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摘要:隨著保護(hù)環(huán)境的意識提升,地質(zhì)災(zāi)害治理的作用益突顯,礦山地質(zhì)災(zāi)害治理作為環(huán)境保護(hù)的重要部分,其災(zāi)害治理效果有著重要的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。就蘭利煤礦的地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)治理經(jīng)驗,提供煤礦地質(zhì)災(zāi)害治理的一種思路。文中的礦山地質(zhì)環(huán)災(zāi)害治理,通過收集勘查區(qū)范圍的地形地貌、水文、植被、地質(zhì)構(gòu)造,礦山及周邊其他人類重大工程活動資料,提取數(shù)據(jù)依據(jù)相關(guān)公式計算,定性定量危害程度,為勘查區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題及其影響做出現(xiàn)狀評估,查明礦山開發(fā)活動范圍內(nèi)的各類地質(zhì)災(zāi)害,然后綜合分析,進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)分區(qū),提出治理對策,使地質(zhì)環(huán)境治理從工程實際出發(fā),因地制宜,因害設(shè)防,力求定性準(zhǔn)確,定量合理,具有較強(qiáng)的針對性和可操作性、指導(dǎo)性。最終達(dá)到改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境,保證礦山開發(fā)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)災(zāi)害;現(xiàn)狀分析;治理分區(qū)
通過對煤礦礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查,收集礦區(qū)的地形地貌、水文、植被、地質(zhì)構(gòu)造、礦山及周邊其他人類重大工程活動資料,提取數(shù)據(jù),依據(jù)相關(guān)公式計算,獲得礦山開發(fā)活動范圍內(nèi)的各類地質(zhì)災(zāi)害種類及危害程度,對礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行針對性治理,使礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)成為可能。
1礦區(qū)信息概述
1.1地形地貌
礦區(qū)構(gòu)造為剝蝕低山區(qū),溝谷及兩側(cè)附近,基巖出露。地形高程以黃河河床為最低(+378m),礦區(qū)西部為最高(+626m),地形高程為+400~+600m。最大相對高差為248m,一般均超過100m。地形總體趨勢為西北高,向東南方向逐漸降低。地貌為低山丘陵、河流階地地貌,主要以低山丘陵地貌為主,溝谷切割強(qiáng)烈,地表則均被第四系黃土覆蓋,約占煤礦總面積90%。
1.2地質(zhì)構(gòu)造
礦區(qū)的基本構(gòu)造形態(tài)為——走向NNE,傾向NWW,走向與傾向有波狀起伏的單斜構(gòu)造,傾角一般在8°左右。區(qū)內(nèi)大中型斷裂不發(fā)育,斷距大于10m的斷層均未發(fā)現(xiàn)。據(jù)歷史記載,1556年華縣大地震對本區(qū)的影響烈度達(dá)8度。韓城地區(qū)1959年8月曾發(fā)生5.4級地震,震感強(qiáng)烈。近30年來弱震活動較頻繁,時有小地震發(fā)生。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015),評估區(qū)地震動峰值加速度為0.15g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40s,相應(yīng)的地震烈度為Ⅶ度。
1.3水文
煤礦內(nèi)常年性地表水流未見存在,黃河由北向南流經(jīng)礦區(qū)的東部,形成秦晉兩省的天然分界。并于桑樹坪鎮(zhèn)康家?guī)X東側(cè)老洼坳入境,流經(jīng)桑樹坪鎮(zhèn)、龍門鎮(zhèn)、西莊鎮(zhèn)、新城鄉(xiāng),于芝川鎮(zhèn)姚家莊村南落崖下出境,流長65km。以河心主流中心線為界,與山西鄉(xiāng)寧、河津、萬榮三縣隔岸相望。地下水含水層其巖性及儲水空間有松散巖類孔隙含水層、碎屑巖裂隙含水層和灰?guī)r巖溶裂隙含水層三種類型。
1.4植被
由于韓城屬于華北暖溫帶落葉闊葉林帶的西段,區(qū)內(nèi)植被類型多為中部淺山丘陵栽培經(jīng)濟(jì)林。隨著山川溝原等地形的變化,喬灌木及草本植物形成小部分的群體,森林植被覆蓋率低,殘存少量側(cè)柏次生林。灌木以少量荊條、酸棗等為主。大面積的荒山是以草木和矮灌木為主,種類以耐旱禾本科、菊科。刺槐喜光、耐旱,是解放后造林的骨干樹種。
1.5礦山及周邊其他人類重大工程活動
陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司桑樹坪煤礦:煤礦面積49.1458km2。采礦證批準(zhǔn)開采標(biāo)高+480~+140m,開采2、3、11號煤層,設(shè)計生產(chǎn)能力2.10Mt/a。采用長壁綜合機(jī)械化采煤法,分層下行垮落綜采,全部垮落法管理頂板。而礦區(qū)中部還現(xiàn)存在一處煤場,由村民組織進(jìn)行篩煤經(jīng)營。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及相關(guān)資料,礦區(qū)東側(cè)的道路主要為沿黃二級公路,其余道路均為等級外道路。伴隨開采和周邊道路,蘭利煤礦礦區(qū)及周邊人類工程活動較為強(qiáng)烈[1]。
2礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查范圍確定
根據(jù)煤礦邊界附近主采煤層上覆基巖、松散層厚度,考慮地面工程評估范圍,計算采空區(qū)影響變形邊界,確定調(diào)查范圍。根據(jù)煤礦采深180~720m,上覆基巖厚150~200m,土層厚5~10m,影響傳播角基巖中78°,土層中取45°,經(jīng)理論計算該采空區(qū)地表拉伸裂縫影響寬度為67.5~193.7m,蘭利煤礦西、北邊與桑樹坪煤礦相鄰,南與黃河二礦相鄰,東依黃河。因此結(jié)合礦區(qū)地面建筑平面布置、相鄰煤礦分布情況和地表影響范圍,綜合分析確定評估范圍如下:評估區(qū)西、南、北以礦權(quán)邊界為界,東南側(cè)向外擴(kuò)至地面建筑壓占外側(cè),最終確定評估區(qū)面積為1.0436km2,調(diào)查面積在評估面積的基礎(chǔ)上外擴(kuò)約200m,為2.0917km2。
3礦山地質(zhì)災(zāi)害影響分析
3.1礦山井下開采形成地質(zhì)災(zāi)害計算分析
蘭利煤礦位于山地丘陵區(qū),溝谷切割深,基巖出露至山體半坡,山梁上或低凹地帶部分黃土覆蓋,最厚處達(dá)0~10m。礦區(qū)范圍內(nèi)西南及東南側(cè)存在大面積的采空區(qū),開采形成采空隱患。開采方式為走向長壁炮采。根據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)查,在梯田、公路上還未發(fā)現(xiàn)地表變形跡象。現(xiàn)狀評估采空塌陷隱患影響程度為較輕。井下開采引起地表發(fā)生位移變形,到最終形成穩(wěn)定的沉陷盆地,這一過程是漸進(jìn)而且相對緩慢的,地表移動延續(xù)時間(T)根據(jù)下式計算:T=2.5×H(1)式中:T——形成穩(wěn)定沉陷地面移動的延續(xù)時間,d;H——工作面平均開采深度,m。根據(jù)上述公式,計算求得蘭利煤礦各采區(qū)開采后形成穩(wěn)定沉陷地面移動時間。根據(jù)上述形成穩(wěn)定沉陷地面移動的延續(xù)時間計算,采區(qū)3#煤層開采后形成穩(wěn)定沉陷地面移動時間已達(dá)到計算理論時間,結(jié)合野外實際調(diào)查,礦區(qū)采空塌陷趨于穩(wěn)定,對地表影響較輕[2]。
3.2礦區(qū)含水層破壞計算分析
本次采用《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評價標(biāo)準(zhǔn)》(MT/T1091-2008)中的中硬類巖石的冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗公式計算冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶高度:Hc=4MHf=100∑M3.3n+3.8+5.1(2)式中:Hc——冒落帶最大高度,m;Hf——導(dǎo)水裂隙帶最大高度,m;ΣM——累計采厚,m,本區(qū)取煤層厚度;n——煤層分層開采層數(shù)(本區(qū)煤層按單層開采計算,即n=1)。3#煤層開采后,最大導(dǎo)水裂隙帶高度為91.9m,區(qū)內(nèi)3#煤層上覆基巖平均厚度約為150m,最小厚度約103m,導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度小于其上覆基巖厚度,但3#煤層開采對山西組底部砂巖含水層影響較大,局部影響石炭二疊系下石盒子組底部砂巖含水層。礦井正常涌水量35m3/h,最大涌水量為53m3/h,煤礦開采對地下水有一定的疏干作用,使地下水位下降,但下降幅度較小。綜上,蘭利煤礦開采對含水層的影響程度較輕[3]。
3.3礦區(qū)地形地貌景觀(地質(zhì)遺跡、人文景觀)破壞分析
采礦活動對地貌景觀的影響和破壞主要包括地面塌陷和礦區(qū)基礎(chǔ)工程建設(shè)兩方面。礦區(qū)位于山地丘陵區(qū),地形切割強(qiáng)烈,溝谷較發(fā)育,且均為“V”型谷,地形破碎,起伏較大。煤礦開采的3#煤層最小埋深160m,煤層最大厚度6.16m。地面無明顯沉降變形,礦區(qū)內(nèi)無重要的人文景觀、旅游景觀以及重要的交通干線等,因此采礦對地形地貌景觀影響較輕。但是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,工業(yè)場地建設(shè)占地面積475m2,風(fēng)井場地占地面積21m2,抽水井占地面積22m2,地面構(gòu)筑物改變了原生地形地貌景觀,自然景觀,造成土地毀壞、巖石裸露、陡坎及景觀生態(tài)系統(tǒng)在空間分布上的不連續(xù)性,且位于沿黃公路可視范圍之內(nèi),因此,對地形地貌景觀影響較嚴(yán)重[4]。礦區(qū)中部的煤場對地形地貌的影響主要表現(xiàn)在對土地資源的壓占及地貌景觀的不連續(xù)性,影響較嚴(yán)重。
3.4礦區(qū)水土環(huán)境污染分析
煤礦內(nèi)無常年性地表水流,礦山東鄰黃河。井下排水經(jīng)“混凝、沉淀、過濾、消毒”處理,地面生產(chǎn)生活廢水經(jīng)地面污水處理站二級處理達(dá)到GB68978-96《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)后與富余礦井水排入黃河,對黃河水質(zhì)影響較小。礦山關(guān)閉,礦坑水不再排放,對地表水的污染將逐步減小,水質(zhì)將會逐漸自凈[5]。
4災(zāi)害治理分區(qū)
4.1分區(qū)原則
礦山地質(zhì)環(huán)境治理分區(qū)是在綜合考慮礦山地質(zhì)環(huán)境背景條件、礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其現(xiàn)狀、預(yù)測影響程度以及礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理措施實施的難易程度等因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[6],具體遵循以下原則:(1)以采礦對礦山地質(zhì)環(huán)境造成的影響為主要因素,兼顧礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景,突出礦山地質(zhì)環(huán)境問題、現(xiàn)狀評估與預(yù)測評估的原則[7]。(2)結(jié)合開采區(qū)內(nèi)可能引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題的分布特征、受威脅對象的損失程度,依據(jù)“區(qū)內(nèi)相似,區(qū)際相異”的原則進(jìn)行分區(qū)[8]。(3)礦山地質(zhì)環(huán)境問題的影響因素很多,每一處礦山地質(zhì)環(huán)境問題均是多種因素綜合作用的結(jié)果。因此,綜合分析各個致災(zāi)因素,才能較客觀地反映礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)[9]。
4.2分區(qū)方法
在對地質(zhì)災(zāi)害、含水層、地形地貌景觀、水土環(huán)境污染現(xiàn)狀與預(yù)測的基礎(chǔ)上,根據(jù)防治難易程度,對礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理進(jìn)行分區(qū)。選取地質(zhì)災(zāi)害、含水層、地形地貌景觀、水土環(huán)境污染現(xiàn)狀與預(yù)測評估結(jié)果作為分區(qū)指標(biāo)。最終根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型、分布特征及其危害性,礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀及預(yù)測評估結(jié)果,進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)。根據(jù)《DZ/T0223-2011》標(biāo)準(zhǔn)附錄F,并遵循“就上原則”將評估區(qū)劃分為次重點防治區(qū)(Ⅱ)和一般防治區(qū)(Ⅲ),共2級5個區(qū)塊,其中4個次重點防治區(qū),面積共0.0815km2;1個一般防治區(qū),面積共0.9621km2。
4.3分區(qū)意義
分區(qū)方案結(jié)合工程開發(fā)建設(shè)的特點,并根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀?、社會環(huán)境及地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀,因地制宜地布設(shè)各項防治措施,建立技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,適用可靠、效果顯著的礦山地質(zhì)環(huán)境治理體系[10]。
5結(jié)束語
通過對現(xiàn)狀災(zāi)害計算和分析后采用分區(qū)方法,優(yōu)化施工組織設(shè)計,因地制宜,因害設(shè)防,力求定性準(zhǔn)確,定量合理,預(yù)防優(yōu)先,注重生態(tài)保護(hù),可以最大程度避免和減緩地質(zhì)災(zāi)害造成的損失,有效遏制對地形地貌景觀、水土環(huán)境及土地資源的影響和破壞[11]。使地質(zhì)環(huán)境保護(hù)具有較強(qiáng)的針對性和可操作性,有效的進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理,改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境,從而減少和預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)的威脅[12]。
作者:徐欣芳 單位:陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司