天祝县打柴沟—石门石灰岩矿区地质环境问题及治理

尚 菲

(甘肃省地矿局第二勘查院，甘肃 兰州 730020)

1 地质概况

项目区行政区划属甘肃省天祝藏族自治县。本次工作区范围包括千马龙沟、拉卜子沟内县属煤矿以及周边私采矿点及其影响区。工作区及外围地层老到新依次有侏罗系中统新河组地层、侏罗系上统苦水峡组地层、白垩系下统河口群和第四系。炭山岭煤田位于祁、吕、贺山字形构造之西翼，祁连山皱褶带东段中部，民和盆地北部边缘，其成因类型是一个在三迭纪前发生的印支运动形成的断陷型山间小盆地，盆地呈北西方向延伸的狭长条带状，两侧为两个大断层所限，逆断层为前震旦纪变质岩所组成的高山。区内新构造运动极为活跃，主要表现为振荡性上升运动、褶皱断裂运动及大面积的沉降运动。

2 主要地质环境问题及特征

2.1 矿业废弃地

在早期生产过程中，位于炭山岭矿区千马龙沟、拉卜子沟矿区的企业及个人在生产活动中无统一规划，受经济利益驱使，开采及选矿过程中忽视了对地质环境的有效保护。采矿过程中的弃土、煤矸石堆随意堆放，严重破坏和压埋了大面积的草地，植被破坏严重。

区内采矿形成的煤矸石堆点多面广，是引起地形地貌景观、土地、植被资源压埋破坏的主要原因。采煤均为地下硐采，形成多处废弃采硐。据调查，煤矸石废弃物堆积量约105.7×104m3，废弃矿渣的无序堆放形成25处废石渣堆，形成面积约0.164 km2的矿业废弃地，其中煤矸石堆场107 355 m2，生产生活区56 271 m2。

2.2 地质灾害

2.2.1 泥石流

(1)泥石流类型及分布、发育特征。经调查，区内共发育2条泥石流沟，区内泥石流属暴雨型，暴发时间与降水密切相关。据本次调查以及对已有资料综合分析，本区泥石流暴发周期一般为0.5～1次/年或更高，部分泥石流沟形成最多年份可达4～5次，年内泥石流多集中于6、7、8三个月份。

按照泥石流流域形态划分，均为沟谷型泥石流；按照泥石流物质组成均为泥石流，按照流体性质划分均为稀性泥石流，按照规模划分为小型泥石流。

(2)泥石流形成条件。①地形条件：区内泥石流的清水汇集区处于祁连山中高山地，山高坡陡且缺乏植被，利于雨洪汇集。区内泥石流沟的流域面积3.8～6.4 km2之间，流域形态主要为“长叶形”，流域山坡坡度多在20°以上，相对高差在810～870 m之间，沟道弯曲，主沟床纵坡降多在76‰～100‰，地形条件利于雨水汇集和固体物质的启动；②固体松散物质：区内泥石流固体松散物质以泥石流中上游沟道内、较缓的斜坡地带堆积了大量的煤矿采矿弃渣、矸石为主，坡顶为基岩风化堆积物和基岩崩塌堆积物等，其次为沟底泥石流堆积物。据本次调查，分布在山坡洼地和沟谷中的坡积洪积物，一般厚度为1～5 m。由于本区气候干燥，温差大，降雨集中，岩石裸露，风化强烈，加之沟谷平时干涸，无流水搬运，因而有足够的时间积累固体物质。经统计，本区泥石流松散固体物质储量约(5.8～6.6)×104m3/km2之间，为泥石流的形成提供了大量的固体松散物质来源；③降水条件：泥石流的形成与降雨强度密切相关，本区泥石流多属暴雨引发。据《甘肃泥石流》，本区泥石流的所需要的降雨强度为40 mm/h，但当雨强很大时，一次降水总量达25 mm左右时，也可产生泥石流。据气象资料，据县境内及周边气象台站资料，日最大降雨量可达89.9 mm，小时最大降雨量44.8 mm，10 min最大降雨量22.1 mm，已具备了泥石流形成的雨强条件，是引发泥石流等地质灾害的主要原因之一。

2.2.2 地面塌陷

炭山岭矿区由于开采年限较长(含民采)，且开发强度较大，采空区地面塌陷(隐患)点较多，规模较大。经过现场调查，矿区内洞采较为分散，目前在矿区共发现了3个较大的地面塌陷区，塌陷区面积合计3.68 km2，给地形地貌景观造成了破坏，对草场及牧民造成了严重威胁。

本次工作区范围内的千马龙沟、拉卜子沟内矿区由于长期的大规模开采形成了3处大面积采空塌陷区，由于之前开采方式选用“倾斜分层走向长壁金属网假顶黄泥灌浆采煤法”及“缓倾斜特厚煤层滑移顶梁液压支架走向长壁倾斜分层放顶煤采煤法”，大部地段未保留煤柱，地表按一定特征对应于采空区形成顺工作面走向连续延伸的塌陷区。地表塌陷区面积一般较采空区外沿增大，由于煤层连续展布，采空后，各时段塌陷地带相连成片，区内大部整体沉陷，最大下沉值8.6 m，最大水平位移为2.5 m，地表裂缝纵横交错，造成山体严重破碎，塌坑直径30～60 m不等，深度一般在10 m以内，塌陷裂缝大多呈弧形，弧半径指向沟底，裂缝最宽达2 m，错动最大达3.5 m。

据计算，本次工作区调查范围内塌陷面积达3.68 km2。千马龙沟中下游至拉卜子沟沿线为天祝煤矿、旭东煤矿、千马龙煤矿、塔窝煤矿近几年的开采区或现采区，开采时间短，目前裂缝、变形仍在发展。

2.2.3 水土流失

人类工程活动是影响区内水土流失的主要因素，炭山岭矿区开采引起的水土流失表现为两个方面：一是由于矿渣覆盖造成原生表层土壤损失，矿渣的无序堆放，造成土壤深层覆盖，而矿渣堆表层为细颗粒矿渣组分，极易被水流冲蚀携带，其表层又缺少土壤基质，植被难以恢复，造成水土流失；二是露天开采剥采面和道路修筑过程中造成的生态系统破坏，剥离和扰动后的表土失去了植被的保护，造成水土流失。

2.2.4 土地资源破坏

矿业活动区主要集中于千马龙、拉布子主沟及支沟内，用地类型以林草地及工业用地为主。由于多年来矿业活动中的弃渣任意堆置、滥采乱挖、越界开采、运输车辆的碾压等原因，致使矿区及外围形成大面积的矿业废弃地及其影响区，矿业内土地资源破坏总面积约6.11 km2。本次治理区土地资源破坏总面积约1.31 km2，其中煤矸石渣堆占地面积0.107 km2，生产生活区面积0.06 km2，采空塌陷区面积3.68 km2，矿区道路破坏面积0.04 km2。其多点分布，形态各异，严重破坏了土地资源。

2.2.5 植被资源破坏

区内植被资源属高山草甸及局部分布的灌木林，采矿活动未影响区植被覆盖率一般达35%以上，煤矸石压占区、矿山道路、生产生活区等采矿影响区地表裸露。采矿场前期的滥采乱挖，造成区内植被资源逐年缩减，致使矿业活动区段地表大面积裸露。另外，矿区内没有固定的运输道路，采砂运输车辆随意行驶形成了许多相互交叉的便道，由于大量碾压摧残植被，致使天然植被遭到严重破坏，使得本来就极为脆弱的生态环境日趋恶化，水土流失日益严重。

3 矿区地质环境发展趋势

炭山岭矿区生态及地质环境恶化主要表现在：矿区的露天开采场地的水土流失面积不断扩大，强度会不断加大；千马龙沟、拉卜子沟上游谷坡地及沟道区，受采矿活动的影响，水土流失区面积由南向北方向不断扩展，水土流失的强度不断增强，地质环境条件逐步变差；矿区的外围区，植被较发育，水土流失强度虽然较低，水环境变化较小，但可能受到矿区地质环境影响，有逐渐变差的趋势。上述地段在自然营力的作用下会诱发大规模的泥石流及土地荒漠化等问题，严重威胁到矿区及周边地区的生态环境。

4 治理措施

根据炭山岭矿区千马龙沟、拉卜子沟地质环境现状，以各采矿点为单元，以生态环境恢复治理为主线，分期、分片对矿区内的废渣工业场地进行全面治理。

煤矸石堆积体整治主要采用推平、覆土、拦固、种草绿化等措施恢复植被。回填探槽、斜井等探矿、采矿设施，封闭洞口，防止有害气体泄露。拆除废弃办公及生产、生活区建筑物，平整场地，覆土绿化。清理沟道弃渣，采取修建拦挡、排导的措施，预防地质灾害。对塌陷区的治理采取围栏封闭的方式，并采取裂缝回填等措施，监测其进一步变形的趋势。

堆渣场进行覆土碾压，植树种草等措施恢复植被。对露天采坑利用其自然地势，紧紧抓住目前基本有规律的顺山坡形成逐级错落裂缝、陷槽等地表陷落特征。通过上述措施，逐步改善矿山地质生态环境。