吳 員 李 璽

（新疆維吾爾自治區(qū)煤炭綜合勘查院，新疆 烏魯木齊 830002）

礦產(chǎn)資源的開采利用是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的過程中，也導(dǎo)致了諸多問題，如破壞了礦區(qū)原有的生態(tài)平衡，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到破壞；粗放的生產(chǎn)管理，環(huán)境治理相對(duì)滯后，對(duì)原有地形地貌、地下水以及周圍環(huán)境造成較為嚴(yán)重的破壞。因此，礦山企業(yè)要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念，就要積極推行創(chuàng)建綠色生態(tài)可持續(xù)型礦區(qū)，不遺余力地進(jìn)行礦區(qū)土地生態(tài)環(huán)境治理工作。

沼和泉煤礦一號(hào)井位于新疆托克遜縣克爾堿礦區(qū)，距托克遜縣城約45 km，井田內(nèi)開采煤層3層，自上而下編號(hào)依次為5-3、5-2、5-1，開采標(biāo)高+650～+150 m，90 萬t/a。通過收集資料、實(shí)地開展礦山地質(zhì)環(huán)境及土地資源等調(diào)查，查明礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件和土地資源利用現(xiàn)狀，提出礦山地質(zhì)環(huán)境治理、修復(fù)與土地復(fù)墾技術(shù)措施[1-5]，以減輕礦業(yè)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境及土地利用的影響，保證礦山可持續(xù)健康發(fā)展[6-8]。

1 概況

沼和泉煤礦位于吐魯番盆地西北邊緣低山丘陵地帶，礦區(qū)內(nèi)海拔標(biāo)高+930～ +570 m。絕大部分為斜平地，坡度50‰，北高南低。區(qū)內(nèi)氣候干燥，區(qū)內(nèi)無常年地表徑流，多年平均降水量?jī)H20.3 mm，多年平均年蒸發(fā)量5 826.2 mm。區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，常年水流僅有克爾堿溝，流量0.068～0.2 m3/s，源自西部高山區(qū)末日齊克山東端北坡，經(jīng)黑山與喀坑艾代山之間流入本區(qū)，年徑流量445.54 萬m3。春季融雪期水量較大，最高洪峰出現(xiàn)在7～8 月，推測(cè)最大洪水量88.73 m3/s。區(qū)內(nèi)西側(cè)沼和泉二號(hào)井泉水發(fā)育，多為季節(jié)性泉水，泉群流量3.62～7.43 L/s。礦區(qū)由礫石或碎石組成的棕漠土，幾乎無天然植被生長(zhǎng)，植被覆蓋率基本為零。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 地質(zhì)特征

礦井大地構(gòu)造位置在北天山褶皺帶吐魯番—哈密山間凹陷的西北緣，礦井整體構(gòu)造形態(tài)為寬緩的沼和泉背斜構(gòu)造，北翼地層平緩，一般均小于20°。南翼靠軸部地層亦平緩，傾角5°～20°，軸部巖層傾角較大。區(qū)內(nèi)發(fā)育斷層16 條，其中首采區(qū)內(nèi)13 條，延展長(zhǎng)度50～760 m，落差0～68 m。區(qū)內(nèi)無巖漿巖，無陷落柱。地層自下而上發(fā)育中石炭統(tǒng)硅質(zhì)巖，上三疊統(tǒng)粉砂巖、泥巖互層夾灰色細(xì)砂巖；下侏羅統(tǒng)八道灣組粉砂巖夾粗砂巖、砂礫巖，含4-2 煤層；下侏羅統(tǒng)三工河粉砂巖；中侏羅統(tǒng)西山窯組粗砂巖—細(xì)砂巖與灰色粉砂巖、泥巖互層，含5 號(hào)煤組；中侏羅統(tǒng)頭屯河組中粗砂巖、淺紅色砂礫巖、礫巖；古近系粉砂巖、泥巖；新近系細(xì)砂巖；第四系礫石層。

區(qū)內(nèi)主要含煤地層為西山窯組和八道灣組，含煤地層共312 m。

2.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)主要含煤地層為西山窯組和八道灣組。西山窯組（J2x）地層平均厚225 m，含一個(gè)煤組，即5 號(hào)煤組，含煤八層以上，平均厚12.1 m，煤層編號(hào)自上而下為5-6、5-5、5-4、5-3上、5-3、5-2、5-1，共七層煤。其中，5-3、5-2、5-1 為主要可采層，可采煤層平均厚度為8.89 m。八道灣組下部地層因基底隆起，沉積缺失，只含4-2 號(hào)煤層，平均厚0.30 m，發(fā)育不穩(wěn)定，為不可采煤層。

2.3 水文特征

1）礦區(qū)充水條件。區(qū)內(nèi)氣候干燥，常年無地表徑流。多年平均降水量?jī)H20.3 mm，多年平均年蒸發(fā)量5 826.2 mm。海拔+500～+870 m，地下水位變化與地形變化基本一致。坡度較大，約50‰，偶爾有降水入滲尚難濕潤(rùn)數(shù)十米厚的干涸巖層（包氣帶），即使有短暫洪流亦極易排泄。北部地下水為本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，向南排泄。地下水的補(bǔ)給源相對(duì)匱乏，地下水受控于地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域自然地理?xiàng)l件，含水層含水性微弱，均屬于弱富水性等級(jí)。

2）含水層特征。區(qū)內(nèi)主要為第四系孔隙含水層，下第三系陸相半膠結(jié)孔隙裂隙含水層，侏羅紀(jì)基巖裂隙含水層，石炭系含水層。第四系孔隙含水層受季節(jié)影響較大，Kcp=4.834 m/d，q=0.516～0.711 L/s·m，中等富水性。下第三系陸相半膠結(jié)孔隙裂隙含水層，以砂礫巖為主，Kcp=0.035 8 m/d，q=0.023 6 L/s·m。侏羅紀(jì)基巖裂隙含水系：由細(xì)、中、粗砂巖和砂礫巖組成，巖性沿走向與傾向均有變化，粒度變化也較大。淺部裂隙發(fā)育，含水性較強(qiáng)，向深部裂隙逐漸減少，變小，含水性也隨著變?nèi)?。石炭系含水層，q=0.005 2～0.035 L/s·m，Kcp=0.023～0.034 m/d。

2.4 工程地質(zhì)

5 號(hào)煤組直接頂板粉細(xì)砂巖類飽和狀態(tài)下單向抗壓強(qiáng)度多小于15 MPa，屬不穩(wěn)定型頂板；其直接底板粉細(xì)砂巖類，飽和狀態(tài)下單向抗壓強(qiáng)度多小于15 MPa，屬不穩(wěn)定型底板；軟化系數(shù)多小于0.75，為易軟化的較軟巖—極軟巖，圍巖穩(wěn)固性差。

3 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

3.1 地質(zhì)災(zāi)害

1）崩塌。礦區(qū)東北及北部地區(qū)發(fā)育崩塌區(qū)，影響范圍長(zhǎng)約1500 m，地表標(biāo)高在+1 780.00～+1 900.00 m 之間，地形坡度約35° ～60°，坡向175°～25°，坡面地層走向近東西向及東南45°方向，陡崖坡面與地層近于垂直，不利于坡面穩(wěn)定性。上部約30～50 m 為石炭系地層，下部為細(xì)砂巖、粉砂巖，坡頂風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育不明顯，坡頂可見多處危巖，坡底亦見該層崩落的許多巖塊，崩落巖塊體積一般不超過1.20 m3，崩落巖石沿坡面滾落，四散堆積，崩塌發(fā)育程度強(qiáng)。

2）采空區(qū)。礦井范圍內(nèi)總體存在一處地面塌陷區(qū)，為采空區(qū)塌陷，地面投影采空區(qū)面積約34 hm2，采空區(qū)塌陷主要表現(xiàn)為地表裂縫，目前無塌陷坑。裂縫一般成組出現(xiàn)，每組5～8 條，裂縫寬在3～10 cm 之間，長(zhǎng)在15～110 m 之間，可見深度0.50～1.0 m。礦山經(jīng)常按期對(duì)地面塌陷進(jìn)行巡查，并已投入資金對(duì)地面塌陷區(qū)進(jìn)行治理，治理方式主要利用挖掘機(jī)通過覆土對(duì)地面裂縫進(jìn)行覆蓋，防止井下煤層自燃，保證了礦山自開采至今尚未發(fā)生地面塌陷災(zāi)害造成人員和機(jī)械設(shè)備損毀事件。

3.2 含水層破壞

根據(jù)礦山提供的年涌水量數(shù)據(jù)，井下正常涌水量為252.00 m3/d，地下涌水通過排水系統(tǒng)排至水處理站處理后復(fù)用，排水量較小，對(duì)地下水影響小。同時(shí)區(qū)內(nèi)煤層頂、底板充水含水層為砂巖孔隙裂隙承壓含水層，鉆孔滲透系數(shù)為0.009 m/d，單位涌水量為0.007 35 L/s·m，單位涌水量小于0.1 L/s·m，屬弱富水性含水層。區(qū)內(nèi)多年平均降水量?jī)H20.3 mm，蒸發(fā)量是降水量的287 倍，大氣降水對(duì)地下水補(bǔ)給甚微。

目前礦山已基本完成了對(duì)地面塌陷區(qū)裂縫的治理工作，杜絕了大氣降水自塌陷區(qū)裂縫涌入井下巷道的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)構(gòu)造裂隙亦不發(fā)育，大氣降水通過裂隙帶對(duì)地下水補(bǔ)給量有限。區(qū)內(nèi)地面坡度較大，有利于降水向溝谷匯集，減少了降水下滲效果，補(bǔ)給面積小，所以補(bǔ)給量亦有限。根據(jù)井下疏干排水量、地層水文地質(zhì)特征和補(bǔ)給條件，現(xiàn)狀條件下采礦活動(dòng)對(duì)地下水資源量影響小。

3.3 地形地貌景觀破壞

礦山開采影響區(qū)內(nèi)采空地面未見塌陷，主要表現(xiàn)為地面裂縫，已對(duì)地裂縫進(jìn)行了覆土，形成一道一道的地壟，未較大改變?cè)匦蔚孛玻V山開采影響區(qū)對(duì)地形地貌景觀的影響較輕。礦井目前地面建設(shè)主要為工業(yè)場(chǎng)地，建筑地面設(shè)施通過人工開挖或填筑修建已改變?cè)械孛玻煌潭鹊脑斐蓞^(qū)域的景觀格局發(fā)生變化，使得景觀連接度降低，景觀異質(zhì)性也隨之發(fā)生變化。另外由于礦山建設(shè)，工業(yè)廣場(chǎng)范圍內(nèi)存在一定的土地占?jí)汉屯趽p，現(xiàn)狀條件下，礦山地面建設(shè)對(duì)地形地貌景觀的影響嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)各場(chǎng)地情況見表1。

表1 地面建設(shè)占地情況統(tǒng)計(jì)表

4 礦山地質(zhì)環(huán)境治理和土地復(fù)墾措施

4.1 地質(zhì)環(huán)境治理

礦山存在的地質(zhì)環(huán)境主要為采空區(qū)和崩塌，以及地形地貌的破壞，針對(duì)這類地質(zhì)環(huán)境治理進(jìn)行具體描述：

1）采空區(qū)地面塌陷治理：在目前現(xiàn)有裂縫及預(yù)測(cè)地面塌陷范圍外10 m 設(shè)置鐵絲圍欄（圖1），同時(shí)在鐵絲圍欄處每隔100 m 安置一個(gè)警示牌，起到警示作用。目前礦山工業(yè)廣場(chǎng)、井下巷道、礦區(qū)邊界等需要留設(shè)保護(hù)煤柱的均要按規(guī)范要求留設(shè)足夠保護(hù)煤柱。在生產(chǎn)期間加強(qiáng)對(duì)預(yù)測(cè)塌陷范圍地面變形監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)方法為圖根水準(zhǔn)測(cè)量、遙感監(jiān)測(cè)等方法。在礦區(qū)范圍內(nèi)側(cè)設(shè)立地面觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)地面的監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握周邊地表變形情況。

圖1 圍欄警示工程示意圖

2）地表裂縫充填：由于地形簡(jiǎn)單，塌陷區(qū)內(nèi)坡度不大，適合機(jī)械作業(yè)，故設(shè)計(jì)對(duì)塌陷區(qū)內(nèi)伴生地裂縫采取機(jī)械填充技術(shù)，采用直接就近挖取土石，填補(bǔ)裂縫，填料夯實(shí)后進(jìn)行平整。該礦塌陷區(qū)土地類型為裸巖石礫地，填充平整即可（圖2）。

圖2 地裂縫充填流程示意圖

3）地形地貌修復(fù)：通過機(jī)械挖高填低工程主要是為了消除采空地面塌陷引起的附加坡度，對(duì)區(qū)內(nèi)凹凸不平進(jìn)行處理并平整，其目的是使塌陷區(qū)與周邊地形地貌相協(xié)調(diào)并有利于生物措施的實(shí)施，滿足植被生長(zhǎng)的需要。挖高填低之前要確定好削坡后的標(biāo)高及坡度等，挖高填低后要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，如圖3。

圖3 機(jī)械挖高填低工程示意圖

4）崩塌地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防工程：設(shè)立安全警示牌。

4.2 土地復(fù)墾措施

擬復(fù)墾土地957.24 hm2，包含工業(yè)場(chǎng)地、爆破器材庫(kù)、采空塌陷范圍及礦區(qū)內(nèi)其他地表挖損、渣土堆等壓占，復(fù)墾方向?yàn)槁銕r石礫地。根據(jù)壓占和塌陷對(duì)土地的實(shí)際影響，依據(jù)政策及自然條件的約束，最終復(fù)墾為裸巖石礫地的主要目的是與周邊地形地貌相協(xié)調(diào)，并控制可能發(fā)生的水土流失。復(fù)墾措施主要有建筑物拆除、土地平整、土壤重構(gòu)工程；針對(duì)塌陷區(qū)采用機(jī)械削高填低的工程施工工藝。根據(jù)各復(fù)墾單元制定了復(fù)墾措施。復(fù)墾責(zé)任范圍損毀土地的復(fù)墾單元?jiǎng)澐旨皬?fù)墾任務(wù)目標(biāo)情況具體見表2。

表2 復(fù)墾責(zé)任范圍損毀土地的最終復(fù)墾方向情況

5 結(jié)論

1）昭和泉煤礦一號(hào)井目前主要的地質(zhì)環(huán)境是地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、地形地貌破壞及土地?fù)p毀，其中地質(zhì)災(zāi)害主要是以采空區(qū)、崩塌為主，采空區(qū)裂縫發(fā)育影響強(qiáng)，地形地貌破壞及土地?fù)p毀主要集中在工業(yè)廣場(chǎng)，工業(yè)場(chǎng)地的建設(shè)壓占最為嚴(yán)重，含水層破壞對(duì)地下水影響比較小。

2）針對(duì)未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的地面塌陷區(qū)，采取監(jiān)測(cè)措施，在明顯位置布設(shè)警示牌進(jìn)行示警，待塌陷區(qū)沉降穩(wěn)定后，可采取防滲處理、削高填低、回填整平、挖溝排水等綜合治理措施；對(duì)地面裂縫治理，可采取土石充填并夯實(shí)、灌漿、防滲處理等措施；對(duì)礦區(qū)內(nèi)的崩塌可先采取監(jiān)測(cè)措施，由于一號(hào)井田發(fā)生崩塌的范圍在人跡罕至的地方，相對(duì)危險(xiǎn)性較小，故僅在明顯位置布設(shè)警示牌進(jìn)行示警即可；對(duì)含水層破壞治理：克爾堿昭和泉地區(qū)降雨稀少，各含水單元富水量弱，不具供水意義，可加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，自然恢復(fù)即可；對(duì)地形地貌景觀破壞治理：礦山位于低山丘陵地帶,東北高，西南低，地面坡度30‰～50‰，全區(qū)南北邊緣為剝蝕山地，中間為斜平地，部分為晚更新世傾斜沖洪積臺(tái)地覆蓋，斷續(xù)有中生代地層出露，呈現(xiàn)巖漠、礫漠地貌景觀，可采取清運(yùn)、采坑回填、整平等工程措施進(jìn)行治理；對(duì)水土環(huán)境污染治理可加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按照處理工藝處理污廢水及廢石。