宜昌市夷陵区磷矿开发区矿山地质环境问题及防治对策

张端淼, 陈骏峰, 庞　威, 吴　昱

(1.宜昌市地质环境监测站,湖北 宜昌　443000; 2.宜昌市夷陵区国土资源局 樟村坪国土资源所,湖北 宜昌　443100)

0　引言

湖北省宜昌磷矿是全国四大磷矿区之一,现已探明各类磷矿石地质资源保有储量约20亿t,主要分布于宜昌市的夷陵区、兴山县、远安县境内,其中,夷陵区(原“宜昌县”)的磷矿区面积达168 km2,约占宜昌磷矿保有资源总储量的80%[1]。夷陵区磷矿开发在为湖北省及宜昌市的经济发展做出重要贡献的同时,也带来了较严重的负面影响。由于经济技术限制及对矿山地质环境认识不足等原因,在矿产资源开发过程中,给环境造成了破坏,尤其是群采矿区,矿山地质环境和生态环境已严重恶化。采矿占用与破坏土地资源、引发次生地质灾害及造成地下水均衡系统破坏等众多矿山地质环境问题日趋严重,矿业活动给当地生态环境和人居环境造成了极大的负面影响,不仅严重影响和制约着当地经济的发展,也引发了一系列社会问题和矛盾,形成了新的社会不安定因素[2-3]。

1　矿区概况及开发利用现状

宜昌磷矿位于中国磷矿8个成矿区中的扬子地台沉积磷矿成矿区(即第Ⅱ成矿区)之湖北宜昌沉积磷矿A级区中,主要集中于黄陵背斜东、北翼,绕背斜核部东、北缘作北西—南东向弧形分布,总面积约300 km2。磷矿层主要赋存于震旦系下统陡山沱组(Z1d)中,该组地层多直接超覆于中元古界西汊河组(Pt2x)之上。

据有关资料统计,宜昌磷矿已探明的磷矿石地质资源保有储量约20亿t,为一陡山沱期大型成矿区。其中,宜昌市夷陵区截止目前已累计查明磷矿资源储量为13.3亿t,保有资源储量为12.08亿t,中富矿约占资源量的60%。宜昌市夷陵区的矿产资源与其它地方相比,具有得天独厚的优势,其显著特点有：矿产种类较多、资源丰富,磷矿、石墨矿资源储量均排在湖北省第一位;开采深度大多位于当地侵蚀基准面以上,产出平缓,易于开采;分区产出、分布集中,矿层厚度大,矿石品位较高;但贫矿和难采选矿所占较多,杂质含量高,部分矿产的开发利用难度较大。

夷陵区磷矿资源集中分布在区内北部的樟村坪镇范围内,由樟村坪矿区、店子坪矿区等9个矿区组成。夷陵区磷矿资源开发历史悠久,自上世纪70年代中期开采至今,已有30多年的历史;总体开发程度较高,目前已有十余个质量较好的矿床(段)正在开发利用。夷陵区在开发建设上贯彻大、中、小矿并举的方针,经过多年发展,现有磷矿开采企业28家,开采矿山(采矿许可证)38座,勘探矿山16座;从1978年到2005年累计开采利用磷矿石1.3亿t,大多是P2O5含量28%以上的矿石。从开采规模上看,多为中、小型矿山,平均年采矿量约10万t/座;从经济成份上分析,开采的主体以国有、集体矿山企业为主;从开采方式而言,以平硐、溜井的地下开采为主。

2　矿山地质环境概况

夷陵区磷矿分布于宜昌市北部边陲,属黄陵背斜南东翼单斜构造侵蚀剥蚀中山—低山地貌类型,地势自西北向东南逐步降低,最大高差达1 370.0 m;溪河流向和山脉走向大致绕黄陵背斜核部北端展布,长江一级支流黄柏河东支源头发源于矿区境内,且支流众多;矿区多峡谷地貌,沟谷断面多呈狭窄“V”型,为各种地质灾害的孕育、发生和发展提供了地形条件。

矿区一带属中亚热带季风气候区,多年平均气温8.4～9.6 ℃、降水量1 285.5 mm,气温低、光照足、雨量充沛是本区气候的主要特征。碳酸盐岩约占矿区总面积的65%,结晶岩占总面积的35%。区内出露地层主要为震旦系灯影组、陡山沱组,其次为寒武系及中元古界西汊河组(变质岩),陡山沱组是本区矿段的含磷岩系。区内挽近期以来,新构造运动表现为间歇性和差异性隆起,地震基本烈度为Ⅵ度。磷矿区总体上为单斜储水构造。根据区内含水层特征,可分为松散岩孔隙水、碎屑岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水及结晶岩风化壳裂隙水四类,富水性不均,地下水动态季节变化明显,水文地质条件较复杂。

3　主要矿山地质环境问题

据初步调查统计,由于多年的矿产开采,矿区已形成的采空区总面积达13 km2以上。导致了大量的矿山地质环境问题发生,主要表现为：地下采矿造成崩塌和滑坡、采空塌陷等矿山地质灾害及其伴生的地表开裂和房屋变形破坏;矿业开发占用土地及破坏植被,废渣、废水不达标排放造成水土污染;地下水位明显下降等,并且形成了可能导致泥石流灾害发生的大量矿渣(潜在物源),给矿区人民群众的生命财产安全及正常生产生活构成威胁;多次出现民房因开裂、垮塌形成危房而不能居住,牲畜掉入山体裂缝伤亡,居民无生活饮用水等灾情。

3.1　矿山地质灾害

区内发育和分布有各类地质灾害(隐患)点共计117处,按灾种划分有滑坡、崩塌(危岩)、采空塌陷、泥石流及地表开裂五种类型,以崩塌(危岩)、采空塌陷为主;主要分布于店子坪、栗西和樟村坪3个矿区,占总数的44%(表1和图1)。其中,崩塌(危岩)74处,占地质灾害点总数的63.25%,主要分布于丁家河、栗西、杉树垭、树崆坪和樟村坪矿区;采空塌陷25处,占21.37%,主要分布于店子坪、樟村坪和树崆坪矿区;滑坡8处,占6.84%,主要分布于丁家河等矿区;地表开裂7处,占5.98%,主要分布于店子坪、丁家河和灰石垭等矿区;泥石流3处,占2.56%,分布于丁家河、杉树垭和三岔垭矿区。

根据成灾动力因素可分为自然动力即剥蚀卸荷和人工动力即采掘崩塌变形两大类型。地质灾害的规模以小型为主,共109处,占地质灾害总数的93.16%;中型和大型者为7处和1处,合占6.84%。

表1　矿山地质灾害分布表　单位：处

图1　矿山地质灾害分布比例图

根据研究分析,区内地质灾害的空间分布规律主要受地形地貌、地层岩性、地质构造及人类工程活动等多种因素控制。矿山地质灾害的产生与现代地貌密切相关,区内98%以上的崩塌和岩滑产生于陡崖及陡坡地带;地层岩性及岩体碎裂结构是矿山地质灾害的主因之一,约90%的地质灾害产生于碳酸盐岩岩类中;另外,受水文地质条件的影响也十分显著,主要表现为大气降水的渗入及地表径流冲蚀对地质灾害的孕育与发展具促进作用;再者,地质灾害受人类经济工程活动影响也非常明显,50%以上的地质灾害是由于矿产资源不合理开发和城镇、公路建设及居民建房削坡等因素引发。

3.2　矿业开发占用与破坏土地、植被资源

据调查统计,截至2010年,各矿山建设总用地面积35.19 km2,其中基建占地22.699 hm2,矿业开发占用与破坏土地总计369.20 hm2(不包括土地功能下降及水土流失),占总用地面积的10.5%。按地类划分,破坏的土地中耕地为120 hm2、林地为249.20 hm2;按破坏土地的方式,崩塌、滑坡影响与采空塌陷等矿山地质灾害对土地资源的破坏最大,共危及或破坏土地面积286.82 hm2;此外,矿山固体废弃物占用与破坏土地面积为20.57 hm2。废渣堆置不仅占用了较大面积的土地,而且对堆置场地原有的生态系统、地貌景观造成了破坏。总体上,矿业开发占用与破坏的土地、植被资源相对较严重。

3.3　矿山废渣、废水排放与环境污染

据2007年调查统计,矿区较大的固体废弃物堆场有74处,调查时各磷矿矿山地表累计存放废渣151.89万t。目前,矿山排放废渣的综合利用程度不高,且综合利用途迳不多,仅部分废渣用于修建道路,综合利用率不到10%。

采矿形成的废水、废液与废渣淋滤水导致土壤和水环境受到一定程度污染,使当地人居环境与工农业生产受到不良影响。矿山废水年排放总量约314万t,其中直接排入附近河溪者达253万t(不包括汛期采场及废渣堆淋滤废水)，主要源自矿山的选矿、矿坑(采场)排水。废水循环利用率不高,仅19.38%,多数矿山未经任何处理自然排入矿区河溪中,对地表水环境影响较大。矿山废水含有大量可溶性离子、有害元素(如总磷、硫化物),且pH值变化较大,以Ⅱ类地表水为主,主要为中性淡水。经取样分析,地下水化学类型主要为重碳酸硫酸钙型及重碳酸硫酸钙镁型水,其主要污染指标(COD、P、SS)值绝大部分低于《污水综合排放标准》中的一级标准,随意排放后污染了地表水和地下水,一定程度上使矿区的水环境质量变差,且影响时间较长。

3.4　矿业开发对水资源的破坏

磷矿开采形成巷道及采空区后,顶板厚度薄的地段易造成地面塌陷、地表开裂,矿层上部山体中的地下水向巷道及采空区内汇集和排泄,极大地改变含水层结构和地下水系统的补、径、排条件;地下水位降至坑底,形成以矿坑为中心的大范围降落漏斗或地下水疏干区;顶板含水层中的地下水动、静储量逐步减少甚至枯竭,导致区域性地下水位下降,致使地表汇水断流,浅层水资源(泉)枯竭。矿业开发对地下水均衡系统影响和破坏严重且不可避免[4]。

区内主要工业磷矿层多位于当地最低侵蚀基准面以上,采矿活动现已造成许多矿区震旦系灯影组、陡山沱组地下水水位大幅度下降数十米甚至上百米,大面积泉水干涸,直接影响当地的人畜饮水和工农业用水;矿坑排水造成的影响范围合计达400多公顷,已造成80多处井泉干枯,1 200 hm2以上的土地灌溉困难,6 000余人和数千头牲畜饮水困难(现多采取饮水工程进行解决)。

4　防治对策及建议

从磷矿开发区所处地域目前的经济发展水平、矿产资源开发利用现状及趋势来看,在未来百年甚至更长的一段时间内,矿区地质环境问题将最为突出,并产生严重危害,这是今后防治工作的重点和难点。

防治工作应坚持“预防为主,防治结合”的原则,要注重事前防范,加强采矿过程管理,推行地灾防治“三同时”制度。矿山企业在开办之前就进行地质环境综合评价,需要实施工程治理的,先治理后采矿;需让农户实施搬迁避让的应尽早规划,主动搬迁,并结合地方实际,制定鼓励外迁的政策,对那些自然环境条件较差、解决成本过高的农户,鼓励搬迁到本村、本镇以外的区域安置。矿山地质环境保护不是孤立的事情,不能等出现了问题才引起重视,而应将地质环境保护贯穿于采矿活动的始终,从采矿方法、开采顺序等各个方面予以通盘考虑,统筹安排。矿山企业应将地质灾害治理工程与主体工程同时设计,同时施工,同时验收。

对需要治理的地质灾害,要针对致灾主控因素施治,治理措施强调环境适应性,必须因地制宜、综合治理、力求根治、不留后患。工程治理方案应满足切实有效、技术可行、经济合理、施工简便的原则,针对区内的主要矿山地质环境问题,提出以下防治对策：

4.1　矿山地质灾害

对滑坡可采用削(削坡、清方、减载)、排(截、排水沟、地面防渗)、护(护墙、护坡)、挡(挡土墙、抗滑桩)、固(锚杆、锚索)等措施;对崩塌(危岩)可采用爆破清除、灌浆加固、锚固(锚杆喷护、锚索)、主动防护(主动防护网、衬砌嵌补)、被动防护(落石槽、防护网)等措施;对地面(采空)塌陷可采用充填、支顶治理、灌浆等措施;对泥石流可采用拦挡坝、排导沟结合物源稳固等措施;对地表开裂可采用填埋、灌浆、地面防渗等措施[5]。这些工程处理方法,可酌情采取一种或几种同时使用,只要采用得当,即可取得良好的防治效果。

4.2　其他矿山地质环境问题

对于矿业开发占用与破坏土地、植被资源问题,可采用土地整理、植被恢复等复垦复绿措施;对于矿山废渣可采用综合利用(修路、建材)或复绿等措施,废水可采用循环利用或净化处理、有序排放等措施。

矿业开发对水资源的破坏是不可避免且无法根治的,但因区内山高、水资源丰富,且主要工业磷矿层多位于当地最低侵蚀基准面以上,目前采矿活动尚未造成地下水资源枯竭;加上区内河溪纵坡降较大,稀释、自净能力较强,矿业活动对水质影响程度相对较轻。建议矿山企业严格按照有关标准和要求,对采矿形成的废水进行有效处理后有序排放。

建议加强矿山地质环境管理、恢复治理、监测和矿区群众搬迁安置等示范工作,特别是进一步开展采矿爆破振动、采空区地应力变化、水文条件变化等方面的深层次研究,以科学指导采矿工程活动和积累矿山恢复治理经验。对于早期关停、闭坑和有历史遗留问题的矿区(如樟村坪矿区、殷家坪矿区、桃坪河矿区、殷家沟矿区等),应积极申请政策支持,多方筹措资金,进行专题研究,主动应对处置工作;同时以矿区为单位,逐步开展地质环境调查评价和恢复治理可行性研究,提出安全可靠、施工简便的防治措施,提前划定地质环境相对安全区域,为统筹城乡发展、加快新农村建设提供地质安全保障。

参考文献：

[1]郭峰,张端淼,等.宜昌市夷陵区磷矿区矿山地质环境调查与评价报告[R].荆州：湖北省水文地质工程地质勘察院,2007.

[2]中国地质环境监测院.全国矿山地质环境调查技术要求实施细则[M].北京：地质出版社,2004.

[3]姜建军,刘建伟,等.我国矿产资源开发的环境问题及对策探析[J].国土资源情报,2005(8)：26-31.

[4]张进德,马军.矿山环境调查评价与综合研究[J].西北地质,2003(增刊)：168-171.

[5]南赟,白利平,孙佳丽.北京市斋堂镇地区主要矿山环境地质问题及防治对策[J].中国地质灾害与防治学报,2008(3)：113-117.