托克逊昭和泉煤矿一号井矿山地质环境现状及土地复垦措施

吴 员 李 玺

（新疆维吾尔自治区煤炭综合勘查院，新疆 乌鲁木齐 830002）

矿产资源的开采利用是我国经济发展的基础。在矿产资源开发利用的过程中，也导致了诸多问题，如破坏了矿区原有的生态平衡，矿区生态环境遭到破坏；粗放的生产管理，环境治理相对滞后，对原有地形地貌、地下水以及周围环境造成较为严重的破坏。因此，矿山企业要坚持可持续发展理念，就要积极推行创建绿色生态可持续型矿区，不遗余力地进行矿区土地生态环境治理工作。

沼和泉煤矿一号井位于新疆托克逊县克尔碱矿区，距托克逊县城约45 km，井田内开采煤层3层，自上而下编号依次为5-3、5-2、5-1，开采标高+650～+150 m，90 万t/a。通过收集资料、实地开展矿山地质环境及土地资源等调查，查明矿区地质环境条件和土地资源利用现状，提出矿山地质环境治理、修复与土地复垦技术措施[1-5]，以减轻矿业活动对地质环境及土地利用的影响，保证矿山可持续健康发展[6-8]。

1 概况

沼和泉煤矿位于吐鲁番盆地西北边缘低山丘陵地带，矿区内海拔标高+930～ +570 m。绝大部分为斜平地，坡度50‰，北高南低。区内气候干燥，区内无常年地表径流，多年平均降水量仅20.3 mm，多年平均年蒸发量5 826.2 mm。区内水系不发育，常年水流仅有克尔碱沟，流量0.068～0.2 m3/s，源自西部高山区末日齐克山东端北坡，经黑山与喀坑艾代山之间流入本区，年径流量445.54 万m3。春季融雪期水量较大，最高洪峰出现在7～8 月，推测最大洪水量88.73 m3/s。区内西侧沼和泉二号井泉水发育，多为季节性泉水，泉群流量3.62～7.43 L/s。矿区由砾石或碎石组成的棕漠土，几乎无天然植被生长，植被覆盖率基本为零。

2 地质环境

2.1 地质特征

矿井大地构造位置在北天山褶皱带吐鲁番—哈密山间凹陷的西北缘，矿井整体构造形态为宽缓的沼和泉背斜构造，北翼地层平缓，一般均小于20°。南翼靠轴部地层亦平缓，倾角5°～20°，轴部岩层倾角较大。区内发育断层16 条，其中首采区内13 条，延展长度50～760 m，落差0～68 m。区内无岩浆岩，无陷落柱。地层自下而上发育中石炭统硅质岩，上三叠统粉砂岩、泥岩互层夹灰色细砂岩；下侏罗统八道湾组粉砂岩夹粗砂岩、砂砾岩，含4-2 煤层；下侏罗统三工河粉砂岩；中侏罗统西山窑组粗砂岩—细砂岩与灰色粉砂岩、泥岩互层，含5 号煤组；中侏罗统头屯河组中粗砂岩、浅红色砂砾岩、砾岩；古近系粉砂岩、泥岩；新近系细砂岩；第四系砾石层。

区内主要含煤地层为西山窑组和八道湾组，含煤地层共312 m。

2.2 矿体特征

矿区内主要含煤地层为西山窑组和八道湾组。西山窑组（J2x）地层平均厚225 m，含一个煤组，即5 号煤组，含煤八层以上，平均厚12.1 m，煤层编号自上而下为5-6、5-5、5-4、5-3上、5-3、5-2、5-1，共七层煤。其中，5-3、5-2、5-1 为主要可采层，可采煤层平均厚度为8.89 m。八道湾组下部地层因基底隆起，沉积缺失，只含4-2 号煤层，平均厚0.30 m，发育不稳定，为不可采煤层。

2.3 水文特征

1）矿区充水条件。区内气候干燥，常年无地表径流。多年平均降水量仅20.3 mm，多年平均年蒸发量5 826.2 mm。海拔+500～+870 m，地下水位变化与地形变化基本一致。坡度较大，约50‰，偶尔有降水入渗尚难湿润数十米厚的干涸岩层（包气带），即使有短暂洪流亦极易排泄。北部地下水为本区地下水的主要补给来源，向南排泄。地下水的补给源相对匮乏，地下水受控于地形地貌、地质构造、区域自然地理条件，含水层含水性微弱，均属于弱富水性等级。

2）含水层特征。区内主要为第四系孔隙含水层，下第三系陆相半胶结孔隙裂隙含水层，侏罗纪基岩裂隙含水层，石炭系含水层。第四系孔隙含水层受季节影响较大，Kcp=4.834 m/d，q=0.516～0.711 L/s·m，中等富水性。下第三系陆相半胶结孔隙裂隙含水层，以砂砾岩为主，Kcp=0.035 8 m/d，q=0.023 6 L/s·m。侏罗纪基岩裂隙含水系：由细、中、粗砂岩和砂砾岩组成，岩性沿走向与倾向均有变化，粒度变化也较大。浅部裂隙发育，含水性较强，向深部裂隙逐渐减少，变小，含水性也随着变弱。石炭系含水层，q=0.005 2～0.035 L/s·m，Kcp=0.023～0.034 m/d。

2.4 工程地质

5 号煤组直接顶板粉细砂岩类饱和状态下单向抗压强度多小于15 MPa，属不稳定型顶板；其直接底板粉细砂岩类，饱和状态下单向抗压强度多小于15 MPa，属不稳定型底板；软化系数多小于0.75，为易软化的较软岩—极软岩，围岩稳固性差。

3 地质环境现状

3.1 地质灾害

1）崩塌。矿区东北及北部地区发育崩塌区，影响范围长约1500 m，地表标高在+1 780.00～+1 900.00 m 之间，地形坡度约35° ～60°，坡向175°～25°，坡面地层走向近东西向及东南45°方向，陡崖坡面与地层近于垂直，不利于坡面稳定性。上部约30～50 m 为石炭系地层，下部为细砂岩、粉砂岩，坡顶风化强烈，裂隙发育不明显，坡顶可见多处危岩，坡底亦见该层崩落的许多岩块，崩落岩块体积一般不超过1.20 m3，崩落岩石沿坡面滚落，四散堆积，崩塌发育程度强。

2）采空区。矿井范围内总体存在一处地面塌陷区，为采空区塌陷，地面投影采空区面积约34 hm2，采空区塌陷主要表现为地表裂缝，目前无塌陷坑。裂缝一般成组出现，每组5～8 条，裂缝宽在3～10 cm 之间，长在15～110 m 之间，可见深度0.50～1.0 m。矿山经常按期对地面塌陷进行巡查，并已投入资金对地面塌陷区进行治理，治理方式主要利用挖掘机通过覆土对地面裂缝进行覆盖，防止井下煤层自燃，保证了矿山自开采至今尚未发生地面塌陷灾害造成人员和机械设备损毁事件。

3.2 含水层破坏

根据矿山提供的年涌水量数据，井下正常涌水量为252.00 m3/d，地下涌水通过排水系统排至水处理站处理后复用，排水量较小，对地下水影响小。同时区内煤层顶、底板充水含水层为砂岩孔隙裂隙承压含水层，钻孔渗透系数为0.009 m/d，单位涌水量为0.007 35 L/s·m，单位涌水量小于0.1 L/s·m，属弱富水性含水层。区内多年平均降水量仅20.3 mm，蒸发量是降水量的287 倍，大气降水对地下水补给甚微。

目前矿山已基本完成了对地面塌陷区裂缝的治理工作，杜绝了大气降水自塌陷区裂缝涌入井下巷道的风险，同时构造裂隙亦不发育，大气降水通过裂隙带对地下水补给量有限。区内地面坡度较大，有利于降水向沟谷汇集，减少了降水下渗效果，补给面积小，所以补给量亦有限。根据井下疏干排水量、地层水文地质特征和补给条件，现状条件下采矿活动对地下水资源量影响小。

3.3 地形地貌景观破坏

矿山开采影响区内采空地面未见塌陷，主要表现为地面裂缝，已对地裂缝进行了覆土，形成一道一道的地垄，未较大改变原地形地貌，矿山开采影响区对地形地貌景观的影响较轻。矿井目前地面建设主要为工业场地，建筑地面设施通过人工开挖或填筑修建已改变原有地貌，不同程度的造成区域的景观格局发生变化，使得景观连接度降低，景观异质性也随之发生变化。另外由于矿山建设，工业广场范围内存在一定的土地占压和挖损，现状条件下，矿山地面建设对地形地貌景观的影响严重。区内各场地情况见表1。

表1 地面建设占地情况统计表

4 矿山地质环境治理和土地复垦措施

4.1 地质环境治理

矿山存在的地质环境主要为采空区和崩塌，以及地形地貌的破坏，针对这类地质环境治理进行具体描述：

1）采空区地面塌陷治理：在目前现有裂缝及预测地面塌陷范围外10 m 设置铁丝围栏（图1），同时在铁丝围栏处每隔100 m 安置一个警示牌，起到警示作用。目前矿山工业广场、井下巷道、矿区边界等需要留设保护煤柱的均要按规范要求留设足够保护煤柱。在生产期间加强对预测塌陷范围地面变形监测，主要监测方法为图根水准测量、遥感监测等方法。在矿区范围内侧设立地面观测点，加强对地面的监测，随时掌握周边地表变形情况。

图1 围栏警示工程示意图

2）地表裂缝充填：由于地形简单，塌陷区内坡度不大，适合机械作业，故设计对塌陷区内伴生地裂缝采取机械填充技术，采用直接就近挖取土石，填补裂缝，填料夯实后进行平整。该矿塌陷区土地类型为裸岩石砾地，填充平整即可（图2）。

图2 地裂缝充填流程示意图

3）地形地貌修复：通过机械挖高填低工程主要是为了消除采空地面塌陷引起的附加坡度，对区内凹凸不平进行处理并平整，其目的是使塌陷区与周边地形地貌相协调并有利于生物措施的实施，满足植被生长的需要。挖高填低之前要确定好削坡后的标高及坡度等，挖高填低后要对场地进行平整，如图3。

图3 机械挖高填低工程示意图

4）崩塌地质灾害预防工程：设立安全警示牌。

4.2 土地复垦措施

拟复垦土地957.24 hm2，包含工业场地、爆破器材库、采空塌陷范围及矿区内其他地表挖损、渣土堆等压占，复垦方向为裸岩石砾地。根据压占和塌陷对土地的实际影响，依据政策及自然条件的约束，最终复垦为裸岩石砾地的主要目的是与周边地形地貌相协调，并控制可能发生的水土流失。复垦措施主要有建筑物拆除、土地平整、土壤重构工程；针对塌陷区采用机械削高填低的工程施工工艺。根据各复垦单元制定了复垦措施。复垦责任范围损毁土地的复垦单元划分及复垦任务目标情况具体见表2。

表2 复垦责任范围损毁土地的最终复垦方向情况

5 结论

1）昭和泉煤矿一号井目前主要的地质环境是地质灾害、含水层破坏、地形地貌破坏及土地损毁，其中地质灾害主要是以采空区、崩塌为主，采空区裂缝发育影响强，地形地貌破坏及土地损毁主要集中在工业广场，工业场地的建设压占最为严重，含水层破坏对地下水影响比较小。

2）针对未达到稳定状态的地面塌陷区，采取监测措施，在明显位置布设警示牌进行示警，待塌陷区沉降稳定后，可采取防渗处理、削高填低、回填整平、挖沟排水等综合治理措施；对地面裂缝治理，可采取土石充填并夯实、灌浆、防渗处理等措施；对矿区内的崩塌可先采取监测措施，由于一号井田发生崩塌的范围在人迹罕至的地方，相对危险性较小，故仅在明显位置布设警示牌进行示警即可；对含水层破坏治理：克尔碱昭和泉地区降雨稀少，各含水单元富水量弱，不具供水意义，可加强监测，自然恢复即可；对地形地貌景观破坏治理：矿山位于低山丘陵地带,东北高，西南低，地面坡度30‰～50‰，全区南北边缘为剥蚀山地，中间为斜平地，部分为晚更新世倾斜冲洪积台地覆盖，断续有中生代地层出露，呈现岩漠、砾漠地貌景观，可采取清运、采坑回填、整平等工程措施进行治理；对水土环境污染治理可加强管理，严格按照处理工艺处理污废水及废石。