黃向東,常曉磊,王姝化,張婷婷,王萬(wàn)新

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第一地質(zhì)勘查院,河南 鄭州 450000; 2.河南理工大學(xué),河南 焦作 454000)

我國(guó)是重要的礦產(chǎn)資源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó),礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與利用不可避免地會(huì)對(duì)土地、生態(tài)、環(huán)境帶來(lái)負(fù)面影響,不僅阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,還危及到社會(huì)穩(wěn)定和人民生命的安全。在國(guó)外,美國(guó)、澳大利亞、加拿大等礦產(chǎn)大國(guó),對(duì)礦山開(kāi)采地質(zhì)環(huán)境影響的研究較早,在法律法規(guī)的制定及科學(xué)礦山開(kāi)采的實(shí)踐活動(dòng)方面,都有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。近年來(lái),我國(guó)也相繼頒布一系列的法律法規(guī)及制度,對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中對(duì)地質(zhì)環(huán)境和土地?fù)p毀的影響及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾進(jìn)行監(jiān)督管理。

本文通過(guò)對(duì)礦山企業(yè)在建設(shè)、開(kāi)采、閉坑各階段的礦山地質(zhì)環(huán)境及土地?fù)p毀影響進(jìn)行評(píng)估,為礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及土地復(fù)墾的實(shí)施提供依據(jù),最大限度地減輕礦業(yè)活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境及土地資源的影響和破壞[1-3],倡導(dǎo)建設(shè)綠色礦山,促進(jìn)礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,并為礦山企業(yè)落實(shí)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)治理與土地復(fù)墾義務(wù),為礦山企業(yè)治理恢復(fù)基金和土地復(fù)墾資金的計(jì)提、存放、管理、使用,以及自然資源主管部門對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾實(shí)施情況監(jiān)督管理等提供依據(jù)[4-7]。

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地層巖性

青磁窯礦屬第四系全覆蓋區(qū),地層主要有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系上統(tǒng)本溪組和太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組、第四系及新近系,其中石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組為主要含煤地層。

(1)奧陶系中統(tǒng)(O2)。研究區(qū)僅發(fā)育中統(tǒng)馬家溝組(O2m),馬家溝組為煤系地層基底,據(jù)區(qū)域資料,厚度為400～600 m。礦區(qū)內(nèi)鉆孔揭露最大厚度150 m。根據(jù)鉆孔資料,該組底部為灰色厚層狀石灰?guī)r,裂隙發(fā)育,多充填方解石脈和晶體,局部有溶蝕現(xiàn)象;下部為灰—深灰色厚層狀石灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r,裂隙發(fā)育且充填有方解石脈;中部為深灰色厚層狀石灰?guī)r,層面少含炭質(zhì),裂隙內(nèi)充填方解石脈,偶含動(dòng)物化石;上部為深灰色隱晶—微晶質(zhì)厚層狀石灰?guī)r,頂部夾似礫狀灰?guī)r具網(wǎng)狀和不規(guī)則裂隙。與下伏地層呈平行不整合接觸。

(2)石炭系上統(tǒng)(C2)。主要由本溪組(C2b)、太原組(C2t)組成。本溪組底部多為鋁土質(zhì)泥巖,致密有滑感,含有黃鐵礦結(jié)核及晶粒,偶為粗粒石英砂巖。中部為鋁土質(zhì)泥巖,夾灰色泥質(zhì)粉砂巖,砂質(zhì)泥巖及薄層狀細(xì)—中粒石英砂巖。上部為淺灰色—青灰色鋁土質(zhì)泥巖,夾黃鐵礦條帶,具水平紋理。該組巖性及厚度變化較大,無(wú)明顯規(guī)律。與下伏地層馬家溝組呈平行不整合接觸。太原組底部灰?guī)r段,以石灰?guī)r為主,夾砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層,偶夾薄層細(xì)砂巖。該層灰?guī)r厚度大,層位穩(wěn)定,全區(qū)發(fā)育,為重要標(biāo)志層之一。中部砂泥巖段以灰黑色細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖為主,局部夾2～3層石灰?guī)r及薄煤。上部灰?guī)r段深灰色、厚層狀、隱晶質(zhì),有時(shí)含有燧石團(tuán)塊,垂直節(jié)理發(fā)育,充填有方解石脈,該層灰?guī)r厚度大,層位穩(wěn)定,全區(qū)發(fā)育,為重要標(biāo)志層之一。與下伏地層本溪組呈整合接觸。

1.2 礦井水文地質(zhì)特征

(1)區(qū)內(nèi)二1煤層上距第四系及新近系平均290.93 m,一般情況下第四系及新近系孔隙水對(duì)礦床影響不大。二1煤層頂板砂巖裂隙水的補(bǔ)給與徑流條件較差,富水性弱;同時(shí),由于淺部礦井長(zhǎng)期排水,區(qū)內(nèi)水量有所減少,易疏干,一般不會(huì)引起礦床突水。

(2)礦區(qū)西部以界碑、方莊兩斷層之間的地塹為界,兩邊的 L8、L2、O2灰?guī)r含水層水力聯(lián)系甚微;礦區(qū)東部以赤莊斷層為界,區(qū)內(nèi)的巖溶裂隙含水層與區(qū)外含水豐富的第四系及新近系沖洪積層接觸。

(3)根據(jù)鉆孔巖溶資料統(tǒng)計(jì),巖溶發(fā)育地段主要沿位村和小鳳凹斷層的北側(cè)分布。

(4)L2灰?guī)r和O2灰?guī)r含水層間距較小,可看作一個(gè)含水層。該含水層補(bǔ)給區(qū)域廣,水量豐富。在構(gòu)造發(fā)育地段,易與上部含水層發(fā)生水力聯(lián)系,造成二1煤底板突水。

1.3 工程地質(zhì)

(1)生產(chǎn)礦井工程地質(zhì)概況。根據(jù)礦井生產(chǎn)資料,采用坑木密集支護(hù)時(shí)基本能保證礦井正常生產(chǎn),偶見(jiàn)冒頂、片幫、掉塊及支柱滑沉等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象?；卷?、基本底為中細(xì)粒砂巖,易于維護(hù)和管理。

(2)二1煤頂?shù)装鍘r性及物理性質(zhì)。二1煤層頂板主要為深灰色泥巖和砂質(zhì)泥巖,次為粉砂巖和細(xì)粒砂巖。根據(jù)頂板巖石物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果,巖石抗壓強(qiáng)度40.1～115.0 MPa,抗拉強(qiáng)度1.37～4.63 MPa,為軟弱巖—半堅(jiān)硬巖,屬中等穩(wěn)定—穩(wěn)定類巖石。根據(jù)底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果,巖石抗壓強(qiáng)度69.0～117.7 MPa,抗拉強(qiáng)度1.37～4.09 MPa,為軟弱巖—半堅(jiān)硬巖,屬中等穩(wěn)定—穩(wěn)定類巖石,可能出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估

2.1 評(píng)估范圍及影響程度分級(jí)

(1)評(píng)估范圍[8]。根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)果,結(jié)合煤層埋深、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等特征,參照地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)數(shù)據(jù),分析地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題可能影響范圍,與礦區(qū)范圍疊加最終確定評(píng)估范圍。根據(jù)預(yù)測(cè)采礦影響區(qū)范圍,以井田邊界外擴(kuò)180 m,確定評(píng)估區(qū)面積為31.02 km2。

(2)影響程度分級(jí)?，F(xiàn)狀評(píng)估在資料收集及礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上,闡述評(píng)估區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、地形地貌景觀破壞(地質(zhì)遺跡、人文景觀)以及水土環(huán)境污染等問(wèn)題的分布、規(guī)模、特征和危害等,分析評(píng)價(jià)上述問(wèn)題的影響。確定礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度為嚴(yán)重。

2.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)

2.2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型的確定

青磁窯礦不存在發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流、不穩(wěn)定邊坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能,區(qū)內(nèi)出現(xiàn)巖溶地面塌陷和地面沉降地質(zhì)災(zāi)害可能性小。因此,此次評(píng)估主要地質(zhì)災(zāi)害類型為地面塌陷及伴生地裂縫[9-10]。

2.2.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分析

(1)礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀。青磁窯煤礦主采二1煤層,目前11—14采區(qū)已形成采空區(qū)面積1.80 km2。其中,14采區(qū)西翼形成采空區(qū)0.48 km2;14采區(qū)東翼形成采空區(qū)0.48 km2;13采區(qū)形成采空區(qū)0.25 km2;12采區(qū)形成采空區(qū) 0.14 km2;11采區(qū)西翼形成采空區(qū) 0.21 km2;11采區(qū)東翼形成采空區(qū) 0.21 km2;11采區(qū)東西兩翼之間的煤柱部分回采,形成采空區(qū)0.029 km2,采空區(qū)上部出現(xiàn)地面塌陷現(xiàn)象。13051、13091工作面上層煤部分采完,15031、15051、15071、15091、17021、17041、1701、1703工作面上層煤部分采完,地表也已形成塌陷。根據(jù)地面變形監(jiān)測(cè)及調(diào)查成果,確定井田地面塌陷 3 處,塌陷面積共6.59 km2,分別位于礦區(qū)西北部位村—官莊—小鳳洼、中北部吳村一街村和東北部吳村鎮(zhèn)張屯一帶,塌陷深度最大6 m。各塌陷區(qū)特征見(jiàn)表1。

表1 青磁窯礦地面塌陷特征Tab.1 Ground subsidence characteristics of Qingciyao Mine

根據(jù)青磁窯煤礦以往資料,地面塌陷伴生地裂縫一般出現(xiàn)于煤柱、采空塌陷邊緣地帶。走訪得知,在位村東南、官莊附近、小鳳洼東南部等耕作田中均出現(xiàn)過(guò)地裂縫,最長(zhǎng)達(dá)200 m,最寬達(dá)30 cm。由于部分區(qū)域已進(jìn)行治理及當(dāng)?shù)卮迕窠?jīng)過(guò)翻種植,已經(jīng)簡(jiǎn)單填埋,此次調(diào)查地表未見(jiàn),據(jù)村民介紹,農(nóng)田灌溉時(shí)仍會(huì)沿裂縫產(chǎn)生跑水現(xiàn)象。

(2)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查,評(píng)估區(qū)內(nèi)確定地面塌陷3處,塌陷面積共6.59 km2,最大下沉深度6 m,并伴生地裂縫?，F(xiàn)狀評(píng)估地面塌陷及伴生地裂縫對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度為嚴(yán)重。地面塌陷及伴生地裂縫發(fā)育程度強(qiáng),危害程度大,現(xiàn)狀評(píng)估地面塌陷及伴生地裂縫地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。

2.2.3 礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

青磁窯礦位于太行山南麓山前沖洪積平原,地勢(shì)平坦,根據(jù)開(kāi)發(fā)利用方案和礦山開(kāi)采計(jì)劃,在采礦許可證剩余有效期限內(nèi),主要開(kāi)采-450 m水平煤層,采煤方法、采煤工藝和頂板控制方法不斷優(yōu)化,未來(lái)不存在發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能性。采用礦山開(kāi)采塌陷預(yù)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)計(jì),計(jì)算出近期(2019—2023年)和中遠(yuǎn)期(2024—2030年)開(kāi)采后產(chǎn)生的地表移動(dòng)變形最大值,見(jiàn)表2。

表2 青磁窯礦地表移動(dòng)變形最大值Tab.2 Maximum value of surface movement and deformation in Qingciyao Mine

(1)采礦活動(dòng)可能引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。采礦活動(dòng)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要是地下煤層開(kāi)采后形成的采空區(qū)導(dǎo)致地面塌陷及伴生地裂縫。根據(jù)礦山地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)結(jié)果,近期預(yù)測(cè)地面塌陷4處,面積 4.69 km2;中遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)地面塌陷2處,面積10.36 km2(包括YC01塌陷區(qū)4.11 km2、YC02塌陷區(qū)6.25 km2)。塌陷范圍邊界平行于工作面推進(jìn)方向會(huì)形成地裂縫,工程建設(shè)位于地面塌陷及伴生地裂縫影響范圍內(nèi),引發(fā)地面塌陷及伴生地裂縫的可能性大;評(píng)估區(qū)內(nèi)其他區(qū)域引發(fā)地面塌陷及伴生地裂縫的可能性小。預(yù)測(cè)評(píng)估地面塌陷及伴生地裂縫對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度為嚴(yán)重。采礦活動(dòng)引發(fā)或加劇地面塌陷及伴生地裂縫的可能性大、危害程度大、發(fā)育程度強(qiáng),預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)引發(fā)地面塌陷及伴生地裂縫的危險(xiǎn)性大。

(2)地面建設(shè)工程可能遭受地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。塌陷范圍內(nèi),村莊、道路、河流遭受地面塌陷及伴生地裂縫危險(xiǎn)性大,對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度為嚴(yán)重;塌陷范圍外,工業(yè)場(chǎng)地等遭受地面塌陷及伴生地裂縫危險(xiǎn)性小,對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度為較輕。

2.3 礦區(qū)含水層破壞預(yù)測(cè)分析

對(duì)照礦區(qū)地層情況和開(kāi)采接替計(jì)劃,青磁窯礦近期及中遠(yuǎn)期開(kāi)采結(jié)束后,將造成二1煤頂?shù)装搴畬铀幌陆?。其?頂板山西組砂巖裂隙含水層采空區(qū)范圍內(nèi)基本疏干,水位降至含水層底板,形成以采空區(qū)為中心的降落漏斗;底板L8灰?guī)r含水層受采動(dòng)影響,將沿著二1煤底板采動(dòng)破壞裂隙進(jìn)入巷道,為礦井水主要充水水源,受礦井排水影響,L8灰?guī)r含水層水位也將大幅下降,形成以采空區(qū)為中心的降落漏斗。礦山開(kāi)采對(duì)區(qū)內(nèi)居民的生產(chǎn)生活用水造成影響較小。

預(yù)測(cè)評(píng)估青磁窯礦采礦活動(dòng)對(duì)含水層結(jié)構(gòu)影響程度嚴(yán)重;對(duì)地下水位影響程度嚴(yán)重;對(duì)地表水、地下水水質(zhì)影響程度較輕,綜合預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)含水層的影響程度嚴(yán)重。

2.4 礦區(qū)地形地貌景觀破壞現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)

(1)礦區(qū)地形地貌景觀(地質(zhì)遺跡、人文景觀)破壞現(xiàn)狀分析。經(jīng)實(shí)地調(diào)查,評(píng)估區(qū)內(nèi)無(wú)重要自然保護(hù)區(qū)、地質(zhì)遺跡、人文景觀及風(fēng)景旅游區(qū)等,現(xiàn)狀條件下采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀產(chǎn)生的影響和破壞主要為工業(yè)場(chǎng)地、矸石場(chǎng)壓占及地面塌陷。綜合現(xiàn)狀評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地形地貌景觀影響程度嚴(yán)重。

(2)礦區(qū)地形地貌景觀(地質(zhì)遺跡、人文景觀)破壞預(yù)測(cè)。根據(jù)評(píng)估區(qū)土地利用總體規(guī)劃,區(qū)內(nèi)未來(lái)沒(méi)有規(guī)劃各類自然保護(hù)區(qū)、地質(zhì)遺跡、人文景觀及風(fēng)景旅游區(qū)等。依據(jù)礦山開(kāi)發(fā)利用方案,青磁窯礦不再新建或擴(kuò)建地面建設(shè)工程。未來(lái)采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀產(chǎn)生的影響和破壞主要為工業(yè)場(chǎng)地、矸石場(chǎng)持續(xù)占地及新增地面塌陷。綜合預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地形地貌景觀影響程度嚴(yán)重。

2.5 礦區(qū)水土環(huán)境污染現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)

(1)礦區(qū)水土環(huán)境污染現(xiàn)狀分析。礦井生產(chǎn)過(guò)程中,主要水污染源有礦井排水和生產(chǎn)、生活污廢水。礦井水經(jīng)斜管沉淀消毒后,部分回用于井下灑水、選煤廠生產(chǎn)補(bǔ)水、地面生產(chǎn)生活用水,部分進(jìn)入農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng),其余并入演馬莊電廠用水管道。選煤廠生產(chǎn)廢水為閉路循環(huán),正常時(shí)無(wú)排放,僅在特殊情況下將事故廢水處理滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后與礦井生產(chǎn)排水系統(tǒng)一起排放。工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)生活污水用化糞池作簡(jiǎn)易處理,然后同生產(chǎn)廢水一起排到污水提升泵房,提升至豎流式沉淀池進(jìn)行一級(jí)處理,沉淀后的廢水排入井下排水渠中,污泥則排入污泥池進(jìn)行天然脫水干化,人工外運(yùn)以肥農(nóng)田。處理后的井下排水和生產(chǎn)生活污廢水水質(zhì)均能符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)。因此,現(xiàn)狀評(píng)估礦井污廢水對(duì)水土環(huán)境污染影響程度較輕。矸石場(chǎng)占地面積5.25 hm2,現(xiàn)存矸石90萬(wàn)t,矸石主要成分為頁(yè)巖、泥巖和砂巖,發(fā)熱量低。為防止矸石揚(yáng)塵污染環(huán)境,在運(yùn)送過(guò)程中噴灑清水,并對(duì)矸石山進(jìn)行灌木綠化。綜合現(xiàn)狀評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)水土環(huán)境污染影響程度較輕。

(2)礦區(qū)水土環(huán)境污染預(yù)測(cè)。青磁窯礦已合并生產(chǎn)10余年,對(duì)水土環(huán)境污染較輕,根據(jù)礦山下一步開(kāi)采計(jì)劃,未引入新的污染源。礦井水及生活污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行,確保污水100%處理。礦井水處理后,部分回收利用,剩余達(dá)標(biāo)排入排水系統(tǒng);生活污水處理達(dá)標(biāo)后排入井下排水渠中。因此,預(yù)測(cè)評(píng)估礦井污廢水對(duì)水土環(huán)境污染影響程度較輕。礦山生產(chǎn)的矸石及時(shí)外運(yùn),送往制磚廠制磚或演馬莊電廠與煤配燒,利用率為100%,矸石堆放場(chǎng)地面已硬化,不利于淋溶液的下滲。因此,矸石淋溶水對(duì)水土環(huán)境污染影響程度較輕。綜合預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)水土環(huán)境污染影響程度較輕。

2.6 評(píng)估結(jié)果

(1)現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果。根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀分析,對(duì)不同礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題評(píng)估結(jié)果進(jìn)行疊加,將全區(qū)劃分為2級(jí)6個(gè)不同影響程度區(qū)。其中,1個(gè)嚴(yán)重影響區(qū),包括5個(gè)嚴(yán)重影響亞區(qū),面積6.837 km2,占評(píng)估區(qū)比例22.04%;1個(gè)較輕區(qū),面積24.180 5 km2,占評(píng)估區(qū)比例77.96%。礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表3。

(2)預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果。根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)評(píng)估,對(duì)不同礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題評(píng)估結(jié)果進(jìn)行疊加,將全區(qū)劃分為2級(jí)5個(gè)不同影響程度區(qū)。其中,1個(gè)嚴(yán)重影響區(qū),包括4個(gè)嚴(yán)重影響亞區(qū),面積10.598 7 km2,占評(píng)估區(qū)比例34.17%;1個(gè)較輕區(qū),面積20.418 8 km2,占評(píng)估區(qū)比例65.83%。礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表4。

3 礦山土地?fù)p毀預(yù)測(cè)與評(píng)估

3.1 土地?fù)p毀環(huán)節(jié)與時(shí)序

(1)土地?fù)p毀環(huán)節(jié)。根據(jù)相關(guān)資料,該礦采用走向長(zhǎng)壁、傾斜分層人工頂板開(kāi)采,全部陷落法控制頂板,采煤工作面采用單體液壓支柱配Π型鋼梁或鉸接頂梁支護(hù)頂板和高檔普采采煤工藝。工藝流程基本環(huán)節(jié)為:高檔普采→井下輸送設(shè)備→井底煤倉(cāng)→斜井輸送設(shè)備→地面篩分揀矸系統(tǒng)→矸石汽車運(yùn)輸?shù)脚彭穲?chǎng)→煤炭?jī)?chǔ)煤場(chǎng)→洗煤廠。土地?fù)p毀類型分類見(jiàn)表5。

表3 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估Tab.3 Assessment of current situation of mine geological environment

表4 礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)評(píng)估Tab.4 Prediction and assessment of mine geological environment

表5 土地?fù)p毀類型Tab.5 Type of land damage

(2)土地?fù)p毀時(shí)序。青磁窯礦為地下開(kāi)采,在開(kāi)采過(guò)程中造成破壞的主要環(huán)節(jié)是主工業(yè)場(chǎng)地、位村工業(yè)場(chǎng)地和矸石場(chǎng)壓占土地,以及采空區(qū)塌陷損毀土地。根據(jù)礦山開(kāi)采現(xiàn)狀及生產(chǎn)接替計(jì)劃,將礦區(qū)土地?fù)p毀時(shí)序分為已損毀時(shí)段和擬損毀時(shí)段。已損毀時(shí)段包括主工業(yè)場(chǎng)地、位村工業(yè)場(chǎng)地和矸石場(chǎng)壓占土地,11采區(qū)、12采區(qū)、14采區(qū)采空塌陷區(qū),及13采區(qū)、15采區(qū)、17采區(qū)塌陷區(qū)。由于不同采區(qū)交替進(jìn)行開(kāi)采,一水平東翼的13采區(qū)分布在15采區(qū)西側(cè),17采區(qū)分布在15采區(qū)東側(cè),相鄰采區(qū)邊界沒(méi)有設(shè)置保護(hù)煤柱,13采區(qū)和17采區(qū)開(kāi)采結(jié)束后,還會(huì)受到15采區(qū)開(kāi)采影響,短期內(nèi)無(wú)法達(dá)到沉穩(wěn)。因此,擬損毀時(shí)段包括近期(2019—2023年)13—17采區(qū)預(yù)測(cè)塌陷區(qū)及中遠(yuǎn)期(2024—2030 年)13采區(qū)、15采區(qū)、16采區(qū)、17采區(qū)預(yù)測(cè)塌陷區(qū)。具體土地?fù)p毀時(shí)序見(jiàn)表6。

表6 土地?fù)p毀時(shí)序分析Tab.6 Time series analysis of land damage

3.2 已損毀各類土地現(xiàn)狀

3.2.1 已損毀土地情況

(1)壓占損毀。青磁窯礦壓占損毀主要為工業(yè)場(chǎng)地及矸石場(chǎng)壓占土地?fù)p毀。礦山地面工程設(shè)施主要分布于工業(yè)場(chǎng)地,主工業(yè)場(chǎng)地占地面積12.7 hm2,位村工業(yè)場(chǎng)地占地面積5.8 hm2,場(chǎng)地內(nèi)建設(shè)有主、副井等建筑物。由于礦山基建較早,表土未進(jìn)行剝離,所損毀的土地均被壓實(shí),場(chǎng)地內(nèi)大部分為水泥硬化路面,硬化厚度約為15 cm。壓占損毀土地類型主要為有林地、采礦用地及城市用地。矸石場(chǎng)位于工業(yè)場(chǎng)地北部,占地面積5.25 hm2,現(xiàn)存矸石90萬(wàn)t,年排矸量為17萬(wàn)t,場(chǎng)內(nèi)表土未剝離。由于矸石堆放量大、多年壓占,已全部壓實(shí),造成表土硬化和土質(zhì)嚴(yán)重下降。壓占損毀土地類型為采礦用地、城市和有林地。壓占損毀土地情況見(jiàn)表7。

表7 壓占損毀土地情況Tab.7 Occupation and destruction of land

(2)塌陷損毀。截至2018年12月,青磁窯礦11采區(qū)、12采區(qū)已開(kāi)采完畢,基本達(dá)到沉穩(wěn),13采區(qū)、14采區(qū)、15采區(qū)、17采區(qū)部分工作面已開(kāi)采。根據(jù)地面變形監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查成果,確定采煤塌陷3處,面積共658.95 hm2。其中,TX01塌陷面積418.46 hm2,塌陷中心深度6 m;TX02塌陷面積25.49 hm2,塌陷中心深度0.5 m;TX03塌陷面積418.46 hm2,塌陷中心深度4 m?，F(xiàn)狀條件下,采煤塌陷引起的地表強(qiáng)烈變形,主要造成區(qū)內(nèi)耕地?fù)p毀、農(nóng)渠破壞、道路下沉、村莊建筑傾斜開(kāi)裂等現(xiàn)象。

3.2.2 已損毀土地?fù)p毀程度分析

(1)壓占土地?fù)p毀程度分析。礦山工業(yè)場(chǎng)地總占地面積18.5 hm2;矸石場(chǎng)占地面積5.25 hm2,目前矸石量約90萬(wàn)t,正常生產(chǎn)期排矸量為17萬(wàn)t/a,堆高35 m。確定主工業(yè)場(chǎng)地、位村工業(yè)場(chǎng)地和矸石場(chǎng)壓占土地?fù)p毀等級(jí)均為重度,壓占土地?fù)p毀程度情況見(jiàn)表8。

表8 壓占土地?fù)p毀程度Tab.8 Damage degree of occupied land

(2)塌陷土地?fù)p毀程度分析。已塌陷損毀面積共658.95 hm2。其中,TX01塌陷面積418.46 hm2,TX02塌陷面積25.49 hm2,TX03塌陷面積418.46 hm2。

3.2.3 已損毀土地復(fù)墾情況

主要完成工作量為:治理面積448 965.85 m2;表土剝離135 029.00 m3,挖方量201 151.3 m3,填方量131 116.5 m3;修建6條田間道路共長(zhǎng)2 206 m,挖方量4 255.6 m3,路床壓實(shí)7 725 m2,碎石墊層7 726 m2,三七灰土7 725.8 m2,泥結(jié)碎石路面7 725 m2;完成漿砌石護(hù)坡長(zhǎng)351 m,M7.5 漿砌石方量136 m3,砂漿抹面108.2 m2;預(yù)制混凝土U型水渠長(zhǎng)為3 314.5 m,挖方量430.89 m3,砂石墊層132.58 m3,明渠回填土2 345.94 m3;完成標(biāo)志碑1座。

3.2.4 已損毀土地情況匯總

青磁窯礦已損毀土地包括壓占損毀土地面積23.75 hm2、塌陷損毀土地面積659.95 hm2。其中,塌陷損毀區(qū)已復(fù)墾土地面積44.9 hm2,扣除已復(fù)墾土地面積后已損毀土地面積共638.8 hm2。

3.2.5 重復(fù)損毀的可能性

根據(jù)礦山開(kāi)采計(jì)劃,13—17采區(qū)將繼續(xù)開(kāi)采,11采區(qū)、12采區(qū)已開(kāi)采完畢,不受影響,其他采區(qū)存在重復(fù)損毀的可能。

3.3 擬損毀土地預(yù)測(cè)與評(píng)估

3.3.1 土地?fù)p毀預(yù)測(cè)依據(jù)

(1)預(yù)測(cè)時(shí)段。根據(jù)青磁窯開(kāi)采現(xiàn)狀及接替計(jì)劃,考慮采礦證剩余生產(chǎn)年限及采區(qū)完整性,預(yù)測(cè)時(shí)段分成兩大時(shí)段:第1時(shí)段(2019—2023年)、第2時(shí)段(2024—2030年)。預(yù)測(cè)時(shí)段劃分見(jiàn)表9。

表9 預(yù)測(cè)時(shí)段劃分Tab.9 Forecast period division

(2)預(yù)測(cè)方法。由于礦區(qū)土地?fù)p毀類型多樣,預(yù)測(cè)采用定量統(tǒng)計(jì)和定性描述相結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)方法具體如下:①土地?fù)p毀方式預(yù)測(cè)。采空區(qū)塌陷預(yù)測(cè)采用概率積分法。②損毀土地面積預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)主體工程占地的分析和統(tǒng)計(jì),結(jié)合土地?fù)p毀方式采用定量統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行。③損毀土地類型預(yù)測(cè)。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)對(duì)土地類型的分類,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料,確定造成損毀的土地類型。④土地?fù)p毀程度預(yù)測(cè)。根據(jù)不同的土地?fù)p毀形式、復(fù)墾的難易程度,定性描述其損毀程度。

3.3.2 土地?fù)p毀預(yù)測(cè)

(1)地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)。青磁窯礦預(yù)測(cè)損毀第1時(shí)段(2019—2023年)、第2時(shí)段(2024—2030年)地表移動(dòng)變形最大值見(jiàn)表10。

表10 青磁窯礦地表移動(dòng)變形最大值Tab.10 Maximum value of surface movement and deformation in Qingciyao Mine

(2)地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間預(yù)測(cè)。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)范》,在無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí),地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間(T)可根據(jù)式(1)計(jì)算:

T=2.5H

(1)

式中,H為工作面平均采深;T為地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間。

通過(guò)計(jì)算可得,13 采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期3.48 年,14采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期2.01年,15 采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期3.34年,16采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期4.6年,17采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期3.51年。截至第2時(shí)段(2024—2030 年)結(jié)束,15采區(qū)、16采區(qū)開(kāi)采完畢,沉穩(wěn)期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是16采區(qū)4.6年。各采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期情況見(jiàn)表11。

表11 各采區(qū)塌陷沉穩(wěn)期Tab.11 Subsidence and stability period of each mining area

(3)擬損毀土地預(yù)測(cè)結(jié)果。青磁窯礦擬損毀土地面積1 036.12 hm2。其中,水澆地762.99 hm2,果園24.55 hm2,有林地6.96 hm2,其他林地14.56 hm2,其他草地0.33 hm2,鐵路用地7.00 hm2,公路用地5.97 hm2,河流水面3.93 hm2,坑塘水面2.40 hm2,設(shè)施農(nóng)用地7.34 hm2,建制鎮(zhèn)79.82 hm2,村莊114.52 hm2,采礦用地 2.00 hm2,風(fēng)景名勝及特殊用地 3.75 hm2,擬損毀土地情況見(jiàn)表12。

(4)擬損毀土地?fù)p毀程度分析。根據(jù)前述地表變形預(yù)計(jì)結(jié)果,參考《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程第三部分:井工煤礦》(TD/T 1031.3—2011)“附錄 B—采煤沉陷土地?fù)p毀程度分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)”,確定擬損毀土地?fù)p毀程度如圖1所示。

3.4 重復(fù)損毀土地

根據(jù)土地?fù)p毀分布范圍,青磁窯礦已損毀土地、擬損毀土地存在重復(fù)損毀,通過(guò)兩者疊加,確定重復(fù)損毀土地面積及損毀程度。重復(fù)損毀面積共326.6 hm2。其中,TX01塌陷區(qū)與擬損毀區(qū)重復(fù)損毀面積85.11 hm2,TX02塌陷區(qū)與擬損毀區(qū)重復(fù)損毀面積25.49 hm2,TX03塌陷區(qū)與擬損毀區(qū)重復(fù)損毀面積216.00 hm2。

表12 擬損毀土地情況Tab.12 Proposed land damage situation

圖1 擬損毀時(shí)段及損毀范圍Fig.1 Proposed damage period and scope

4 結(jié)論

(1)根據(jù)預(yù)測(cè)影響區(qū)范圍,以井田邊界外擴(kuò)180 m確定評(píng)估區(qū)面積為31.02 km2。評(píng)估區(qū)重要程度為重要區(qū);礦山生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模屬大型礦山;礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為復(fù)雜類型,確定本礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估級(jí)別為一級(jí)。

(2)現(xiàn)狀條件下,礦山主要地質(zhì)災(zāi)害類型為地面塌陷及伴生地裂縫,礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度嚴(yán)重,對(duì)礦區(qū)含水層影響程度嚴(yán)重,對(duì)礦區(qū)地形地貌景觀影響程度嚴(yán)重,對(duì)礦區(qū)水土環(huán)境污染影響程度較輕。因此,現(xiàn)狀評(píng)估青磁窯煤礦采礦活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重。根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)結(jié)果,采礦活動(dòng)可能引發(fā)地面塌陷及伴生地裂縫危險(xiǎn)性大,礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度嚴(yán)重,對(duì)礦區(qū)含水層影響程度嚴(yán)重,對(duì)礦區(qū)地形地貌景觀影響程度嚴(yán)重,對(duì)礦區(qū)水土環(huán)境污染影響程度較輕。因此,預(yù)測(cè)評(píng)估青磁窯煤礦采礦活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重。

(3)現(xiàn)狀條件下,青磁窯礦已損毀土地包括壓占損毀土地23.75 hm2、塌陷損毀土地659.95 hm2。其中,塌陷損毀區(qū)已復(fù)墾土地面積44.9 hm2,扣除已復(fù)墾土地面積后已損毀土地共638.8 hm2。方案服務(wù)期預(yù)測(cè)損毀土地面積1 036.12 hm2,重復(fù)損毀土地面積326.6 hm2,扣除重復(fù)損毀面積后共損毀土地面積1 348.32 hm2。