河南红旗三矿矿山地质环境保护与恢复治理

2013-12-20陈南祥张福然

水利与建筑工程学报 2013年1期

关键词：红旗采区环境影响

张婧,陈南祥,张福然

(1.河南省地质环境监测院,河南郑州450016;2.华北水利水电学院研究生处,河南郑州450011)

1 矿山基本情况

1.1 矿山概况

红旗三矿位于巩义市大峪沟镇玉皇庙村与竹林镇张沟村交界处,距离巩义市东15 km,310国道北3 km,本区交通以公路为主,有简易硬化公路与310国道相连,总体交通方便。矿区范围由6个拐点坐标圈定,面积约1.1803 km2。

矿区范围内共有村民930人。其中距矿井口东南550 m的桃源村(共80人)位于11110工作面上,已于2010年由红旗公司自行组织搬迁。距矿井口西400m的原大峪沟矿务局水泥厂已更名为郑州鹏泰高新建材制品有限公司。红旗三矿矿区范围外环境敏感点分布情况为(距离均以主井基准):北面约300 m处为玉皇庙村,南面约2 km处为张沟村,东面约650 m处为刘沟村,西面约670 m处为站大路,西面约500 m处为玉皇庙村。根据对该区域调查,本次评价区域内尚无发现文物古迹。

矿区划分为2个采区。即11双翼采区和21双翼采区。其开采顺序先采11采区,后采21采区。11采区布置10个工作面,其中东翼6个,西翼4个。采区工作面开采顺序为先东翼后西翼,自上而下开采。

1.2 矿山地质环境背景

本区地形起伏较大,属丘陵地形,海拔标高+250 m～+320 m,相对高差70 m,地势总体南北高中间低。地貌单元属侵蚀型丘陵地貌,区内沟谷纵横,谷岭相间,季节性河流从矿区内经过。矿区内地层由老至新依次为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、新近系和第四系。

红旗三矿位于嵩山大背斜北翼,荥巩煤田西端。其基本构造形态为一走向大致北70°～80°西,倾向北北东,倾角平缓(7°～14°)的单斜构造。主要构造形式以断裂为主,局部发育起伏不大的小型宽缓褶皱。据补勘报告资料,矿区内落差大于30 m者只有F3、F9两条,且位于矿区边界,落差分别为 70 m和150 m。矿区内影响到可采煤层的3条断层F102、F104、F127,落差均较小,分别为 15 m 、18 m 和10 m。故本矿区应属于简单构造类型[1]。

2 矿山地质环境影响评估

2.1 评估级别

矿山地质环境影响评估级别确定由评估区重要程度、矿山生产建设规模和地质环境条件复杂程度决定。评估区重要程度的确定因素及指标以《规范》[2]附录B表B.1评估区重要程度分级表为标准。

红旗三矿矿区范围内有张沟村部分村民居住;矿区东北部有一镇办企业,南部有张沟学校;矿区内有张沟村级公路一条;矿区范围内耕地面积约66.01 hm2。按就上的原则,评估区属于“重要区”。

红旗三矿技术改造后生产能力达到0.15 Mt/a。根据《规范》[2]对矿山生产建设规模之分类标准,地下开采的原煤年生产量＜0.45 Mt时,其矿山生产建设规模为小型。

红旗三矿矿区内断层发育,矿坑进水边界条件简单,充水含水层主要为太原群上段灰岩含水层,现状条件下正常涌水量18.17 m3/h,按《规范》[2]界定标准,属简单类型。对照《规范》[2]附录E表E.1所述条件分析,矿区范围内矿山地质环境条件复杂程度为复杂。

综合上述条件,评估区为重要区、红旗三矿为小型煤矿、评估区矿山地质环境条件复杂程度为复杂,根据《规范》[2]附录A表A.1矿山地质环境影响评估分级表,确定红旗三矿矿山地质环境影响评估级别为一级。见表1。

2.2 现状评估

现状条件下,评估区范围内仅11采区工作面开采,对河流水面影响严重,对村庄建设用地影响较严重,地表变形明显,矿山开采未造成水土流失,对基本农田、耕地、其它土地或地表植被产生较强破坏。因此现状条件下,地下开采对矿区土地破坏程度为严重。

根据上述矿山地质环境影响现状分析结果,对矿山地质环境现状进行评估分区,综合确定将评估区内现状条件下矿山地质环境影响程度划分为严重区1处、较严重区1处和一般区1处。见表2。

表1 矿山地质环境评估分级

(1)矿山地质环境影响严重区

位于矿区东北部的11采区东翼,包括三个采空区,两个工作面,总计面积24.02 hm2。存在的地质环境问题主要采煤有引发地质灾害、含水层破坏、对原生地形地貌的破坏、对土地资源的破坏。

(2)矿区地质环境影响较严重区

位于矿区北部,包括现阶段红旗三矿工业广场及其它场地(办公区、主副井、东风井、矸石堆放场)。面积3.72 hm2,该区矿山地质环境问题主要有引发地质灾害、对原生地形地貌的破坏、占压土地资源。

(3)矿区地质环境影响较轻区

位于红旗三矿西部、南部,11采区已开拓巷道以南,计划开拓巷道以西,面积101.95 hm2。现状条件下,红旗三矿在该区无矿山开采活动,地表无变形,矿山地质灾害危险性小,矿业开采对含水层、地形地貌景观影响较轻。

2.3 预测评估

生产期内,红旗三矿将出现地面塌陷,并伴生地裂缝灾害,且随着采空区的不断加大,地面塌陷与地裂缝范围也将逐步扩大。预测矿山开采引发地面塌陷和地裂缝危险性为严重;根据矿区内地层与构造特征,寒武系含水层与浅层地下水水力联系较小,但地面产生裂缝沟通了浅层水与地面河流及第四系以下的含水层,对浅层含水层水位影响大;矿山开采将对矿区部分区域原生地形地貌产生影响和破坏,预测影响程度为严重;对矿区土地资源影响严重。

根据上述矿山地质环境影响预测分析结果,得出各单元的矿山地质环境影响级别,通过对矿山地质环境影响预测评估图上进行分区,将评估区划分为矿山地质环境影响严重区1处、较严重区1处和较轻区1处。见表3。

表2 矿山地质环境影响程度现状评估分区说明

表3 矿山地质环境影响程度预测评估分区说明

(1)矿山地质环境影响严重区

该区分布于评估区东北部、西部及南部,包括11、21两个采区,面积118.58 hm2。主要矿山地质环境问题有地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡地质灾害,含水层破坏,原生地貌景观发生改变,破坏土地资源等。

(2)矿山地质环境影响较严重区

该区分布于评估区的北部,包括工业广场和生活区。工业广场和生活区将持续整个生产期直至矿山闭坑,面积3.72 hm2。该区矿山地质环境问题主要为占压土地、原生地形地貌景观改变破坏。

(3)矿山地质环境影响较轻区

该区分布于评估区西部、中部的保护煤柱、未规划开采地段,面积7.39 hm2。该区不开采,因此预测该区发生地质灾害的可能性较小,矿业开采对含水层、地形地貌景观、土地资源的影响程度较轻。

3 矿山地质环境保护与恢复治理分区

在对地质灾害、含水层、土地资源、地形地貌景观的影响和破坏进行现状和预测评估的基础上,根据现状和预测评估分区结果,以《规范》附录F表F.1(表4)为标准,利用叠加法进行矿山地质环境保护与恢复治理分区。

表4 矿山地质环境保护与恢复治理分区

根据上述原则和方法,评估区划分为重点防治区1处、次重点防治区1处和一般防治区1处。

(1)矿山地质环境保护与恢复治理重点防治区

该区分布于评估区东北部、西部及南部,包括11、21两个采区,面积118.58 hm2。其主要矿山地质环境问题是煤矿开采形成大面积采空区域,地面塌陷规模大;采矿活动对对山西组砂岩含水层影响严重,对太原群上段灰岩含水层影响较严重;地面沉陷及地裂缝破坏的土地类型为耕地、林地及住宅用地,对土地资源的影响程度严重。

该区防治措施分3类:①预防措施:采用充填法开采,及时回填采空区,避免或减少采空塌陷和地裂缝的发生;在滑坡、崩塌隐患的区域采矿,要消除隐患或采区避让措施;修筑河道、排水沟、引流渠、防渗漏处理等措施,防止有毒有害废水、固废淋滤液污染地下水;揭穿含水层的井巷工程,应采取止水措施,防止地下水串层污染。②恢复治理措施:对发生的地面塌陷地裂缝,未达到稳定的,采取监测、示警及临时工程措施;对达到稳定状态的,采取防渗措施、削高填低、回填整平、挖沟排水、植被重建等综合治理措施;采用清理废土石以恢复场地;生物绿化工程。③矿山地质环境监测:地面塌陷和地裂缝的监测可采用遥感、GPS、全站仪、钻孔深部应变仪、人工观测等方法监测[3];含水层破坏的监测主要是定期测量井孔地下水位高程、埋深,矿坑排水量,泉水溢出量,地下水水质,地下水降落漏斗及疏干范围,可采用人工测量和自动监测仪测量等方法;地形地貌景观破坏的监测可采用人工现场量测、遥感解译等方法进行监测。

(2)矿山地质环境保护与恢复治理次重点防治区

该区位于评估区北部,包括工业广场和生活区,占用土地面积3.72 hm2。其主要矿山地质环境问题是工业广场和生活区占压土地面积达3.72 hm2,其中占用耕地1.85 hm2,对土地资源的影响程度较严重。对于该区的治理措施主要为待煤矿闭坑后,对工业广场上的建(构)筑物进行拆除,对主副井回填,然后进行土地平整,达到耕种条件,同时进行绿化。

(3)矿山地质环境保护与恢复治理一般防治区

该区位于评估区西部、中部的保护煤柱、未规划开采地段,面积为7.39 hm2。该区不开采,因此预测该区发生地质灾害的可能性较小,对含水层、地形地貌景观、土地资源的影响程度较轻。