蒙陰縣臺上鐵礦礦山地質環(huán)境保護與恢復治理

陳曉梅，李婷婷

(臨沂市國土資源局，山東 臨沂 276301)

臺上鐵礦生產活動對地質環(huán)境影響主要表現(xiàn)為引發(fā)采空塌陷及伴生地裂縫，對土地資源造成破壞的同時，也對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和人民群眾的生命安全帶來一定影響，因此，加強礦山地質環(huán)境保護與治理恢復研究非常必要[1]。

1 礦山基本情況及地質環(huán)境背景

1.1 礦山概況

蒙陰縣臺上鐵礦位于蒙陰縣城西，紅喜莊至臺上、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。屬地下開采礦山。設計生產規(guī)模10萬t/a，礦山服務年限為4.7a。根據(jù)礦山地下開采進程，對地下采空區(qū)逐步進行實施治理。根據(jù)礦山生產服務年限、礦山開采引發(fā)地面塌陷及地裂縫等地質災害的最長影響時間和礦山進行地質環(huán)境恢復治理需要的時間，預計礦山開采閉坑后2年內完成全部恢復治理工作及植物的養(yǎng)護。

1.2 礦山地質環(huán)境背景

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

(2)氣象水文。該區(qū)地處暖溫帶，屬溫帶季節(jié)性半濕潤大陸性氣候區(qū)。年平均氣溫13.3℃。年平均降水量750mm，降水時間多集中于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)位于構造剝蝕低丘地區(qū)，屬魯中南中低山丘陵區(qū)域水文地質單元。礦區(qū)侵蝕基準面位于臺上小河與紅喜莊小河的入口處，該處地形標高+240m左右，區(qū)內標高為+245～+296m，相對高差50m。地形切割不強烈，礦體露頭多為正地形，總地勢北東高南西低，地表水流向南西。

(3)地層巖性與地質構造。評估區(qū)所處大地構造位置為華北板塊(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組、寒武紀朱砂洞組、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組含礦地層廣布為特征，北東側寒武系底部地層零星分布，第四系零星分布。評估區(qū)構造主要表現(xiàn)為地層單斜構造、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。斷裂構造區(qū)內較發(fā)育，有NW向、NNE向2組斷裂。

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

2 礦山地質環(huán)境現(xiàn)狀評估

該區(qū)處于地面塌陷及地裂縫為主的地質災害易發(fā)區(qū)內，礦區(qū)位于構造剝蝕低丘地區(qū)，屬魯中南中低山丘陵區(qū)域水文地質單元。礦區(qū)侵蝕基準面位于臺上小河與紅喜莊小河的入口處，該處地形標高+240m左右，區(qū)內標高為+245～+296m，相對高差50m。地形切割不強烈，礦體露頭多為正地形，總地勢北東高南西低，地表水流向南西，該礦山為地下開采礦山。評估區(qū)內崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的地質條件發(fā)育較弱。根據(jù)以往資料和實際調查結果，礦區(qū)內及其附近沒有崩塌、滑坡、泥石流地質災害發(fā)生。隨著礦山的開采，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，該次地質災害危險性評估的主要地質災害類型為地面塌陷及地裂縫[2]。

3 礦山地質環(huán)境預測評估

3.1 礦山地質災害預測評估

(1)地面變形及伴生地裂縫

隨著礦山的開采，地下采空區(qū)大面積形成。采空區(qū)頂板長期受地壓的作用會出現(xiàn)離層、龜裂、掉塊以至下沉，保安礦柱也會出現(xiàn)開裂、片幫、位移等現(xiàn)象，導致礦柱失穩(wěn)，造成采空區(qū)冒頂、塌陷等地質災害的產生。但礦體為磁鐵石英巖或磁鐵石英角閃巖，節(jié)理不發(fā)育，巖石堅硬，完整性較強，硬度系數(shù)大于7級，為堅固完整工程地質良好層。礦區(qū)內各礦體頂?shù)装鍑鷰r均是與礦體同成因的黑云變粒巖、斜長角閃片巖、磁鐵石英角閃巖等巖石，這些巖石結構完整堅硬，巖石硬度達6～7級，抗壓強度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災害危險性

工程建設場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)狀條件下不具備產生崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷和地面沉降的地質環(huán)境條件。礦山本身可能遭受地質災害危險性為較輕。

3.2 預測評估采礦活動對自然環(huán)境破壞情況

3.2.1 對含水層影響與破壞預測評估

(1)礦山排水對地下含水層的影響

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。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，無法形成供水水源地，故該層水對供水水源的影響較小。

基巖風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，故該層水對供水水源的影響較小。

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

(2)液體廢棄物對地下水的影響

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)過管道排至下水管道，然后排至城市集中污水處理廠進行處理，對地下水環(huán)境影響小。礦坑水水質對比生活飲用水標準，地下水中各項成分只有總硬度略有超標，其他各項指標均符合國家飲用水衛(wèi)生標準。礦區(qū)排水水質良好。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，礦山廢液排放對水環(huán)境影響較輕。

(3)固體廢棄物對地下水的影響

礦山基建期廢石量少，開采期間產生的廢渣可修路填場地、建擋墻、建筑材料、充填自然溝。據(jù)分析礦區(qū)地質資料和實地調查，廢石巖性主要為黑云母長英變粒巖、斜長角閃巖、角閃片巖等。經(jīng)試驗，廢石在48h浸溶條件下(蒸餾水浸溶)，pH值,Cu2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+,As3-指標均符合生活飲用水標準。因此廢石淋濾水的水質較好，無論其滲入地下，還是流入地面水體均不會對地表水和地下水環(huán)境產生污染。

3.2.2 采礦活動對土地資源影響預測評估

隨著礦山對礦體的不斷開采，地下的采空區(qū)將會不斷擴大；但礦體及圍巖堅硬，完整性好；采礦結束后立即對采空區(qū)進行全尾砂充填，地表形成較深采空塌陷區(qū)可能性不大，對農田耕作影響較小。綜上所述，預測評估礦山開采活動對土地資源影響為較輕。

3.2.3 采礦活動對地形地貌景觀影響預測評估

該礦山生產主要在地下，地面上沒有采石、挖砂、破壞植被等損害地貌景觀的工程活動。采礦結束后立即對采空區(qū)進行全尾砂充填，對地形地貌影響較輕。

4 礦山地質環(huán)境防治工程

4.1 礦山地質環(huán)境恢復治理工程

4.1.1 采空區(qū)治理恢復工程方法與措施

開采過程中采用掘進廢石不出坑的方式對采坑進行充填，剩余工作量在采礦結束后采用全尾砂及河沙充填，具體方案如下：

在回風斜井附近建一座充電站,礦房回采結束后對采空區(qū)進行充填，利用倒運礦石車把全尾砂返運至充填站，濃縮尾砂由攪拌機攪拌，達到質量濃度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)內塌陷范圍，應嚴格按照《土地復墾方案》的規(guī)劃進行整平整治，最大限度地恢復和維持農田生態(tài)平衡，依據(jù)礦區(qū)地處低緩丘陵、以農業(yè)為主的特點，確立礦區(qū)土地恢復以生態(tài)學原理為基礎，因地制宜，在環(huán)境上最優(yōu)、經(jīng)濟上可行。與土地利用的總體規(guī)劃相一致，并以發(fā)展農村生態(tài)經(jīng)濟為中心，以保護耕地為重點，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的“雙贏”[3]。

4.1.3 含水層破壞的防治

采礦廢水應循環(huán)利用，生活污水，機械油污等難于利用，排放可能造成污染的部分，應集中收集，達標排放，避免礦區(qū)及周圍水環(huán)境質量受到影響。礦區(qū)內的工業(yè)垃圾要進行集中堆放，及時拉走處理，防止二次污染。

4.2 礦山地質環(huán)境監(jiān)測工程

4.2.1 地裂縫采空塌陷區(qū)的監(jiān)測措施

(1)水準基準點的布置和建立

水準基準點是進行地面變形觀測的起算基準點,擬在礦區(qū)外設置2個水準基準點，要選定在穩(wěn)固的建筑物或構筑物便于保存利用的位置上。

(2)變形監(jiān)測點的布置

地表變形監(jiān)測內容包括：地表下沉量、地裂縫、建筑物開裂等。監(jiān)測點布設為：在全區(qū)布設地表下沉、地裂縫、建筑物開裂監(jiān)測點8處。監(jiān)測方法為：采用圖根水準測量對地面建筑物和地表開裂進行監(jiān)測，利用1956年黃海高程系，測量儀器采用S3型水準儀配合區(qū)格木質雙面標尺，作業(yè)前對儀器和標尺應進行檢查和檢定。

工業(yè)廣場房屋的監(jiān)測點主要是對房屋裂縫的觀測和拍照記錄；農田和山坡布設的監(jiān)測點主要是對地面變形和位移的監(jiān)測與記錄。變形觀測點設置要穩(wěn)固，便于長期保存。

(3)監(jiān)測周期

礦山開采深度平均+140m左右，監(jiān)測周期設計為1個月監(jiān)測1次,如遇地面變形加快等需要縮短周期時,要及時增加觀測次數(shù)。

(4)沉降穩(wěn)定標準

地面沉降是一個連續(xù)的時間過程，在地面沉降總的時間內可分為3個階段：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束時開始，至6個月內地面下沉值不超過30mm時為止。

(5)觀測數(shù)據(jù)處理與成果分析

及時整理原始記錄，計算沉降量，計算平面位移及位移方向和空間位移量。及時整理觀測資料；向地質災害管理部門提交觀測報告；地質災害管理部門負責監(jiān)督管理。

此外還要進行巷道和采場的變形監(jiān)測，監(jiān)測點的布設應放在井下保安礦柱及頂板上，禁止放在運輸巷中。每班次巡查觀察保安礦柱是否開裂、滑動錯位；采空區(qū)頂板是否下沉，報警裝置是否靈敏。每個開采水平至少安裝2只頂板下沉報警裝置；安排專人負責監(jiān)測巡查，避免因個人差異的觀測誤差而判斷不準。

4.2.2 水環(huán)境監(jiān)測方案

礦坑排水雖然對水環(huán)境影響小，但亦應考慮重金屬等污染元素長期積累的影響[4]。可采用地上水監(jiān)測，地下水監(jiān)測，取地下水和礦坑水，對2種水樣分別進行全分析和污染分析。根據(jù)有關標準進行評價[5]。

5 結語

金源礦業(yè)有限公司地下開采生產活動對地質環(huán)境影響主要表現(xiàn)為引發(fā)采空塌陷及伴生地裂縫，對土地資源造成破壞，在以此為代表的地下開采礦區(qū)進行了地質環(huán)境影響現(xiàn)狀評估及其預測評估。并在此基礎上提出了切實可行的防治措施，對此類型礦山地質環(huán)境保護與治理恢復工作具有一定的指導意義。

參考文獻:

[1] 地質災害防治條例[S].國務院令第394號.

[2] 土地復墾條例[S].國務院令第592號.

[3] 山東省地質環(huán)境保護條例[S].2003.

[4] 馮碩穎.地質環(huán)境保護與地質災害防治的措施[J].內蒙古科技與經(jīng)濟,2008,(5):14-16.

[6] 韋銀澤.廣西荔浦石灰?guī)r礦山地質環(huán)境保護與恢復治理[J].山東國土資源,2013,29(3):26-28.