武安團(tuán)城鐵礦礦山環(huán)境恢復(fù)治理研究及對(duì)策

夏凡,宋洪偉,楊學(xué)亮

(石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院,石家莊 050031)

武安團(tuán)城鐵礦礦山環(huán)境恢復(fù)治理研究及對(duì)策

夏凡,宋洪偉,楊學(xué)亮

(石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院,石家莊 050031)

武安市團(tuán)城鐵礦系國(guó)有礦山,多年來為國(guó)家做出了一定的貢獻(xiàn);20世紀(jì)80年代以來,又對(duì)數(shù)家地方礦山進(jìn)行采礦。由于采礦棄渣亂放和坑下開采造成地面沉降、塌陷、地裂縫,直接威脅著礦山的正常發(fā)展,危及周邊村莊的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和民眾的生命安全。通過詳細(xì)的調(diào)查和實(shí)測(cè),廣泛地收集了各方面資料,因地制宜,提出以廢渣部分充填地面塌陷、地裂縫;覆土造林,爭(zhēng)取綠化面積超過90%。建設(shè)成為集典型地質(zhì)災(zāi)害遺跡觀察研究與生態(tài)觀賞旅游為一體的綠色礦山,把礦產(chǎn)資源開發(fā)對(duì)環(huán)境的破壞降到最低限度,實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

地質(zhì)環(huán)境;地質(zhì)災(zāi)害;恢復(fù)治理

礦山地質(zhì)環(huán)境的治理恢復(fù)工程是一項(xiàng)涉及到地質(zhì)、采礦、環(huán)境、農(nóng)林、水利、旅游、生態(tài)、建筑等諸多學(xué)科領(lǐng)域的實(shí)用型環(huán)境工程,是近年來新興的工程,其任務(wù)復(fù)雜艱巨,具有探索性[1～4]。

邯鄲市武安團(tuán)城鐵礦由于多年開采,造成了諸多的地質(zhì)災(zāi)害,直接威脅著礦山的正常發(fā)展,同時(shí)危及周邊村莊的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和民眾的生命安全。為確保當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展,防治因礦山開采帶來的生態(tài)環(huán)境問題,實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的全面提高,河北省國(guó)土資源廳確定將團(tuán)城鐵礦作為第三批省級(jí)綠色礦山建設(shè)示范區(qū)。

1 礦區(qū)自然地理及地質(zhì)環(huán)境條件

武安市位于河北省西南部(地理位置見圖1),其地處晉冀魯豫腹心地帶,東鄰邯鄲縣、永年縣,南與磁縣、峰峰礦區(qū)毗連,西與涉縣、山西省左權(quán)縣接壤,北與沙河市、邢臺(tái)縣相連。該區(qū)屬太行山東麓丘陵區(qū),東接華北平原,礦區(qū)附近地勢(shì)較平坦,地形標(biāo)高200～300 m,微向東傾斜。該區(qū)屬半干旱暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,受季風(fēng)環(huán)流影響,具有四季分明的特征。北洺河為距該區(qū)最近的河流,約2 km,系季節(jié)性河流。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 Location map of the study area

礦區(qū)地表被第四系覆蓋,下伏基巖主要為奧陶系中統(tǒng)、石炭系和燕山期閃長(zhǎng)巖。從水文地質(zhì)條件上看,該區(qū)處于黑龍洞泉域上游補(bǔ)給區(qū),北距黑龍洞泉域北部分水嶺——北洺河約10 km,受其西部NNE向斷層的控制和閃長(zhǎng)巖侵入體的阻隔,地下水富水性在全泉域中相對(duì)較差,徑流滯緩,巖溶發(fā)育較差,補(bǔ)給較少。團(tuán)城鐵礦主要含水層為中奧陶系石灰?guī)r,該含水層對(duì)全區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄起著控制作用,其富水性極不均一。礦區(qū)范圍內(nèi),地表第四系覆蓋層主要為上更新統(tǒng)黃土狀粉質(zhì)粘土,厚度8～12 m,礦區(qū)底板為石灰?guī)r,頂板為閃長(zhǎng)巖,局部為矽卡巖。

2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的現(xiàn)狀及問題

2.1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

團(tuán)城鐵礦為接觸交代-熱液型鐵礦床,共分3個(gè)礦體(圖2):Ⅰ、Ⅳ號(hào)礦體為同一礦體(Ⅰ號(hào)礦體開采完畢,Ⅳ號(hào)礦體目前還在開采,因此把二者區(qū)分開來)。該礦體位于團(tuán)城侵入體北側(cè),走向近SEE,呈不規(guī)則的似層狀、透鏡狀,儲(chǔ)量31.3×104t。Ⅱ號(hào)礦體位于團(tuán)城侵入體的東側(cè),走向SEE至SW,主礦層受接觸帶控制,礦體形態(tài)復(fù)雜,多呈扁豆體,向南傾斜,儲(chǔ)量200×104t。Ⅲ號(hào)礦體位于團(tuán)城侵入體南側(cè),產(chǎn)于巖體與石灰?guī)r的接觸帶,部分產(chǎn)于石灰?guī)r中,走向東西,多呈扁豆體,傾角平緩,近于水平,微向南傾斜,礦體規(guī)模59.9×104t。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀圖Fig.2 Statusmap of geological environment

目前Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體都已開采完畢,只有位于Ⅰ號(hào)礦體東側(cè)并與其相連的Ⅳ號(hào)礦體為仍在開采,認(rèn)定該礦體生產(chǎn)能力為20×104t,已處于開采末期,預(yù)計(jì)還可開采2～3 a。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題

自20世紀(jì)70年代初對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行開采,至今已有30多年,由于采用地下開采,目前在該礦區(qū)已造成3個(gè)大面積的塌陷坑,并伴有一定面積的地裂縫,已成為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。

2.2.1 大范圍地面塌陷

由于地下開采造成大面積的塌陷坑,現(xiàn)對(duì)3個(gè)集中塌陷坑分述如表1。

2.2.2 與塌陷伴生的地裂縫

在3個(gè)集中塌陷坑外圍,都有不規(guī)則的環(huán)狀潛在沉降區(qū),這里發(fā)育著大小不等的地裂縫。調(diào)查訪問得知,塌陷坑周圍原有小型裂縫很多,后期大多自然充填或掩埋,但塌陷坑內(nèi)回填的渣堆上和外部的農(nóng)田里仍有新出現(xiàn)的裂縫,調(diào)查期間發(fā)現(xiàn)塌陷坑?xùn)|部和北部裂縫較多,寬0.1～0.5 m,深0.3～1.5 m,裂縫多呈緩變的弧形,并與塌陷坑邊界走向一致,說明地面塌陷坑經(jīng)突發(fā)形成后,目前仍在緩慢下沉和擴(kuò)展,尤其是東部和北部下沉變形速率較大。

表1 塌陷坑規(guī)模一覽表Table 1 List of collapse pit scale

2.2.3 廢棄礦渣無序堆放

團(tuán)城鐵礦30多年的采礦歷史,在礦山的坑口形成了堆積如山的廢礦渣,目前較大的礦渣堆有8個(gè),其中小礦山零星的礦渣堆未包括在內(nèi)。

2.2.4 地下水水質(zhì)污染

調(diào)查期間對(duì)礦區(qū)職工飲用水、團(tuán)城村飲用水、礦坑排水、污水渠水和礦區(qū)邊緣山泉水采樣進(jìn)行化驗(yàn)分析,鑒定結(jié)果對(duì)照國(guó)家有關(guān)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)本礦區(qū),除位于礦區(qū)東南角的山泉水,水質(zhì)優(yōu)良,符合礦泉水標(biāo)準(zhǔn),屬含鍶礦泉水;礦區(qū)生活飲用水深井的水質(zhì)符合地下水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),可滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn),其余的礦區(qū)井水及礦坑排水均屬Ⅴ類,不宜飲用。主要污染超標(biāo)離子是SO42-和NO2-、NO3-超標(biāo),其中SO42-388 m g/l,NO3-55～135 m g/l,但未發(fā)現(xiàn)重金屬離子含量超標(biāo)。同時(shí)由于采礦排水的需要,團(tuán)城村水井水位已下降至地面以下28～30 m左右。

3 礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)治理工程布局

礦區(qū)環(huán)境治理以自然地理?xiàng)l件按塌陷坑劃分大區(qū),以治理工程內(nèi)容為依據(jù)劃分小區(qū),具體分區(qū)見表2。

表2 礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)治理工程分區(qū)表Table 2 M ining environmental resto ration p rojectmanagement division table

4 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的主要方法

針對(duì)礦區(qū)出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境問題,采用分區(qū)分片的治理。具體規(guī)劃恢復(fù)治理見圖3。

圖3 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理規(guī)劃圖Fig.3 Geological environmental recovery and management plan map

4.1 塌陷坑廢石回填

由于Ⅰ、Ⅱ號(hào)塌陷坑平均深度較大,因此選用礦區(qū)附近的廢石回填塌陷坑的方法進(jìn)行治理,先將陷坑底回填廢石至離地面標(biāo)高8 m,再按照臺(tái)階模式回填?；靥顝U石時(shí)應(yīng)先填深處,后填淺處,由外向內(nèi)分臺(tái)階逐步充填,臺(tái)階成型后再由內(nèi)向外、由深至淺墊填。塌陷坑分4個(gè)回填臺(tái)階,臺(tái)階高度控制在2 m,臺(tái)階間距為30 m,坡面前緣用毛石干砌墻,臺(tái)面上覆0.5～1 m厚中細(xì)粒棄渣和尾礦砂,由推土機(jī)分層推平碾壓。在推平的基礎(chǔ)上,用0.5～1 m厚度的土層覆蓋,而后進(jìn)行復(fù)墾。

4.2 地裂縫回填

3個(gè)塌陷坑周圍地面都出現(xiàn)了大量的地裂縫,因地制宜對(duì)地裂縫發(fā)育地段用廢石和廢礦渣回填[5],具體措施為:

(1)Ⅰ號(hào)塌陷坑北部地區(qū)由于黃土層較厚,穩(wěn)定性較差,但牽引力拉動(dòng)產(chǎn)生的寬度<1 m,深度不大,可用廢礦渣對(duì)地裂縫進(jìn)行回填夯實(shí)。

(2)Ⅱ號(hào)塌陷坑?xùn)|部地區(qū)由于牽引力拉動(dòng)產(chǎn)生的寬度>1 m,深度大,又與塌陷坑相連,應(yīng)對(duì)地裂縫進(jìn)行分層回填夯實(shí),后采取灌注尾礦砂漿或水泥砂漿的方法,加快充填棄渣的固化。

(3)Ⅲ號(hào)塌陷坑周邊的地裂縫都劃在安全圍欄之內(nèi),予以保留,并對(duì)典型地段加設(shè)科研教學(xué)提示標(biāo)牌。

4.3 綠化和復(fù)墾

在Ⅰ、Ⅱ號(hào)塌陷坑的臺(tái)階處填入耕作土或黃土,后植樹綠化,減輕因礦山開發(fā)產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問題對(duì)周邊可視范圍內(nèi)的環(huán)境影響。還可種植經(jīng)濟(jì)作物,以耐旱、耐寒、耐熱的樹種為宜,如核桃樹、花椒樹等。形成具有特色的生態(tài)園,使綠化工程取得良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

其中靠近地面的兩個(gè)臺(tái)階種植檜柏、楊樹,種植行距5 m×5 m,土坑規(guī)格為1.0 m(直徑)×0.8 m (深),苗木植入樹坑后,根入土深度至少在30 cm以上,上覆耕植土,覆土后要壓實(shí);靠近溝底的兩個(gè)臺(tái)階種植核桃樹、花椒樹,核桃樹間距5 m,種植1000棵;核桃樹中間種植花椒樹,間距2 m,種植3000棵。

4.4 地面變形監(jiān)測(cè)

在塌陷坑周邊布設(shè)地面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn),定期監(jiān)測(cè)地面水平和垂直位移變化量、變化速率,結(jié)合礦山開采現(xiàn)狀分析預(yù)測(cè)塌陷坑變形發(fā)展趨勢(shì),指導(dǎo)避災(zāi)。

塌陷影響區(qū)內(nèi)的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置一般1個(gè)/10000 m2。具體布設(shè)位置為:Ⅰ號(hào)塌陷坑北部地裂縫旁布設(shè)一點(diǎn),坑中心布設(shè)一點(diǎn),坑南部和東部各布設(shè)一點(diǎn);Ⅱ號(hào)塌陷坑?xùn)|部地裂縫旁布設(shè)一點(diǎn),塌陷坑北部和南部各布設(shè)一點(diǎn);Ⅲ號(hào)塌陷坑南部布設(shè)一點(diǎn)。監(jiān)測(cè)頻率一般1次/15 d。

4.5 建人工湖養(yǎng)殖

由于Ⅳ號(hào)礦體目前仍在開采,現(xiàn)采用礦體采礦排水引至位于其附近的Ⅱ號(hào)塌陷坑建成人工湖。這樣既循環(huán)利用資源,又能美化環(huán)境。Ⅱ號(hào)塌陷坑平均深度為20 m,經(jīng)計(jì)算礦坑排水量可以滿足12 m深的入湖水量,因此治理方法為先將塌陷坑回填至離地面8 m,再按照臺(tái)階模式由外向內(nèi)逐步充填壓實(shí),壓實(shí)后臺(tái)階底部做防滲處理,周圍臺(tái)階處植樹綠化,引水建成人工湖。由于湖底下8 m都是廢石回填,滲透率很大,因此此處應(yīng)使用防滲膜下墊層上澆混凝土層護(hù)面的方法,加強(qiáng)防滲效果[6]。建成的人工湖既可以養(yǎng)殖水產(chǎn)品,也可以作為景觀滿足人們的審美要求,還可改善礦區(qū)小氣候。

4.6 塌陷坑保留

由于Ⅲ號(hào)塌陷坑的面積和深度都不大,不做治理不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響,因此在Ⅲ號(hào)塌陷坑周邊安全的高地設(shè)置觀覽臺(tái)供游人鑒賞,寓教于樂,啟迪眾人關(guān)愛地質(zhì)環(huán)境。在確保安全的前提下,在災(zāi)害的典型地段,修筑觀測(cè)研究性標(biāo)志,以供專業(yè)人士進(jìn)行科學(xué)調(diào)研使用。

4.7 Ⅳ號(hào)礦體邊開采邊治理

Ⅳ號(hào)礦體目前仍在開采,但由于Ⅳ號(hào)礦體已進(jìn)入開采末期,因此采取邊采邊治的對(duì)策,待該礦體開采完畢后再一并列入恢復(fù)治理的對(duì)象中來。具體為將Ⅳ號(hào)礦體開采出的廢礦渣及分選后的廢石渣,就近填入本區(qū)已出現(xiàn)的塌陷坑中,這樣一方面可以弱化地面塌陷災(zāi)害,另一方面加快了災(zāi)害的整治速度。

5 結(jié)論

我國(guó)礦山環(huán)境恢復(fù)治理的任務(wù)十分繁重[7～9]。因我國(guó)礦產(chǎn)資源開采歷史悠久,歷史遺留下來的礦山環(huán)境問題十分嚴(yán)重,如露天采礦、開挖和各類廢渣、廢石、尾礦堆置等,直接危害著各地區(qū)的生態(tài)平衡。目前,我國(guó)在礦山環(huán)境保護(hù)方面的立法、管理體系、科學(xué)技術(shù)上都有了很大進(jìn)步,礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾具備了一定基礎(chǔ)。礦山恢復(fù)治理正向著人文資源化、景觀資源化、空間資源化的方向發(fā)展,隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的關(guān)注,不久的將來,將會(huì)看到一個(gè)山青水秀的生活居住環(huán)境。

[1]代宏文.澳大利亞礦山復(fù)墾現(xiàn)狀、礦山廢地復(fù)墾與綠化[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,1995:194-204.

[2]河北省國(guó)土資源廳.河北省地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估與礦山環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)培訓(xùn)班參考資料[Z].河北:河北省國(guó)土資源廳內(nèi)部印刷,2004.

[3]劉傳正,等.地質(zhì)災(zāi)害勘察指南[M].北京:地質(zhì)出版社,2000.

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[6]李思慎.堤防防滲工程技術(shù)[M].武漢:長(zhǎng)江出版社,2006.

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[9]趙德森,范學(xué)理.礦區(qū)地面塌陷控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2001,12(2):86-89.

ENVIRONM ENT RECOVERY AND M ANAGEM ENT IN TUANCHENG IRON M INE INWU'AN CITY

XIA Fan,SONG Hong-w ei,YANG Xue-liang
(Shijiazhuang University of Economics,Shijiazhuang 050031,China)

The iron mine of Tuancheng tow n in Wu'an city isoneof the state-ow ned mine.Becauseof the wastemine,ground subsidence,collapse and ground rift direct threaten to the development of mines,endanger neighbo ring villages environment and the peop le's lives and safety.Through detailed survey and measurement,extensive collection of information on various aspects of local conditions,Park reforestation and Green area formore than 90%are suggested.Setting a typical geological disaster relics and ecological research on tourism into as a green mines.

geological environment;geological disasters;resto rative treatment

TD167

:A

1006-4362(2010)02-0064-04

夏凡(1983- ),女,河北省高碑店人,工學(xué)學(xué)士,現(xiàn)就讀于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院,攻讀碩士學(xué)位,地質(zhì)工程專業(yè)。

2010-01-19改回日期:2010-04-06