蒙阴县台上铁矿矿山地质环境保护与恢复治理

2014-04-09陈晓梅李婷婷

山东国土资源 2014年8期

关键词：采空区矿区矿山

陈晓梅，李婷婷

(临沂市国土资源局，山东临沂 276301)

台上铁矿生产活动对地质环境影响主要表现为引发采空塌陷及伴生地裂缝，对土地资源造成破坏的同时，也对当地生态环境和人民群众的生命安全带来一定影响，因此，加强矿山地质环境保护与治理恢复研究非常必要[1]。

1 矿山基本情况及地质环境背景

1.1 矿山概况

蒙阴县台上铁矿位于蒙阴县城西，红喜庄至台上、王去峪一带，距县城约12.5km，行政区划隶属蒙阴县联城镇管辖。矿区面积为0.2804km2。属地下开采矿山。设计生产规模10万t/a，矿山服务年限为4.7a。根据矿山地下开采进程，对地下采空区逐步进行实施治理。根据矿山生产服务年限、矿山开采引发地面塌陷及地裂缝等地质灾害的最长影响时间和矿山进行地质环境恢复治理需要的时间，预计矿山开采闭坑后2年内完成全部恢复治理工作及植物的养护。

1.2 矿山地质环境背景

(1)地形地貌。评估区内为较低缓丘陵地形，地形起伏不大，区内地形标高为245～299m，相对高差约50m。区内地形切割深度不大，基岩裸露良好，区内总地势北东高，南西低，冲沟多为近EW向，西侧红喜庄小河为区内主要河流，近邻矿区主要山峰为北东侧的红山，海拔标高约299m。

(2)气象水文。该区地处暖温带，属温带季节性半湿润大陆性气候区。年平均气温13.3℃。年平均降水量750mm，降水时间多集中于7—8月份，约占全年降水总量的70%～80%。冬季有霜冻，最晚12月22日，最早11月23日。矿区位于构造剥蚀低丘地区，属鲁中南中低山丘陵区域水文地质单元。矿区侵蚀基准面位于台上小河与红喜庄小河的入口处，该处地形标高+240m左右，区内标高为+245～+296m，相对高差50m。地形切割不强烈，矿体露头多为正地形，总地势北东高南西低，地表水流向南西。

(3)地层岩性与地质构造。评估区所处大地构造位置为华北板块(Ⅰ)、鲁西地块(Ⅱ)、鲁中隆起区(Ⅲ)、东平-蒙阴隆起(Ⅳ)、蒙山凸起(Ⅴ)北东边部，北东近邻蒙阴凹陷盆地。

评估区附近区域自太古宙至古生代地层出露齐全，自矿区中部向北东自下而上分别出露有泰山岩群雁翎关组、寒武纪朱砂洞组、馒头组、张夏组、崮山组及炒米店组等地层。太古宙及中生代岩浆岩分布广泛，北西及北东等方向多组断裂发育齐全。

矿区地层以泰山岩群雁翎关组含矿地层广布为特征，北东侧寒武系底部地层零星分布，第四系零星分布。评估区构造主要表现为地层单斜构造、韧性剪切造成的太古宙岩浆岩糜棱岩化和泰山岩群(包括矿层)片理化、波状弯曲等。断裂构造区内较发育，有NW向、NNE向2组断裂。

(4)土壤、植被。矿区内矿体赋存于地下，被第四系覆盖，矿区范围内土地肥沃，农业发达，主要农作物为小麦、玉米和棉花。植被大部分为松树，杂草丛及少量矮小灌木，矿区内林地覆盖率约为70%。

2 矿山地质环境现状评估

该区处于地面塌陷及地裂缝为主的地质灾害易发区内，矿区位于构造剥蚀低丘地区，属鲁中南中低山丘陵区域水文地质单元。矿区侵蚀基准面位于台上小河与红喜庄小河的入口处，该处地形标高+240m左右，区内标高为+245～+296m，相对高差50m。地形切割不强烈，矿体露头多为正地形，总地势北东高南西低，地表水流向南西，该矿山为地下开采矿山。评估区内崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的地质条件发育较弱。根据以往资料和实际调查结果，矿区内及其附近没有崩塌、滑坡、泥石流地质灾害发生。随着矿山的开采，采空区面积将逐渐增大，形成较大面积的采空区后，有产生采空地面塌陷的可能，在地表形成塌陷坑和地裂缝。因此，该次地质灾害危险性评估的主要地质灾害类型为地面塌陷及地裂缝[2]。

3 矿山地质环境预测评估

3.1 矿山地质灾害预测评估

(1)地面变形及伴生地裂缝

随着矿山的开采，地下采空区大面积形成。采空区顶板长期受地压的作用会出现离层、龟裂、掉块以至下沉，保安矿柱也会出现开裂、片帮、位移等现象，导致矿柱失稳，造成采空区冒顶、塌陷等地质灾害的产生。但矿体为磁铁石英岩或磁铁石英角闪岩，节理不发育，岩石坚硬，完整性较强，硬度系数大于7级，为坚固完整工程地质良好层。矿区内各矿体顶底板围岩均是与矿体同成因的黑云变粒岩、斜长角闪片岩、磁铁石英角闪岩等岩石，这些岩石结构完整坚硬，岩石硬度达6～7级，抗压强度60MPa左右，岩石节理不发育，仅局部片理发育。在坑采过程中仅需注意局部岩石沿片理滑落即可。

(2)矿山本身可能遭受地质灾害危险性

工程建设场地位于较低缓丘陵地形，地形起伏不大，第四系松散层广泛分布，地下水富水性中等，现状条件下不具备产生崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷和地面沉降的地质环境条件。矿山本身可能遭受地质灾害危险性为较轻。

3.2 预测评估采矿活动对自然环境破坏情况

3.2.1 对含水层影响与破坏预测评估

(1)矿山排水对地下含水层的影响

矿区地下水类型大致可分为第四系孔隙水、基岩盖层岩溶裂隙水、基岩风化层裂隙孔隙水和基岩裂隙水4种，潜水面埋深2～7m。

第四系孔隙水主要为周围居民农业灌溉及部分居民用水，潜水面埋深1～3m，矿井最大涌水量为1000m3/d，受季节影响明显，岩层富水性较强。但由于矿体露头多在丘顶，该处第四系不发育，故矿坑排水对第四系孔隙水影响较小。

基岩裂隙水富水性差，单井涌水量一般不大于300m3/d，无法形成供水水源地，故该层水对供水水源的影响较小。

基岩风化层裂隙孔隙水富水性中等，潜水面埋深5～7m，单井涌水量在500m3/d左右，略受季节影响，含水层不具备成为集中供水水源地的条件，故该层水对供水水源的影响较小。

寒武纪地层的岩溶裂隙水为矿坑排水的主要来源，但由于矿区远离灰岩盖层，故该层水对供水水源影响较小。

(2)液体废弃物对地下水的影响

液体废弃物主要包括生活污水和矿坑排水。矿区生活污水经过管道排至下水管道，然后排至城市集中污水处理厂进行处理，对地下水环境影响小。矿坑水水质对比生活饮用水标准，地下水中各项成分只有总硬度略有超标，其他各项指标均符合国家饮用水卫生标准。矿区排水水质良好。井下水排至地表沉淀后，用作充填、消防、井下凿岩、防尘、防火用水。因此，矿山废液排放对水环境影响较轻。

(3)固体废弃物对地下水的影响

矿山基建期废石量少，开采期间产生的废渣可修路填场地、建挡墙、建筑材料、充填自然沟。据分析矿区地质资料和实地调查，废石岩性主要为黑云母长英变粒岩、斜长角闪岩、角闪片岩等。经试验，废石在48h浸溶条件下(蒸馏水浸溶)，pH值,Cu2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+,As3-指标均符合生活饮用水标准。因此废石淋滤水的水质较好，无论其渗入地下，还是流入地面水体均不会对地表水和地下水环境产生污染。

3.2.2 采矿活动对土地资源影响预测评估

随着矿山对矿体的不断开采，地下的采空区将会不断扩大；但矿体及围岩坚硬，完整性好；采矿结束后立即对采空区进行全尾砂充填，地表形成较深采空塌陷区可能性不大，对农田耕作影响较小。综上所述，预测评估矿山开采活动对土地资源影响为较轻。

3.2.3 采矿活动对地形地貌景观影响预测评估

该矿山生产主要在地下，地面上没有采石、挖砂、破坏植被等损害地貌景观的工程活动。采矿结束后立即对采空区进行全尾砂充填，对地形地貌影响较轻。

4 矿山地质环境防治工程

4.1 矿山地质环境恢复治理工程

4.1.1 采空区治理恢复工程方法与措施

开采过程中采用掘进废石不出坑的方式对采坑进行充填，剩余工作量在采矿结束后采用全尾砂及河沙充填，具体方案如下：

在回风斜井附近建一座充电站,矿房回采结束后对采空区进行充填，利用倒运矿石车把全尾砂返运至充填站，浓缩尾砂由搅拌机搅拌，达到质量浓度65%左右的尾矿浆后，由充填料浆输送管道输送至井下充填。

4.1.2 地形地貌景观及土地资源破坏的防治

矿区内塌陷范围，应严格按照《土地复垦方案》的规划进行整平整治，最大限度地恢复和维持农田生态平衡，依据矿区地处低缓丘陵、以农业为主的特点，确立矿区土地恢复以生态学原理为基础，因地制宜，在环境上最优、经济上可行。与土地利用的总体规划相一致，并以发展农村生态经济为中心，以保护耕地为重点，实现经济与环境的“双赢”[3]。

4.1.3 含水层破坏的防治

采矿废水应循环利用，生活污水，机械油污等难于利用，排放可能造成污染的部分，应集中收集，达标排放，避免矿区及周围水环境质量受到影响。矿区内的工业垃圾要进行集中堆放，及时拉走处理，防止二次污染。