劉玲,呂惠進,成晉松

(浙江師范大學地理與環(huán)境科學學院,金華 321004)

山西省陽城縣礦山地質(zhì)環(huán)境評價
——以皇城聯(lián)營煤礦為例

劉玲,呂惠進,成晉松

(浙江師范大學地理與環(huán)境科學學院,金華 321004)

從煤炭資源毀損、地質(zhì)災害、環(huán)境污染三個方面,對皇城聯(lián)營煤礦地質(zhì)環(huán)境的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行評價。針對存在的問題提出相應的對策措施,以合理利用礦山資源,保護礦山地質(zhì)環(huán)境。

地質(zhì)環(huán)境;評價;皇城聯(lián)營煤礦

山西省陽城縣境內(nèi)煤炭資源十分豐富,主要分布在北部,煤系地層的分布面積約631km2,占全縣面積的 32%;探明儲量 47.90×108t,資源儲量44.37×108t。該縣采煤歷史悠久,煤炭采掘業(yè)是該縣的支柱產(chǎn)業(yè),在為當?shù)亟?jīng)濟做出貢獻的同時,也出現(xiàn)了諸如煤炭資源浪費、礦山地質(zhì)災害頻發(fā)、環(huán)境污染等諸多環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計,到目前為止,該縣發(fā)現(xiàn)礦山塌陷6處,滑坡17處,泥石流7處,地面塌陷與地裂縫75處,新斷層3處,不穩(wěn)定斜坡2處,12個行政村淺層地下水被疏干,泉水減少或干涸,此外還有煤層自燃現(xiàn)象發(fā)生。

為了合理利用礦產(chǎn)資源,保護礦山地質(zhì)環(huán)境,本文以皇城聯(lián)營煤礦為例,從資源毀損、地質(zhì)災害、環(huán)境污染三個方面,對皇聯(lián)礦的礦山地質(zhì)環(huán)境進行歷史、現(xiàn)狀及預測評價,并提出相應的對策措施。

1 礦區(qū)概況

陽城礦區(qū)位于沁水煤田南端,跨晉城市區(qū)及其澤州、沁水、陽城等縣。東以白馬寺斷層西側(cè)沿長河的煤層露頭線為界,西北以寺莊斷層與沁水礦區(qū)相鄰;北界以35°40′N緯線為深部邊界;南界為淺部煤層露頭線。礦區(qū)面積約720km2。煤層總厚約12 m,共有 3#、6#、9#、15#等 4 層可采煤。

皇聯(lián)礦位于陽城縣北留鎮(zhèn)皇城村境內(nèi),是由北留鎮(zhèn)和皇城村合資聯(lián)辦的煤炭生產(chǎn)企業(yè),始建于1988年8月,1991年3月建成投產(chǎn)。礦產(chǎn)品屬優(yōu)質(zhì)無煙煤 ,煤層平均厚度 6.06m,煤層傾角 3°～7°,開采條件很好。礦區(qū)現(xiàn)有井田面積9.69km2,目前年產(chǎn)量可達到120×104t。該礦緊靠陽城大電廠,南距晉陽高速、陽翼高速和晉韓公路交匯處僅5km,距侯月鐵路陽城站10km,交通十分便利。

皇聯(lián)礦地處低山丘陵區(qū),地勢北高南低,海拔最高為737.8m,最低為562.3m,相對高差為175.5 m,礦區(qū)內(nèi)大面積為第四系黃土覆蓋,二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組在沖溝中出露,區(qū)內(nèi)無大的地表水體。出露的地層由老到新依次為:奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f);石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b);石炭系上統(tǒng)太原組(C3t);二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)和石盒子組(P1x);第四系中、上更新統(tǒng)(Q2+3);第四系全新統(tǒng)(Q4)。井田為寬緩的向斜構造,地層產(chǎn)狀平緩,走向近南北,傾角3°～7°。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱及巖漿巖侵入,對井田開拓開采影響不大,屬構造簡單型。

本井田的含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。太原組為典型的海陸交互相含煤建造,山西組為陸相含煤沉積。含煤地層總厚139.65m。含煤12層,煤層總厚14.82m,含煤系數(shù)10.6%;可采煤層3#、9#和15#。各煤層厚度及賦存層位及頂?shù)装逄卣饕姳?。

礦區(qū)內(nèi)主要含水層為:第四系松散沉積物孔隙潛水含水層;二疊系上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層;石炭系太原組灰?guī)r及砂巖巖溶裂隙承壓水含水層;中奧陶統(tǒng)巖溶承壓含水層。井田主要隔水層有:本溪組及太原組底部泥巖、鋁土質(zhì)泥巖隔水層;石炭系、二疊系泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層。地下水的補給主要為大氣降水。

表1 各煤層厚度及賦存層位及頂?shù)装逄卣鱐able 1 Thickness,occurrence horizon,roof and floor characteristics of coal seams

2 礦山地質(zhì)環(huán)境評價

2.1 煤炭資源毀損

2.1.1 歷史時期

在20世紀計劃經(jīng)濟體制下,全縣國營、集體、私人大小煤礦一哄上馬,在井下“跑馬圈煤”、采富棄貧,使得大量烏金白白棄留地下。1992年,全縣139座煤礦,只有9座回采率達到30%,其余煤礦的回采率十分低下。而皇聯(lián)礦當時的回采率始終在15%～20%之間徘徊,按當時年生產(chǎn)能力20×104t計算,該礦每年有80×104t煤炭棄留井下無法回采。由此可見,煤炭資源的損毀非常嚴重。

2.1.2 現(xiàn)狀

2002年,《山西省中小型煤礦企業(yè)塊段管理暫行辦法》和《晉城市中小型煤礦企業(yè)塊段開采管理實施細則》相繼出臺,煤礦企業(yè)塊段管理辦法也在全省乃至全國推行開來。煤炭儲量塊段管理的實行,直接導致了采煤方法的改革和資源回采率的提高。在此推動下,到2007年,全縣煤礦平均采區(qū)回采率達到76%?；事?lián)礦自從實行了企業(yè)塊段管理辦法,革新了煤炭開采技術后,礦井的回采率由過去的20%提高到現(xiàn)在的85%。按照西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所評定礦產(chǎn)資源毀損等級,礦山的實際回采率(K′)比礦山回采率規(guī)范值(K0)(表2),得到該礦資源毀損指標等級和指數(shù)(表3)。

表2 不同產(chǎn)狀煤層回采率規(guī)范值(K0)Table 2 Specified recovery rate of different coal seams(K0)

皇聯(lián)礦的煤層平均厚度為6.06 m,煤層傾角為3°～7°。從表2中可以看出該礦的回采率規(guī)范值K0=0.60,皇聯(lián)礦的實際回采率K′=0.85,K′/K0=1.42。按照煤礦礦產(chǎn)資源毀損指標評價體系(表3)可知,該礦的礦產(chǎn)資源毀損指標等級為“好”,礦產(chǎn)資源毀損指標為2。

表3 煤礦礦產(chǎn)資源毀損指標等級和指數(shù)[1]Table 3 Rates and indexes of mineral resources damage

2.1.3 趨勢預測

由以上分析可知,該礦的資源毀損指標等級為好,礦山礦產(chǎn)資源毀損指標為2。說明該礦在提高回采率、保護礦山資源方面,有可供借鑒的措施和經(jīng)驗。2009年陽城縣煤礦企業(yè)經(jīng)過兼并重組,皇聯(lián)礦的礦井生產(chǎn)能力達到120×104t/a。產(chǎn)量的增大意味著開采率不斷的提高,加之開采技術的改進,回采率會不斷提高,資源損毀指標還會降低。

2.2 礦山地質(zhì)災害

2.2.1 歷史與現(xiàn)狀

陽城縣的煤炭資源經(jīng)過幾十年的開采,目前全縣采空區(qū)面積已達38 km2,110個村,近5萬人口,8萬余間房屋,約0.25×104hm2耕地不同程度受到了地質(zhì)災害的威脅。

皇聯(lián)礦從1991年3月建成投產(chǎn)以來,經(jīng)過近20年對3#煤層的開采,已形成約1 km2左右的采空區(qū)。到目前為止,在礦井范圍內(nèi)也有地裂縫和地面塌陷出現(xiàn),造成對土地資源的破壞,但地裂縫和地面塌陷的危害程度較輕,在本區(qū)內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)滑坡和泥石流災害。

2.2.2 趨勢預測

皇聯(lián)煤礦的開采方式為長壁分層開采,從第一層開采開始,到最后一層開采結(jié)束,地表會受到多次采動的影響。在對礦井地表形態(tài)變化進行預測時,將皇聯(lián)煤礦按近水平煤層充分采動,厚煤層重復采動等條件,對整個礦井煤層開采后的地表最大下沉值、最大曲率值、最大傾斜值、最大水平移動值、最大水平變形值進行預測[2]。公式如下:

式中,q為下沉系數(shù);M為煤層采空區(qū)厚度;r為主要影響半徑,其值為采深與影響角正切之比;a為煤層傾角,取7°;b為水平移動系數(shù)。

參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中的煤礦水平移動參數(shù)值,q取0.80,影響角正切取2.20,b取0.30。

按上述公式計算,皇聯(lián)礦重復開采3#煤層后地表最大變形值見表4。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》,皇聯(lián)礦區(qū)3#煤層重復充分開采后,地表變形對建筑物的破壞等級為Ⅳ級。由此可預測到,3#煤層繼續(xù)重復開采將會對地表建筑物產(chǎn)生嚴重的影響。

表4 皇聯(lián)煤礦重復開采3號煤層后地表最大變形值Table 4 Themaximal value of surface deformation after repeated exp loitation of Coal seam No.3

2.3 礦山環(huán)境污染

2.3.1 歷史與現(xiàn)狀

皇聯(lián)礦所在地區(qū)附近無大的地表水體,因此礦山“三廢”的排放對地表水的影響較小,主要影響的是地下水。目前,皇聯(lián)礦開采區(qū)的潛水位明顯低于3#煤層,3#煤層的開采對礦區(qū)地下潛水的影響比較嚴重,直接影響到附近居民的飲水安全。礦區(qū)不存在煤矸石的污染,煤矸石撿出后經(jīng)外運后利用[2]。由于本區(qū)的煤炭以無煙煤為主,含硫成分低,因此對大氣的污染程度低。

2.3.2 趨勢預測

皇聯(lián)礦區(qū)地下水的主要污染源是礦井排水和生活污水,主要污染物為重金屬、硫酸鹽、氨氮等等。經(jīng)過水利部門的檢測,該區(qū)地下水中的重金屬、硫酸鹽、氨氮的含量都嚴重超標,進而使總硬度超標[3]。

隨著煤礦開采的進一步深入,地層結(jié)構變化的加劇、潛水的污染程度加劇的同時,深層地下水也會受到污染。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境保護對策

為保護礦山地質(zhì)環(huán)境,減少礦產(chǎn)資源勘查開采活動造成的礦山地質(zhì)環(huán)境破壞,保護人民生命和財產(chǎn)安全,促進礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)利用和經(jīng)濟社會、資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,國土資源部公布《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》,并自2009年5月1日起施行?，F(xiàn)就皇聯(lián)礦的礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復與治理,提出相應的建議與措施。

根據(jù)《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》的要求,礦山地質(zhì)環(huán)境保護,堅持預防為主、防治結(jié)合,誰開發(fā)誰保護、誰破壞誰治理、誰投資誰受益的原則。因此要治理礦山地質(zhì)環(huán)境首先要明確責任,查明礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀,其次掌握礦產(chǎn)資源開發(fā)形成的礦山地質(zhì)環(huán)境問題的分布規(guī)律、危害程度、發(fā)展趨勢,最后依據(jù)有關的法律和法規(guī)制定相應的礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復方案。

3.1 煤炭資源毀損的防治對策

皇聯(lián)礦的回采率雖已達到85%,煤炭資源的浪費程度也比較低,但該礦的回采率還有提高的空間,儲量塊段管理辦法仍需進一步完善:

(1)按年度申報審批需要動用的塊段和準備工作面,根據(jù)年度檢查情況確定新的開采塊段。

(2)實行圖紙交換制度和定期報送開發(fā)利用情況報表,對各礦山企業(yè)開發(fā)利用情況實時監(jiān)控。

(3)每年對煤礦井下實測2次,對煤礦動用儲量和回采率進行專項考核,發(fā)現(xiàn)不按塊段批準情況開采或回采率不達標的責令立即整改,發(fā)現(xiàn)有超層越界開采行為的及時查處。通過儲量塊段管理辦法的不斷完善與創(chuàng)新,進一步規(guī)范了礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序,提高了采礦權人保護資源意識。

3.2 礦山地質(zhì)災害的防治對策

3.2.1 地表地裂縫發(fā)育區(qū)的保護措施

(1)合理有效地控制開采的強度,制定科學有序的開采方案。

(2)如果地面出現(xiàn)裂縫,并且沿煤露頭地段出現(xiàn)塌陷,應及時回填,防治地下水滲入井下,防患于未然。

(3)建議地表裂縫發(fā)育區(qū)上方的居民全部搬遷到安全地帶,搬遷新址應避開目前和今后的采空區(qū)地表變形影響區(qū)。

3.2.2 地面塌陷的治理措施

(1)推高填低整平治理種植措施。在地貌變化不是太大、下沉程度較淺、沒有積水、土壤養(yǎng)分變化也不大的地區(qū)采取該措施。具體做法是:主要采取工程措施,利用機械進行推高墊低,修復整平并改進水利條件,恢復原有耕作條件,進行種植,建造農(nóng)業(yè)示范園區(qū)。

(2)挖深墊淺綜合治理農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)。該措施主要用于治理地表下沉、凹凸不平、局部有少量積水、大部分無水的土地,治理措施主要是大面積機械施工,挖深墊淺、治理平整、連片分塊,搞農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)。

(3)常年積水的淺水位塌陷地實施水沖沉淀造田。在地表下沉較深、常年積水的地方,治理時因地制宜,利用沙土易用水沖成漿和沉淀的特點,將低洼地用水沖成泥漿,然后用泥漿泵抽到附近圈圍地內(nèi),經(jīng)過沉淀成田,發(fā)展高效農(nóng)業(yè)特種養(yǎng)殖。

(4)治理和綜合利用關停礦址廢棄地。治理開發(fā)利用方向主要是綜合利用,適宜耕種的拆除地面建筑物,恢復地貌;宜搞養(yǎng)殖的充分利用原有設施進行特種養(yǎng)殖。既節(jié)約了用地,又解決了人民的生產(chǎn)生活問題。

(5)用粉煤灰充填治理平整后用于發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。利用電廠排出的粉煤灰作為充填料治理塌陷地,技術簡單可行,而且經(jīng)濟合理,即治理污染又平整了土地。主要對電廠附近塌陷且無積水的洼地,先用推土機把表土推放一邊,爾后充填粉煤灰到一定高程,再覆蓋表土至一定厚度,然后用于農(nóng)林種植。

因此,針對地裂縫和地面塌陷等問題,要盡快實施礦山土地復墾和生態(tài)重建。礦區(qū)土地復墾應遵循因地制宜的原則,根據(jù)復墾條件分區(qū),選擇不同的復墾方案。在進行土地復墾時,要把工程復墾、生態(tài)復墾和生物復墾相結(jié)合。礦區(qū)生態(tài)重建應遵循以下的原則:對于那些生態(tài)環(huán)境破壞的地帶,則力求恢復生態(tài)環(huán)境;對于生態(tài)環(huán)境脆弱的地帶,則應嚴禁礦業(yè)開發(fā)活動;對于目前生態(tài)環(huán)境正常的地帶,則應加以保護,防止其遭到破壞[4]。

此外,就礦山地質(zhì)災害問題,還應對礦區(qū)員工及來礦區(qū)長期居住的居民開展安全教育,提高其安全意識和自救水平。

3.3 礦山環(huán)境污染防治對策

針對礦區(qū)的水污染問題,應采取以下措施加以保護:

(1)應在排污口和矸石堆的下游設置污水處理設施。

(2)定期對污水取樣化驗分析,提高污水處理效果,控制污水排放質(zhì)量。

在礦山資源的開發(fā)過程中,除了采取上述措施對礦山地質(zhì)環(huán)境中存在的問題進行治理外,還應大力提倡發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,其措施主要有:①對礦產(chǎn)資源進行合理規(guī)劃,突出礦區(qū)一體化整體高效開發(fā)。②實施綠色開采技術,推行清潔生產(chǎn)。③大力推行礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用,努力做到低污染、高產(chǎn)出。④礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中的“三廢”物質(zhì)要進行最大化利用。⑤使用成熟的環(huán)境污染治理技術,同時結(jié)合先進的污染修復技術恢復環(huán)境,如生物修復技術和地球化學工程學修復技術[5]。

4 結(jié)論

陽城縣皇聯(lián)煤礦礦山范圍內(nèi)為寬緩的向斜構造,因此本礦的地質(zhì)環(huán)境條件的復雜程度為“簡單”型,礦山建設規(guī)模屬于“中型”煤礦,本次地質(zhì)環(huán)境影響評價級別為“2級”。

參照有關礦山地質(zhì)環(huán)境評價標準,由以上分析可知:皇聯(lián)煤礦礦產(chǎn)資源毀損程度較輕,資源的浪費程度較低;礦區(qū)沒有發(fā)生過大規(guī)模的崩塌和泥石流,但煤礦充分開采后對建筑物的影響程度嚴重;煤礦開采對地下水的污染程度比較嚴重。

現(xiàn)狀條件下,礦山的主要問題是地表變形引起的地面塌陷和地裂縫,以及煤礦開采過程中的“三廢”排放對地下水的污染。為了實現(xiàn)礦山環(huán)境可持續(xù)發(fā)展,應按照國家有關標準進行治理。

[1] 張江華,徐友寧,袁漢春.礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價的意義[A].2003年全國礦山環(huán)境保護學術研討會論文集[C].西安:科學出版社,2003:165-167.

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[4] 崔曉艷,陳學軍,鄒寶平.礦山環(huán)境問題解決模式研究[J].山西建筑,2009,35(28):341-342.

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M INE GEOLOGICAL ENVIRONM ENT EVALUATION IN YANGCHENG COUNTY,SHANXIPROVINCE——A CASE STUDY OF HUANGCHENG JO INT COALM INE

Liu Ling,Lu Hui-jin,Cheng Jin-song
(College of Geography and Environmental Sciences,Zhejiang No rmal University,Jinhua 321004,China)

The history,status and tendency of the geological environment in themine are assessed from damageof the coal resources,geo-hazards and pollution.Policies are p roposed for rational use of the mine resources and p rotect the geo-environment.

geological environment;assessment;Huangcheng Joint Coalmine

X820.3

A

1006-4362(2011)02-0023-05

2010-11-04 改回日期: 2011-02-16

劉玲(1982- ),女,漢族,山西陽城人,浙江師范大學09級自然地理研究生。