地下开采矿山地质环境保护与恢复治理技术初探

2012-04-23南怀方刘超良

城市建设理论研究 2012年35期

南怀方刘超良

摘要：矿产资源的不合理开发利用，产生了各种矿山地质环境问题。文章以新郑市井采煤矿为例，从开采引发的地质灾害、对含水层的影响与破坏、对地形地貌景观的影响与破坏以及对土地资源的影响与破坏进行了现状、预测分析，并提出了相应的预防、治理措施与建议。在矿山开发过程中保护矿山地质环境，以减少或防止矿山开采活动造成的地质环境影响与破坏，促进矿产资源的合理开发利用和经济社会、资源环境的协调发展。

关键词：煤矿；地质环境；环境保护；王行庄

中图分类号：P66 文献标识码： A 文章编号：

王行庄井下开采煤矿位于郑州市南40km处，矿井自2004年开始建设，2007年正式投产。矿区登记面积71.89km2，该矿主采二1煤层，兼采二3煤层，矿山剩余服务年限 80 余年。矿井采用立井开拓，罐笼提升，中央并列式通风，采用走向长壁后退式采煤法开采。矿井设计生产能力为 120 万吨 / 年。

采矿活动对矿山地质环境的影响

地质灾害危险性分析

根据实地调查，目前矿田有地面沉（塌）陷8处，形成地面沉（塌）陷区0.77km2，造成地质灾害危险性较大；地裂缝11条，影响面积0.25hm2，多见于塌陷区边缘，规模为小型，地质灾害危险性小；黄土崩（滑）塌地质灾害2处，崩塌体小于200立方，规模为小型，地质灾害危险性小[１]。

矿山开采引发、加剧和遭受的地质灾害主要为地面沉（塌）陷和地裂缝地质灾害[2]。该矿全部开采后，全区地面沉（塌）陷面积将达到39.46km2，全区将出现长期或季节性积水面积38.36hm2；另外，地表将新增地裂缝灾害。因此预测全井田矿山开采引发地面沉（塌）陷和地裂缝危险性为大。全区开采后，预测直接经济损失将达2.5亿元。

县级重点保护文物欧阳修墓和省级重点保护文物战国墓群下设有保护煤柱，预测其遭受矿山开采引发的地面沉（塌）陷和地裂缝危险性为小。

对含水层影响分析

该矿开采对第四系孔隙潜水含水层、上、下石盒子组孔隙、裂隙承压水含水层组影响较轻，对孔隙承压水含水层、岩溶裂隙承压水含水层影响为严重[3]。

地面沉（塌）陷区内二1煤、二3煤组顶板砂岩含水层结构被破坏，水位大幅下降；日疏干开采量为2160～2880m3，二1煤层以下岩溶含水层水位下降91.81～95.01m，矿坑排水对二1煤层以下岩溶含水层影响严重。

煤矿开采对第四系上更新统孔隙潜水含水层影响较轻，对其它地层孔隙、裂隙承压水含水层组、岩溶裂隙承压水含水层影响为严重[4]。

矿坑水排出地表经处理合格后做为生产生活用水，不予外排，矿山开采对矿区及其周边地下水质影响程度较轻。该矿在矸石浸出液中有毒有害元素含量均很低，各项指标均低于规定的含量标准，因此矸石堆放对地下水的影响较轻。

预测矿区煤层开采后矿井排水影响范围约为矿界外1800m～127500m（渗透系数取最大值27.1443m/d。矿山开采对地下含水层的影响大于矿区范围。矿区居民生产生活用水主要取自浅层地下水，因此对区内居民的生产生活用水造成影响较小。

对地形地貌景观影响分析

该矿工业场地、交通线路占地0.28km2。其中工业广场占地改变了原有地貌形态，造成生态景观系统在空间上的不协调性，对地貌景观及周边环境影响为严重，交通线路占地较少，对景观影响较轻。井田开采形成地面沉（塌）陷呈碟状，改变了以前平坦地貌形态。地裂缝累计影响面积1.479hm2。地面沉（塌）陷及地裂缝对原生地形地貌景观影响明显，破坏程度为严重。

根据前述预测全区开采结束后，该矿将形成地面沉（塌）陷面积39.46km2。开采后地表最大水平变形值将达到28.33mm/m。因此全区开采形成的地面沉（塌）陷对原生地形地貌景观破坏程度为严重。同时，该矿每年产生大量的矸石长期堆放对地貌景观影响为较严重。

对土地资源影响分析

该矿土地资源占用与破坏因素为地面沉（塌）陷、地裂缝地质灾害及工业场地占用土地。井田范围内已形成较大面积采空区和地面沉（塌）陷，工业场地及矿业活动已造成土地破坏与水土流失，占用土地大部分为耕地[5]，该矿工业场地生产及地下采矿活动对评估区土地资源影响为严重。

矿山生产期工业广场、出入场公路等设施对将持续占用土地资源，井田煤炭开采将形成大面积采空区和地面沉（塌）陷区，矿业活动将加剧土地破坏与水土流失[6]。该矿开采终了后工业场地及地下采矿活动对评估区土地资源影响为严重。大面积的采空地面沉（塌）陷将改变矿区地貌，在地表出现下沉的同时，还将出现地面积水、伴生地裂缝等现象，同样对土地资源产生严重影响。

2 矿山地质环境防治工程 2.1 地质灾害防治工程

2.1.1 地面沉（塌）陷及地裂缝地质灾害

进行地面变形监测，采取专业监测与简易监测相结合方式开展[7]。首先设置固定的监测点进行水准测量，监测网点布设达到基本控制塌陷区形态，准确测量塌陷面积和下沉深度为宜。其次要对地裂缝、建筑物开裂采用人工现场调查、量测，提前采取预警、避让，并及时维修。地面变形监测需长期、连续地监测，以便掌握地面不沉（塌）陷、地裂缝的形成发展规律，提早预防、治理。

在采矿过程中，调查采空区及空巷位置，预防采空区及空巷提前冒落，还应预留安全煤柱，利用矿渣回填采空区等措施，减少地面塌陷和地裂缝的发生。对于裂缝建筑物采取维修甚至搬迁措施，确保人员安全。

沉（塌）陷区使耕地发生较大幅度的变形，从而影响矿区的农业生产，稳定后应进行土地恢复治理工程。在塌陷的边缘地带出现的地裂缝及时进行回填处理，治理地裂缝一般采用填埋、灌浆、防渗处理。

2.1.2 崩（滑）塌地质灾害采取全面巡查和重点监测相结合的办法，主要采用巡视法监测，据监测数据分析变化速度和发展趋势，判断发生采坑边坡崩（滑）塌的可能性，及时制定防治方案。对受地质灾害威胁较大区域的高陡边坡设立监测点，重点监测边坡重点在崩滑面（带）等两侧点与点之间的相对位移量。

在可能发生崩（滑）塌区周围用铁丝网封闭，设置安全警示牌，防止人畜误入。必要时应采取加固措施、削坡降低坡高、坡角，或修筑拦墙、疏浚矿区排水系统，消除诱发灾害条件。

2.2 含水层破坏恢复治理工程

矿山开采对含水层影响严重。在地面塌陷坑、工业广场修筑排水沟、引流渠、防渗漏处理等措施，防止有毒有害废水、固废淋滤液污染地下水；揭穿含水层的井巷工程，应采取止水措施，防止地下水串层污染[8]；采取帷幕注浆隔水、灌浆堵漏、防渗墙等工程措施，最大限度阻止地下水进入矿坑，减少矿坑排水量，保护地下水资源。

矿井水经沉淀处理后，主要作为井下生产用水，对环境影响不大。含水层破坏恢复治理主要依靠自然恢复。采矿过程中，对疏干排出的地下水进行处理，加以利用，用于矿山生产生活用水。矿山闭坑后停止对地下水抽排，在一定时期内可自然恢复。定期对含水层的监测，主要监测矿区地下水位、排水量及水质变化，防止污染含水层。

2.3 地形地貌景观和土地资源破坏恢复治理工程

该矿区地形地貌景观和土地资源破坏预防工程，主要体现在地面沉（塌）陷和地裂缝地质灾害的预防及煤矸石综合利用，以减轻对土地资源的破坏，同时减轻对地形地貌景观的破坏。

地形地貌景观和土地资源的恢复治理将结合地面塌陷、地裂缝综合治理，地质灾害治理工程的实施可以修补和恢复矿区地形地貌景观及土地资源。矿山开采期间，挖方工程（鱼塘）、道路工程、排水沟工程，在工程外侧实施绿化，可以进一步美化地貌景观。闭矿后，拆除工业场地废弃的建筑物，清理平整地表，复耕或植树种草以恢复土地功能。

3 建议 3.1 矿山建设，应贯彻国务院颁布的《地质灾害防治条例》。矿山建设应做好地质灾害的“防”与“治”，贯彻预防为主，防治结合的方针，突出“以人为本”，做好可能发生地质灾害的防灾预案。 3.2 该矿山建设开采过程中存在引发、加剧，遭受地质灾害的可能。矿山及全体职工一定要对地质灾害的危险性和危害性有足够清醒的认识，灾害意识要时时在心，查之入微。 3.3 加大科技投入，改进开采方法，优化生产工艺，尽可能的降低矿业开采对矿区环境的破坏，根本上减轻地面塌陷危害，减少地面裂缝数量与规模；加强对煤矸石和矿坑水的综合利用研究，提高矿产资源综合利用率。

3.4 矿山建设中应加强矿山生态环境保护。矿山开采过程一定要把环境保护工作同步开展起来，努力创造绿色矿山，使生态系统和地质环境得到恢复和改善，做到人类、资源、环境协调发展[9]。

3.5 對矿山生产期结束后矿山地质环境恢复与保持开展综合研究，完善闭坑后矿山生态环境恢复工作。

参考文献

[1]DZ/0238—2004地质灾害分类分级（试行）[S]．北京：中国标准出版社，2004．

[2]任军旗，郑群有，方茜娟．矿山地质环境治理[J]．中国地质灾防治学报，2008，19 (3)：160－162

[3]DZ/0133—94地下水动态监测规程 [S]．北京：中国标准出版社，1994．

[4]武强，陈奇，矿山环境问题诱发的环境效应研究[J]．水文地质工程地质，2008，35 (5)：81－85

[5]GB/T21010—2007土地利用现状分类[S]. 北京：中国标准出版社，2007．

[6]TD/T1011—2000土地开发整理规划编制规程[S]．北京：中国标准出版社，2000．

[7]李长洪，任涛，蔡美峰，等．矿山地质生态环境问题及其防治对策与方法[J]．中国矿业，2005，14 (1)：29-33

[8] GB12719—91 矿区水文地质工程地质勘探规范[S]．北京：中国标准出版社，1991．

[9]DZ/T223—2011矿山地质环境保护与治理恢复方案编制规范[S]．北京：中国标准出版社，2011．