井采煤礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)初探
——以趙家寨煤礦為例

南懷方 趙碩碩

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局測(cè)繪地理信息院鄭州450006）

井采煤礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)初探
——以趙家寨煤礦為例

南懷方 趙碩碩

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局測(cè)繪地理信息院鄭州450006）

礦產(chǎn)資源的不合理開(kāi)發(fā)利用，產(chǎn)生了各種礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。文章以新鄭市井采煤礦為例，從開(kāi)采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、對(duì)含水層的影響與破壞、對(duì)地形地貌景觀的影響與破壞以及對(duì)土地資源的影響與破壞進(jìn)行了現(xiàn)狀、預(yù)測(cè)分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防、治理措施與建議。在礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程中保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境，以減少或防止礦山開(kāi)采活動(dòng)造成的地質(zhì)環(huán)境影響與破壞，促進(jìn)礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)、資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

煤礦地質(zhì)環(huán)境環(huán)境保護(hù)趙家寨

趙家寨井下開(kāi)采煤礦位于鄭州市南23 km處，礦井自2004年開(kāi)始建設(shè)，2009年正式投產(chǎn)。礦區(qū)登記面積48.96 km2，該礦主采二1煤層，礦山剩余服務(wù)年限30余年。礦井采用立井式開(kāi)拓，罐籠提升，中央并列通風(fēng)，采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法開(kāi)采。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a。

1 采礦活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響

1.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析

據(jù)野外實(shí)地調(diào)查，礦田目前有地面沉（塌）陷5處，形成沉（塌）陷區(qū)0.57 km2，造成地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大；地裂縫18條，影響面積0.35 hm2，多見(jiàn)于塌陷區(qū)邊緣，規(guī)模為小型，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小；黃土崩（滑）塌地質(zhì)災(zāi)害3處，崩塌體小于200 m3，規(guī)模為小型，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小[1]。

礦山開(kāi)采引發(fā)、加劇和遭受的地質(zhì)災(zāi)害主要為地面沉（塌）陷和地裂縫地質(zhì)災(zāi)害[2]。該礦田全部開(kāi)采后，全區(qū)地面沉（塌）陷面積將達(dá)到19.46 km2，全區(qū)將出現(xiàn)長(zhǎng)期或季節(jié)性積水面積18.36 hm2；另外，地表將新增地裂縫災(zāi)害。因此預(yù)測(cè)全井田礦山開(kāi)采引發(fā)地面沉（塌）陷和地裂縫危險(xiǎn)性為大。全區(qū)開(kāi)采后，預(yù)測(cè)直接經(jīng)濟(jì)損失將達(dá)1.5億元。

縣級(jí)重點(diǎn)保護(hù)文物下設(shè)有保護(hù)煤柱，預(yù)測(cè)其遭受礦山開(kāi)采引發(fā)地面沉（塌）陷和地裂縫危險(xiǎn)性小。

1.2 對(duì)含水層影響分析

該礦開(kāi)采對(duì)第四系孔隙潛水含水層、上、下石盒子組孔隙、裂隙承壓水含水層組影響較輕，對(duì)孔隙承壓水含水層、巖溶裂隙承壓水含水層影響為嚴(yán)重[3]。

地面沉（塌）陷區(qū)內(nèi)二1煤、二3煤組頂板砂巖含水層結(jié)構(gòu)被破壞，水位大幅下降；日疏干開(kāi)采量為2160～2880 m3，二1煤層以下巖溶含水層水位下降91.81～95.01 m，礦坑排水對(duì)二1煤層以下巖溶含水層影響嚴(yán)重。

煤礦開(kāi)采對(duì)第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水含水層影響較輕，對(duì)其它地層孔隙、裂隙承壓水含水層組、巖溶裂隙承壓水含水層影響為嚴(yán)重[4]。

礦坑水排出地表經(jīng)處理合格后做為生產(chǎn)生活用水，不予外排，礦山開(kāi)采對(duì)礦區(qū)及其周邊地下水質(zhì)影響程度較輕。該礦在矸石浸出液中有毒有害元素含量均很低，各項(xiàng)指標(biāo)均低于規(guī)定的含量標(biāo)準(zhǔn)，因此矸石堆放對(duì)地下水的影響較輕。

預(yù)測(cè)礦區(qū)煤層開(kāi)采后礦井排水影響范圍約為礦界外1 800 m～127 500 m（滲透系數(shù)取最大值27.1443 m/d。礦山開(kāi)采對(duì)地下含水層的影響大于礦區(qū)范圍。礦區(qū)居民生產(chǎn)生活用水主要取自淺層地下水，因此對(duì)區(qū)內(nèi)居民的生產(chǎn)生活用水造成影響較小。

1.3 對(duì)地形地貌景觀影響分析

該礦工業(yè)場(chǎng)地、交通線路占地0.28 km2。其中工業(yè)廣場(chǎng)占地改變了原有地貌形態(tài)，造成生態(tài)景觀系統(tǒng)在空間上的不協(xié)調(diào)性，對(duì)地貌景觀及周邊環(huán)境影響為嚴(yán)重，交通線路占地較少，對(duì)景觀影響較輕。井田開(kāi)采形成地面沉（塌）陷呈碟狀，改變了以前平坦地貌形態(tài)。地裂縫累計(jì)影響面積1.479 hm2。地面沉（塌）陷及地裂縫對(duì)原生地形地貌景觀影響明顯，破壞程度為嚴(yán)重。

根據(jù)前述預(yù)測(cè)全區(qū)開(kāi)采結(jié)束后，該礦將形成地面沉（塌）陷面積29.46 km2。開(kāi)采后地表最大水平變形值將達(dá)到28.33 mm/m。因此全區(qū)開(kāi)采形成的地面沉（塌）陷對(duì)原生地形地貌景觀破壞程度為嚴(yán)重。同時(shí)，該礦每年產(chǎn)生大量的矸石長(zhǎng)期堆放對(duì)地貌景觀影響為較嚴(yán)重。

1.4 對(duì)土地資源影響分析

該礦土地資源占用與破壞因素為地面沉（塌）陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害及工業(yè)場(chǎng)地占用土地。井田范圍內(nèi)已形成較大面積采空區(qū)和地面沉（塌）陷，工業(yè)場(chǎng)地及礦業(yè)活動(dòng)已造成土地破壞與水土流失，占用土地大部分為耕地[5]，該礦工業(yè)場(chǎng)地生產(chǎn)及地下采礦活動(dòng)對(duì)評(píng)估區(qū)土地資源影響為嚴(yán)重。

礦山生產(chǎn)期工業(yè)廣場(chǎng)、出入場(chǎng)公路等設(shè)施將持續(xù)占用土地資源，井田煤炭開(kāi)采將形成大面積采空區(qū)和地面沉（塌）陷區(qū)，礦業(yè)活動(dòng)將加劇土地破壞與水土流失[6]。該礦開(kāi)采終了后工業(yè)場(chǎng)地及地下采礦活動(dòng)對(duì)評(píng)估區(qū)土地資源影響為嚴(yán)重。大面積的采空地面沉（塌）陷將改變礦區(qū)地貌，在地表出現(xiàn)下沉的同時(shí)，還將出現(xiàn)地面積水、伴生地裂縫等現(xiàn)象，同樣對(duì)土地資源產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境防治工程

2.1 地質(zhì)災(zāi)害防治工程

2.1.1 地面沉（塌）陷及地裂縫地質(zhì)災(zāi)害

進(jìn)行地面變形監(jiān)測(cè)，采取專業(yè)監(jiān)測(cè)與簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)相結(jié)合方式開(kāi)展[7]。首先設(shè)置固定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)達(dá)到基本控制塌陷區(qū)形態(tài)，準(zhǔn)確測(cè)量塌陷面積和下沉深度為宜。其次要對(duì)地裂縫、建筑物開(kāi)裂采用人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、量測(cè)，提前采取預(yù)警、避讓，并及時(shí)維修。地面變形監(jiān)測(cè)需長(zhǎng)期、連續(xù)地監(jiān)測(cè)，以便掌握地面不沉（塌）陷、地裂縫的形成發(fā)展規(guī)律，提早預(yù)防、治理。

在采礦過(guò)程中，調(diào)查采空區(qū)及空巷位置，預(yù)防采空區(qū)及空巷提前冒落，還應(yīng)預(yù)留安全煤柱，利用礦渣回填采空區(qū)等措施，減少地面塌陷和地裂縫的發(fā)生。對(duì)于裂縫建筑物采取維修甚至搬遷措施，確保人員安全。

沉（塌）陷區(qū)使耕地發(fā)生較大幅度的變形，從而影響礦區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，穩(wěn)定后應(yīng)進(jìn)行土地恢復(fù)治理工程。在塌陷的邊緣地帶出現(xiàn)的地裂縫及時(shí)進(jìn)行回填處理，治理地裂縫一般采用填埋、灌漿、防滲處理。

2.1.2 崩（滑）塌地質(zhì)災(zāi)害

采取全面巡查和重點(diǎn)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的辦法，主要采用巡視法監(jiān)測(cè)，據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析變化速度和發(fā)展趨勢(shì)，判斷發(fā)生采坑邊坡崩（滑）塌的可能性，及時(shí)制定防治方案。對(duì)受地質(zhì)災(zāi)害威脅較大區(qū)域的高陡邊坡設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)邊坡重點(diǎn)在崩滑面（帶）等兩側(cè)點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位移量。

在可能發(fā)生崩（滑）塌區(qū)周圍用鐵絲網(wǎng)封閉，設(shè)置安全警示牌，防止人畜誤入。必要時(shí)應(yīng)采取加固措施、削坡降低坡高、坡角，或修筑攔墻、疏浚礦區(qū)排水系統(tǒng)，消除誘發(fā)災(zāi)害條件。

2.2 含水層破壞恢復(fù)治理工程

礦山開(kāi)采對(duì)含水層影響嚴(yán)重。在地面塌陷坑、工業(yè)廣場(chǎng)修筑排水溝、引流渠、防滲漏處理等措施，防止有毒有害廢水、固廢淋濾液污染地下水；揭穿含水層的井巷工程，應(yīng)采取止水措施，防止地下水串層污染[8]；采取帷幕注漿隔水、灌漿堵漏、防滲墻等工程措施，最大限度阻止地下水進(jìn)入礦坑，減少礦坑排水量，保護(hù)地下水資源。

礦井水經(jīng)沉淀處理后，主要作為井下生產(chǎn)用水，對(duì)環(huán)境影響不大。含水層破壞恢復(fù)治理主要依靠自然恢復(fù)。采礦過(guò)程中，對(duì)疏干排出的地下水進(jìn)行處理，加以利用，用于礦山生產(chǎn)生活用水。礦山閉坑后停止對(duì)地下水抽排，在一定時(shí)期內(nèi)可自然恢復(fù)。定期對(duì)含水層的監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)礦區(qū)地下水位、排水量及水質(zhì)變化，防止污染含水層。

2.3 地形地貌景觀和土地資源破壞恢復(fù)治理工程

該礦區(qū)地形地貌景觀和土地資源破壞預(yù)防工程，主要體現(xiàn)在地面沉（塌）陷和地裂縫地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防及煤矸石綜合利用，以減輕對(duì)土地資源的破壞，同時(shí)減輕對(duì)地形地貌景觀的破壞。

地形地貌景觀和土地資源的恢復(fù)治理將結(jié)合地面塌陷、地裂縫綜合治理，地質(zhì)災(zāi)害治理工程的實(shí)施可以修補(bǔ)和恢復(fù)礦區(qū)地形地貌景觀及土地資源。礦山開(kāi)采期間，挖方工程（魚(yú)塘）、道路工程、排水溝工程，在工程外側(cè)實(shí)施綠化，可以進(jìn)一步美化地貌景觀。閉礦后，拆除工業(yè)場(chǎng)地廢棄的建筑物，清理平整地表，復(fù)耕或植樹(shù)種草以恢復(fù)土地功能。

3 建議

⑴礦山建設(shè)應(yīng)貫徹國(guó)務(wù)院頒布的《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》。礦山建設(shè)應(yīng)做好地質(zhì)災(zāi)害的“防”與“治”，貫徹預(yù)防為主，防治結(jié)合的方針，突出“以人為本”，做好可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)預(yù)案。

⑵該礦山建設(shè)開(kāi)采過(guò)程中存在引發(fā)、加劇，遭受地質(zhì)災(zāi)害的可能。礦山及全體職工一定要對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性和危害性有足夠清醒的認(rèn)識(shí)，災(zāi)害意識(shí)要時(shí)時(shí)在心，查之入微。

⑶加大科技投入，改進(jìn)開(kāi)采方法，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，盡可能的降低礦業(yè)開(kāi)采對(duì)礦區(qū)環(huán)境的破壞，根本上減輕地面塌陷危害，減少地面裂縫數(shù)量與規(guī)模；加強(qiáng)對(duì)煤矸石和礦坑水的綜合利用研究，提高礦產(chǎn)資源綜合利用率。

⑷礦山建設(shè)中應(yīng)加強(qiáng)礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)。礦山開(kāi)采過(guò)程一定要把環(huán)境保護(hù)工作同步開(kāi)展起來(lái)，努力創(chuàng)造綠色礦山，使生態(tài)系統(tǒng)和地質(zhì)環(huán)境得到恢復(fù)和改善，做到人類、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展[9]。

⑸對(duì)礦山生產(chǎn)期結(jié)束后礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)與保持開(kāi)展綜合研究，完善閉坑后礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作。

[1]DZ/0238-2004地質(zhì)災(zāi)害分類分級(jí)（試行）[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004．

[2]任軍旗，鄭群有，方茜娟．礦山地質(zhì)環(huán)境治理[J]．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)防治學(xué)報(bào)，2008，19(3)：160－162.

[3]DZ/0133-94地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)程[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994．

[4]武強(qiáng)，陳奇.礦山環(huán)境問(wèn)題誘發(fā)的環(huán)境效應(yīng)研究[J]．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008，35(5)：81－85.

[5]GB/T 21010-2007土地利用現(xiàn)狀分類[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007．

[6]TD/T1011-2000土地開(kāi)發(fā)整理規(guī)劃編制規(guī)程[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

[7]李長(zhǎng)洪，任濤，蔡美峰，等．礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及其防治對(duì)策與方法[J]．中國(guó)礦業(yè)，2005，14(1)：29-33.

[8]GB12719-91礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991．

[9]DZ/T223-2011礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案編制規(guī)范[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

收稿：2014-05-09