滕縣煤礦區礦山地質環境綜合評價研究

孔凡杜

(山東省煤田地質局第一勘探隊，山東 滕州 277500)

環境與地質

滕縣煤礦區礦山地質環境綜合評價研究

孔凡杜

(山東省煤田地質局第一勘探隊，山東 滕州 277500)

滕縣煤礦區經過幾十年的煤炭開發活動，礦山地質環境問題日益突出。為了更好地指導該地區礦山地質環境保護與治理工作，該次調查通過資料收集、地面調查、采樣測試等手段，基本查明了區內礦山地質環境現狀，采用疊加法對區內礦山地質環境進行了綜合評價及治理分區，分為重點區、次重點區和一般重點區，提出加強礦山地質環境監測，減少矸石對方，發展水產養殖和農業種植等合理化建議。

礦山地質環境問題；評價；分區；滕縣煤礦區

滕縣煤礦區位于山東省西南部棗莊市和濟寧市境內，縱跨滕州市和微山縣，是山東省重要的煤炭生產基地。自第一對生產礦井柴里煤礦1961年11月破土動工以來，至今已建成33對生產礦井，煤礦的開發建設所引發的礦山地質環境問題日益突出[1]，資源開發與地質環境保護之間的尖銳矛盾將嚴重制約該區社會經濟的可持續發展，因此，在區內進行礦山地質環境調查和評價，對于該區的礦山地質環境保護與恢復治理是十分必要和重要的。

1 地質背景

滕縣煤礦區地層區劃屬華北-柴達木地層大區華北地層區魯西地層分區[2]，區內地層發育較完整。該區被第四系覆蓋，奧陶紀馬家溝群為含煤地層基底，其上由老到新沉積有石炭紀月門溝群本溪組、石炭-二疊紀月門溝群太原組、二疊紀月門溝群山西組、二疊紀石盒子群黑山組、二疊紀石盒子群萬山組、二疊紀石盒子群奎山組、侏羅-白堊紀淄博群三臺組等地層。其中太原組和山西組為該區主要的含煤地層。

該區地處華北板塊魯西隆起區魯西南潛隆起菏澤-兗州潛斷隆的滕州潛凹陷內，東鄰魚臺潛凹陷，西鄰尼山凸起，南鄰兗州潛凸起，屬于魯西諸多斷塊中的一個凹陷塊體[3-4]。工作區地質構造特征與區域構造有著密切聯系，受區域地質構造控制的影響，總的構造形態為一復式褶皺構造。受其制約，區內SN向斷層較發育，斷層多為各礦井井田邊界。

區內巖漿巖主要分布在工作區南部的昭陽、金源、付村、高莊、七五等井田的深部，根據鉆孔和井下揭露，巖漿巖多數分布在石炭、二疊紀地層中，個別侵入到侏羅紀地層，地表無出露[5]。

藤縣煤礦區位于滕縣豐沛基巖水文地質單元的東北部，該基巖水文地質單元東起嶧山斷層，西至嘉祥斷層，南至豐沛斷層，北至鳧山斷層，面積約3500km2，為一近于封閉型水文地質單元[6]。該單元經過多次構造運動，產生了一系列的褶皺、斷裂，形成近EW向、NE向、SN向的大斷裂，把基巖切割成一個個獨立的水文地質塊段，各塊段間地下水水力聯系較弱，各含水層僅通過斷層帶緩慢滲透，互相補給。由于第四系中部隔水層及各主要基巖隔水層的存在，使地表水、第四系上部含水層(淺層地下水)與各基巖含水層無直接水力聯系，每個水文地質塊段多呈封閉型的含水構造，各基巖含水層多以靜儲量為主[7]。

2 調查工作情況

調查工作自2013年10月—2015年6月，共完成1∶10萬礦區生態環境地質調查面積約1687km2，調查生產礦井33對、勘查區5個，收集了各類報告90套，水質分析成果41件及4個孔的地下水24年動態數據；進行GPS測量295點(含采樣點測量)，采取水樣140件、土壤與矸石樣61件，基本查明了滕縣煤礦區內的礦山地質環境現狀。

3 主要礦山地質環境問題

該區主要的礦山地質環境問題有采空塌陷、礦業開發活動占用及破壞土地資源、礦業開發活動對地下水系統的影響與破壞、礦山廢水、廢渣對水土環境的影響等。

3.1 采空塌陷

經過調查，區內有17個煤礦存在塌陷坑，現存塌陷坑共39個，總面積23.1772km2，最大塌陷深度7.9m，積水面積12.7921km2。將工作區塌陷(不包括湖區塌陷)影響程度分為較輕、較嚴重和嚴重3類，其中塌陷積水區為影響嚴重區，塌陷坑邊界以內至積水邊界范圍為影響較嚴重區，其他區域為影響較輕區。采空塌陷影響較輕區面積1663.81km2，影響較嚴重區面積10.36km2，影響嚴重區面積12.82km2。

3.2 礦業開發占用及破壞土地資源

礦業開發占用及破壞土地資源主要表現為地面塌陷破壞土地、矸石堆放壓占土地及工業廣場壓占土地，占用與破壞的土地均為耕地。礦山土地占用與破壞影響程度參照《礦山地質環境保護與恢復治理方案編制規范》(DZ/T 0223-2011)中的規定[8]，據調查，該區33座煤礦共有工業廣場38個，占用耕地總面積633.80hm2，影響程度均為嚴重；區內有18座矸石山，占用耕地總面積60.66hm2，影響程度嚴重的有14座，面積57.07hm2，較嚴重的有4座，面積3.59hm2。

3.3 礦業開發對地下水系統的影響與破壞

區內礦坑排水引起基巖含水層大面積下降，由于其供水意義不大，影響程度較輕；第四系水與基巖水水力聯系較差，礦坑排水引起的基巖含水層水位下降基本未造成第四系水位明顯下降，影響程度較輕。

3.4 礦山廢水廢渣對環境的影響

3.4.1 廢水對水環境的影響

3.4.2 廢渣對土壤環境的影響

礦山廢渣主要為煤礦開采過程中產出的矸石，全區矸石總產量468.16萬t/a。Cd為矸石中的特征污染物，根據《土壤環境質量標準》[11]，土壤中Cd含量小于等于0.3mg/kg的影響程度較輕，0.3～1.0mg/kg的影響程度為較嚴重，大于1.0mg/kg的影響程度為嚴重。對土壤環境影響較輕面積1468.70km2，影響較嚴重面積218.30km2。

4 礦區地質環境綜合評價

4.1 評價方法

礦區地質環境綜合評價方法較多[1,2-15]，根據各礦山地質環境問題要素，采用疊加法對工作區內的礦山地質環境進行現狀評價。即根據區內各礦山地質環境問題要素的影響程度、評價結果，分別對工作區進行分區，再將各要素按照就高不就低的原則進行疊加處理，最后進行綜合分區及評價。

4.2 現狀評價

該區礦山地質環境影響程度分為嚴重、較嚴重和較輕3個等級(圖1)。其中礦山地質環境影響嚴重的區域面積95.37km2，主要包括地面塌陷嚴重地區、工業廣場及矸石山占用土地嚴重地區、礦山廢水對水環境影響嚴重地區；礦山地質環境影響較嚴重的區域一般分布在嚴重區域的外圍一定的范圍，總面積159.45km2，主要包括地面塌陷較嚴重地區、工業廣場及矸石山占用土地較嚴重地區、礦山廢水、廢渣對水土環境影響較嚴重地區；礦山地質環境影響較輕的區域總面積1432.18km2，即區內影響嚴重和較嚴重以外的所有區域。

圖1 工作區礦山地質環境影響現狀分區圖

4.3 礦山地質環境問題發展趨勢分析

4.3.1 地面采空塌陷發展趨勢

地面塌陷的影響范圍，隨著地下煤層開采面積的擴大而不斷擴大，當地下煤炭資源全部采出后，各井田塌陷區將形成一個較大的塌陷盆地[16]。

滕縣煤礦區煤礦全部采用井工，采煤方法為走向長壁式開采，開采過程主要采用垮落法管理頂板。選用中國礦業大學開采損害與防護研究所研制的基于概率積分法模型[17-18]的任意形狀開采塌陷空間——時間統一的預計模型“開采塌陷預測系統MSAS”[19]，對礦區開采塌陷進行了預測。進行塌陷預計時，分別對各煤礦各可采煤層按一次采全高、全部跨落法管理頂板進行預計，最后將各煤層塌陷數據進行數值疊加，從而預測出工作區塌陷范圍。地表變形值為達到充分采動、變形處于穩定狀態下的最大值。

地表塌陷預測及計算繪圖原則如下：①以理論下沉10mm點為受開采影響的邊界點；②采區間邊界煤柱較小，計算時不予考慮；③井田邊界線以儲量計算平面圖為準；④地表潛水位取礦區平均值2.5m。

根據各煤礦資源儲量圖及各煤礦的開采計劃，對各井田進行預測，獲得礦區未來各礦井全部閉坑時的預測結果(圖2)。根據預測，未來各礦井全部閉坑時地面塌陷面積為443.25km2，占工作區總面積的26.27%，其中湖區塌陷面積164.51km2，影響程度較輕；陸地塌陷塌陷深度大于等于2.5m的(塌陷積水)面積71.03km2，影響程度嚴重；1～2.5m的面積75.13km2，影響程度較嚴重；1m以下的面積132.58km2，影響程度較輕。

圖2 工作區采空塌陷預測圖

4.3.2 其他礦山地質環境問題發展趨勢

(1)工業廣場及矸石山占用土地資源。工業廣場占用土地資源將一直持續到礦井閉坑，一般來說，其規模和影響程度基本保持不變。全區矸石總利用量485.26萬t/a，總產量468.16萬t/a，利用量超過了產出量，從而使得區內矸石存量逐漸減少。而隨著矸石綜合利用技術的發展，各煤礦將繼續加大對矸石的綜合利用，其利用量將逐漸增加，預計矸石山占用土地資源面積將逐漸減小，影響程度逐漸減輕。

(2)礦坑排水對地下水系統的影響和破壞。由于該區各基巖含水層補給條件較差，基本以靜儲量為主，隨著各礦井不斷地進行礦坑排水，其水位將持續下降。由于第四系孔隙含水與基巖水水力聯系較弱，基本不會受到礦坑排水的影響。

(3)礦山廢水、廢渣對水土環境的影響。由于各煤礦加大對礦山廢水(煤礦外排水)、廢渣(矸石)的回收利用，其排放量將逐漸減少，甚至達到零排放，因此礦山廢水、廢渣對區內水土環境的影響將逐漸減輕。

5 礦山地質環境保護與治理分區

根據礦山地質環境綜合分區評價結果，《礦山地質環境保護與恢復治理方案編制規范》(DZ/T 0223-2011)，按照表1的分區原則，在充分考慮區內礦山地質環境問題對人居環境、工農業生產、區域經濟發展影響前提下，對工作區進行礦山地質環境保護與治理分區。全區分為重點、次重點和一般3個級別分區(圖3)。其中重點區面積114.74km2；次重點區面積171.81km2；一般區面積1400.45km2。

圖3 工作區礦山地質環境保護與治理分區圖

5.1 重點區防治對策

表1 礦山地質環境保護與治理分區原則

注： 現狀評價與預測評價結果不一致的采取就上原則進行分區。

(1)工業廣場：加強礦山地質環境監測工作；留設保護煤柱，防止采空塌陷對其造成影響；礦山廢水處理后循環利用或達標排放，減少對水環境的影響；實施綠化工程，美化周邊環境。

(2)矸石山：加強管理，防止崩塌造成人員傷亡或財產損失；建造隔離墻及綠化帶，減少對周邊環境影響；加強對矸石的綜合利用，減少矸石的堆放。

(3)塌陷區：加強礦山地質環境監測工作；加強對水體的利用，發展水產養殖，或建造水上公園開發旅游資源；積水不深時，可采用挖深墊淺的方式形成水、田相間，同時發展水產養殖和農業種植[20]。

(4)水土影響嚴重區：加強礦山地質環境監測工作。

5.2 次重點區重點區防治對策

(1)矸石山：加強礦山地質環境監測工作；加強管理，防止崩塌造成人員傷亡或財產損失；建造隔離墻及綠化帶，減少對周邊環境影響；加強對矸石的綜合利用，減少矸石的堆放。

(2)塌陷區：加強礦山地質環境監測工作；對土地進行平整，恢復耕種；塌陷較深尚未積水且平整較困難的區域可參考積水較淺區采用挖深墊淺的方式形成水、田相間，同時發展水產養殖和農業種植。

(3)水土影響較嚴重區：加強礦山地質環境監測工作。

5.3 一般區重點區防治對策

主要是加強地面巡查工作，發現問題及時解決。

6 結語

該文根據實地調查成果，在總結工作區區域地質背景和分析、評價了區內主要礦山地質環境問題的基礎上，對區內礦山地質環境進行了現狀評價和趨勢預測，并對工作區進行礦山地質環境保護與治理分區，為工作區內礦山地質環境保護與恢復治理工作提供了客觀依據。

該文采用疊加法評價礦山地質環境，對比其他方法，該方法中各地質環境要素無主次之分，克服了確定各要素權重的主觀性，能夠較為客觀全面地反映出工作區礦山地質環境質量情況，對于礦山地質環境的全面保護具有積極意義。

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Comprehensive Evaluation of Mine Geological Environment in Tengxian Coal Mining Area

KONG Fandu

(No.1 Exploration Brigade of Shandong Coalfield Geology Bureau,Shandong Tengzhou 277500, China)

After decades of coal mining in Tengxian coal mining area, mine geological environment problems have become increasingly prominent. In order to guide mine geological environment protection and management work, through data collecting, ground surveys, sampling, testing and other means, present condition of mine geological environment in this area has been identified, comprehensive evaluation of mine geological environment in the area has been carried out by using the method of superposition, mine geological environment protection and management division have been carried out, and reasonable suggestions have been put forward as well.

Mine geological environment; evaluation; partition; Tengxian coal mine

2016-07-12；

2016-09-08；編輯：曹麗麗

山東省2013年度地質勘查項目，山東省滕縣煤礦區生態地質環境綜合調查與評價(魯國土資字〔2013〕853號)

孔凡杜(1984—)，男，安徽長豐人，工程師，主要從事水文地質環境地質工作；E-mail：adu-kfd@qq.com

TD167

B

孔凡杜.滕縣煤礦區礦山地質環境綜合評價研究[J].山東國土資源，2017,33(1)：59-64.KONG Fandu.Comprehensive Evaluation of Mine Geological Environment in Tengxian Coal Mining Area[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：59-64.