],各司其职,各负其责;管理人员务必实行依法治污,照章罚款,违法必究,处罚公开的原则。

4.2.2 发挥公众监督作用,提高环保意识

广泛通过各种渠道、媒体,大力宣传和普及矿山环境保护的科学知识和法律知识,树立和增强全民防灾减灾的环保意识,使人民群众时刻存在着地质环境、生态环境的忧患意识;充分发挥公众的监督作用,使人们以自己的实际行动支持和参与环保活动,真正懂得珍惜资源、保护环境的重要性和必要性。

4.2.3 加强现代高新技术建设,预防灾害的发生

加强现代技术装备建设,也是防治灾害发生的重要措施。要综合运用遥感地质、物探、岩体工程技术设备,快速、准确地预测各类地质灾害的险情;运用地理信息系统(GIS),建立起防灾减灾的网络体系,对各类地质灾害点进行动态追踪监测,掌握地质灾害的发生因素[7]。

4.2.4 积极推广先进工艺,提高矿产资源的综合利用

政府应本着对固体废弃物“因地制宜,充分利用”的原则,积极推广有利于减少能耗、减少污染物排放的先进工艺和技术。凡是对固体废弃物合理有效利用的个人、企业和矿山,政府均给予一定的政策优惠和资金支持,并鼓励和引导矿山积极与相关学校、科研机构合作。

5 结语

随着人类社会发展和经济的持续增长,矿产资源的开发也必将进一步扩大。因此,加强矿山地质、生态环境的保护,是我们每个人义不容辞的责任和义务,也是大自然赋予我们的权利;各级政府及相关管理部门必须以高度负责的精神,务必贯彻落实科学发展观,做到经济建设与地质环境的和谐发展,使经济、社会和环境三者相互促进、健康发展。

[1] 吴东民,赵目军,等.河南省伊川县高山、康坪矿区矿山地质环境恢复治理设计书[R].河南省地矿局第二水文地质工程地质队,2007.

[2] 陈剑平,付荣华,等.环境地质与工程[M].北京:地质出版社,2003.

[3] 王兴民,梅秀杰,等.河南省焦作市环境地质问题及防治对策[J].中国地质灾害与防治学报,2007,18(3):141-144.

[4] 杨逾,刘文生,等.我国采煤沉陷及其控制研究现状与展望[J].中国矿业,2007,16(7):43-46.

[5] 韩晓雷.工程地质学原理[M].北京:机械工业出版社,2003.

[6] 何伟民,候利朋.保护生态环境、防治矸石灾害[J].华南地质与矿产,2009,98(2):64-68.

[7] 朱世界,刘晓刚,等.吉林桦甸市地质灾害现状与防治对策[J].中国地质灾害与防治学报,2004,15(2):117-120.

GEO-ENVIRONM ENTAL PROBLEMS AND THEIR TREATM ENT M ETHODSOF THE GAOSHAN COALM INING AREA IN Y ICHUAN,HENAN

He Wei-min1,Song Li-na1,Gao Fei1,Wu Dong-min2,Zhao Mo-jun2
(1.The Second Geo-exp loration Institute,Henan Provincial Bureau of Geo-exp lo ration and M ineral Development,Xuchang 461000,China;2.The Second Hydro-geological and Engineering Geology Brigade,Henan Provincial Bureau of Geo-exp lo ration and M ineral Development,Zhengzhou 450053,China)

Based on outlining the geo-environmental characteristics of the study area,its geo-environmental p roblem s are analyzed and co rresponding treatmentmethods are p roposed.The main p roblem s are ground subsidences and fissures,caused by mining,as well as soil and water pollution,resulted from falling underground water and unreasonably-disposed coal gangue.They are closely related to the deficient legislation about mine-environmental p rotection,the imp roper management pattern of the local autho rities and a lack of environmental p rotection awareness by the masses.

geo-environment;p roblems;controlmeasures;Gaoshan coalmining area

TD167

A

1006-4362(2011)02-0014-04

2010-10-14 改回日期: 2010-12-06

何伟民(1975- ),男,河南许昌人,学士,工程师,长期从事野外水文地质、工程地质、灾害地质及环境地质的勘查工作及研究。