陳曉梅，李婷婷

(臨沂市國(guó)土資源局，山東 臨沂 276301)

臺(tái)上鐵礦生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響主要表現(xiàn)為引發(fā)采空塌陷及伴生地裂縫，對(duì)土地資源造成破壞的同時(shí)，也對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和人民群眾的生命安全帶來(lái)一定影響，因此，加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)研究非常必要[1]。

1 礦山基本情況及地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 礦山概況

蒙陰縣臺(tái)上鐵礦位于蒙陰縣城西，紅喜莊至臺(tái)上、王去峪一帶，距縣城約12.5km，行政區(qū)劃隸屬蒙陰縣聯(lián)城鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)面積為0.2804km2。屬地下開(kāi)采礦山。設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模10萬(wàn)t/a，礦山服務(wù)年限為4.7a。根據(jù)礦山地下開(kāi)采進(jìn)程，對(duì)地下采空區(qū)逐步進(jìn)行實(shí)施治理。根據(jù)礦山生產(chǎn)服務(wù)年限、礦山開(kāi)采引發(fā)地面塌陷及地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的最長(zhǎng)影響時(shí)間和礦山進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理需要的時(shí)間，預(yù)計(jì)礦山開(kāi)采閉坑后2年內(nèi)完成全部恢復(fù)治理工作及植物的養(yǎng)護(hù)。

1.2 礦山地質(zhì)環(huán)境背景

(1)地形地貌。評(píng)估區(qū)內(nèi)為較低緩丘陵地形，地形起伏不大，區(qū)內(nèi)地形標(biāo)高為245～299m，相對(duì)高差約50m。區(qū)內(nèi)地形切割深度不大，基巖裸露良好，區(qū)內(nèi)總地勢(shì)北東高，南西低，沖溝多為近EW向，西側(cè)紅喜莊小河為區(qū)內(nèi)主要河流，近鄰礦區(qū)主要山峰為北東側(cè)的紅山，海拔標(biāo)高約299m。

(2)氣象水文。該區(qū)地處暖溫帶，屬溫帶季節(jié)性半濕潤(rùn)大陸性氣候區(qū)。年平均氣溫13.3℃。年平均降水量750mm，降水時(shí)間多集中于7—8月份，約占全年降水總量的70%～80%。冬季有霜凍，最晚12月22日，最早11月23日。礦區(qū)位于構(gòu)造剝蝕低丘地區(qū)，屬魯中南中低山丘陵區(qū)域水文地質(zhì)單元。礦區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面位于臺(tái)上小河與紅喜莊小河的入口處，該處地形標(biāo)高+240m左右，區(qū)內(nèi)標(biāo)高為+245～+296m，相對(duì)高差50m。地形切割不強(qiáng)烈，礦體露頭多為正地形，總地勢(shì)北東高南西低，地表水流向南西。

(3)地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造。評(píng)估區(qū)所處大地構(gòu)造位置為華北板塊(Ⅰ)、魯西地塊(Ⅱ)、魯中隆起區(qū)(Ⅲ)、東平-蒙陰隆起(Ⅳ)、蒙山凸起(Ⅴ)北東邊部，北東近鄰蒙陰凹陷盆地。

評(píng)估區(qū)附近區(qū)域自太古宙至古生代地層出露齊全，自礦區(qū)中部向北東自下而上分別出露有泰山巖群雁翎關(guān)組、寒武紀(jì)朱砂洞組、饅頭組、張夏組、崮山組及炒米店組等地層。太古宙及中生代巖漿巖分布廣泛，北西及北東等方向多組斷裂發(fā)育齊全。

礦區(qū)地層以泰山巖群雁翎關(guān)組含礦地層廣布為特征，北東側(cè)寒武系底部地層零星分布，第四系零星分布。評(píng)估區(qū)構(gòu)造主要表現(xiàn)為地層單斜構(gòu)造、韌性剪切造成的太古宙巖漿巖糜棱巖化和泰山巖群(包括礦層)片理化、波狀彎曲等。斷裂構(gòu)造區(qū)內(nèi)較發(fā)育，有NW向、NNE向2組斷裂。

(4)土壤、植被。礦區(qū)內(nèi)礦體賦存于地下，被第四系覆蓋，礦區(qū)范圍內(nèi)土地肥沃，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，主要農(nóng)作物為小麥、玉米和棉花。植被大部分為松樹(shù)，雜草叢及少量矮小灌木，礦區(qū)內(nèi)林地覆蓋率約為70%。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估

該區(qū)處于地面塌陷及地裂縫為主的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)，礦區(qū)位于構(gòu)造剝蝕低丘地區(qū)，屬魯中南中低山丘陵區(qū)域水文地質(zhì)單元。礦區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面位于臺(tái)上小河與紅喜莊小河的入口處，該處地形標(biāo)高+240m左右，區(qū)內(nèi)標(biāo)高為+245～+296m，相對(duì)高差50m。地形切割不強(qiáng)烈，礦體露頭多為正地形，總地勢(shì)北東高南西低，地表水流向南西，該礦山為地下開(kāi)采礦山。評(píng)估區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)條件發(fā)育較弱。根據(jù)以往資料和實(shí)際調(diào)查結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)及其附近沒(méi)有崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。隨著礦山的開(kāi)采，采空區(qū)面積將逐漸增大，形成較大面積的采空區(qū)后，有產(chǎn)生采空地面塌陷的可能，在地表形成塌陷坑和地裂縫。因此，該次地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估的主要地質(zhì)災(zāi)害類型為地面塌陷及地裂縫[2]。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)評(píng)估

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估

(1)地面變形及伴生地裂縫

隨著礦山的開(kāi)采，地下采空區(qū)大面積形成。采空區(qū)頂板長(zhǎng)期受地壓的作用會(huì)出現(xiàn)離層、龜裂、掉塊以至下沉，保安礦柱也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、片幫、位移等現(xiàn)象，導(dǎo)致礦柱失穩(wěn)，造成采空區(qū)冒頂、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。但礦體為磁鐵石英巖或磁鐵石英角閃巖，節(jié)理不發(fā)育，巖石堅(jiān)硬，完整性較強(qiáng)，硬度系數(shù)大于7級(jí)，為堅(jiān)固完整工程地質(zhì)良好層。礦區(qū)內(nèi)各礦體頂?shù)装鍑鷰r均是與礦體同成因的黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、磁鐵石英角閃巖等巖石，這些巖石結(jié)構(gòu)完整堅(jiān)硬，巖石硬度達(dá)6～7級(jí)，抗壓強(qiáng)度60MPa左右，巖石節(jié)理不發(fā)育，僅局部片理發(fā)育。在坑采過(guò)程中僅需注意局部巖石沿片理滑落即可。

(2)礦山本身可能遭受地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性

工程建設(shè)場(chǎng)地位于較低緩丘陵地形，地形起伏不大，第四系松散層廣泛分布，地下水富水性中等，現(xiàn)狀條件下不具備產(chǎn)生崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷和地面沉降的地質(zhì)環(huán)境條件。礦山本身可能遭受地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性為較輕。

3.2 預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境破壞情況

3.2.1 對(duì)含水層影響與破壞預(yù)測(cè)評(píng)估

(1)礦山排水對(duì)地下含水層的影響

礦區(qū)地下水類型大致可分為第四系孔隙水、基巖蓋層巖溶裂隙水、基巖風(fēng)化層裂隙孔隙水和基巖裂隙水4種，潛水面埋深2～7m。

第四系孔隙水主要為周圍居民農(nóng)業(yè)灌溉及部分居民用水，潛水面埋深1～3m，礦井最大涌水量為1000m3/d，受季節(jié)影響明顯，巖層富水性較強(qiáng)。但由于礦體露頭多在丘頂，該處第四系不發(fā)育，故礦坑排水對(duì)第四系孔隙水影響較小。

基巖裂隙水富水性差，單井涌水量一般不大于300m3/d，無(wú)法形成供水水源地，故該層水對(duì)供水水源的影響較小。

基巖風(fēng)化層裂隙孔隙水富水性中等，潛水面埋深5～7m，單井涌水量在500m3/d左右，略受季節(jié)影響，含水層不具備成為集中供水水源地的條件，故該層水對(duì)供水水源的影響較小。

寒武紀(jì)地層的巖溶裂隙水為礦坑排水的主要來(lái)源，但由于礦區(qū)遠(yuǎn)離灰?guī)r蓋層，故該層水對(duì)供水水源影響較小。

(2)液體廢棄物對(duì)地下水的影響

液體廢棄物主要包括生活污水和礦坑排水。礦區(qū)生活污水經(jīng)過(guò)管道排至下水管道，然后排至城市集中污水處理廠進(jìn)行處理，對(duì)地下水環(huán)境影響小。礦坑水水質(zhì)對(duì)比生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，地下水中各項(xiàng)成分只有總硬度略有超標(biāo)，其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。礦區(qū)排水水質(zhì)良好。井下水排至地表沉淀后，用作充填、消防、井下鑿巖、防塵、防火用水。因此，礦山廢液排放對(duì)水環(huán)境影響較輕。

(3)固體廢棄物對(duì)地下水的影響

礦山基建期廢石量少，開(kāi)采期間產(chǎn)生的廢渣可修路填場(chǎng)地、建擋墻、建筑材料、充填自然溝。據(jù)分析礦區(qū)地質(zhì)資料和實(shí)地調(diào)查，廢石巖性主要為黑云母長(zhǎng)英變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、角閃片巖等。經(jīng)試驗(yàn)，廢石在48h浸溶條件下(蒸餾水浸溶)，pH值,Cu2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+,As3-指標(biāo)均符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。因此廢石淋濾水的水質(zhì)較好，無(wú)論其滲入地下，還是流入地面水體均不會(huì)對(duì)地表水和地下水環(huán)境產(chǎn)生污染。

3.2.2 采礦活動(dòng)對(duì)土地資源影響預(yù)測(cè)評(píng)估

隨著礦山對(duì)礦體的不斷開(kāi)采，地下的采空區(qū)將會(huì)不斷擴(kuò)大；但礦體及圍巖堅(jiān)硬，完整性好；采礦結(jié)束后立即對(duì)采空區(qū)進(jìn)行全尾砂充填，地表形成較深采空塌陷區(qū)可能性不大，對(duì)農(nóng)田耕作影響較小。綜上所述，預(yù)測(cè)評(píng)估礦山開(kāi)采活動(dòng)對(duì)土地資源影響為較輕。

3.2.3 采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀影響預(yù)測(cè)評(píng)估

該礦山生產(chǎn)主要在地下，地面上沒(méi)有采石、挖砂、破壞植被等損害地貌景觀的工程活動(dòng)。采礦結(jié)束后立即對(duì)采空區(qū)進(jìn)行全尾砂充填，對(duì)地形地貌影響較輕。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境防治工程

4.1 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程

4.1.1 采空區(qū)治理恢復(fù)工程方法與措施

開(kāi)采過(guò)程中采用掘進(jìn)廢石不出坑的方式對(duì)采坑進(jìn)行充填，剩余工作量在采礦結(jié)束后采用全尾砂及河沙充填，具體方案如下：

在回風(fēng)斜井附近建一座充電站,礦房回采結(jié)束后對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，利用倒運(yùn)礦石車把全尾砂返運(yùn)至充填站，濃縮尾砂由攪拌機(jī)攪拌，達(dá)到質(zhì)量濃度65%左右的尾礦漿后，由充填料漿輸送管道輸送至井下充填。

4.1.2 地形地貌景觀及土地資源破壞的防治

礦區(qū)內(nèi)塌陷范圍，應(yīng)嚴(yán)格按照《土地復(fù)墾方案》的規(guī)劃進(jìn)行整平整治，最大限度地恢復(fù)和維持農(nóng)田生態(tài)平衡，依據(jù)礦區(qū)地處低緩丘陵、以農(nóng)業(yè)為主的特點(diǎn)，確立礦區(qū)土地恢復(fù)以生態(tài)學(xué)原理為基礎(chǔ)，因地制宜，在環(huán)境上最優(yōu)、經(jīng)濟(jì)上可行。與土地利用的總體規(guī)劃相一致，并以發(fā)展農(nóng)村生態(tài)經(jīng)濟(jì)為中心，以保護(hù)耕地為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的“雙贏”[3]。

4.1.3 含水層破壞的防治

采礦廢水應(yīng)循環(huán)利用，生活污水，機(jī)械油污等難于利用，排放可能造成污染的部分，應(yīng)集中收集，達(dá)標(biāo)排放，避免礦區(qū)及周圍水環(huán)境質(zhì)量受到影響。礦區(qū)內(nèi)的工業(yè)垃圾要進(jìn)行集中堆放，及時(shí)拉走處理，防止二次污染。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工程

4.2.1 地裂縫采空塌陷區(qū)的監(jiān)測(cè)措施

(1)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)的布置和建立

水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)是進(jìn)行地面變形觀測(cè)的起算基準(zhǔn)點(diǎn),擬在礦區(qū)外設(shè)置2個(gè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，要選定在穩(wěn)固的建筑物或構(gòu)筑物便于保存利用的位置上。

(2)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

地表變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：地表下沉量、地裂縫、建筑物開(kāi)裂等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)為：在全區(qū)布設(shè)地表下沉、地裂縫、建筑物開(kāi)裂監(jiān)測(cè)點(diǎn)8處。監(jiān)測(cè)方法為：采用圖根水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)地面建筑物和地表開(kāi)裂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用1956年黃海高程系，測(cè)量?jī)x器采用S3型水準(zhǔn)儀配合區(qū)格木質(zhì)雙面標(biāo)尺，作業(yè)前對(duì)儀器和標(biāo)尺應(yīng)進(jìn)行檢查和檢定。

工業(yè)廣場(chǎng)房屋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要是對(duì)房屋裂縫的觀測(cè)和拍照記錄；農(nóng)田和山坡布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要是對(duì)地面變形和位移的監(jiān)測(cè)與記錄。變形觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置要穩(wěn)固，便于長(zhǎng)期保存。

(3)監(jiān)測(cè)周期

礦山開(kāi)采深度平均+140m左右，監(jiān)測(cè)周期設(shè)計(jì)為1個(gè)月監(jiān)測(cè)1次,如遇地面變形加快等需要縮短周期時(shí),要及時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)。

(4)沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

地面沉降是一個(gè)連續(xù)的時(shí)間過(guò)程，在地面沉降總的時(shí)間內(nèi)可分為3個(gè)階段：起始階段、活躍階段和衰退階段。起始階段從地面下沉值達(dá)到10mm起至下沉速度小于50mm/月止；活躍階段為下沉速度大于50mm/月為止；衰退階段從活躍階段結(jié)束時(shí)開(kāi)始，至6個(gè)月內(nèi)地面下沉值不超過(guò)30mm時(shí)為止。

(5)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理與成果分析

及時(shí)整理原始記錄，計(jì)算沉降量，計(jì)算平面位移及位移方向和空間位移量。及時(shí)整理觀測(cè)資料；向地質(zhì)災(zāi)害管理部門提交觀測(cè)報(bào)告；地質(zhì)災(zāi)害管理部門負(fù)責(zé)監(jiān)督管理。

此外還要進(jìn)行巷道和采場(chǎng)的變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)放在井下保安礦柱及頂板上，禁止放在運(yùn)輸巷中。每班次巡查觀察保安礦柱是否開(kāi)裂、滑動(dòng)錯(cuò)位；采空區(qū)頂板是否下沉，報(bào)警裝置是否靈敏。每個(gè)開(kāi)采水平至少安裝2只頂板下沉報(bào)警裝置；安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)巡查，避免因個(gè)人差異的觀測(cè)誤差而判斷不準(zhǔn)。

4.2.2 水環(huán)境監(jiān)測(cè)方案

礦坑排水雖然對(duì)水環(huán)境影響小，但亦應(yīng)考慮重金屬等污染元素長(zhǎng)期積累的影響[4]。可采用地上水監(jiān)測(cè)，地下水監(jiān)測(cè)，取地下水和礦坑水，對(duì)2種水樣分別進(jìn)行全分析和污染分析。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

金源礦業(yè)有限公司地下開(kāi)采生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響主要表現(xiàn)為引發(fā)采空塌陷及伴生地裂縫，對(duì)土地資源造成破壞，在以此為代表的地下開(kāi)采礦區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀評(píng)估及其預(yù)測(cè)評(píng)估。并在此基礎(chǔ)上提出了切實(shí)可行的防治措施，對(duì)此類型礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)工作具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn):

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