何偉民,宋麗娜,高飛,吳東民,趙目軍

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院,許昌 461000;2.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,鄭州 450053)

伊川高山煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題及治理措施

何偉民1,宋麗娜1,高飛1,吳東民2,趙目軍2

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院,許昌 461000;2.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,鄭州 450053)

簡述高山礦區(qū)的地質(zhì)特征、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)特征,指出目前該礦區(qū)產(chǎn)生的主要地質(zhì)環(huán)境問題表現(xiàn)為煤礦開采引起地面塌陷和地裂縫、地下水水位下降及煤矸石不合理堆放而造成的土壤、水質(zhì)污染等。筆者認(rèn)為,礦山環(huán)境保護(hù)法律不健全、地方礦政管理格局混亂、群眾缺乏環(huán)保憂患意識是導(dǎo)致以上地質(zhì)環(huán)境問題的主要因素。作者結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況,提出了一些具體、可行的治理措和防治對策、建議。地質(zhì)環(huán)境重在預(yù)防和保護(hù),要防患于未然。希望各級相關(guān)職能管理部門能夠以人為本、相互協(xié)作、相互監(jiān)督、認(rèn)真履行,決不能為了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和個人政績的需要,而造成對地質(zhì)環(huán)境的污染與破壞。關(guān)鍵詞: 地質(zhì)環(huán)境;危害;防治對策;伊川高山煤礦區(qū)

1 前言

高山礦區(qū)位于河南省伊川縣西部。該礦區(qū)始建于1958年,在計劃經(jīng)濟(jì)時期,極大地促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)的繁榮,提高了人民的生活水平。但在礦山開采的同時,由于相關(guān)管理部門缺乏對礦產(chǎn)資源有效、科學(xué)的管理和監(jiān)督,加之礦山企業(yè)不重視對礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)和環(huán)境的保護(hù),導(dǎo)致礦產(chǎn)資源的不斷浪費和礦山地質(zhì)環(huán)境問題的日益突出。因此,正確認(rèn)識高山礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理,并采取合理的治理措施和防治對策,對于防治地質(zhì)環(huán)境問題的進(jìn)一步惡化,確保人民生命和財產(chǎn)安全,加快社會主義新農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,具有重要的現(xiàn)實意義。

2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

2.1 礦區(qū)自然環(huán)境

礦區(qū)海拔320～451 m,相對高差131 m,沖溝發(fā)肓,切割深度大于15 m,屬低山丘陵區(qū)[1]。礦區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均降水量818.7 mm,最大月降水量150.0 mm。降水多集中在6～9月份,占全年降水量的64.3%。區(qū)內(nèi)水系屬黃河流域伊洛河水系。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于華北板塊南緣崤熊構(gòu)造區(qū),在宜洛煤田東南部?？傮w構(gòu)造形態(tài)為NW-SE背斜構(gòu)造,背斜軸向SE方向傾伏。

地層主要為寒武系上統(tǒng)崮山組、石炭系上統(tǒng)太原組的灰?guī)r,二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組的煤系地層,第三系洛陽組的泥灰?guī)r及第四系。

2.3 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地下水有松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶裂隙水3種類型。

孔隙水第四系潛水含水層,主要分布于丘陵溝谷中,為沖、洪積及坡積形成,平均厚度約19.87 m,主要接受大氣降水補(bǔ)給,含水量較豐富。因煤礦開采,該含水層已基本枯竭。

基巖裂隙水含水巖組主要為二疊系砂巖和基巖風(fēng)化帶含水層。二疊系砂巖含水層單位涌水量0.000 6～0.054 91 l/s·m。與第四系潛水含水層聯(lián)系密切,受大氣降水的影響較大。由于受煤礦開采疏干排水影響,水位大幅下降,水量逐年減少。

巖溶裂隙水含水巖組主要由寒武系和石炭系下段的白云巖、白云質(zhì)石灰?guī)r組成。單位涌水量可達(dá)0.005 36～0.166 l/s·m。2003年9月2日高山礦黃村分礦發(fā)生了寒武系灰?guī)r突水淹井,突水量達(dá)29 400 m3/h。

2.4 礦區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)巖體類型可分為堅硬巖石類、半堅硬巖石類和軟弱巖石類。在區(qū)內(nèi)廣泛分布,多埋藏于中部及深部,工程地質(zhì)條件較好。

區(qū)內(nèi)土體多為第四系松散堆積物,巖性以粉質(zhì)粘土為主,結(jié)構(gòu)松散,工程地質(zhì)條件較差。

3 主要地質(zhì)環(huán)境問題

3.1 地面塌陷

區(qū)內(nèi)地面塌陷類型主要為采空塌陷。

由于礦山(主要為煤礦)不合理開采,導(dǎo)致井下頂板巖石大量冒落,從而引起地面發(fā)生強(qiáng)烈變形(圖1)和大面積的塌陷,造成塌陷區(qū)內(nèi)房屋開裂(圖2)、良田廢棄、道路損毀,嚴(yán)重時可造成建筑物倒塌和人員傷亡。高山鄉(xiāng)地面塌陷11處,總塌陷面積約73.7 hm2(表1),其中高山村塌陷區(qū)直徑達(dá)300 m,塌陷深度1.5～2.5 m,塌陷中心深達(dá)4 m左右,地面塌陷面積15 hm2,村民先后搬遷達(dá)89戶,每年造成的經(jīng)濟(jì)損失在數(shù)百萬元左右。

圖1 塌陷引起地面變形Fig.1 Ground defo rmation caused by subsidence

圖2 塌陷引起墻體開裂Fig.2 Wall crack caused by subsidence

3.2 崩塌、滑坡

區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡的物質(zhì)組成主要為坡積的粉土及粉質(zhì)粘土。目前已發(fā)現(xiàn)崩塌(圖3)、滑坡共10余處,且多為土質(zhì)型。主要發(fā)生在地形較陡(大于45°)、溝谷深切及人類工程活動較強(qiáng)烈(如煤礦開采、棄渣堆石、切坡建房等)處。其成因類型以自然降雨型、溝谷側(cè)蝕型和人工挖掘型(如井下煤礦開采)為主。一般規(guī)模較小、突發(fā)性強(qiáng)、破壞性較大,易造成人員傷亡及財產(chǎn)損失。如在2006年8月,高山村因強(qiáng)降暴雨發(fā)生小規(guī)?；?導(dǎo)致2人死亡,1處房屋被毀,直接造成經(jīng)濟(jì)損失數(shù)萬元。

表1 高山礦區(qū)塌陷區(qū)調(diào)查表[1]Table 1 Survey of the subsidences in the area

圖3 溝谷側(cè)壁因滑坡導(dǎo)致的崩塌Fig.3 Collapse of the ditch sidewall caused by landslide

3.3 地裂縫

區(qū)內(nèi)地裂縫多是因地下煤礦不合理開采而誘發(fā)地面變形,從而產(chǎn)生地裂縫。自2002年以來,區(qū)內(nèi)多處出現(xiàn)地裂縫現(xiàn)象,多穿越耕地、道路及民舍(圖4)。地裂縫多呈鋸齒狀,上寬下窄,寬度多在0.5～1.5 m之間,可見深度在1.0 m左右,延伸長度180～340 m不等(表2)。地裂縫的產(chǎn)生直接破壞了國土地貌,直接影響居民和農(nóng)作物的正常生產(chǎn),造成糧食逐年減產(chǎn)。截止2007年底,共損毀農(nóng)田約0.14 hm2,每年造成經(jīng)濟(jì)損失上萬元。此外,村民在田間耕作時,預(yù)防不慎還會造成生命危險,如2005年,高山村一村民在田間收割莊稼時,不小心跌入地中深約1.5 m的裂縫中,造成腳踝扭曲,小腿骨折。

圖4 地裂縫嚴(yán)重破壞農(nóng)田Fig.4 Serious damage to farm land caused by land-sp lit

表2 高山礦區(qū)地裂縫調(diào)查匯總表Table 2 Survey of the ground fissures in the area

3.4 侵占土地資源、污染土壤

煤礦在開發(fā)過程中,廢棄的煤矸石、煤渣、粉煤灰等肆意地堆置從而占用大量的土地資源。礦區(qū)自建礦(1958年)以來,產(chǎn)生的煤矸石、廢渣大面積的直接裸露在地表(圖5),現(xiàn)已形成大量矸石山現(xiàn)象。到2007年底,高山礦區(qū)有較大的黑灰色渣堆共4處,廢渣約15×104t,占壓土地2.7 hm2,平均每開采1×104t礦石要占地0.2 hm2,每年村民經(jīng)濟(jì)損失數(shù)萬元。最終導(dǎo)致耕地面積的減少,使農(nóng)民逐年失去賴以生存的土地。

圖5 棄渣大面積占壓耕地Fig.5 Abandoned dregs occupying farm land

棄渣不合理的堆放,不但占壓土地,而且還直接破壞地表植被的生態(tài)體系,從而影響人與自然的和諧。因為固體廢棄物長期暴露在富氧環(huán)境中,經(jīng)風(fēng)化雨淋而發(fā)生氧化、分解、溶濾等作用,使其中的有毒、有害物質(zhì)及重金屬元素(如 Pb、Cd、Hg、Cr等)直接進(jìn)入其堆積區(qū)附近的土壤,破壞了土壤中的有機(jī)養(yǎng)分,造成土壤酸化、鹽漬化和板結(jié)[2],致使土地貧瘠(經(jīng)取樣分析:該區(qū)煤矸石中汞含量已超過當(dāng)?shù)赝寥赖?.1倍),農(nóng)副產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量不斷下降。目前我國每年被重金屬污染地區(qū)的糧食減產(chǎn)1 200×104t[5]。

3.5 地下水位下降、水質(zhì)污染

由于煤礦大面積、加深開采,造成地下水排放量不斷增加,致使礦區(qū)周圍地下水水位急速下降,破壞了地表水與地下水的天然動態(tài)平衡。目前高山礦區(qū)內(nèi)地下水位下降達(dá)100 m以上,水位埋深140～150 m,農(nóng)灌井及生活飲用水井都已基本干涸,淺層地下水已被疏干。每遇旱季,人畜吃水難以解決,嚴(yán)重影響著居民的正常生產(chǎn)、生活。

此外,礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中的礦坑排放的廢水,大部分未經(jīng)處理,除其黑度和濁度外,水中SO2-4、總硬度和錳、酚、鉛等元素均超標(biāo),進(jìn)入水體后,造成水質(zhì)污染。

4 治理措施及防治對策

4.1 治理措施

4.1.1 塌陷及地裂縫的治理

對已產(chǎn)生的塌陷坑(若有積水時,先將其疏干),深挖至基巖(或土層的新鮮面),隨后用廢棄的煤矸石或排棄的石土、建筑廢料填充,然后回填0.5～1.0 m的粘土[2]夯實、碾壓,平整之后即可種植使用;在采礦過程中可以采用各種“減塌技術(shù)和措施”,如充填采礦法、條帶采礦法,多煤層、多工作面協(xié)調(diào)采礦法[3]以及井下煤矸石置換開采[4]等,最大限度地預(yù)防和防止塌陷的二次產(chǎn)生。

地裂縫可采用尾礦回填、灌注水泥漿法等進(jìn)行治理。

4.1.2 崩塌及滑坡的治理

在易產(chǎn)生滑坡體的上部進(jìn)行削坡減載,改變斜坡外形,降低斜坡重心,提高滑坡穩(wěn)定程度;沿滑坡體周界3 m以外布置截水溝,減少地表水對滑坡體的沖蝕,提高滑帶土的抗剪強(qiáng)度和滑坡的整體穩(wěn)定性。

綜合運用護(hù)面、噴漿、注漿等工程措施進(jìn)行修復(fù)和防護(hù)[5],在斜坡或深切溝谷處,還可利用喬、灌、草相結(jié)合的生態(tài)模式[3],不僅起到了防護(hù)的效果,還凈化了空氣,美化了環(huán)境。

4.2 防治對策及建議

4.2.1 加強(qiáng)法制管理,增進(jìn)各職能部門間的聯(lián)系

地方政府及相關(guān)管理部門(如國土部門、環(huán)保部門、水利部門等)在礦山環(huán)境保護(hù)方面應(yīng)制定一些專門性、詳細(xì)性的法規(guī)、條例、制度和政策,使礦山生產(chǎn)嚴(yán)格按照《礦產(chǎn)資源法》和《環(huán)境保護(hù)法》規(guī)定的要求執(zhí)行[2]。

強(qiáng)化礦政管理格局,增進(jìn)各級管理職能部門間的信息交流,遵循“以人為本,統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),分級管理,屬地為主”的原則[6],各司其職,各負(fù)其責(zé);管理人員務(wù)必實行依法治污,照章罰款,違法必究,處罰公開的原則。

4.2.2 發(fā)揮公眾監(jiān)督作用,提高環(huán)保意識

廣泛通過各種渠道、媒體,大力宣傳和普及礦山環(huán)境保護(hù)的科學(xué)知識和法律知識,樹立和增強(qiáng)全民防災(zāi)減災(zāi)的環(huán)保意識,使人民群眾時刻存在著地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的憂患意識;充分發(fā)揮公眾的監(jiān)督作用,使人們以自己的實際行動支持和參與環(huán)保活動,真正懂得珍惜資源、保護(hù)環(huán)境的重要性和必要性。

4.2.3 加強(qiáng)現(xiàn)代高新技術(shù)建設(shè),預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生

加強(qiáng)現(xiàn)代技術(shù)裝備建設(shè),也是防治災(zāi)害發(fā)生的重要措施。要綜合運用遙感地質(zhì)、物探、巖體工程技術(shù)設(shè)備,快速、準(zhǔn)確地預(yù)測各類地質(zhì)災(zāi)害的險情;運用地理信息系統(tǒng)(GIS),建立起防災(zāi)減災(zāi)的網(wǎng)絡(luò)體系,對各類地質(zhì)災(zāi)害點進(jìn)行動態(tài)追蹤監(jiān)測,掌握地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生因素[7]。

4.2.4 積極推廣先進(jìn)工藝,提高礦產(chǎn)資源的綜合利用

政府應(yīng)本著對固體廢棄物“因地制宜,充分利用”的原則,積極推廣有利于減少能耗、減少污染物排放的先進(jìn)工藝和技術(shù)。凡是對固體廢棄物合理有效利用的個人、企業(yè)和礦山,政府均給予一定的政策優(yōu)惠和資金支持,并鼓勵和引導(dǎo)礦山積極與相關(guān)學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)合作。

5 結(jié)語

隨著人類社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長,礦產(chǎn)資源的開發(fā)也必將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此,加強(qiáng)礦山地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境的保護(hù),是我們每個人義不容辭的責(zé)任和義務(wù),也是大自然賦予我們的權(quán)利;各級政府及相關(guān)管理部門必須以高度負(fù)責(zé)的精神,務(wù)必貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀,做到經(jīng)濟(jì)建設(shè)與地質(zhì)環(huán)境的和諧發(fā)展,使經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境三者相互促進(jìn)、健康發(fā)展。

[1] 吳東民,趙目軍,等.河南省伊川縣高山、康坪礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理設(shè)計書[R].河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,2007.

[2] 陳劍平,付榮華,等.環(huán)境地質(zhì)與工程[M].北京:地質(zhì)出版社,2003.

[3] 王興民,梅秀杰,等.河南省焦作市環(huán)境地質(zhì)問題及防治對策[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2007,18(3):141-144.

[4] 楊逾,劉文生,等.我國采煤沉陷及其控制研究現(xiàn)狀與展望[J].中國礦業(yè),2007,16(7):43-46.

[5] 韓曉雷.工程地質(zhì)學(xué)原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[6] 何偉民,候利朋.保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防治矸石災(zāi)害[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn),2009,98(2):64-68.

[7] 朱世界,劉曉剛,等.吉林樺甸市地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀與防治對策[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2004,15(2):117-120.

GEO-ENVIRONM ENTAL PROBLEMS AND THEIR TREATM ENT M ETHODSOF THE GAOSHAN COALM INING AREA IN Y ICHUAN,HENAN

He Wei-min1,Song Li-na1,Gao Fei1,Wu Dong-min2,Zhao Mo-jun2
(1.The Second Geo-exp loration Institute,Henan Provincial Bureau of Geo-exp lo ration and M ineral Development,Xuchang 461000,China;2.The Second Hydro-geological and Engineering Geology Brigade,Henan Provincial Bureau of Geo-exp lo ration and M ineral Development,Zhengzhou 450053,China)

Based on outlining the geo-environmental characteristics of the study area,its geo-environmental p roblem s are analyzed and co rresponding treatmentmethods are p roposed.The main p roblem s are ground subsidences and fissures,caused by mining,as well as soil and water pollution,resulted from falling underground water and unreasonably-disposed coal gangue.They are closely related to the deficient legislation about mine-environmental p rotection,the imp roper management pattern of the local autho rities and a lack of environmental p rotection awareness by the masses.

geo-environment;p roblems;controlmeasures;Gaoshan coalmining area

TD167

A

1006-4362(2011)02-0014-04

2010-10-14 改回日期: 2010-12-06

何偉民(1975- ),男,河南許昌人,學(xué)士,工程師,長期從事野外水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)的勘查工作及研究。