滕縣煤礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價研究

孔凡杜

(山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，山東 滕州 277500)

環(huán)境與地質(zhì)

滕縣煤礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價研究

孔凡杜

(山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，山東 滕州 277500)

滕縣煤礦區(qū)經(jīng)過幾十年的煤炭開發(fā)活動，礦山地質(zhì)環(huán)境問題日益突出。為了更好地指導(dǎo)該地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理工作，該次調(diào)查通過資料收集、地面調(diào)查、采樣測試等手段，基本查明了區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，采用疊加法對區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境進行了綜合評價及治理分區(qū)，分為重點區(qū)、次重點區(qū)和一般重點區(qū)，提出加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，減少矸石對方，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植等合理化建議。

礦山地質(zhì)環(huán)境問題；評價；分區(qū)；滕縣煤礦區(qū)

滕縣煤礦區(qū)位于山東省西南部棗莊市和濟寧市境內(nèi)，縱跨滕州市和微山縣，是山東省重要的煤炭生產(chǎn)基地。自第一對生產(chǎn)礦井柴里煤礦1961年11月破土動工以來，至今已建成33對生產(chǎn)礦井，煤礦的開發(fā)建設(shè)所引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題日益突出[1]，資源開發(fā)與地質(zhì)環(huán)境保護之間的尖銳矛盾將嚴(yán)重制約該區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，因此，在區(qū)內(nèi)進行礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和評價，對于該區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理是十分必要和重要的。

1 地質(zhì)背景

滕縣煤礦區(qū)地層區(qū)劃屬華北-柴達木地層大區(qū)華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)[2]，區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較完整。該區(qū)被第四系覆蓋，奧陶紀(jì)馬家溝群為含煤地層基底，其上由老到新沉積有石炭紀(jì)月門溝群本溪組、石炭-二疊紀(jì)月門溝群太原組、二疊紀(jì)月門溝群山西組、二疊紀(jì)石盒子群黑山組、二疊紀(jì)石盒子群萬山組、二疊紀(jì)石盒子群奎山組、侏羅-白堊紀(jì)淄博群三臺組等地層。其中太原組和山西組為該區(qū)主要的含煤地層。

該區(qū)地處華北板塊魯西隆起區(qū)魯西南潛隆起菏澤-兗州潛斷隆的滕州潛凹陷內(nèi)，東鄰魚臺潛凹陷，西鄰尼山凸起，南鄰兗州潛凸起，屬于魯西諸多斷塊中的一個凹陷塊體[3-4]。工作區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征與區(qū)域構(gòu)造有著密切聯(lián)系，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制的影響，總的構(gòu)造形態(tài)為一復(fù)式褶皺構(gòu)造。受其制約，區(qū)內(nèi)SN向斷層較發(fā)育，斷層多為各礦井井田邊界。

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要分布在工作區(qū)南部的昭陽、金源、付村、高莊、七五等井田的深部，根據(jù)鉆孔和井下揭露，巖漿巖多數(shù)分布在石炭、二疊紀(jì)地層中，個別侵入到侏羅紀(jì)地層，地表無出露[5]。

藤縣煤礦區(qū)位于滕縣豐沛基巖水文地質(zhì)單元的東北部，該基巖水文地質(zhì)單元東起嶧山斷層，西至嘉祥斷層，南至豐沛斷層，北至鳧山斷層，面積約3500km2，為一近于封閉型水文地質(zhì)單元[6]。該單元經(jīng)過多次構(gòu)造運動，產(chǎn)生了一系列的褶皺、斷裂，形成近EW向、NE向、SN向的大斷裂，把基巖切割成一個個獨立的水文地質(zhì)塊段，各塊段間地下水水力聯(lián)系較弱，各含水層僅通過斷層帶緩慢滲透，互相補給。由于第四系中部隔水層及各主要基巖隔水層的存在，使地表水、第四系上部含水層(淺層地下水)與各基巖含水層無直接水力聯(lián)系，每個水文地質(zhì)塊段多呈封閉型的含水構(gòu)造，各基巖含水層多以靜儲量為主[7]。

2 調(diào)查工作情況

調(diào)查工作自2013年10月—2015年6月，共完成1∶10萬礦區(qū)生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查面積約1687km2，調(diào)查生產(chǎn)礦井33對、勘查區(qū)5個，收集了各類報告90套，水質(zhì)分析成果41件及4個孔的地下水24年動態(tài)數(shù)據(jù)；進行GPS測量295點(含采樣點測量)，采取水樣140件、土壤與矸石樣61件，基本查明了滕縣煤礦區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀。

3 主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題

該區(qū)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題有采空塌陷、礦業(yè)開發(fā)活動占用及破壞土地資源、礦業(yè)開發(fā)活動對地下水系統(tǒng)的影響與破壞、礦山廢水、廢渣對水土環(huán)境的影響等。

3.1 采空塌陷

經(jīng)過調(diào)查，區(qū)內(nèi)有17個煤礦存在塌陷坑，現(xiàn)存塌陷坑共39個，總面積23.1772km2，最大塌陷深度7.9m，積水面積12.7921km2。將工作區(qū)塌陷(不包括湖區(qū)塌陷)影響程度分為較輕、較嚴(yán)重和嚴(yán)重3類，其中塌陷積水區(qū)為影響嚴(yán)重區(qū)，塌陷坑邊界以內(nèi)至積水邊界范圍為影響較嚴(yán)重區(qū)，其他區(qū)域為影響較輕區(qū)。采空塌陷影響較輕區(qū)面積1663.81km2，影響較嚴(yán)重區(qū)面積10.36km2，影響嚴(yán)重區(qū)面積12.82km2。

3.2 礦業(yè)開發(fā)占用及破壞土地資源

礦業(yè)開發(fā)占用及破壞土地資源主要表現(xiàn)為地面塌陷破壞土地、矸石堆放壓占土地及工業(yè)廣場壓占土地，占用與破壞的土地均為耕地。礦山土地占用與破壞影響程度參照《礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范》(DZ/T 0223-2011)中的規(guī)定[8]，據(jù)調(diào)查，該區(qū)33座煤礦共有工業(yè)廣場38個，占用耕地總面積633.80hm2，影響程度均為嚴(yán)重；區(qū)內(nèi)有18座矸石山，占用耕地總面積60.66hm2，影響程度嚴(yán)重的有14座，面積57.07hm2，較嚴(yán)重的有4座，面積3.59hm2。

3.3 礦業(yè)開發(fā)對地下水系統(tǒng)的影響與破壞

區(qū)內(nèi)礦坑排水引起基巖含水層大面積下降，由于其供水意義不大，影響程度較輕；第四系水與基巖水水力聯(lián)系較差，礦坑排水引起的基巖含水層水位下降基本未造成第四系水位明顯下降，影響程度較輕。

3.4 礦山廢水廢渣對環(huán)境的影響

3.4.1 廢水對水環(huán)境的影響

3.4.2 廢渣對土壤環(huán)境的影響

礦山廢渣主要為煤礦開采過程中產(chǎn)出的矸石，全區(qū)矸石總產(chǎn)量468.16萬t/a。Cd為矸石中的特征污染物，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[11]，土壤中Cd含量小于等于0.3mg/kg的影響程度較輕，0.3～1.0mg/kg的影響程度為較嚴(yán)重，大于1.0mg/kg的影響程度為嚴(yán)重。對土壤環(huán)境影響較輕面積1468.70km2，影響較嚴(yán)重面積218.30km2。

4 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合評價

4.1 評價方法

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合評價方法較多[1,2-15]，根據(jù)各礦山地質(zhì)環(huán)境問題要素，采用疊加法對工作區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)環(huán)境進行現(xiàn)狀評價。即根據(jù)區(qū)內(nèi)各礦山地質(zhì)環(huán)境問題要素的影響程度、評價結(jié)果，分別對工作區(qū)進行分區(qū)，再將各要素按照就高不就低的原則進行疊加處理，最后進行綜合分區(qū)及評價。

4.2 現(xiàn)狀評價

該區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分為嚴(yán)重、較嚴(yán)重和較輕3個等級(圖1)。其中礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重的區(qū)域面積95.37km2，主要包括地面塌陷嚴(yán)重地區(qū)、工業(yè)廣場及矸石山占用土地嚴(yán)重地區(qū)、礦山廢水對水環(huán)境影響嚴(yán)重地區(qū)；礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)重的區(qū)域一般分布在嚴(yán)重區(qū)域的外圍一定的范圍，總面積159.45km2，主要包括地面塌陷較嚴(yán)重地區(qū)、工業(yè)廣場及矸石山占用土地較嚴(yán)重地區(qū)、礦山廢水、廢渣對水土環(huán)境影響較嚴(yán)重地區(qū)；礦山地質(zhì)環(huán)境影響較輕的區(qū)域總面積1432.18km2，即區(qū)內(nèi)影響嚴(yán)重和較嚴(yán)重以外的所有區(qū)域。

圖1 工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀分區(qū)圖

4.3 礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)展趨勢分析

4.3.1 地面采空塌陷發(fā)展趨勢

地面塌陷的影響范圍，隨著地下煤層開采面積的擴大而不斷擴大，當(dāng)?shù)叵旅禾抠Y源全部采出后，各井田塌陷區(qū)將形成一個較大的塌陷盆地[16]。

滕縣煤礦區(qū)煤礦全部采用井工，采煤方法為走向長壁式開采，開采過程主要采用垮落法管理頂板。選用中國礦業(yè)大學(xué)開采損害與防護研究所研制的基于概率積分法模型[17-18]的任意形狀開采塌陷空間——時間統(tǒng)一的預(yù)計模型“開采塌陷預(yù)測系統(tǒng)MSAS”[19]，對礦區(qū)開采塌陷進行了預(yù)測。進行塌陷預(yù)計時，分別對各煤礦各可采煤層按一次采全高、全部跨落法管理頂板進行預(yù)計，最后將各煤層塌陷數(shù)據(jù)進行數(shù)值疊加，從而預(yù)測出工作區(qū)塌陷范圍。地表變形值為達到充分采動、變形處于穩(wěn)定狀態(tài)下的最大值。

地表塌陷預(yù)測及計算繪圖原則如下：①以理論下沉10mm點為受開采影響的邊界點；②采區(qū)間邊界煤柱較小，計算時不予考慮；③井田邊界線以儲量計算平面圖為準(zhǔn)；④地表潛水位取礦區(qū)平均值2.5m。

根據(jù)各煤礦資源儲量圖及各煤礦的開采計劃，對各井田進行預(yù)測，獲得礦區(qū)未來各礦井全部閉坑時的預(yù)測結(jié)果(圖2)。根據(jù)預(yù)測，未來各礦井全部閉坑時地面塌陷面積為443.25km2，占工作區(qū)總面積的26.27%，其中湖區(qū)塌陷面積164.51km2，影響程度較輕；陸地塌陷塌陷深度大于等于2.5m的(塌陷積水)面積71.03km2，影響程度嚴(yán)重；1～2.5m的面積75.13km2，影響程度較嚴(yán)重；1m以下的面積132.58km2，影響程度較輕。

圖2 工作區(qū)采空塌陷預(yù)測圖

4.3.2 其他礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)展趨勢

(1)工業(yè)廣場及矸石山占用土地資源。工業(yè)廣場占用土地資源將一直持續(xù)到礦井閉坑，一般來說，其規(guī)模和影響程度基本保持不變。全區(qū)矸石總利用量485.26萬t/a，總產(chǎn)量468.16萬t/a，利用量超過了產(chǎn)出量，從而使得區(qū)內(nèi)矸石存量逐漸減少。而隨著矸石綜合利用技術(shù)的發(fā)展，各煤礦將繼續(xù)加大對矸石的綜合利用，其利用量將逐漸增加，預(yù)計矸石山占用土地資源面積將逐漸減小，影響程度逐漸減輕。

(2)礦坑排水對地下水系統(tǒng)的影響和破壞。由于該區(qū)各基巖含水層補給條件較差，基本以靜儲量為主，隨著各礦井不斷地進行礦坑排水，其水位將持續(xù)下降。由于第四系孔隙含水與基巖水水力聯(lián)系較弱，基本不會受到礦坑排水的影響。

(3)礦山廢水、廢渣對水土環(huán)境的影響。由于各煤礦加大對礦山廢水(煤礦外排水)、廢渣(矸石)的回收利用，其排放量將逐漸減少，甚至達到零排放，因此礦山廢水、廢渣對區(qū)內(nèi)水土環(huán)境的影響將逐漸減輕。

5 礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理分區(qū)

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合分區(qū)評價結(jié)果，《礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范》(DZ/T 0223-2011)，按照表1的分區(qū)原則，在充分考慮區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境問題對人居環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展影響前提下，對工作區(qū)進行礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理分區(qū)。全區(qū)分為重點、次重點和一般3個級別分區(qū)(圖3)。其中重點區(qū)面積114.74km2；次重點區(qū)面積171.81km2；一般區(qū)面積1400.45km2。

圖3 工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理分區(qū)圖

5.1 重點區(qū)防治對策

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理分區(qū)原則

注： 現(xiàn)狀評價與預(yù)測評價結(jié)果不一致的采取就上原則進行分區(qū)。

(1)工業(yè)廣場：加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作；留設(shè)保護煤柱，防止采空塌陷對其造成影響；礦山廢水處理后循環(huán)利用或達標(biāo)排放，減少對水環(huán)境的影響；實施綠化工程，美化周邊環(huán)境。

(2)矸石山：加強管理，防止崩塌造成人員傷亡或財產(chǎn)損失；建造隔離墻及綠化帶，減少對周邊環(huán)境影響；加強對矸石的綜合利用，減少矸石的堆放。

(3)塌陷區(qū)：加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作；加強對水體的利用，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖，或建造水上公園開發(fā)旅游資源；積水不深時，可采用挖深墊淺的方式形成水、田相間，同時發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植[20]。

(4)水土影響嚴(yán)重區(qū)：加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作。

5.2 次重點區(qū)重點區(qū)防治對策

(1)矸石山：加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作；加強管理，防止崩塌造成人員傷亡或財產(chǎn)損失；建造隔離墻及綠化帶，減少對周邊環(huán)境影響；加強對矸石的綜合利用，減少矸石的堆放。

(2)塌陷區(qū)：加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作；對土地進行平整，恢復(fù)耕種；塌陷較深尚未積水且平整較困難的區(qū)域可參考積水較淺區(qū)采用挖深墊淺的方式形成水、田相間，同時發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植。

(3)水土影響較嚴(yán)重區(qū)：加強礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作。

5.3 一般區(qū)重點區(qū)防治對策

主要是加強地面巡查工作，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

6 結(jié)語

該文根據(jù)實地調(diào)查成果，在總結(jié)工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景和分析、評價了區(qū)內(nèi)主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境進行了現(xiàn)狀評價和趨勢預(yù)測，并對工作區(qū)進行礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理分區(qū)，為工作區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理工作提供了客觀依據(jù)。

該文采用疊加法評價礦山地質(zhì)環(huán)境，對比其他方法，該方法中各地質(zhì)環(huán)境要素?zé)o主次之分，克服了確定各要素權(quán)重的主觀性，能夠較為客觀全面地反映出工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量情況，對于礦山地質(zhì)環(huán)境的全面保護具有積極意義。

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Comprehensive Evaluation of Mine Geological Environment in Tengxian Coal Mining Area

KONG Fandu

(No.1 Exploration Brigade of Shandong Coalfield Geology Bureau,Shandong Tengzhou 277500, China)

After decades of coal mining in Tengxian coal mining area, mine geological environment problems have become increasingly prominent. In order to guide mine geological environment protection and management work, through data collecting, ground surveys, sampling, testing and other means, present condition of mine geological environment in this area has been identified, comprehensive evaluation of mine geological environment in the area has been carried out by using the method of superposition, mine geological environment protection and management division have been carried out, and reasonable suggestions have been put forward as well.

Mine geological environment; evaluation; partition; Tengxian coal mine

2016-07-12；

2016-09-08；編輯：曹麗麗

山東省2013年度地質(zhì)勘查項目，山東省滕縣煤礦區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查與評價(魯國土資字〔2013〕853號)

孔凡杜(1984—)，男，安徽長豐人，工程師，主要從事水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)工作；E-mail：adu-kfd@qq.com

TD167

B

孔凡杜.滕縣煤礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價研究[J].山東國土資源，2017,33(1)：59-64.KONG Fandu.Comprehensive Evaluation of Mine Geological Environment in Tengxian Coal Mining Area[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：59-64.