滕县煤矿区矿山地质环境综合评价研究

孔凡杜

(山东省煤田地质局第一勘探队，山东 滕州 277500)

环境与地质

滕县煤矿区矿山地质环境综合评价研究

孔凡杜

(山东省煤田地质局第一勘探队，山东 滕州 277500)

滕县煤矿区经过几十年的煤炭开发活动，矿山地质环境问题日益突出。为了更好地指导该地区矿山地质环境保护与治理工作，该次调查通过资料收集、地面调查、采样测试等手段，基本查明了区内矿山地质环境现状，采用叠加法对区内矿山地质环境进行了综合评价及治理分区，分为重点区、次重点区和一般重点区，提出加强矿山地质环境监测，减少矸石对方，发展水产养殖和农业种植等合理化建议。

矿山地质环境问题；评价；分区；滕县煤矿区

滕县煤矿区位于山东省西南部枣庄市和济宁市境内，纵跨滕州市和微山县，是山东省重要的煤炭生产基地。自第一对生产矿井柴里煤矿1961年11月破土动工以来，至今已建成33对生产矿井，煤矿的开发建设所引发的矿山地质环境问题日益突出[1]，资源开发与地质环境保护之间的尖锐矛盾将严重制约该区社会经济的可持续发展，因此，在区内进行矿山地质环境调查和评价，对于该区的矿山地质环境保护与恢复治理是十分必要和重要的。

1 地质背景

滕县煤矿区地层区划属华北-柴达木地层大区华北地层区鲁西地层分区[2]，区内地层发育较完整。该区被第四系覆盖，奥陶纪马家沟群为含煤地层基底，其上由老到新沉积有石炭纪月门沟群本溪组、石炭-二叠纪月门沟群太原组、二叠纪月门沟群山西组、二叠纪石盒子群黑山组、二叠纪石盒子群万山组、二叠纪石盒子群奎山组、侏罗-白垩纪淄博群三台组等地层。其中太原组和山西组为该区主要的含煤地层。

该区地处华北板块鲁西隆起区鲁西南潜隆起菏泽-兖州潜断隆的滕州潜凹陷内，东邻鱼台潜凹陷，西邻尼山凸起，南邻兖州潜凸起，属于鲁西诸多断块中的一个凹陷块体[3-4]。工作区地质构造特征与区域构造有着密切联系，受区域地质构造控制的影响，总的构造形态为一复式褶皱构造。受其制约，区内SN向断层较发育，断层多为各矿井井田边界。

区内岩浆岩主要分布在工作区南部的昭阳、金源、付村、高庄、七五等井田的深部，根据钻孔和井下揭露，岩浆岩多数分布在石炭、二叠纪地层中，个别侵入到侏罗纪地层，地表无出露[5]。

藤县煤矿区位于滕县丰沛基岩水文地质单元的东北部，该基岩水文地质单元东起峄山断层，西至嘉祥断层，南至丰沛断层，北至凫山断层，面积约3500km2，为一近于封闭型水文地质单元[6]。该单元经过多次构造运动，产生了一系列的褶皱、断裂，形成近EW向、NE向、SN向的大断裂，把基岩切割成一个个独立的水文地质块段，各块段间地下水水力联系较弱，各含水层仅通过断层带缓慢渗透，互相补给。由于第四系中部隔水层及各主要基岩隔水层的存在，使地表水、第四系上部含水层(浅层地下水)与各基岩含水层无直接水力联系，每个水文地质块段多呈封闭型的含水构造，各基岩含水层多以静储量为主[7]。

2 调查工作情况

调查工作自2013年10月—2015年6月，共完成1∶10万矿区生态环境地质调查面积约1687km2，调查生产矿井33对、勘查区5个，收集了各类报告90套，水质分析成果41件及4个孔的地下水24年动态数据；进行GPS测量295点(含采样点测量)，采取水样140件、土壤与矸石样61件，基本查明了滕县煤矿区内的矿山地质环境现状。

3 主要矿山地质环境问题

该区主要的矿山地质环境问题有采空塌陷、矿业开发活动占用及破坏土地资源、矿业开发活动对地下水系统的影响与破坏、矿山废水、废渣对水土环境的影响等。

3.1 采空塌陷

经过调查，区内有17个煤矿存在塌陷坑，现存塌陷坑共39个，总面积23.1772km2，最大塌陷深度7.9m，积水面积12.7921km2。将工作区塌陷(不包括湖区塌陷)影响程度分为较轻、较严重和严重3类，其中塌陷积水区为影响严重区，塌陷坑边界以内至积水边界范围为影响较严重区，其他区域为影响较轻区。采空塌陷影响较轻区面积1663.81km2，影响较严重区面积10.36km2，影响严重区面积12.82km2。

3.2 矿业开发占用及破坏土地资源

矿业开发占用及破坏土地资源主要表现为地面塌陷破坏土地、矸石堆放压占土地及工业广场压占土地，占用与破坏的土地均为耕地。矿山土地占用与破坏影响程度参照《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》(DZ/T 0223-2011)中的规定[8]，据调查，该区33座煤矿共有工业广场38个，占用耕地总面积633.80hm2，影响程度均为严重；区内有18座矸石山，占用耕地总面积60.66hm2，影响程度严重的有14座，面积57.07hm2，较严重的有4座，面积3.59hm2。

3.3 矿业开发对地下水系统的影响与破坏

区内矿坑排水引起基岩含水层大面积下降，由于其供水意义不大，影响程度较轻；第四系水与基岩水水力联系较差，矿坑排水引起的基岩含水层水位下降基本未造成第四系水位明显下降，影响程度较轻。

3.4 矿山废水废渣对环境的影响

3.4.1 废水对水环境的影响

3.4.2 废渣对土壤环境的影响

矿山废渣主要为煤矿开采过程中产出的矸石，全区矸石总产量468.16万t/a。Cd为矸石中的特征污染物，根据《土壤环境质量标准》[11]，土壤中Cd含量小于等于0.3mg/kg的影响程度较轻，0.3～1.0mg/kg的影响程度为较严重，大于1.0mg/kg的影响程度为严重。对土壤环境影响较轻面积1468.70km2，影响较严重面积218.30km2。

4 矿区地质环境综合评价

4.1 评价方法

矿区地质环境综合评价方法较多[1,2-15]，根据各矿山地质环境问题要素，采用叠加法对工作区内的矿山地质环境进行现状评价。即根据区内各矿山地质环境问题要素的影响程度、评价结果，分别对工作区进行分区，再将各要素按照就高不就低的原则进行叠加处理，最后进行综合分区及评价。

4.2 现状评价

该区矿山地质环境影响程度分为严重、较严重和较轻3个等级(图1)。其中矿山地质环境影响严重的区域面积95.37km2，主要包括地面塌陷严重地区、工业广场及矸石山占用土地严重地区、矿山废水对水环境影响严重地区；矿山地质环境影响较严重的区域一般分布在严重区域的外围一定的范围，总面积159.45km2，主要包括地面塌陷较严重地区、工业广场及矸石山占用土地较严重地区、矿山废水、废渣对水土环境影响较严重地区；矿山地质环境影响较轻的区域总面积1432.18km2，即区内影响严重和较严重以外的所有区域。

图1 工作区矿山地质环境影响现状分区图

4.3 矿山地质环境问题发展趋势分析

4.3.1 地面采空塌陷发展趋势

地面塌陷的影响范围，随着地下煤层开采面积的扩大而不断扩大，当地下煤炭资源全部采出后，各井田塌陷区将形成一个较大的塌陷盆地[16]。

滕县煤矿区煤矿全部采用井工，采煤方法为走向长壁式开采，开采过程主要采用垮落法管理顶板。选用中国矿业大学开采损害与防护研究所研制的基于概率积分法模型[17-18]的任意形状开采塌陷空间——时间统一的预计模型“开采塌陷预测系统MSAS”[19]，对矿区开采塌陷进行了预测。进行塌陷预计时，分别对各煤矿各可采煤层按一次采全高、全部跨落法管理顶板进行预计，最后将各煤层塌陷数据进行数值叠加，从而预测出工作区塌陷范围。地表变形值为达到充分采动、变形处于稳定状态下的最大值。

地表塌陷预测及计算绘图原则如下：①以理论下沉10mm点为受开采影响的边界点；②采区间边界煤柱较小，计算时不予考虑；③井田边界线以储量计算平面图为准；④地表潜水位取矿区平均值2.5m。

根据各煤矿资源储量图及各煤矿的开采计划，对各井田进行预测，获得矿区未来各矿井全部闭坑时的预测结果(图2)。根据预测，未来各矿井全部闭坑时地面塌陷面积为443.25km2，占工作区总面积的26.27%，其中湖区塌陷面积164.51km2，影响程度较轻；陆地塌陷塌陷深度大于等于2.5m的(塌陷积水)面积71.03km2，影响程度严重；1～2.5m的面积75.13km2，影响程度较严重；1m以下的面积132.58km2，影响程度较轻。

图2 工作区采空塌陷预测图

4.3.2 其他矿山地质环境问题发展趋势

(1)工业广场及矸石山占用土地资源。工业广场占用土地资源将一直持续到矿井闭坑，一般来说，其规模和影响程度基本保持不变。全区矸石总利用量485.26万t/a，总产量468.16万t/a，利用量超过了产出量，从而使得区内矸石存量逐渐减少。而随着矸石综合利用技术的发展，各煤矿将继续加大对矸石的综合利用，其利用量将逐渐增加，预计矸石山占用土地资源面积将逐渐减小，影响程度逐渐减轻。

(2)矿坑排水对地下水系统的影响和破坏。由于该区各基岩含水层补给条件较差，基本以静储量为主，随着各矿井不断地进行矿坑排水，其水位将持续下降。由于第四系孔隙含水与基岩水水力联系较弱，基本不会受到矿坑排水的影响。

(3)矿山废水、废渣对水土环境的影响。由于各煤矿加大对矿山废水(煤矿外排水)、废渣(矸石)的回收利用，其排放量将逐渐减少，甚至达到零排放，因此矿山废水、废渣对区内水土环境的影响将逐渐减轻。

5 矿山地质环境保护与治理分区

根据矿山地质环境综合分区评价结果，《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》(DZ/T 0223-2011)，按照表1的分区原则，在充分考虑区内矿山地质环境问题对人居环境、工农业生产、区域经济发展影响前提下，对工作区进行矿山地质环境保护与治理分区。全区分为重点、次重点和一般3个级别分区(图3)。其中重点区面积114.74km2；次重点区面积171.81km2；一般区面积1400.45km2。

图3 工作区矿山地质环境保护与治理分区图

5.1 重点区防治对策

表1 矿山地质环境保护与治理分区原则

注： 现状评价与预测评价结果不一致的采取就上原则进行分区。

(1)工业广场：加强矿山地质环境监测工作；留设保护煤柱，防止采空塌陷对其造成影响；矿山废水处理后循环利用或达标排放，减少对水环境的影响；实施绿化工程，美化周边环境。

(2)矸石山：加强管理，防止崩塌造成人员伤亡或财产损失；建造隔离墙及绿化带，减少对周边环境影响；加强对矸石的综合利用，减少矸石的堆放。

(3)塌陷区：加强矿山地质环境监测工作；加强对水体的利用，发展水产养殖，或建造水上公园开发旅游资源；积水不深时，可采用挖深垫浅的方式形成水、田相间，同时发展水产养殖和农业种植[20]。

(4)水土影响严重区：加强矿山地质环境监测工作。

5.2 次重点区重点区防治对策

(1)矸石山：加强矿山地质环境监测工作；加强管理，防止崩塌造成人员伤亡或财产损失；建造隔离墙及绿化带，减少对周边环境影响；加强对矸石的综合利用，减少矸石的堆放。

(2)塌陷区：加强矿山地质环境监测工作；对土地进行平整，恢复耕种；塌陷较深尚未积水且平整较困难的区域可参考积水较浅区采用挖深垫浅的方式形成水、田相间，同时发展水产养殖和农业种植。

(3)水土影响较严重区：加强矿山地质环境监测工作。

5.3 一般区重点区防治对策

主要是加强地面巡查工作，发现问题及时解决。

6 结语

该文根据实地调查成果，在总结工作区区域地质背景和分析、评价了区内主要矿山地质环境问题的基础上，对区内矿山地质环境进行了现状评价和趋势预测，并对工作区进行矿山地质环境保护与治理分区，为工作区内矿山地质环境保护与恢复治理工作提供了客观依据。

该文采用叠加法评价矿山地质环境，对比其他方法，该方法中各地质环境要素无主次之分，克服了确定各要素权重的主观性，能够较为客观全面地反映出工作区矿山地质环境质量情况，对于矿山地质环境的全面保护具有积极意义。

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Comprehensive Evaluation of Mine Geological Environment in Tengxian Coal Mining Area

KONG Fandu

(No.1 Exploration Brigade of Shandong Coalfield Geology Bureau,Shandong Tengzhou 277500, China)

After decades of coal mining in Tengxian coal mining area, mine geological environment problems have become increasingly prominent. In order to guide mine geological environment protection and management work, through data collecting, ground surveys, sampling, testing and other means, present condition of mine geological environment in this area has been identified, comprehensive evaluation of mine geological environment in the area has been carried out by using the method of superposition, mine geological environment protection and management division have been carried out, and reasonable suggestions have been put forward as well.

Mine geological environment; evaluation; partition; Tengxian coal mine

2016-07-12；

2016-09-08；编辑：曹丽丽

山东省2013年度地质勘查项目，山东省滕县煤矿区生态地质环境综合调查与评价(鲁国土资字〔2013〕853号)

孔凡杜(1984—)，男，安徽长丰人，工程师，主要从事水文地质环境地质工作；E-mail：adu-kfd@qq.com

TD167

B

孔凡杜.滕县煤矿区矿山地质环境综合评价研究[J].山东国土资源，2017,33(1)：59-64.KONG Fandu.Comprehensive Evaluation of Mine Geological Environment in Tengxian Coal Mining Area[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：59-64.