天祝縣打柴溝—石門石灰巖礦區地質環境問題及治理

尚 菲

(甘肅省地礦局第二勘查院，甘肅 蘭州 730020)

1 地質概況

項目區行政區劃屬甘肅省天祝藏族自治縣。本次工作區范圍包括千馬龍溝、拉卜子溝內縣屬煤礦以及周邊私采礦點及其影響區。工作區及外圍地層老到新依次有侏羅系中統新河組地層、侏羅系上統苦水峽組地層、白堊系下統河口群和第四系。炭山嶺煤田位于祁、呂、賀山字形構造之西翼，祁連山皺褶帶東段中部，民和盆地北部邊緣，其成因類型是一個在三迭紀前發生的印支運動形成的斷陷型山間小盆地，盆地呈北西方向延伸的狹長條帶狀，兩側為兩個大斷層所限，逆斷層為前震旦紀變質巖所組成的高山。區內新構造運動極為活躍，主要表現為振蕩性上升運動、褶皺斷裂運動及大面積的沉降運動。

2 主要地質環境問題及特征

2.1 礦業廢棄地

在早期生產過程中，位于炭山嶺礦區千馬龍溝、拉卜子溝礦區的企業及個人在生產活動中無統一規劃，受經濟利益驅使，開采及選礦過程中忽視了對地質環境的有效保護。采礦過程中的棄土、煤矸石堆隨意堆放，嚴重破壞和壓埋了大面積的草地，植被破壞嚴重。

區內采礦形成的煤矸石堆點多面廣，是引起地形地貌景觀、土地、植被資源壓埋破壞的主要原因。采煤均為地下硐采，形成多處廢棄采硐。據調查，煤矸石廢棄物堆積量約105.7×104m3，廢棄礦渣的無序堆放形成25處廢石渣堆，形成面積約0.164 km2的礦業廢棄地，其中煤矸石堆場107 355 m2，生產生活區56 271 m2。

2.2 地質災害

2.2.1 泥石流

(1)泥石流類型及分布、發育特征。經調查，區內共發育2條泥石流溝，區內泥石流屬暴雨型，暴發時間與降水密切相關。據本次調查以及對已有資料綜合分析，本區泥石流暴發周期一般為0.5～1次/年或更高，部分泥石流溝形成最多年份可達4～5次，年內泥石流多集中于6、7、8三個月份。

按照泥石流流域形態劃分，均為溝谷型泥石流；按照泥石流物質組成均為泥石流，按照流體性質劃分均為稀性泥石流，按照規模劃分為小型泥石流。

(2)泥石流形成條件。①地形條件：區內泥石流的清水匯集區處于祁連山中高山地，山高坡陡且缺乏植被，利于雨洪匯集。區內泥石流溝的流域面積3.8～6.4 km2之間，流域形態主要為“長葉形”，流域山坡坡度多在20°以上，相對高差在810～870 m之間，溝道彎曲，主溝床縱坡降多在76‰～100‰，地形條件利于雨水匯集和固體物質的啟動；②固體松散物質：區內泥石流固體松散物質以泥石流中上游溝道內、較緩的斜坡地帶堆積了大量的煤礦采礦棄渣、矸石為主，坡頂為基巖風化堆積物和基巖崩塌堆積物等，其次為溝底泥石流堆積物。據本次調查，分布在山坡洼地和溝谷中的坡積洪積物，一般厚度為1～5 m。由于本區氣候干燥，溫差大，降雨集中，巖石裸露，風化強烈，加之溝谷平時干涸，無流水搬運，因而有足夠的時間積累固體物質。經統計，本區泥石流松散固體物質儲量約(5.8～6.6)×104m3/km2之間，為泥石流的形成提供了大量的固體松散物質來源；③降水條件：泥石流的形成與降雨強度密切相關，本區泥石流多屬暴雨引發。據《甘肅泥石流》，本區泥石流的所需要的降雨強度為40 mm/h，但當雨強很大時，一次降水總量達25 mm左右時，也可產生泥石流。據氣象資料，據縣境內及周邊氣象臺站資料，日最大降雨量可達89.9 mm，小時最大降雨量44.8 mm，10 min最大降雨量22.1 mm，已具備了泥石流形成的雨強條件，是引發泥石流等地質災害的主要原因之一。

2.2.2 地面塌陷

炭山嶺礦區由于開采年限較長(含民采)，且開發強度較大，采空區地面塌陷(隱患)點較多，規模較大。經過現場調查，礦區內洞采較為分散，目前在礦區共發現了3個較大的地面塌陷區，塌陷區面積合計3.68 km2，給地形地貌景觀造成了破壞，對草場及牧民造成了嚴重威脅。

本次工作區范圍內的千馬龍溝、拉卜子溝內礦區由于長期的大規模開采形成了3處大面積采空塌陷區，由于之前開采方式選用“傾斜分層走向長壁金屬網假頂黃泥灌漿采煤法”及“緩傾斜特厚煤層滑移頂梁液壓支架走向長壁傾斜分層放頂煤采煤法”，大部地段未保留煤柱，地表按一定特征對應于采空區形成順工作面走向連續延伸的塌陷區。地表塌陷區面積一般較采空區外沿增大，由于煤層連續展布，采空后，各時段塌陷地帶相連成片，區內大部整體沉陷，最大下沉值8.6 m，最大水平位移為2.5 m，地表裂縫縱橫交錯，造成山體嚴重破碎，塌坑直徑30～60 m不等，深度一般在10 m以內，塌陷裂縫大多呈弧形，弧半徑指向溝底，裂縫最寬達2 m，錯動最大達3.5 m。

據計算，本次工作區調查范圍內塌陷面積達3.68 km2。千馬龍溝中下游至拉卜子溝沿線為天祝煤礦、旭東煤礦、千馬龍煤礦、塔窩煤礦近幾年的開采區或現采區，開采時間短，目前裂縫、變形仍在發展。

2.2.3 水土流失

人類工程活動是影響區內水土流失的主要因素，炭山嶺礦區開采引起的水土流失表現為兩個方面：一是由于礦渣覆蓋造成原生表層土壤損失，礦渣的無序堆放，造成土壤深層覆蓋，而礦渣堆表層為細顆粒礦渣組分，極易被水流沖蝕攜帶，其表層又缺少土壤基質，植被難以恢復，造成水土流失；二是露天開采剝采面和道路修筑過程中造成的生態系統破壞，剝離和擾動后的表土失去了植被的保護，造成水土流失。

2.2.4 土地資源破壞

礦業活動區主要集中于千馬龍、拉布子主溝及支溝內，用地類型以林草地及工業用地為主。由于多年來礦業活動中的棄渣任意堆置、濫采亂挖、越界開采、運輸車輛的碾壓等原因，致使礦區及外圍形成大面積的礦業廢棄地及其影響區，礦業內土地資源破壞總面積約6.11 km2。本次治理區土地資源破壞總面積約1.31 km2，其中煤矸石渣堆占地面積0.107 km2，生產生活區面積0.06 km2，采空塌陷區面積3.68 km2，礦區道路破壞面積0.04 km2。其多點分布，形態各異，嚴重破壞了土地資源。

2.2.5 植被資源破壞

區內植被資源屬高山草甸及局部分布的灌木林，采礦活動未影響區植被覆蓋率一般達35%以上，煤矸石壓占區、礦山道路、生產生活區等采礦影響區地表裸露。采礦場前期的濫采亂挖，造成區內植被資源逐年縮減，致使礦業活動區段地表大面積裸露。另外，礦區內沒有固定的運輸道路，采砂運輸車輛隨意行駛形成了許多相互交叉的便道，由于大量碾壓摧殘植被，致使天然植被遭到嚴重破壞，使得本來就極為脆弱的生態環境日趨惡化，水土流失日益嚴重。

3 礦區地質環境發展趨勢

炭山嶺礦區生態及地質環境惡化主要表現在：礦區的露天開采場地的水土流失面積不斷擴大，強度會不斷加大；千馬龍溝、拉卜子溝上游谷坡地及溝道區，受采礦活動的影響，水土流失區面積由南向北方向不斷擴展，水土流失的強度不斷增強，地質環境條件逐步變差；礦區的外圍區，植被較發育，水土流失強度雖然較低，水環境變化較小，但可能受到礦區地質環境影響，有逐漸變差的趨勢。上述地段在自然營力的作用下會誘發大規模的泥石流及土地荒漠化等問題，嚴重威脅到礦區及周邊地區的生態環境。

4 治理措施

根據炭山嶺礦區千馬龍溝、拉卜子溝地質環境現狀，以各采礦點為單元，以生態環境恢復治理為主線，分期、分片對礦區內的廢渣工業場地進行全面治理。

煤矸石堆積體整治主要采用推平、覆土、攔固、種草綠化等措施恢復植被?；靥钐讲?、斜井等探礦、采礦設施，封閉洞口，防止有害氣體泄露。拆除廢棄辦公及生產、生活區建筑物，平整場地，覆土綠化。清理溝道棄渣，采取修建攔擋、排導的措施，預防地質災害。對塌陷區的治理采取圍欄封閉的方式，并采取裂縫回填等措施，監測其進一步變形的趨勢。

堆渣場進行覆土碾壓，植樹種草等措施恢復植被。對露天采坑利用其自然地勢，緊緊抓住目前基本有規律的順山坡形成逐級錯落裂縫、陷槽等地表陷落特征。通過上述措施，逐步改善礦山地質生態環境。