蒙陰縣臺上鐵礦礦山地質環境保護與恢復治理

陳曉梅，李婷婷

(臨沂市國土資源局，山東 臨沂 276301)

臺上鐵礦生產活動對地質環境影響主要表現為引發采空塌陷及伴生地裂縫，對土地資源造成破壞的同時，也對當地生態環境和人民群眾的生命安全帶來一定影響，因此，加強礦山地質環境保護與治理恢復研究非常必要[1]。

1 礦山基本情況及地質環境背景

1.1 礦山概況

蒙陰縣臺上鐵礦位于蒙陰縣城西，紅喜莊至臺上、王去峪一帶，距縣城約12.5km，行政區劃隸屬蒙陰縣聯城鎮管轄。礦區面積為0.2804km2。屬地下開采礦山。設計生產規模10萬t/a，礦山服務年限為4.7a。根據礦山地下開采進程，對地下采空區逐步進行實施治理。根據礦山生產服務年限、礦山開采引發地面塌陷及地裂縫等地質災害的最長影響時間和礦山進行地質環境恢復治理需要的時間，預計礦山開采閉坑后2年內完成全部恢復治理工作及植物的養護。

1.2 礦山地質環境背景

(1)地形地貌。評估區內為較低緩丘陵地形，地形起伏不大，區內地形標高為245～299m，相對高差約50m。區內地形切割深度不大，基巖裸露良好，區內總地勢北東高，南西低，沖溝多為近EW向，西側紅喜莊小河為區內主要河流，近鄰礦區主要山峰為北東側的紅山，海拔標高約299m。

(2)氣象水文。該區地處暖溫帶，屬溫帶季節性半濕潤大陸性氣候區。年平均氣溫13.3℃。年平均降水量750mm，降水時間多集中于7—8月份，約占全年降水總量的70%～80%。冬季有霜凍，最晚12月22日，最早11月23日。礦區位于構造剝蝕低丘地區，屬魯中南中低山丘陵區域水文地質單元。礦區侵蝕基準面位于臺上小河與紅喜莊小河的入口處，該處地形標高+240m左右，區內標高為+245～+296m，相對高差50m。地形切割不強烈，礦體露頭多為正地形，總地勢北東高南西低，地表水流向南西。

(3)地層巖性與地質構造。評估區所處大地構造位置為華北板塊(Ⅰ)、魯西地塊(Ⅱ)、魯中隆起區(Ⅲ)、東平-蒙陰隆起(Ⅳ)、蒙山凸起(Ⅴ)北東邊部，北東近鄰蒙陰凹陷盆地。

評估區附近區域自太古宙至古生代地層出露齊全，自礦區中部向北東自下而上分別出露有泰山巖群雁翎關組、寒武紀朱砂洞組、饅頭組、張夏組、崮山組及炒米店組等地層。太古宙及中生代巖漿巖分布廣泛，北西及北東等方向多組斷裂發育齊全。

礦區地層以泰山巖群雁翎關組含礦地層廣布為特征，北東側寒武系底部地層零星分布，第四系零星分布。評估區構造主要表現為地層單斜構造、韌性剪切造成的太古宙巖漿巖糜棱巖化和泰山巖群(包括礦層)片理化、波狀彎曲等。斷裂構造區內較發育，有NW向、NNE向2組斷裂。

(4)土壤、植被。礦區內礦體賦存于地下，被第四系覆蓋，礦區范圍內土地肥沃，農業發達，主要農作物為小麥、玉米和棉花。植被大部分為松樹，雜草叢及少量矮小灌木，礦區內林地覆蓋率約為70%。

2 礦山地質環境現狀評估

該區處于地面塌陷及地裂縫為主的地質災害易發區內，礦區位于構造剝蝕低丘地區，屬魯中南中低山丘陵區域水文地質單元。礦區侵蝕基準面位于臺上小河與紅喜莊小河的入口處，該處地形標高+240m左右，區內標高為+245～+296m，相對高差50m。地形切割不強烈，礦體露頭多為正地形，總地勢北東高南西低，地表水流向南西，該礦山為地下開采礦山。評估區內崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的地質條件發育較弱。根據以往資料和實際調查結果，礦區內及其附近沒有崩塌、滑坡、泥石流地質災害發生。隨著礦山的開采，采空區面積將逐漸增大，形成較大面積的采空區后，有產生采空地面塌陷的可能，在地表形成塌陷坑和地裂縫。因此，該次地質災害危險性評估的主要地質災害類型為地面塌陷及地裂縫[2]。

3 礦山地質環境預測評估

3.1 礦山地質災害預測評估

(1)地面變形及伴生地裂縫

隨著礦山的開采，地下采空區大面積形成。采空區頂板長期受地壓的作用會出現離層、龜裂、掉塊以至下沉，保安礦柱也會出現開裂、片幫、位移等現象，導致礦柱失穩，造成采空區冒頂、塌陷等地質災害的產生。但礦體為磁鐵石英巖或磁鐵石英角閃巖，節理不發育，巖石堅硬，完整性較強，硬度系數大于7級，為堅固完整工程地質良好層。礦區內各礦體頂底板圍巖均是與礦體同成因的黑云變粒巖、斜長角閃片巖、磁鐵石英角閃巖等巖石，這些巖石結構完整堅硬，巖石硬度達6～7級，抗壓強度60MPa左右，巖石節理不發育，僅局部片理發育。在坑采過程中僅需注意局部巖石沿片理滑落即可。

(2)礦山本身可能遭受地質災害危險性

工程建設場地位于較低緩丘陵地形，地形起伏不大，第四系松散層廣泛分布，地下水富水性中等，現狀條件下不具備產生崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷和地面沉降的地質環境條件。礦山本身可能遭受地質災害危險性為較輕。

3.2 預測評估采礦活動對自然環境破壞情況

3.2.1 對含水層影響與破壞預測評估

(1)礦山排水對地下含水層的影響

礦區地下水類型大致可分為第四系孔隙水、基巖蓋層巖溶裂隙水、基巖風化層裂隙孔隙水和基巖裂隙水4種，潛水面埋深2～7m。

第四系孔隙水主要為周圍居民農業灌溉及部分居民用水，潛水面埋深1～3m，礦井最大涌水量為1000m3/d，受季節影響明顯，巖層富水性較強。但由于礦體露頭多在丘頂，該處第四系不發育，故礦坑排水對第四系孔隙水影響較小。

基巖裂隙水富水性差，單井涌水量一般不大于300m3/d，無法形成供水水源地，故該層水對供水水源的影響較小。

基巖風化層裂隙孔隙水富水性中等，潛水面埋深5～7m，單井涌水量在500m3/d左右，略受季節影響，含水層不具備成為集中供水水源地的條件，故該層水對供水水源的影響較小。

寒武紀地層的巖溶裂隙水為礦坑排水的主要來源，但由于礦區遠離灰巖蓋層，故該層水對供水水源影響較小。

(2)液體廢棄物對地下水的影響

液體廢棄物主要包括生活污水和礦坑排水。礦區生活污水經過管道排至下水管道，然后排至城市集中污水處理廠進行處理，對地下水環境影響小。礦坑水水質對比生活飲用水標準，地下水中各項成分只有總硬度略有超標，其他各項指標均符合國家飲用水衛生標準。礦區排水水質良好。井下水排至地表沉淀后，用作充填、消防、井下鑿巖、防塵、防火用水。因此，礦山廢液排放對水環境影響較輕。

(3)固體廢棄物對地下水的影響

礦山基建期廢石量少，開采期間產生的廢渣可修路填場地、建擋墻、建筑材料、充填自然溝。據分析礦區地質資料和實地調查，廢石巖性主要為黑云母長英變粒巖、斜長角閃巖、角閃片巖等。經試驗，廢石在48h浸溶條件下(蒸餾水浸溶)，pH值,Cu2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+,As3-指標均符合生活飲用水標準。因此廢石淋濾水的水質較好，無論其滲入地下，還是流入地面水體均不會對地表水和地下水環境產生污染。

3.2.2 采礦活動對土地資源影響預測評估

隨著礦山對礦體的不斷開采，地下的采空區將會不斷擴大；但礦體及圍巖堅硬，完整性好；采礦結束后立即對采空區進行全尾砂充填，地表形成較深采空塌陷區可能性不大，對農田耕作影響較小。綜上所述，預測評估礦山開采活動對土地資源影響為較輕。

3.2.3 采礦活動對地形地貌景觀影響預測評估

該礦山生產主要在地下，地面上沒有采石、挖砂、破壞植被等損害地貌景觀的工程活動。采礦結束后立即對采空區進行全尾砂充填，對地形地貌影響較輕。

4 礦山地質環境防治工程

4.1 礦山地質環境恢復治理工程

4.1.1 采空區治理恢復工程方法與措施

開采過程中采用掘進廢石不出坑的方式對采坑進行充填，剩余工作量在采礦結束后采用全尾砂及河沙充填，具體方案如下：

在回風斜井附近建一座充電站,礦房回采結束后對采空區進行充填，利用倒運礦石車把全尾砂返運至充填站，濃縮尾砂由攪拌機攪拌，達到質量濃度65%左右的尾礦漿后，由充填料漿輸送管道輸送至井下充填。

4.1.2 地形地貌景觀及土地資源破壞的防治

礦區內塌陷范圍，應嚴格按照《土地復墾方案》的規劃進行整平整治，最大限度地恢復和維持農田生態平衡，依據礦區地處低緩丘陵、以農業為主的特點，確立礦區土地恢復以生態學原理為基礎，因地制宜，在環境上最優、經濟上可行。與土地利用的總體規劃相一致，并以發展農村生態經濟為中心，以保護耕地為重點，實現經濟與環境的“雙贏”[3]。

4.1.3 含水層破壞的防治

采礦廢水應循環利用，生活污水，機械油污等難于利用，排放可能造成污染的部分，應集中收集，達標排放，避免礦區及周圍水環境質量受到影響。礦區內的工業垃圾要進行集中堆放，及時拉走處理，防止二次污染。

4.2 礦山地質環境監測工程

4.2.1 地裂縫采空塌陷區的監測措施

(1)水準基準點的布置和建立

水準基準點是進行地面變形觀測的起算基準點,擬在礦區外設置2個水準基準點，要選定在穩固的建筑物或構筑物便于保存利用的位置上。

(2)變形監測點的布置

地表變形監測內容包括：地表下沉量、地裂縫、建筑物開裂等。監測點布設為：在全區布設地表下沉、地裂縫、建筑物開裂監測點8處。監測方法為：采用圖根水準測量對地面建筑物和地表開裂進行監測，利用1956年黃海高程系，測量儀器采用S3型水準儀配合區格木質雙面標尺，作業前對儀器和標尺應進行檢查和檢定。

工業廣場房屋的監測點主要是對房屋裂縫的觀測和拍照記錄；農田和山坡布設的監測點主要是對地面變形和位移的監測與記錄。變形觀測點設置要穩固，便于長期保存。

(3)監測周期

礦山開采深度平均+140m左右，監測周期設計為1個月監測1次,如遇地面變形加快等需要縮短周期時,要及時增加觀測次數。

(4)沉降穩定標準

地面沉降是一個連續的時間過程，在地面沉降總的時間內可分為3個階段：起始階段、活躍階段和衰退階段。起始階段從地面下沉值達到10mm起至下沉速度小于50mm/月止；活躍階段為下沉速度大于50mm/月為止；衰退階段從活躍階段結束時開始，至6個月內地面下沉值不超過30mm時為止。

(5)觀測數據處理與成果分析

及時整理原始記錄，計算沉降量，計算平面位移及位移方向和空間位移量。及時整理觀測資料；向地質災害管理部門提交觀測報告；地質災害管理部門負責監督管理。

此外還要進行巷道和采場的變形監測，監測點的布設應放在井下保安礦柱及頂板上，禁止放在運輸巷中。每班次巡查觀察保安礦柱是否開裂、滑動錯位；采空區頂板是否下沉，報警裝置是否靈敏。每個開采水平至少安裝2只頂板下沉報警裝置；安排專人負責監測巡查，避免因個人差異的觀測誤差而判斷不準。

4.2.2 水環境監測方案

礦坑排水雖然對水環境影響小，但亦應考慮重金屬等污染元素長期積累的影響[4]。可采用地上水監測，地下水監測，取地下水和礦坑水，對2種水樣分別進行全分析和污染分析。根據有關標準進行評價[5]。

5 結語

金源礦業有限公司地下開采生產活動對地質環境影響主要表現為引發采空塌陷及伴生地裂縫，對土地資源造成破壞，在以此為代表的地下開采礦區進行了地質環境影響現狀評估及其預測評估。并在此基礎上提出了切實可行的防治措施，對此類型礦山地質環境保護與治理恢復工作具有一定的指導意義。

參考文獻:

[1] 地質災害防治條例[S].國務院令第394號.

[2] 土地復墾條例[S].國務院令第592號.

[3] 山東省地質環境保護條例[S].2003.

[4] 馮碩穎.地質環境保護與地質災害防治的措施[J].內蒙古科技與經濟,2008,(5):14-16.

[6] 韋銀澤.廣西荔浦石灰巖礦山地質環境保護與恢復治理[J].山東國土資源,2013,29(3):26-28.