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浅析矿山开采对周围地质环境的影响

2021-11-26 140 上传者：管理员

摘要：矿山开采是一项对周围地质环境有着深远影响的人类工程活动，主要体现在地形地貌景观破坏（地面塌陷、道路输电线路损毁、岩土体失稳、水土污染）和含水层破坏等方面。其具有影响长远、破坏规模大且因体量巨大无法精准预测破坏等特点。可造成耕地面积减少、质量下降、地表形状形态残损以及危及人类生命财产安全等后果。目前预防和治理方法主要有：裂缝填充；道路及输电线路恢复与加固；污损土地治理；坡体复绿；开发式治理等。

关键词：
地质环境
景观破坏
生态保护
矿山开采
矿山环境
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1、概述

矿山开采对周围地质环境造成了影响，党的十八大以来对生态文明建设有了极大的关注。近年来，府谷县自然资源和规划局紧紧围绕省市自然资源部门和县委、县政府工作决策部署，深入践行“绿水青山就是金山银山”的生态文明理念，按照全县“东治川、南治山、西治矿”战略定位全面开展国土绿化行动，大力实施生态保护修复，助力推动黄河流域生态保护和高质量发展示范县建设。

府谷县东峰煤矿有限公司位于府谷县城西北约42km处，行政区划隶属陕西省府谷县新民镇管辖。地理坐标为：东经110°38′48″～110°42′56″,北纬39°04′51″～39°06′29″。东峰煤矿矿区可开采煤层有3层，为3—3,4—4,5—2煤，现煤矿生产规模为90万t/a。设计资源储量40.67Mt,设计可采资源储量32.51Mt,矿井总服务剩余年限为20.7a。目前开采范围与层位主要位于井田北部的5—2煤和中部的4—4煤，目前总服务剩余年限约为18.5a。

我国采用“基金”缴存方式治理矿山环境问题时间不长，具体实施操作办法、评价以及设计中参考性的规范和规定少之又少。仅孙晓玲、韦宝玺、李成、杨凌雁等[1,2,3,4]对矿山治理恢复的现状以及在规范化、融资环境、基金等方面进行了讨论和分析，提出了一些分析和考虑。武强、刘宏磊等[5,6]对矿山恢复治理模式进行了讨论。总之，我国在矿山恢复治理方面目前尚处在探索阶段，如何将矿山恢复治理真正落实到位是我们要重点关注的方面。

矿山开采过程面临很多地质环境遭受破坏的问题[7],如何对地质环境破坏进行精准预测和有效治理，是我们当下面临的亟需解决的问题。府谷县是我国产煤大县，其中东峰煤矿又是众多煤矿中在地质环境遭受破坏方面有着一定代表性的煤矿。

2、区内自然环境

2.1 交通位置

神(木)—朔(州)铁路、府(谷)—店(塔)一级公路从矿区南部东西向通过，矿区距神朔铁路新城川集装站约2km,交通便利，矿区内修建有煤矿连接府(谷)—店(塔)一级公路的进场道路，该道路长约1.1km,路面宽7.0m,路基宽9.0m,路面水泥混凝土厚度为25cm;还有自工业场地西侧井口一带，向西北方向沿坡而上至排矸场地的排矸道，道路全长约700m,为厂矿三级道路，路面结构采用水泥混凝土路面，路基宽5.0m,路面宽4.0m;另有自工业场地东南角沿一自然小冲沟缓坡而上，最终至新建炸药库场地平台处的炸药库道路，三级道路，长390m,路基宽4.5m,路面宽3.5m,路面结构采用22cm厚混凝土。

2.2 气象水文

矿区属典型的中温带干旱、半干旱大陆性季风气候。气候特点为：春暖干燥，气温回升快，降水较少，多大风及风沙天气，易起沙尘；夏季炎热多雨，日温差大，7,8两个月多雷阵雨及阵性大风天气；秋季凉爽湿润，气温下降快，10月份后降水速减；冬季寒冷干燥，雨雪稀少，且封冻期较长，季节性冻土最大冻深146cm,冬季至春末夏初多风，平均风速为2.5m/s,最大风速18.7m/s,风向多为南西；多年平均蒸发量2450.8mm。据府谷县气象局提供资料，从1959年至2020年府谷降水量见图1,图2。

2.3 地形地貌

东峰煤矿位于陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘，地表大部被第四系黄土所覆盖，基岩在沟谷中多有出露，地形总体为西北部高东南部低，最高点位于东峰煤矿井田西北部，高程1342m;最低点位于东南部边界一带的龙王庙沟谷河道，高程约1090m,相对高差约252m。自新近世以来，由于受振荡性上升为主的新构造运动影响，经受多次剥蚀、侵蚀切割和堆积作用，形成了不同的地貌景观，按其成因和形态，矿区地貌单元主要分为黄土梁峁沟壑及河谷地貌两类。

2.4 植被

东峰煤矿井田范围内地表植被以沙生植被为主，主要分布有沙柳、柠条、沙蒿、狗尾草、长芒草、白里草香等。人工栽植乔木树种有旱柳、刺槐等；灌木林主要有沙棘、红柳、沙柳、沙打旺、紫穗槐、柠条等；天然林有杜松、油松、侧柏。长芒草分布面积较大，分布于东峰煤矿矿区中部的黄土梁及黄土沟谷地区，以黄土梁区分布最广，占评估区面积的81%。农作物主要分布于温庄则村、沙梁村及前龙王庙沟谷一带的黄土梁、黄土峁及河道内，主要有玉米、大豆、薯类等，种植作物均为一年一熟，植被分布面积约占东峰煤矿矿区面积的7.39%。

3、区内地质环境

3.1 地层岩性

矿区地表大部分被第四系松散堆积物覆盖，但较大支沟中断续出露侏罗系、新近系地层，井田内地层由老至新依次为三叠系、侏罗系、新近系和第四系。

区内地表主要由全新统黄土覆盖。其沉积类型主要有两类，冲洪积层和风积层。冲洪积层(Qal+pl4):主要分布在北部和西南部较大支沟内，构成一级阶地和漫滩。上部岩性为亚砂土、粉细沙，下部为砂砾石层，厚度3m～10m。风积层(Qeol4):主要分布在梁峁东坡，呈片状以固定～半固定沙丘的形式覆盖于其他地层之上，厚度2m～5m。岩性为褐黄色细沙、粉沙，质地均一，分选较好。

3.2 地质构造

东峰煤矿地质构造简单，为北西走向，倾向南西西，平均倾角不大于1°的单斜构造，无大的断裂及褶皱发育，无岩浆活动痕迹。延安组为向西南微倾的简单叠置地层，层内发育宽缓的波状起伏及鼻状隆起，节理等构造。

府谷地处长期相对稳定的地台区，构造变动微弱，地震出现频率小而且强度低。仅公元1448年在榆林发生过4.7级地震；1621年5月在府谷孤山一带发生过6.7级地震，此后再未发生过4级以上地震。

3.3 水文地质

第四系全新统冲-洪积孔隙潜水含水层(Q2al+pl4):分布于龙王庙沟两岸的漫滩中。因在下游沙梁村北建有淤地坝，含水层厚度变化较大，一般为1m～10m。岩性多为亚砂土夹砂层及碎石，泥质含量较高，透水性能较差，水位埋深1m～4m,含水性弱。

中更新统黄土孔隙裂隙潜水含水层(Ql2):主要分布于梁峁顶部及沟谷边坡地段，厚度变化较大，据钻孔揭露一般2.27m～54.23m,平均厚23.99m。岩性为棕黄色、灰黄色砂质黄土，结构中～稍密，具孔隙，发育柱状节理，地下水以孔隙水为主，其下为隔水性能良好的静乐组紫红色黏土，在龙王庙沟一级支沟底部出露，故黄土孔隙裂隙潜水在局部以上层滞水存在。

4、矿山地质环境现状与分析

已损毁土地主要为工业广场、场外道路、炸药库、排矸场道路、炸药库道路占用损毁、排矸场压占损毁及采空沉陷损毁土地。依据对采空区现场的踏勘调查，并参考“两案”,已损毁土地利用现状和损毁程度见图3。

4.1 滑坡

区内发育的滑坡共6处，其中H1,H2,H3,H4发育规模较小，没有潜在威胁对象。H5高陡土质边坡，滑坡宽约20m,长约6m,坡体厚约3m,体积400m3。其滑动面倾向约210°,倾角约40°,滑坡现状处于基本稳定状态，滑坡规模较小，其下道路为煤矿通往煤泥厂道路，随着滑坡的进一步滑动，对其下道路造成直接威胁。

H6高陡土质边坡，滑坡宽约30m,长约20m,坡体厚约5m,体积3000m3。其滑动面倾向约90°,倾角约40°,该滑坡现状处于基本稳定状态，滑坡规模较小，其下场地有厂房设备，随着滑坡的进一步滑动，对其上道路及副井口设施造成直接威胁。

4.2 地面塌陷

区内大部都处在东峰煤矿3—3煤层采空范围线内，其中烽火台区域位于52盘区(重复采动)。3—3煤层主要由原阳塔煤矿、商业联营煤矿、温庄则煤矿开采，原生产矿井对采空区未采取支护措施，故在上覆地层自重下，各采空区均断续形成地面塌陷，但塌陷沉降幅度一般小于20cm,故地表塌陷形状不甚显著，基本保留了原有地面形态。与塌陷伴生的裂缝在沟谷边缘已被风沙掩埋，塌陷迹象不明显，但在梁顶平台处裂缝发育，局部可见塌陷错位现象。平台草地上裂缝呈断续状，主裂缝沿15°,330°方向展布，走向大致平行。地表裂缝多成组出现，一般每组发育裂缝为3条，每组间隔大致200m左右。缝宽一般约2cm～30cm,现延伸长度100m～200m(局部已被风沙掩埋),裂缝间隔2m～10m,最大可视深度3m左右；次裂缝整体中等发育，缝宽2cm～10cm,间隔3m左右，延伸长度5m～10m,最大可视深度0.5m(如图4,图5所示)。

4.3 含水层破坏

东峰煤矿批准开采3—3,4—4,5—2号煤层，煤层平均厚度分别为4.44m,0.86m,1.81m,3—3煤为首采煤层。含水层主要对上覆孔隙裂隙水、上覆第四系黄土孔隙裂隙水、地表水及第四系松散砂卵石含水层、地下水位、地下水质等破坏。

开采3—3层煤后，导水裂隙带高度范围尚未到达第四系松散黄土孔隙裂隙含水层底部，且该含水层底部有隔水层(红黏土)。采煤对黄土孔隙裂隙含水层影响破坏较轻，村民利用此水源(井或泉水)影响不大。

导水裂隙带高度范围到达第四系松散砂卵石含水层地段如龙王庙沟以下地段，将疏干地表水和地下水。5—2号煤层以上含水层全部遭到破坏，第四系松散砂卵石含水层是矿区村民主要生活生产用水，对居民影响较大，对地表水及第四系松散砂卵石含水层地下水影响程度严重。

井田开采过程中的直接充水含水层为侏罗系中统延安组第一段至第三段砂岩裂隙含水层。开采过程中，在煤岩巷道中，地下水合并泄漏且必然产生混合，使原有的水质发生变化。从井下排出的矿井水主要增加了水体悬浮物和COD的含量，对地下水质影响较严重。

4.4 地形地貌景观破坏

项目区内工业广场用地面积8.80hm2。工业场地地处井田南部，位于温庄则村自然沟中，自然地形两侧高中部低，场地相对高差近50m,东西宽约为120m,南北长约600m。工业广场建设对温庄则沟两侧开挖形成高边坡，对沟底进行回填整平，原沟谷地形地貌景观遭到破坏，影响较严重。矸石场建设，使原来V型谷改变成U型谷，矸石场建设对原地貌影响较严重。但位于项目区北部煤矿整合前开采的3—3煤(房柱式开采)形成的采空区，裂缝、塌陷较严重；2015年至今，整合后开采4—4,5—2煤，长臂综采，重复采动后地面塌陷、裂缝也较严重，位于项目区北部烽火台区域地形地貌景观遭到破坏，尤其是龙王庙村4号烽火台(前龙王庙城墩遗址)区域，影响也较严重。其他建设对地形地貌改造影响较小，影响较轻。

4.5 水土污染

工业场地上建有矿井水处理站一座，处理能力为600m3/d。矿井水处理站采用絮凝沉淀、气浮、过滤消毒处理工艺处理达标后部分回用，不外排。经现场调查，矿井水处理站正常运转。煤矿设有生活污水处理站一座，采用二级生化处理工艺，处理能力为600m3/d。生活污水处理达标后全部回用于绿化及洒水。因此，现状评估区内水资源污染较轻。

根据现场调查，井下掘进矸石主要用于铺路、回填场地；生活垃圾设立垃圾桶收集，统一掩埋处理。目前，矿井生产所排部分废弃物经处理和处置后堆放在评估区中部位置回填场地，对项目区土地资源有一定污染，但总体来说现状土地资源污染较轻。

5、治理措施与建议

5.1 滑坡

对H1,H2,H3,H4持续进行监测。对H5使用浆砌石挡墙进行治理，根据地形布设好伸缩缝。H6因其处在高陡边坡之上，治理造价过高，除加强监测外，需进行坡面植被复绿工作。

5.2 地面塌陷

采用采空塌陷区塌陷裂缝填充、设置警示牌和人工巡视等措施进行治理，施工工序主要有土壤剥覆→裂缝填充→表土处置→表土回覆和平整(见图6,图7)。

裂缝填充主要施工工艺：

1)首先裂缝区在充填前进行表土剥离，具体为沿地表裂缝和需要进行平整的地表倾斜部位剥离表土耕植土层，剥离宽度根据土地损毁程度确定；2)再利用裂缝两侧及附近黄土对沉陷裂缝进行填充；3)剥离的表土就近堆放在裂缝剥离表土范围两侧；4)在充填部位覆盖耕层土壤，并进行人工平土；5)对于近期开采的煤采空工作面，考虑其未达到稳定状态，在明显位置布设警示牌进行示警，并对采空区进行人工巡视，每月两次，发现裂缝及时填充。

塌陷区裂缝首次充填后，下雨天后裂缝会重新出现，需要多次充填治理才能完成。

5.3 含水层

煤层开采对煤层以上地下水含水层破坏和影响是严重的，不可逆的。但随着煤层开采，塌陷形成、沉稳，将形成新的含水层系统——地下水库体系。

根据矿山的生产活动可能对地下水环境的影响程度，结合防治目标、措施、监测点布设原则，了解补径排条件，含水层破坏防止主要以监测为主，主要对地表水、地下水进行监测，定期定点采样，地下水采用钻孔进行监测。

5.4 地形地貌景观提升

项目区水土流失现象严重，生态环境脆弱，坡体冲沟发育较多。为了避免周围坡体出现植被稀疏，坡体冲刷，表土裸露的情况。景观提升工程主要以坡面复绿为主，结合当地气候、气象水文等条件，种植国槐、紫花苜蓿、油松等植被。

5.5 水土污染

排矸场应分层回填，分层覆土，不得裸露在外。生活垃圾与废机油等废弃物应集中处理。在没有必要的情况下，不得随意新建住宅、办公以及工厂等构筑物，以免造成新的污染。

6、结语

矿产资源开发，往往伴随着对周围环境的破坏与干扰现象发生，常见有滑坡、地面塌陷、含水层破坏、地形地貌景观破坏、水土污染等情况。根据各级政府对矿山地质环境治理恢复与土地复垦基金实施办法的要求。在使用基金过程中，不能避重就轻，严格执行“两案”中修复规划要求，除非有特殊变化。

参考文献:

[1]孙晓玲,余振国,陈晶.以成效评价引导矿山生态修复理念提升[J].中国矿业,2020,29(10):66-72.