锦卓煤矿矿山地质环境影响评估研究

王瑞华,毋斌斌

(河南省资源环境调查三院,河南 郑州 450000)

为促进矿业经济持续、健康发展,保护耕地和生态环境,建设绿色矿山,国内学者对此进行了很多的研究,文献[1]以阳泉三矿为例,分析了区域地质灾害危险性、地下含水层破坏情况、土地资源破坏情况,划分了到了地质环境破坏程度;文献[2]采用综合判断法,对矿山地质环境分区进行了评价,构建了7个指标与21个指标层的评价指标体系,使用组合赋权法,对指标权重值进行计算,根据分布位置、不同矿种及主要环境地质问题,将全区矿山进行划分;文献[3]采用3S技术,分析了遥感影像,评价了该区域的景观生态现状及植被变化趋势;文献[4]利用经验公式,计算了导水裂隙带发育高度,对陕北地区煤矿进行矿山地质环境影响评估。禹州锦卓煤业有限公司矿区位于禹州市西北鸠山乡闵庄村境内。该矿山为整合井工开采矿山,面积1.122 7 km2,矿山可采资源储量为335.99万t。矿山生产能力为15万t/a,属小型矿山,该矿山地质环境影响评估分级为“一级”。本文对锦卓煤矿矿山地质环境影响进行了评估,研究为锦卓煤矿矿山地质环境影响的遏制、矿山周边生活和生产环境的有效改善提供资料支持。

1 研究地形地貌

区内地势南高北低,西高东低。最低点海拔+283.40 m,最高点海拔+444.9 m,相对高差161.5 m,整体地形起伏变化较大,属侵蚀型低山丘陵地貌。

2 矿山地质环境影响评估范围及级别

2.1 矿山地质环境影响评估范围

本次评估区根据矿山分布范围及周边地质环境条件复杂程度,沟谷的分布及发育程度、矿山布局等,结合矿区地质灾害的种类、发育规律及可能影响范围综合确定[5-8]。

该矿山初步设计了开采二1煤层,一4、四4煤层未设计开采,因此本方案仅对二1煤层的影响范围评估。矿区东、西侧均分布有其他矿山,各矿山均会做矿山土地复垦与恢复治理方案且在后期进行治理,矿区北侧为煤层露头线,二1煤层开采影响不到边界外,故该方案以矿区东、北、西侧边界,南侧根据二1煤层的开采影响范围外扩345 m(该矿山初步设计了开采二1煤层,一4、四4煤层未设计开采,本方案仅对二1煤层的影响范围评估)作为评估边界,评估区面积为136.41 hm2(表1)。

表1 评估区范围组成Tab.1 Composition of the assessment area

2.2 地质灾害危险性评估级别

(1)建设项目的重要性。矿山生产规模15万t/a,为小型矿山,评估区范围内及周边无水利、电力等重要工程,区内无二级(含)以上公路,项目属于重要建设项目。

(2)地质环境条件复杂程度。矿区地势南高北低,西高东低。地面标高在+283.40～+444.9 m,相对高差约161.5 m,小于200 m,地形地貌类型中等;矿区工程地质条件简单,矿山的地质环境条件复杂程度为中等。

(3)评估级别确定。综合评估区地质环境条件复杂程度及建设项目重要性,确定矿山地质危险性评估级别为三级。

3 现状评估

3.1 矿山地质灾害危险性现状评估

评估区主要地质灾害为地面塌陷。据现场调查,矿区内采空区均为塌陷区,引发地面塌陷的主要因素为地下采煤,根据矿方提供资料,矿山从2009年9月份至今已有8年没有开采,目前塌陷区处于稳定状态,且塌陷区处于丘陵地区,地表塌陷不明显,地面塌陷主要危害旱地及村庄用地,未造成人员伤亡。塌陷区面积为6.96 hm2,经现场调查,在工业场地北部的闵庄村发现1处明显地面塌陷,地面塌陷长57 m,宽46 m,面积0.26 hm2(图1(a)),为2009年7—8月份最后一次采煤导致,最大塌陷深度1.5 m,塌陷后地面最大倾斜20°,受塌陷影响,在村民家中发现有墙体裂缝(图1(b)),造成经济损失105万元,危害程度中等。

图1 矿山地质灾害危险性现状Fig.1 Current situation of geological hazards in mines

根据矿山地质环境影响程度分级表,地面塌陷发育程度中等,影响到村庄,受威胁人数为20人,造成经济损失105万元,故采矿活动对地质灾害的影响或破坏情况的影响程度为较严重。

3.2 含水层的影响和破坏现状评估

(1)采矿活动对含水层的影响。经过调查,目前井田范围内村庄居民用水为浅水井供水,其含水层为第四系松散岩类孔隙含水层组。第四系沉积薄,水量小,只能勉强维持生活用水。据现场调查,井田内各村庄仍然是水井供水,水位下降不明显,煤矿开采对居民生活用水影响较轻。锦卓煤矿目前开采的煤层为二1煤,疏干排水所影响的含水层主要为二1煤顶板的下二叠统山西组砂岩裂隙含水层及下石盒子组砂岩裂隙含水层。由于开采面积小,开采较分散,影响程度较轻。

(2)污水排放对地下水质的影响。煤矿采矿活动中产生的废水采用斜管沉淀池处理,有效地避免了污水的储存、运输环节下渗污染地下水和原煤储存场通过雨水淋溶下渗污染地下水。生活污水经过化粪池、沉淀池处理后排出矿外。经过处理后水中污染物浓度可达到《污水综合排放标准》一级标准要求,对水质的影响不大。

(3)矸石淋溶水对地下水质的影响。本矿矸石量较小,大部分于井下回填,只有少量运往地面临时矸石场,定期清理用来填工业场地附近沟渠,堆放周期短。矸石淋溶水对地下水质无明显影响。

综上所述,虽然采矿活动导致地下水系统小面积遭到破坏,但没有对附近村民生活饮用水产生影响,工程排水对地下水水质无明显影响,采矿活动对评估区含水层影响或破坏程度较轻。

3.3 地形地貌景观和破坏现状评估

(1)采空区塌陷区。据现场调查,二1煤采空区位于白沙向斜南西翼,地势南高北低,西高东低,整体地形起伏变化较大,属侵蚀型低山丘陵地貌。采矿过程中对地表形态的影响不显著。故采矿活动对已采区原地形地貌景观的影响和破坏程度较严重。

(2)工业场地压占区。工业场地面积4.22 hm2,包括主井、副井及井口建有的绞车房、储煤场、办公房、职工食堂、浴池等建筑物,对地形地貌破坏程度较大。废弃物、矸石堆引起的地貌破坏如图2所示。

图2 废弃物、矸石堆引起的地貌破坏Fig.2 Landform damage caused by waste and gangue piles

(3)其他区域。其他区域为非采矿区域,面积125.23 hm2,矿业活动对其他区域地形地貌景观的影响较小,现状条件下,其他区域对地形地貌破坏程度较轻。评估区内基本没有大型野生动物以及受国家保护的动植物种类。没有风景区、名胜古迹、自然保护区和饮用水源地等环境敏感点。

综上所述,采矿活动对对地形地貌景观的影响和破坏程度为较严重,其余区块为较轻。

3.4 土地资源破坏现状评估

(1)采空区塌陷区[9-12]。锦卓煤矿前期开采活动形成采空塌陷区,影响区6.96 hm2。矿业活动已造成部分旱地功能减退,农村宅基地服务功能降低,共破坏各类土地面积6.96 hm2。采矿活动塌陷区对土地资源的影响和破坏程度为严重。

(2)工业场地压占区。工业场地面积4.22 hm2,包括主井、副井及井口建有的绞车房、储煤场、办公房、职工食堂、浴池等建筑物,土地功能遭受到破坏,破坏旱地面积1.46 hm2、采矿用地面积2.76 hm2。现状条件下,采空区对土地资源影响影响和破坏程度为较严重。

(3)其他区域。其他区域为非采矿区域,面积125.23 hm2,矿业活动对其他区域土地资源的影响较小,现状条件下,其他区域对土地资源影响和破坏程度为较轻。

3.5 矿山地质环境影响现状综合分区

矿山地质环境影响现状评估综合分区见表2。

表2 矿山地质环境影响现状评估综合分区Tab.2 Comprehensive zoning of mine geological environment impact assessment

4 预测评估

4.1 地质灾害危险性预测评估

4.1.1 矿山工程建设造成地质灾害危险性预测评估

(1)采空区引发地质灾害危险性预测评估[13-16]。采空区地表变形大部分已处于稳定,按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定的移动稳定后,实际地表还有少量残余下沉量,这些残余量将持续相当长一段时间。因此,已采区的塌陷区基本会维持原状,没有加剧地面塌陷、地裂缝灾害的可能,其可能性小。危害的对象主要是旱地和村庄用地,可能直接经济损失约105万元。因此危害程度中等。该采空区面积6.96 hm2,属小型地面塌陷,由于地表存在变形,地标建筑物有开裂现象。因此地面塌陷的发育程度中等。综上所述,塌陷区引发地面塌陷的危险性中等。

(2)预采区引发地质灾害危险性预测评估。主要预测项目区开采结束时地表塌陷影响范围,利用MSCS绘制地表塌陷等值线图(图3),结合现状调查结果预测受影响的地表土地情况。从采煤塌陷等值线图中可以看出,采矿活动结束后,将形成一个新的塌陷区,面积125.83 hm2,最大下沉值为6.37 m。采空塌陷区下沉量较大,根据采空塌陷发育程度分级表,采区地表移动变形值较大,发育程度属于强发育。

图3 地表塌陷等值线Fig.3 Contour map of surface subsidence

(3)采空塌陷的诱发因素。采空塌陷诱发因素主要为采矿,开挖扰动及爆破震动等。

(4)采空塌陷的危害程度。采空塌陷区主要威胁村庄村民,受威胁人数约260人,危害程度大。

(5)采空塌陷的危险性。矿井开采完毕后形成的新采空区采空塌陷的可能性大,发育程度为强发育,危害程度大,根据采空塌陷危险性预测评估分级表,工程建设引发采空塌陷的危险性大。

4.1.2 矿山建设和生产可能遭受地质灾害的危险性预测

(1)工业场地遭受矸石堆崩塌灾害的危险性预测。矿山生产的矸石少量井下回填、地表填坑,大部分综合利用,作为机制砖原料及时外销,因此在工业场地存放量很有限,基本对工业场构筑和居民生命不构成威胁,预测危险性小。

(2)其他工程设施遭受矿山地质灾害的危险性预测。①居民村庄遭受地质灾害的危险性预测评估:预测评估区范围内分布的村庄有闵庄村、李家门、陈家门和杨家门4个自然村,在不留设保护煤柱的前提下,矿山开采引发的地质灾害对居民村庄的危险性大。②矿区道路遭受地质灾害的危险性预测评估:预测评估区拟采区塌陷区内分布有简易公路,根据预测,公路下方最大下沉值3 m左右(无保护煤柱时),对公路有一定程度的破坏。因此,矿区道路遭受地质灾害的危险性中等。

4.1.3 矿山地质灾害危险性综合评估

锦卓煤矿地质灾害影响程度综合评估分级见表3。

4.2 土地资源破坏影响预测评估

(1)拟采区塌陷区。根据矿山地质环境影响预测评估图结合土地利用现状图可知,工业场地范围为4.22 hm2,塌陷区范围为125.85 hm2,已有塌陷区全部重叠于拟采区塌陷区,重复面积为6.96 hm2,重复区域划为拟采区塌陷区,工业场地位于塌陷区内,由于工业场地单独评估,扣除工业场地面积,故拟采区塌陷区范围为121.63 hm2,塌陷区主要破坏耕地、园地、草地等。预测评估认为,拟采区对土地资源的影响和破坏程度为严重。

(2)工业场地压占区。工业场地面积4.22 hm2,采矿过程中,土地资源的类型不再发生变化,对土地资源的破坏和现状评估相同。因此,预测评估认为,工业场地对土地资源的影响和破坏程度较严重。

(3)其他区域。其他区域为非采矿活动区,随着矿业开发活动的加剧,一部分土地资源将受到破坏,遭受地面塌陷影响,塌陷区地面变形,土地功能遭受到破坏,破坏土地面积10.56 hm2,其他区域土地资源受矿业活动影响较小,预测评估认为,其他区域对土地资源影响和破坏程度为较轻。

4.3 矿山地质环境影响程度预测综合分区

矿山地质环境影响预测评估综合分区见表4。

表4 矿山地质环境影响预测评估综合分区Tab.4 Comprehensive zoning of mine geological environment impact prediction and assessment

矿山地质环境影响程度预测分区如图4所示。

图4 矿山地质环境影响程度预测综合分区Fig.4 Comprehensive zoning of mine geological environment impact prediction

5 地质灾害危险性综合分区评估

综合考虑各区段的地质灾害类型,危害对象,对评估区地质灾害危险性综合分区。现状评估认为,已有采空塌陷区(包含于预测的拟采区塌陷区)和工业场地矿山地质灾害危险性评估为中等,其他较轻。预测评估认为,采空塌陷危害的对象主要为耕地、道路、居民房屋,因此,预测采矿活动有引发采区地面塌陷、地裂缝的可能性,根据地质灾害危险性现状评估和预测评估[17-22]。

综合分区评估认为,拟采区塌陷区和工业场地的矿山地质灾害危险性评估为大,其他区引发和加剧地质灾害的为可能性小(表5)。

表5 地质灾害危险性综合分区评估Tab.5 Comprehensive zoning assessment of geological hazard risk

6 结语

(1)评估区面积1.364 1 km2。矿山生产建设规模为小型,评估区重要程度分级为重要区,矿山地质环境条件复杂程度属于中等类型,确定本矿山地质环境影响评估分级为“一级”。

(2)现状评估认为,采矿活动在地面塌陷区对土地资源的影响程度为严重,在工业场地对矿山地质环境的影响程度为较严重,其他区对矿山地质环境的影响程度为较轻。

(3)预测评估认为,预测采矿活动在塌陷区和预测塌陷区对矿山地质环境的影响程度为严重,工业场地对矿山地质环境的影响程度为严重,其他区对矿山地质环境的影响程度为较轻。

(4)工业场地为地质灾害危险性大区;预测塌陷区为地质灾害危险性大区;其他区域为地质灾害危险性小区。

(5)根据该矿山地质环境影响评估结果,将预测塌陷区和工业场地划为重点防治区,其他区划为一般防治区。