托克遜昭和泉煤礦一號井礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及土地復墾措施

吳 員 李 璽

（新疆維吾爾自治區(qū)煤炭綜合勘查院，新疆 烏魯木齊 830002）

礦產(chǎn)資源的開采利用是我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的過程中，也導致了諸多問題，如破壞了礦區(qū)原有的生態(tài)平衡，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到破壞；粗放的生產(chǎn)管理，環(huán)境治理相對滯后，對原有地形地貌、地下水以及周圍環(huán)境造成較為嚴重的破壞。因此，礦山企業(yè)要堅持可持續(xù)發(fā)展理念，就要積極推行創(chuàng)建綠色生態(tài)可持續(xù)型礦區(qū)，不遺余力地進行礦區(qū)土地生態(tài)環(huán)境治理工作。

沼和泉煤礦一號井位于新疆托克遜縣克爾堿礦區(qū)，距托克遜縣城約45 km，井田內(nèi)開采煤層3層，自上而下編號依次為5-3、5-2、5-1，開采標高+650～+150 m，90 萬t/a。通過收集資料、實地開展礦山地質(zhì)環(huán)境及土地資源等調(diào)查，查明礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件和土地資源利用現(xiàn)狀，提出礦山地質(zhì)環(huán)境治理、修復與土地復墾技術(shù)措施[1-5]，以減輕礦業(yè)活動對地質(zhì)環(huán)境及土地利用的影響，保證礦山可持續(xù)健康發(fā)展[6-8]。

1 概況

沼和泉煤礦位于吐魯番盆地西北邊緣低山丘陵地帶，礦區(qū)內(nèi)海拔標高+930～ +570 m。絕大部分為斜平地，坡度50‰，北高南低。區(qū)內(nèi)氣候干燥，區(qū)內(nèi)無常年地表徑流，多年平均降水量僅20.3 mm，多年平均年蒸發(fā)量5 826.2 mm。區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，常年水流僅有克爾堿溝，流量0.068～0.2 m3/s，源自西部高山區(qū)末日齊克山東端北坡，經(jīng)黑山與喀坑艾代山之間流入本區(qū)，年徑流量445.54 萬m3。春季融雪期水量較大，最高洪峰出現(xiàn)在7～8 月，推測最大洪水量88.73 m3/s。區(qū)內(nèi)西側(cè)沼和泉二號井泉水發(fā)育，多為季節(jié)性泉水，泉群流量3.62～7.43 L/s。礦區(qū)由礫石或碎石組成的棕漠土，幾乎無天然植被生長，植被覆蓋率基本為零。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 地質(zhì)特征

礦井大地構(gòu)造位置在北天山褶皺帶吐魯番—哈密山間凹陷的西北緣，礦井整體構(gòu)造形態(tài)為寬緩的沼和泉背斜構(gòu)造，北翼地層平緩，一般均小于20°。南翼靠軸部地層亦平緩，傾角5°～20°，軸部巖層傾角較大。區(qū)內(nèi)發(fā)育斷層16 條，其中首采區(qū)內(nèi)13 條，延展長度50～760 m，落差0～68 m。區(qū)內(nèi)無巖漿巖，無陷落柱。地層自下而上發(fā)育中石炭統(tǒng)硅質(zhì)巖，上三疊統(tǒng)粉砂巖、泥巖互層夾灰色細砂巖；下侏羅統(tǒng)八道灣組粉砂巖夾粗砂巖、砂礫巖，含4-2 煤層；下侏羅統(tǒng)三工河粉砂巖；中侏羅統(tǒng)西山窯組粗砂巖—細砂巖與灰色粉砂巖、泥巖互層，含5 號煤組；中侏羅統(tǒng)頭屯河組中粗砂巖、淺紅色砂礫巖、礫巖；古近系粉砂巖、泥巖；新近系細砂巖；第四系礫石層。

區(qū)內(nèi)主要含煤地層為西山窯組和八道灣組，含煤地層共312 m。

2.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)主要含煤地層為西山窯組和八道灣組。西山窯組（J2x）地層平均厚225 m，含一個煤組，即5 號煤組，含煤八層以上，平均厚12.1 m，煤層編號自上而下為5-6、5-5、5-4、5-3上、5-3、5-2、5-1，共七層煤。其中，5-3、5-2、5-1 為主要可采層，可采煤層平均厚度為8.89 m。八道灣組下部地層因基底隆起，沉積缺失，只含4-2 號煤層，平均厚0.30 m，發(fā)育不穩(wěn)定，為不可采煤層。

2.3 水文特征

1）礦區(qū)充水條件。區(qū)內(nèi)氣候干燥，常年無地表徑流。多年平均降水量僅20.3 mm，多年平均年蒸發(fā)量5 826.2 mm。海拔+500～+870 m，地下水位變化與地形變化基本一致。坡度較大，約50‰，偶爾有降水入滲尚難濕潤數(shù)十米厚的干涸巖層（包氣帶），即使有短暫洪流亦極易排泄。北部地下水為本區(qū)地下水的主要補給來源，向南排泄。地下水的補給源相對匱乏，地下水受控于地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域自然地理條件，含水層含水性微弱，均屬于弱富水性等級。

2）含水層特征。區(qū)內(nèi)主要為第四系孔隙含水層，下第三系陸相半膠結(jié)孔隙裂隙含水層，侏羅紀基巖裂隙含水層，石炭系含水層。第四系孔隙含水層受季節(jié)影響較大，Kcp=4.834 m/d，q=0.516～0.711 L/s·m，中等富水性。下第三系陸相半膠結(jié)孔隙裂隙含水層，以砂礫巖為主，Kcp=0.035 8 m/d，q=0.023 6 L/s·m。侏羅紀基巖裂隙含水系：由細、中、粗砂巖和砂礫巖組成，巖性沿走向與傾向均有變化，粒度變化也較大。淺部裂隙發(fā)育，含水性較強，向深部裂隙逐漸減少，變小，含水性也隨著變?nèi)酢Ｊ肯岛畬樱琿=0.005 2～0.035 L/s·m，Kcp=0.023～0.034 m/d。

2.4 工程地質(zhì)

5 號煤組直接頂板粉細砂巖類飽和狀態(tài)下單向抗壓強度多小于15 MPa，屬不穩(wěn)定型頂板；其直接底板粉細砂巖類，飽和狀態(tài)下單向抗壓強度多小于15 MPa，屬不穩(wěn)定型底板；軟化系數(shù)多小于0.75，為易軟化的較軟巖—極軟巖，圍巖穩(wěn)固性差。

3 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

3.1 地質(zhì)災害

1）崩塌。礦區(qū)東北及北部地區(qū)發(fā)育崩塌區(qū)，影響范圍長約1500 m，地表標高在+1 780.00～+1 900.00 m 之間，地形坡度約35° ～60°，坡向175°～25°，坡面地層走向近東西向及東南45°方向，陡崖坡面與地層近于垂直，不利于坡面穩(wěn)定性。上部約30～50 m 為石炭系地層，下部為細砂巖、粉砂巖，坡頂風化強烈，裂隙發(fā)育不明顯，坡頂可見多處危巖，坡底亦見該層崩落的許多巖塊，崩落巖塊體積一般不超過1.20 m3，崩落巖石沿坡面滾落，四散堆積，崩塌發(fā)育程度強。

2）采空區(qū)。礦井范圍內(nèi)總體存在一處地面塌陷區(qū)，為采空區(qū)塌陷，地面投影采空區(qū)面積約34 hm2，采空區(qū)塌陷主要表現(xiàn)為地表裂縫，目前無塌陷坑。裂縫一般成組出現(xiàn)，每組5～8 條，裂縫寬在3～10 cm 之間，長在15～110 m 之間，可見深度0.50～1.0 m。礦山經(jīng)常按期對地面塌陷進行巡查，并已投入資金對地面塌陷區(qū)進行治理，治理方式主要利用挖掘機通過覆土對地面裂縫進行覆蓋，防止井下煤層自燃，保證了礦山自開采至今尚未發(fā)生地面塌陷災害造成人員和機械設(shè)備損毀事件。

3.2 含水層破壞

根據(jù)礦山提供的年涌水量數(shù)據(jù)，井下正常涌水量為252.00 m3/d，地下涌水通過排水系統(tǒng)排至水處理站處理后復用，排水量較小，對地下水影響小。同時區(qū)內(nèi)煤層頂、底板充水含水層為砂巖孔隙裂隙承壓含水層，鉆孔滲透系數(shù)為0.009 m/d，單位涌水量為0.007 35 L/s·m，單位涌水量小于0.1 L/s·m，屬弱富水性含水層。區(qū)內(nèi)多年平均降水量僅20.3 mm，蒸發(fā)量是降水量的287 倍，大氣降水對地下水補給甚微。

目前礦山已基本完成了對地面塌陷區(qū)裂縫的治理工作，杜絕了大氣降水自塌陷區(qū)裂縫涌入井下巷道的風險，同時構(gòu)造裂隙亦不發(fā)育，大氣降水通過裂隙帶對地下水補給量有限。區(qū)內(nèi)地面坡度較大，有利于降水向溝谷匯集，減少了降水下滲效果，補給面積小，所以補給量亦有限。根據(jù)井下疏干排水量、地層水文地質(zhì)特征和補給條件，現(xiàn)狀條件下采礦活動對地下水資源量影響小。

3.3 地形地貌景觀破壞

礦山開采影響區(qū)內(nèi)采空地面未見塌陷，主要表現(xiàn)為地面裂縫，已對地裂縫進行了覆土，形成一道一道的地壟，未較大改變原地形地貌，礦山開采影響區(qū)對地形地貌景觀的影響較輕。礦井目前地面建設(shè)主要為工業(yè)場地，建筑地面設(shè)施通過人工開挖或填筑修建已改變原有地貌，不同程度的造成區(qū)域的景觀格局發(fā)生變化，使得景觀連接度降低，景觀異質(zhì)性也隨之發(fā)生變化。另外由于礦山建設(shè)，工業(yè)廣場范圍內(nèi)存在一定的土地占壓和挖損，現(xiàn)狀條件下，礦山地面建設(shè)對地形地貌景觀的影響嚴重。區(qū)內(nèi)各場地情況見表1。

表1 地面建設(shè)占地情況統(tǒng)計表

4 礦山地質(zhì)環(huán)境治理和土地復墾措施

4.1 地質(zhì)環(huán)境治理

礦山存在的地質(zhì)環(huán)境主要為采空區(qū)和崩塌，以及地形地貌的破壞，針對這類地質(zhì)環(huán)境治理進行具體描述：

1）采空區(qū)地面塌陷治理：在目前現(xiàn)有裂縫及預測地面塌陷范圍外10 m 設(shè)置鐵絲圍欄（圖1），同時在鐵絲圍欄處每隔100 m 安置一個警示牌，起到警示作用。目前礦山工業(yè)廣場、井下巷道、礦區(qū)邊界等需要留設(shè)保護煤柱的均要按規(guī)范要求留設(shè)足夠保護煤柱。在生產(chǎn)期間加強對預測塌陷范圍地面變形監(jiān)測，主要監(jiān)測方法為圖根水準測量、遙感監(jiān)測等方法。在礦區(qū)范圍內(nèi)側(cè)設(shè)立地面觀測點，加強對地面的監(jiān)測，隨時掌握周邊地表變形情況。

圖1 圍欄警示工程示意圖

2）地表裂縫充填：由于地形簡單，塌陷區(qū)內(nèi)坡度不大，適合機械作業(yè)，故設(shè)計對塌陷區(qū)內(nèi)伴生地裂縫采取機械填充技術(shù)，采用直接就近挖取土石，填補裂縫，填料夯實后進行平整。該礦塌陷區(qū)土地類型為裸巖石礫地，填充平整即可（圖2）。

圖2 地裂縫充填流程示意圖

3）地形地貌修復：通過機械挖高填低工程主要是為了消除采空地面塌陷引起的附加坡度，對區(qū)內(nèi)凹凸不平進行處理并平整，其目的是使塌陷區(qū)與周邊地形地貌相協(xié)調(diào)并有利于生物措施的實施，滿足植被生長的需要。挖高填低之前要確定好削坡后的標高及坡度等，挖高填低后要對場地進行平整，如圖3。

圖3 機械挖高填低工程示意圖

4）崩塌地質(zhì)災害預防工程：設(shè)立安全警示牌。

4.2 土地復墾措施

擬復墾土地957.24 hm2，包含工業(yè)場地、爆破器材庫、采空塌陷范圍及礦區(qū)內(nèi)其他地表挖損、渣土堆等壓占，復墾方向為裸巖石礫地。根據(jù)壓占和塌陷對土地的實際影響，依據(jù)政策及自然條件的約束，最終復墾為裸巖石礫地的主要目的是與周邊地形地貌相協(xié)調(diào)，并控制可能發(fā)生的水土流失。復墾措施主要有建筑物拆除、土地平整、土壤重構(gòu)工程；針對塌陷區(qū)采用機械削高填低的工程施工工藝。根據(jù)各復墾單元制定了復墾措施。復墾責任范圍損毀土地的復墾單元劃分及復墾任務目標情況具體見表2。

表2 復墾責任范圍損毀土地的最終復墾方向情況

5 結(jié)論

1）昭和泉煤礦一號井目前主要的地質(zhì)環(huán)境是地質(zhì)災害、含水層破壞、地形地貌破壞及土地損毀，其中地質(zhì)災害主要是以采空區(qū)、崩塌為主，采空區(qū)裂縫發(fā)育影響強，地形地貌破壞及土地損毀主要集中在工業(yè)廣場，工業(yè)場地的建設(shè)壓占最為嚴重，含水層破壞對地下水影響比較小。

2）針對未達到穩(wěn)定狀態(tài)的地面塌陷區(qū)，采取監(jiān)測措施，在明顯位置布設(shè)警示牌進行示警，待塌陷區(qū)沉降穩(wěn)定后，可采取防滲處理、削高填低、回填整平、挖溝排水等綜合治理措施；對地面裂縫治理，可采取土石充填并夯實、灌漿、防滲處理等措施；對礦區(qū)內(nèi)的崩塌可先采取監(jiān)測措施，由于一號井田發(fā)生崩塌的范圍在人跡罕至的地方，相對危險性較小，故僅在明顯位置布設(shè)警示牌進行示警即可；對含水層破壞治理：克爾堿昭和泉地區(qū)降雨稀少，各含水單元富水量弱，不具供水意義，可加強監(jiān)測，自然恢復即可；對地形地貌景觀破壞治理：礦山位于低山丘陵地帶,東北高，西南低，地面坡度30‰～50‰，全區(qū)南北邊緣為剝蝕山地，中間為斜平地，部分為晚更新世傾斜沖洪積臺地覆蓋，斷續(xù)有中生代地層出露，呈現(xiàn)巖漠、礫漠地貌景觀，可采取清運、采坑回填、整平等工程措施進行治理；對水土環(huán)境污染治理可加強管理，嚴格按照處理工藝處理污廢水及廢石。