矿山地质环境影响性评价及保护治理研究——以山西省阳泉矿区一矿为例

王慧明 余 波

(1阳煤集团资源投资开发部 2绵阳师范学院生态安全与保护四川省重点实验室)

近年来，经济的快速发展加快了对矿产的需求与消耗，使得矿产开发引发的地质环境不断恶化。据统计，人为因素诱发的地质灾害目前已占到地质灾害总数的60%以上，其发生频率呈逐年上升趋势。据资料，全国因采矿引起的塌陷180多处，塌陷坑1 600个，塌陷面积约1 150 km2;全国发生采矿塌陷灾害的城市近40个，造成严重破坏的25个;每年因采矿引起的地面塌陷造成经济损失达4亿元以上。随着矿山地质灾害事故的日益严重，人们越来越强烈地认识到矿山地质环境综合评价的重要性。国内外学者在地质环境综合评价的研究方面做了大量有益的探索:有的根据煤矿区开发的地质特征，提出了煤矿区域环境影响评价原则和基本内容［1，2］;有的通过工程分析和环境影响因素识别方法，构建了生态环境影响评价指标体系［3，4］;有的通过对矿山地质背景、开采状况、地质环境、自然经济环境等因素的调查和评价，得出地质环境评价分区图［5］;有的直接提出煤矿区地质环境承载能力的概念及其评价指标体系［6］。有的学者将多种数学方法应用于矿山地质环境综合评价中，如地理信息系统(GIS)［7］、BP 人工神经网络［8］、灰色系统理论及物元分析法［9］、模糊聚类分析［10-13］等，这些方法都是较为常用的评价方法，各有其优缺点［14］。还有学者应用景观生态评价方法［15］，选用多样性、代表性、空气污染浓度、重金属污染、土壤侵蚀等5项指标，建立了3个层次的生态评价指标体系进行评价的。上述这些研究，主要局限于矿山项目的大气、地表及水体等常规环境评价因素及一般性的自然、社会、经济条件等因子，而很少涉及矿区岩石的矿震、滑坡、崩塌及塌陷等不利地质因素。本文以阳煤集团一矿为例，指出矿业开发环境评价中应加强对矿区岩石的矿震、滑坡、崩塌及塌陷等不利地质因素的环境地质评价，促使地质环境监督和环境监理协调进行，并提出了矿业开发中环境保护及地质灾害的防治对策。

1 矿区概况

山西阳泉煤业(集团)股份有限公司一矿位于阳泉市西北和盂县交界处，井田南部为阳泉市的旧街、兴辛及平坦乡，北部为盂县的南娄、路家村乡及阳泉市的燕龛乡和荫营镇。井田东西长约14.5 km，南北宽约9.8 km，总面积83.612 6 km2，生产能力750万t/a。开采深度标高805-669 m。

一矿交通运输条件极为方便，工业广场有专线铁路在阳泉车站与石太线接轨。沿一矿公路南行2 km经赛鱼口可与太旧高速公路以及307国道线相连，从而与阳泉、平定、盂县、寿阳等市县结成公路网。一矿为大型煤矿，批准开采 3#、12#、15#煤层。截至2008年底，井田共查明资源储量96 006万t(其中高硫煤9 673万t)，保有资源储量75 836万t，可供动用的储量为 75 836 万 t(3#、6#、8#、12#、15#煤层)，估算矿井服务年限72 a，现已服务2 a。

一矿工业场地共7个，包括1个主副井工业场地、4个风井工业场地和2个瓦斯泵站。一矿矿山工程总体布局见图1。

图1 一矿矿山工程总体布局图

一矿采用主斜井、副立井与石门大巷混合开拓方式。根据煤层赋存特征，划分两个生产水平，即669 m水平和560 m水平。矿区范围内，主要可采煤层有 3#、12#、15#三层，3#、12#煤层采用走向长壁后退式综合机械化开采，15#煤层采用走向长壁放顶煤一次采全高综合机械化工艺开采(简称综放)，顶板采用全部垮落法管理。

2 矿山地质环境背景

2.1 地形地貌

一矿井田位于太行山中段西翼，以落雁垴—庙梁—佛爷梁—王兰山—刘备山分水岭大致呈东西向横贯井田中南部，形成中部高而南北低的地势。井田内地形切割强烈，“U”字形、“V”字形冲沟极为发育，走向多为南北走向，形成了复杂的中山区地形地貌。井田总的地貌特征是:坡陡谷深，植被较少，基岩裸露。随着地下开采范围的不断扩大，崩塌、滑坡、地裂缝等地质灾害将会持续加剧。

2.2 地层岩性

一矿区位于沁水煤田西北部，属掩盖—半掩盖区，新生界地层广泛分布，基岩零星出露于沟谷之内，西部区域基岩大面积裸露。出露地层由北往南依次为太原组、下石盒子组、上石盒子组。据钻孔揭露和以往勘探成果，从老到新地层为:奥陶系(O)中统上马家沟组(O2s)、中统峰峰组(O2f)，石炭系(C)中统本溪组(C2b)、上统太原组(C3t)，二叠系(P)下统山西组(P1s)、下统下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、上统石千峰组(P2sh)，第四系(Q)中上更新统(Q2+3)和全新统(Q4)。

2.3 地质构造

一矿井田位于矿区大单斜的西北部，其构造形态基本上也呈一单斜状，其走向为北西，倾向为南西。沿单斜走向和倾向均发育有次一级的较平缓的褶皱群和层间断裂构造，局部地段发育有陡倾挠曲，尤其是本井田陷落柱较发育。井田内岩溶陷落柱广泛发育，目前共发现陷落柱384个，其中绝大部分为井下采掘工程所揭露。陷落柱的直径大小相差悬殊，最大的为385 m，最小的仅为10 m，其中以40-60 m的居多，占总数的35.5%。井田的构造复杂程度为中等。

2.4 井田水文地质条件

一矿井田内各含水层之间均存在具有隔水性较好的泥岩，在自然条件下彼此之间没有水力联系。但是，由于对多煤层的开采，形成了导水裂隙带，局部隔水层的完整性被破坏，这样就造成了含水层与采空区、大气降水、地表水之间发生水力联系，且在采空区形成积水。从生产揭露的构造来看，只在极个别断裂破碎带、陷落柱体内及周围有淋头水出现，尚未发现突水现象。

3 矿山地质环境影响性评价

3.1 评价范围

评估范围主要依据矿区地质环境条件和矿山生产活动对地质环境的影响来确定。本矿山为井工开采，确定评估范围时，主要考虑井下开采引发的地面塌陷、含水层破坏，其中又以地面塌陷影响范围和程度最大。因此，本次评估范围的确定主要考虑地面塌陷及其伴生地裂缝等因素。

根据国土资源部《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》(以下简称:《规范》)的有关要求以及地质环境调查结果，分析确定评估范围为采矿登记范围和采矿活动影响到的范围。按照三下采煤规程，结合国阳一矿岩移观测资料，经计算地面塌陷范围在开采边界外最大为199.3 m。结合实地踏勘等情况，综合考虑确定评估边界井田以东在矿界的基础上外扩200 m，井田其他方位以矿界为准，据此确定评估区面积为87.154 6 km2。

3.2 评估级别的确定

3.2.1 评估区的重要程度

①评估区内有村庄28个，其中超过500口人以上的居民区有5个;②依据土地利用现状及野外调查，采煤造成评估区内 15.3 hm2耕地破坏，160 hm2林地及草地受到影响或破坏;③307国道自西向东从评估区内穿过;④评估区内有王兰寺人文景观。根据《规范》中评估区重要程度分级表，确定评估区重要程度属重要区。

3.2.2 地质环境条件复杂程度

①批采的煤层及矿井最低排泄面位于当地侵蚀基准面之下，一矿庙上深井奥灰岩溶水(该井位于本区东南部界外)，水位标高398.44 m，流量60-80 m3/h。本矿陷落柱多为干柱，个别有少量淋头水渗出，对回采影响不大。地下采矿和疏干排水容易导致矿区周围含水层破坏;②煤层之上岩体呈软硬相间组合，受差异风化、软弱夹层等因素影响，地表岩层呈强—中等风化，矿层(体)顶底板和矿床围岩稳固性差;③矿区发育一系列背斜、向斜，构造复杂程度为“较复杂”，岩层倾角3°-12°，岩层产状变化较大，断裂构造不发育，断裂对采矿活动影响小;④评估区现状条件下采空引发的地裂缝发育，对耕地破坏严重;⑤评估区地形为较切割强烈，冲沟较密集而狭窄，在沟谷边常见陡崖、陡坎等微地貌，地形起伏变化大，相对高差603 m。对照《规范》附录C判定，该矿山地质环境条件复杂程度等级为“复杂”。

3.2.3 矿山生产建设规模等级

根据中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司提交的《山西国阳新能股份有限公司矿产资源开发利用方案》，矿山开采类型属地下开采，矿井设计生产能力为750万t/a。依据《规范》附录D，确定该矿山生产建设规模为“大型”。

3.2.4 评估级别确定

一矿地质环境条件复杂程度等级属于“复杂”，矿山生产建设规模为“大型”，评估区重要程度分级为“重要区”，依据《规范》确定本次矿山地质环境影响评估为“一级”。

3.3 评价结果

3.3.1 现状评估结果

矿山地质环境影响严重区分布于北头嘴村、一矿的旧矸石堆放场和新矸石堆放场、半坡村及属半坡村管辖的蒙河流域及王兰寺一带，面积总计6.318 km2;较严重区分布于评估区内张花沟村、羊皮凹村等采空区和处于采空区边缘的吴家掌村、西沟村等，面积25.102 km2;较轻区分布于煤田目前未采区，面积55.649 km2(见图2)。

图2 矿山地质环境影响现状评估图

3.3.2 预测评估结果

预测矿山地质环境影响严重区分布于评估区东南部的北头嘴村、半坡村至王兰寺一带，包括一矿的旧矸石堆放场和新矸石堆放场，以及未来南北条带复采区，面积11.579 km2;较严重区分布于评估严重区以外的采空区和未来5年的开拓区，面积29.44 km2;较轻区分布于评估区西部的未开采区， 面积46.136 km2(见图3)。

图3 矿山地质环境影响预测评估图

3.3.3 矿山地质环境治理分区

在现状评估和预测评估基础上，对矿山地质环境治理进行了防治分区，确定重点防治区为北头嘴村、半坡村至王兰寺一带和地裂缝集中发育区以及未来5年复采区，面积11.579 km2;次重点防治区分布于一矿严重区以外的采空区及未来开拓区，面积29.44 km2;一般防治区分布于评估区采空区以西的大面积区域，面积46.136 km2(见图4)。

图4 矿山地质环境保护与恢复治理分区图

4 矿山地质环境保护与治理对策

4.1 加强矿山地质环境保护制度建设

首先，有关部门要加强领导，通过对矿山环境保护制度建设，促进矿山环境保护工作的实施。同时，加强有关法规建设，严格按照《矿产资源法》、《环境保护法》、《土地管理法》等法律法规实施矿山环境保护和治理。要在各级政府的领导下，加强预防监测、执法监督、生态环境评估和“三同时”制度的落实，使煤炭资源的开发走上法制管理轨道。制定煤炭资源勘查开发规划，严格执行煤炭资源勘查登记审批制度、开采申请和许可制度、有偿开采和综合循环利用制度，改进资源开发利用方式，实现资源的保护性开发，提高资源综合利用效率和经济效益。

4.2 加快矿业开发与环境保护人才培养

矿山环境治理必须应用先进的科学技术来实施。加强科学技术在矿山环境保护中的应用，特别是要加强对矿产的综合利用和尾矿、煤矸石、矿渣等开发利用的科研投入和生产开发研究。这样，既可减少环境地质问题，起到保护环境的作用，又可以避免资源浪费。要通过高等教育专业人才培养以及对在职人员的再培训等方式，加快矿山地质环境保护人才培养，促进矿山地质环境保护的实施。

4.3 加快矿业“三废”回收利用技术的应用

在矿山开采过程中，“三废”的回收、利用对于矿山地质环境保护有着重要意义。通过采用先进的采选技术和加工技术，提高矿山资源利用率，尽最大可能减少“三废”。

4.4 加强矿山地质环境调研、监测与科研

在进行矿山地质环境治理与防护过程中，要系统开展地质环境调查研究，加强区内地质环境监测。建立政府引导、市场运作机制，治理矿山环境。借鉴国外经验，加强国际合作，搞好矿山开发与复耕绿化。加强矿山开采科学技术的研究与应用，推进矿山“清洁生产”，发展绿色矿业。加强矿山开采导致的滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等突发性地质灾害的防御和治理的研究，避免发生人员伤亡和造成重大经济损失。

［1］谢晓文.也谈对煤矿环境影响评价工作的探讨［J］.煤矿设计，1991(5):30-32.

［2］杨选民.煤矿区域环境影响评价有关问题探讨［J］.煤矿环境保护，1997(5):40-43.

［3］孙瑞峰，田小莹，宋绍民，等.铁法矿区环境地质现状评价及防治措施［J］.煤炭技术，2008，27(5):1-2.

［4］孙瑞华，李壮.苏家庄铁矿水文地质条件及矿山地质环境评价［J］.水文地质工程地质，2004(5):74-76.

［5］曹树刚，武晓敏，刘 敏.重庆市矿山地质环境评价方法探讨［J］.山东科技大学学报(自然科学版)，2007，26(2):1-4.

［6］夏玉成.煤矿区地质环境承载能力及其评价指标体系研究［J］.煤田地质与勘探，2003，31(1):5-8.

［7］喻凤莲，张成江，倪师军，等.基于GIS的攀枝花城市地质环境质量分区评价［J］.地质灾害与环境保护，2007，18(1):79-82.

［8］夏斐.榆神府矿区综合地质环境现状与预测［J］.煤田地质与勘探，2000，28(3):46-49.

［9］邢永强，郑钊，吴梅，等.基于物元分析法的小秦岭金矿区地质环境评价［J］.河南科学，2008，26(3):353-356.

［10］彭高辉，陈守余.模糊ISODATA聚类在矿山环境评价中的应用［J］.安全与环境工程，2004，11(1):6-8.

［11］路苹.煤炭矿区生态环境状况评价定量研究［J］.中国矿业，2008，17(7):43-47.

［12］卜华，吴晓华.山东巨野矿区工程地质环境特征［J］.西部探矿工程，2007(9):143-145.

［13］郝启勇，尹儿琴，鲁孟胜.兖济滕矿区地质环境综合评价［J］.煤田地质与勘探，2006，34(2):48-51.

［14］田 婧，韩秀丽.工程地质环境评价方法［J］.河北理工大学学报，2007，29(1):125-128.

［15］王启瑞，才庆祥，马从安.景观生态评价方法在胜利露天煤矿环境评价中的应用［J］.煤炭工程，2007(5):89-92.