宜昌市夷陵區磷礦開發區礦山地質環境問題及防治對策

張端淼, 陳駿峰, 龐　威, 吳　昱

(1.宜昌市地質環境監測站,湖北 宜昌　443000; 2.宜昌市夷陵區國土資源局 樟村坪國土資源所,湖北 宜昌　443100)

0　引言

湖北省宜昌磷礦是全國四大磷礦區之一,現已探明各類磷礦石地質資源保有儲量約20億t,主要分布于宜昌市的夷陵區、興山縣、遠安縣境內,其中,夷陵區(原“宜昌縣”)的磷礦區面積達168 km2,約占宜昌磷礦保有資源總儲量的80%[1]。夷陵區磷礦開發在為湖北省及宜昌市的經濟發展做出重要貢獻的同時,也帶來了較嚴重的負面影響。由于經濟技術限制及對礦山地質環境認識不足等原因,在礦產資源開發過程中,給環境造成了破壞,尤其是群采礦區,礦山地質環境和生態環境已嚴重惡化。采礦占用與破壞土地資源、引發次生地質災害及造成地下水均衡系統破壞等眾多礦山地質環境問題日趨嚴重,礦業活動給當地生態環境和人居環境造成了極大的負面影響,不僅嚴重影響和制約著當地經濟的發展,也引發了一系列社會問題和矛盾,形成了新的社會不安定因素[2-3]。

1　礦區概況及開發利用現狀

宜昌磷礦位于中國磷礦8個成礦區中的揚子地臺沉積磷礦成礦區(即第Ⅱ成礦區)之湖北宜昌沉積磷礦A級區中,主要集中于黃陵背斜東、北翼,繞背斜核部東、北緣作北西—南東向弧形分布,總面積約300 km2。磷礦層主要賦存于震旦系下統陡山沱組(Z1d)中,該組地層多直接超覆于中元古界西汊河組(Pt2x)之上。

據有關資料統計,宜昌磷礦已探明的磷礦石地質資源保有儲量約20億t,為一陡山沱期大型成礦區。其中,宜昌市夷陵區截止目前已累計查明磷礦資源儲量為13.3億t,保有資源儲量為12.08億t,中富礦約占資源量的60%。宜昌市夷陵區的礦產資源與其它地方相比,具有得天獨厚的優勢,其顯著特點有：礦產種類較多、資源豐富,磷礦、石墨礦資源儲量均排在湖北省第一位;開采深度大多位于當地侵蝕基準面以上,產出平緩,易于開采;分區產出、分布集中,礦層厚度大,礦石品位較高;但貧礦和難采選礦所占較多,雜質含量高,部分礦產的開發利用難度較大。

夷陵區磷礦資源集中分布在區內北部的樟村坪鎮范圍內,由樟村坪礦區、店子坪礦區等9個礦區組成。夷陵區磷礦資源開發歷史悠久,自上世紀70年代中期開采至今,已有30多年的歷史;總體開發程度較高,目前已有十余個質量較好的礦床(段)正在開發利用。夷陵區在開發建設上貫徹大、中、小礦并舉的方針,經過多年發展,現有磷礦開采企業28家,開采礦山(采礦許可證)38座,勘探礦山16座;從1978年到2005年累計開采利用磷礦石1.3億t,大多是P2O5含量28%以上的礦石。從開采規模上看,多為中、小型礦山,平均年采礦量約10萬t/座;從經濟成份上分析,開采的主體以國有、集體礦山企業為主;從開采方式而言,以平硐、溜井的地下開采為主。

2　礦山地質環境概況

夷陵區磷礦分布于宜昌市北部邊陲,屬黃陵背斜南東翼單斜構造侵蝕剝蝕中山—低山地貌類型,地勢自西北向東南逐步降低,最大高差達1 370.0 m;溪河流向和山脈走向大致繞黃陵背斜核部北端展布,長江一級支流黃柏河東支源頭發源于礦區境內,且支流眾多;礦區多峽谷地貌,溝谷斷面多呈狹窄“V”型,為各種地質災害的孕育、發生和發展提供了地形條件。

礦區一帶屬中亞熱帶季風氣候區,多年平均氣溫8.4～9.6 ℃、降水量1 285.5 mm,氣溫低、光照足、雨量充沛是本區氣候的主要特征。碳酸鹽巖約占礦區總面積的65%,結晶巖占總面積的35%。區內出露地層主要為震旦系燈影組、陡山沱組,其次為寒武系及中元古界西汊河組(變質巖),陡山沱組是本區礦段的含磷巖系。區內挽近期以來,新構造運動表現為間歇性和差異性隆起,地震基本烈度為Ⅵ度。磷礦區總體上為單斜儲水構造。根據區內含水層特征,可分為松散巖孔隙水、碎屑巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水及結晶巖風化殼裂隙水四類,富水性不均,地下水動態季節變化明顯,水文地質條件較復雜。

3　主要礦山地質環境問題

據初步調查統計,由于多年的礦產開采,礦區已形成的采空區總面積達13 km2以上。導致了大量的礦山地質環境問題發生,主要表現為：地下采礦造成崩塌和滑坡、采空塌陷等礦山地質災害及其伴生的地表開裂和房屋變形破壞;礦業開發占用土地及破壞植被,廢渣、廢水不達標排放造成水土污染;地下水位明顯下降等,并且形成了可能導致泥石流災害發生的大量礦渣(潛在物源),給礦區人民群眾的生命財產安全及正常生產生活構成威脅;多次出現民房因開裂、垮塌形成危房而不能居住,牲畜掉入山體裂縫傷亡,居民無生活飲用水等災情。

3.1　礦山地質災害

區內發育和分布有各類地質災害(隱患)點共計117處,按災種劃分有滑坡、崩塌(危巖)、采空塌陷、泥石流及地表開裂五種類型,以崩塌(危巖)、采空塌陷為主;主要分布于店子坪、栗西和樟村坪3個礦區,占總數的44%(表1和圖1)。其中,崩塌(危巖)74處,占地質災害點總數的63.25%,主要分布于丁家河、栗西、杉樹埡、樹崆坪和樟村坪礦區;采空塌陷25處,占21.37%,主要分布于店子坪、樟村坪和樹崆坪礦區;滑坡8處,占6.84%,主要分布于丁家河等礦區;地表開裂7處,占5.98%,主要分布于店子坪、丁家河和灰石埡等礦區;泥石流3處,占2.56%,分布于丁家河、杉樹埡和三岔埡礦區。

根據成災動力因素可分為自然動力即剝蝕卸荷和人工動力即采掘崩塌變形兩大類型。地質災害的規模以小型為主,共109處,占地質災害總數的93.16%;中型和大型者為7處和1處,合占6.84%。

表1　礦山地質災害分布表　單位：處

圖1　礦山地質災害分布比例圖

根據研究分析,區內地質災害的空間分布規律主要受地形地貌、地層巖性、地質構造及人類工程活動等多種因素控制。礦山地質災害的產生與現代地貌密切相關,區內98%以上的崩塌和巖滑產生于陡崖及陡坡地帶;地層巖性及巖體碎裂結構是礦山地質災害的主因之一,約90%的地質災害產生于碳酸鹽巖巖類中;另外,受水文地質條件的影響也十分顯著,主要表現為大氣降水的滲入及地表徑流沖蝕對地質災害的孕育與發展具促進作用;再者,地質災害受人類經濟工程活動影響也非常明顯,50%以上的地質災害是由于礦產資源不合理開發和城鎮、公路建設及居民建房削坡等因素引發。

3.2　礦業開發占用與破壞土地、植被資源

據調查統計,截至2010年,各礦山建設總用地面積35.19 km2,其中基建占地22.699 hm2,礦業開發占用與破壞土地總計369.20 hm2(不包括土地功能下降及水土流失),占總用地面積的10.5%。按地類劃分,破壞的土地中耕地為120 hm2、林地為249.20 hm2;按破壞土地的方式,崩塌、滑坡影響與采空塌陷等礦山地質災害對土地資源的破壞最大,共危及或破壞土地面積286.82 hm2;此外,礦山固體廢棄物占用與破壞土地面積為20.57 hm2。廢渣堆置不僅占用了較大面積的土地,而且對堆置場地原有的生態系統、地貌景觀造成了破壞。總體上,礦業開發占用與破壞的土地、植被資源相對較嚴重。

3.3　礦山廢渣、廢水排放與環境污染

據2007年調查統計,礦區較大的固體廢棄物堆場有74處,調查時各磷礦礦山地表累計存放廢渣151.89萬t。目前,礦山排放廢渣的綜合利用程度不高,且綜合利用途逕不多,僅部分廢渣用于修建道路,綜合利用率不到10%。

采礦形成的廢水、廢液與廢渣淋濾水導致土壤和水環境受到一定程度污染,使當地人居環境與工農業生產受到不良影響。礦山廢水年排放總量約314萬t,其中直接排入附近河溪者達253萬t(不包括汛期采場及廢渣堆淋濾廢水)，主要源自礦山的選礦、礦坑(采場)排水。廢水循環利用率不高,僅19.38%,多數礦山未經任何處理自然排入礦區河溪中,對地表水環境影響較大。礦山廢水含有大量可溶性離子、有害元素(如總磷、硫化物),且pH值變化較大,以Ⅱ類地表水為主,主要為中性淡水。經取樣分析,地下水化學類型主要為重碳酸硫酸鈣型及重碳酸硫酸鈣鎂型水,其主要污染指標(COD、P、SS)值絕大部分低于《污水綜合排放標準》中的一級標準,隨意排放后污染了地表水和地下水,一定程度上使礦區的水環境質量變差,且影響時間較長。

3.4　礦業開發對水資源的破壞

磷礦開采形成巷道及采空區后,頂板厚度薄的地段易造成地面塌陷、地表開裂,礦層上部山體中的地下水向巷道及采空區內匯集和排泄,極大地改變含水層結構和地下水系統的補、徑、排條件;地下水位降至坑底,形成以礦坑為中心的大范圍降落漏斗或地下水疏干區;頂板含水層中的地下水動、靜儲量逐步減少甚至枯竭,導致區域性地下水位下降,致使地表匯水斷流,淺層水資源(泉)枯竭。礦業開發對地下水均衡系統影響和破壞嚴重且不可避免[4]。

區內主要工業磷礦層多位于當地最低侵蝕基準面以上,采礦活動現已造成許多礦區震旦系燈影組、陡山沱組地下水水位大幅度下降數十米甚至上百米,大面積泉水干涸,直接影響當地的人畜飲水和工農業用水;礦坑排水造成的影響范圍合計達400多公頃,已造成80多處井泉干枯,1 200 hm2以上的土地灌溉困難,6 000余人和數千頭牲畜飲水困難(現多采取飲水工程進行解決)。

4　防治對策及建議

從磷礦開發區所處地域目前的經濟發展水平、礦產資源開發利用現狀及趨勢來看,在未來百年甚至更長的一段時間內,礦區地質環境問題將最為突出,并產生嚴重危害,這是今后防治工作的重點和難點。

防治工作應堅持“預防為主,防治結合”的原則,要注重事前防范,加強采礦過程管理,推行地災防治“三同時”制度。礦山企業在開辦之前就進行地質環境綜合評價,需要實施工程治理的,先治理后采礦;需讓農戶實施搬遷避讓的應盡早規劃,主動搬遷,并結合地方實際,制定鼓勵外遷的政策,對那些自然環境條件較差、解決成本過高的農戶,鼓勵搬遷到本村、本鎮以外的區域安置。礦山地質環境保護不是孤立的事情,不能等出現了問題才引起重視,而應將地質環境保護貫穿于采礦活動的始終,從采礦方法、開采順序等各個方面予以通盤考慮,統籌安排。礦山企業應將地質災害治理工程與主體工程同時設計,同時施工,同時驗收。

對需要治理的地質災害,要針對致災主控因素施治,治理措施強調環境適應性,必須因地制宜、綜合治理、力求根治、不留后患。工程治理方案應滿足切實有效、技術可行、經濟合理、施工簡便的原則,針對區內的主要礦山地質環境問題,提出以下防治對策：

4.1　礦山地質災害

對滑坡可采用削(削坡、清方、減載)、排(截、排水溝、地面防滲)、護(護墻、護坡)、擋(擋土墻、抗滑樁)、固(錨桿、錨索)等措施;對崩塌(危巖)可采用爆破清除、灌漿加固、錨固(錨桿噴護、錨索)、主動防護(主動防護網、襯砌嵌補)、被動防護(落石槽、防護網)等措施;對地面(采空)塌陷可采用充填、支頂治理、灌漿等措施;對泥石流可采用攔擋壩、排導溝結合物源穩固等措施;對地表開裂可采用填埋、灌漿、地面防滲等措施[5]。這些工程處理方法,可酌情采取一種或幾種同時使用,只要采用得當,即可取得良好的防治效果。

4.2　其他礦山地質環境問題

對于礦業開發占用與破壞土地、植被資源問題,可采用土地整理、植被恢復等復墾復綠措施;對于礦山廢渣可采用綜合利用(修路、建材)或復綠等措施,廢水可采用循環利用或凈化處理、有序排放等措施。

礦業開發對水資源的破壞是不可避免且無法根治的,但因區內山高、水資源豐富,且主要工業磷礦層多位于當地最低侵蝕基準面以上,目前采礦活動尚未造成地下水資源枯竭;加上區內河溪縱坡降較大,稀釋、自凈能力較強,礦業活動對水質影響程度相對較輕。建議礦山企業嚴格按照有關標準和要求,對采礦形成的廢水進行有效處理后有序排放。

建議加強礦山地質環境管理、恢復治理、監測和礦區群眾搬遷安置等示范工作,特別是進一步開展采礦爆破振動、采空區地應力變化、水文條件變化等方面的深層次研究,以科學指導采礦工程活動和積累礦山恢復治理經驗。對于早期關停、閉坑和有歷史遺留問題的礦區(如樟村坪礦區、殷家坪礦區、桃坪河礦區、殷家溝礦區等),應積極申請政策支持,多方籌措資金,進行專題研究,主動應對處置工作;同時以礦區為單位,逐步開展地質環境調查評價和恢復治理可行性研究,提出安全可靠、施工簡便的防治措施,提前劃定地質環境相對安全區域,為統籌城鄉發展、加快新農村建設提供地質安全保障。

參考文獻：

[1]郭峰,張端淼,等.宜昌市夷陵區磷礦區礦山地質環境調查與評價報告[R].荊州：湖北省水文地質工程地質勘察院,2007.

[2]中國地質環境監測院.全國礦山地質環境調查技術要求實施細則[M].北京：地質出版社,2004.

[3]姜建軍,劉建偉,等.我國礦產資源開發的環境問題及對策探析[J].國土資源情報,2005(8)：26-31.

[4]張進德,馬軍.礦山環境調查評價與綜合研究[J].西北地質,2003(增刊)：168-171.

[5]南赟,白利平,孫佳麗.北京市齋堂鎮地區主要礦山環境地質問題及防治對策[J].中國地質災害與防治學報,2008(3)：113-117.