李玲夏冰
(江西省煤田地質(zhì)勘察研究院 江西 南昌 330001)
礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用伴生了礦山地質(zhì)環(huán)境問題。盡管近年來環(huán)境保護工作開始受到重視,但是長期以來礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中積累的環(huán)境問題仍較多,且隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展礦山開采力度的加大,生態(tài)破壞和環(huán)境污染對礦山周圍的居民生活影響越來越嚴(yán)重。因此,對于已經(jīng)破壞的生態(tài)環(huán)境進行恢復(fù)治理工作迫在眉睫。
1.1 礦山基本情況
該煤礦位于萍鄉(xiāng)市南東120°方位,直距6km,屬萍鄉(xiāng)市安源區(qū)安源鎮(zhèn)管轄。周圍人類活動較多,礦區(qū)面積12.8165km2,開采標(biāo)高+320m至-300m。
1.2 礦山環(huán)境背景
礦區(qū)屬丘陵低山地形,最高海拔+596.75m,最低海拔+499.18m。地形坡度5-34°,地形切割中等。礦區(qū)屬亞熱帶溫濕型氣候,溫暖潮濕,四季分明。年平均降雨量1570.4mm,最大降雨量為1900mm;年平均蒸發(fā)量為1242.4mm;礦區(qū)周邊地表水系發(fā)育,主要充水來源為大氣降水;礦區(qū)植被發(fā)育,覆蓋率為75%以上。土壤類型為紅壤、黃壤。土地類型主要為林地、采礦用地及城鎮(zhèn)用地。
1.3 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造
礦區(qū)地層出露主要為第四系(Q)、白堊系上統(tǒng)南雄組(K2n)、三疊系上統(tǒng)安源組(T3a);礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷層、褶皺發(fā)育,構(gòu)造強烈;礦區(qū)未揭露巖漿巖;本礦的主要充水水源為大氣降水、斷層水、封閉不良鉆孔水及老窯水。區(qū)內(nèi)最主要的地表水體為雙風(fēng)河,可能成為五年后礦井開采的充水水源。本礦主采煤層為大槽煤層,該煤層頂?shù)装逵墒⑸皫r、泥巖、粉砂巖組成,多為半堅硬巖石,裂隙不甚發(fā)育,穩(wěn)固性相對較好。
2.1 泥石流
礦部及工業(yè)廣場上部溝谷兩側(cè)山腰地段巖石本身遭受風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重,且由于亂掘形成大量的礦渣廢石。這些殘坡積土及礦渣廢石形成了潛在的泥石流物源。此溝谷于2011年6月16日曾因降大暴雨引發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害。溝谷東西走向,溝谷長約1337.5m,寬175-245m,平均寬度約為215m。溝谷東南部最高標(biāo)高為450m,西北端谷口最低標(biāo)高約為150m,相對高差為300m,地形坡度為12.62°,本區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定,未處于強抬升及強地震區(qū),有多條斷層及褶皺。流域植被發(fā)育較好,河谷兩側(cè)坡度在30-45°之間,總體為“V”型谷。流域面積約為0.41km2,流域相對高差為349.18m,泥沙補給長度比為24.9%。經(jīng)泥石流易發(fā)性量化評估,該溝谷為泥石流中等易發(fā)。因此,建議礦山應(yīng)固定或清除泥石流物源,并設(shè)置相應(yīng)的排水措施,防止泥石流地質(zhì)災(zāi)害的再次發(fā)生。
2.2 采空區(qū)引起地面變形
對照采礦設(shè)計手冊中“我國部分礦山移動角實測值”,確定本礦巖體移動角 β=41.7°(下山)、γ=75°(上山)、δ=75°(走向)。 第四系移動角應(yīng)取45°。依據(jù)礦體開采邊界位置及剖面線,連接剖面上、下盤崩落位置點,形成礦山最終開采移動范圍。
在采掘移動范圍內(nèi),根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》,本文通過下沉Wcm和水平變形ξ來評價對地面變形的影響。由于煤層的傾角、厚度及分布的不均勻性,則不同位置引起的最大下沉值和最大水平變形不同。參照附近本地相鄰礦區(qū)地表下沉系數(shù)q取值0.635、地表水平移動系數(shù)b取0.3、主要影響角β為65°。
根據(jù)以下公式計算出不同位置的地表影響情況,
q=Wcm/(Mcosα)
Ι=Wcm/(H/tgβ)
其中,采深H(所在水平標(biāo)高+該點標(biāo)高)。
根據(jù)上述公式計算該煤礦采煤影響各變形參數(shù),利用南方CASS做出地面水平變形等值線圖,對照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中磚混結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級,有8棟磚混結(jié)構(gòu)民房位Ⅳ地面變形區(qū)內(nèi);有40棟磚混結(jié)構(gòu)民房位于Ⅲ地面級變形區(qū),有20棟磚混結(jié)構(gòu)民房位于Ⅱ級地面變形區(qū)內(nèi);有50戶民房,房位于Ⅰ地面級變形區(qū)。
2.3 地形地貌景觀及土地資源破壞
本礦的開采對地形地貌景觀及土地資源的破壞主要的礦部及工業(yè)廣場、煤場、矸石堆及亂掘地破壞區(qū)。礦區(qū)多處煤層露頭,歷史及現(xiàn)狀民采現(xiàn)象嚴(yán)重,礦區(qū)范圍內(nèi)只有小部分較好的保留了原有的地形地貌,小煤礦露天開采是對礦區(qū)的地形地貌景觀破壞大,在礦區(qū)范圍內(nèi)有6個較大的亂掘地破壞區(qū),亂掘地破壞區(qū)主要為開采挖損山體形成的裸巖面、隨意堆積的廢石渣、挖掘形成的深坑等都對礦區(qū)原有的自然景觀及土地資源造成了極大的破壞,破壞區(qū)總面積為148公頃。
3.1 泥石流溝谷治理
對泥石流溝谷的治理主要為:在泥石流溝谷兩側(cè)覆土、覆綠,固定潛在泥石流物源,沿溝谷處修建排水溝,將匯水區(qū)范圍的水匯集到排水溝流出,從而減少對地表的沖刷,防止將物源匯集而形成泥石流,防止再次對溝谷口處的居民的人身安全造成威脅。
根據(jù)該泥石流溝谷的匯水面積、當(dāng)?shù)氐谋┯陱姸取搅飨禂?shù)及水流速度設(shè)計排水溝,考慮當(dāng)?shù)氐匦蔚孛布笆┕?,擬采用梯形斷面過水,斷面取深0.4m、寬0.4m,側(cè)壁及底板厚度0.25m。
圖1 排水溝斷面圖(單位:mm)
3.2 采掘移動范圍防治
對于位于采掘移動范圍的地面設(shè)置地面變形監(jiān)測點,地面變形Ⅱ級和Ⅲ級區(qū)域周圍每隔500m設(shè)置一警示牌,按周期進行人工觀測,如果發(fā)現(xiàn)有沉降或塌陷征兆的的局部區(qū)域及時設(shè)置防護柵欄。如果在該區(qū)域興建建筑物時需要加強地基巖土工程勘察,并對建筑物進行相應(yīng)程度的抗變形設(shè)計。對于地面變形Ⅳ級的地區(qū),建議原有建筑物拆除,居民搬遷,且不宜再進行新的建設(shè)。設(shè)置防護柵欄,防止人畜進入。根據(jù)觀察記錄數(shù)據(jù),總結(jié)規(guī)律,對地面變形大的,塌陷可能性較大的地區(qū)進行加強重視,并提前做出應(yīng)對措施,避免引起生命財產(chǎn)的損失。
3.3 亂掘地治理
由于礦山開采殘留巖質(zhì)邊坡過高過陡,且殘余大量危巖體,易產(chǎn)生崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,邊坡植被完全損毀、基巖裸露,嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境與自然景觀。因此,本次采用的治理方式主要對高陡邊坡臺階式放坡,結(jié)合坡腳回填的方法,充分利用已有廢石回填,對邊坡臺階采用漿砌塊石圍堰填土復(fù)綠。治理工程措施如下:
圖2 破壞區(qū)某邊坡治理剖面示意圖
1)邊坡整理
為使邊坡達到穩(wěn)定狀態(tài)和方便后續(xù)綠化工程,首先根據(jù)各開采邊坡既有特點和本次設(shè)計的整體思路進行放坡,放坡方向主要參考原始自然坡向。其余整體沿煤線露頭呈條帶狀展布,總體走向北東向。放坡參數(shù)主要根據(jù)礦山環(huán)境恢復(fù)治理工程經(jīng)驗和 《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2002)要求。
2)開采邊坡坡面復(fù)綠
邊坡整理完成后,為恢復(fù)邊坡植被,根據(jù)放坡設(shè)計與相關(guān)規(guī)范要求,結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植經(jīng)驗,進行坡面復(fù)綠。
3.4 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工程
在礦產(chǎn)資源開采過程中,應(yīng)對礦山地質(zhì)環(huán)境變化情況實施動態(tài)監(jiān)測。
監(jiān)測內(nèi)容:礦山建設(shè)及采礦活動可能引發(fā)的泥石流、采區(qū)邊坡穩(wěn)定性、地面變形情況、地形地貌景觀變化等。
監(jiān)測方法:對地形地貌景觀進行人工現(xiàn)場調(diào)查,現(xiàn)場測量監(jiān)測;對含水層破壞采取地下水位觀測,水質(zhì)取樣分析監(jiān)測;對采礦引發(fā)的地面沉降觀測采取布置地面沉降觀測站進行長期觀測。
4.1 本礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題為,泥石流、采煤引起地面變形、亂掘地。
4.2 主要的防治措施為修建排水溝、覆綠及采掘引起地面變形監(jiān)測。
4.3 加強地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測,及時向有關(guān)部門通報崩塌、滑坡、泥石流及地面變形監(jiān)測結(jié)果,切實搞好地質(zhì)環(huán)境保護工作。
[1]DZ/T0223-2011礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范:修訂版[S].北京:中國煤炭出版社,2011.
[2]建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[S].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.
[3]GB50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].
[4]王永峰,張艷紅.礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù):以廣東豐市西南鎮(zhèn)石場礦山為例[J].技術(shù)與市場,2012,19(10).
[5]黃成,江中樂,韓正興,林俊.江西某煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理研究及對策[J].科技信息,2011.