淮南礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價方法探討

柴義倫

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站， 安徽合肥 230001）

關(guān)健詞：礦山地質(zhì)環(huán)境；礦山地質(zhì)環(huán)境問題；影響評價

1 概況

淮南煤炭礦區(qū)地處安徽省北部淮河中下游地區(qū)，礦區(qū)面積約2800km2，行政區(qū)涉及安徽省淮南、阜陽、蚌埠等3市5區(qū)3縣部分。礦區(qū)共分布各類煤礦80多家，其中，新建礦山2家，生產(chǎn)礦山18家，閉坑與政策性關(guān)閉礦山60多家，設(shè)置采礦權(quán)面積達1604 km2。礦區(qū)累計開采原煤約12108t，引發(fā)以地面塌陷、含水層破壞為主的礦山地質(zhì)環(huán)境問題突出。

2 地質(zhì)環(huán)境背景條件

2.1 自然地理

淮南煤炭礦區(qū)地處我國南北氣候過渡地帶，多年平均氣溫11～14℃，多年平均降水量600～1400mm，降水主要集中在6～8月份，約占全年降水量的45%，多年平均蒸發(fā)量800～1200mm。區(qū)內(nèi)地表水屬淮河水系，較大的地表水體為淮河及其支流，以及地面塌陷積水區(qū)，均屬季節(jié)性水體。

礦區(qū)位于淮北平原與江淮波狀平原兩在地貌單元交界處，整個地形大致以淮河為界，淮河以南地區(qū)地形崗坳相間、波狀起伏，地面標高20～242.6m，丘陵、平原均有分布，以剝蝕堆積、構(gòu)造侵蝕溶蝕地貌類型為主；淮河以北地勢平坦開闊，自西北向東南緩傾，地面標高15.5～25m，為淮河沖積平原，以堆積、剝蝕堆積地貌類型。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)位于中朝準地臺之華北坳陷南緣，淮河臺坳淮南褶斷帶，褶皺、斷裂發(fā)育。地層屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)徐淮地層分區(qū)淮南地層小區(qū)，除中元古界、志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)、三疊系的中上統(tǒng)、侏羅系缺失外，其余地層均有不同程度的發(fā)育。

石炭、二疊系為含煤地層，地層厚度大于900m；礦床類型屬多旋回沉積礦床，礦體埋藏深度變化較大，自南向北覆蓋層50～700m。

2.3 水文地質(zhì)條件

2.3.1 松散巖類孔隙水

含水層組由第四系、新近系松散堆積物組成，自上而下大致可分為4個含水層組，第一含水層組由第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)松散堆積物組成，地下水具無壓至半承壓性質(zhì)，接受大氣降水的直接補給，與地表水關(guān)系密切，補充來源充沛；第二、三、四含水層組由第四系中、下更新統(tǒng)和新近系中新統(tǒng)半膠結(jié)松散堆積物組成，各含水層組富水性主要受含水砂層發(fā)育程度控制，顆粒相對較粗、分選性較好、厚度較大的地段富水性強，單井涌水量達1000～3000m3/d，反之富水性相對較弱，地下水具承壓性質(zhì)，主要接受側(cè)向逕流補給；各含水層組之間分布有大于10 m厚度的黏性土隔水層，水力聯(lián)系微弱。

2.3.2 碳酸鹽巖裂隙巖溶水

含水巖組由寒武系、奧陶系、石炭系碳酸鹽巖組成，主要埋藏在煤系之下，富水性主要受構(gòu)造和巖溶發(fā)育程度的控制，富水地段單井涌水量1000～3000m3/d；地下水具承壓性質(zhì)，水頭標高一般22～25m，溶解性總固體一般小于1g/l，地下水類型呈現(xiàn)典型的徑流-開采型；奧陶系、石炭系碳酸鹽巖裂隙巖水是礦坑涌水的直接充水水源。

2.3.3 碎屑巖類孔隙裂隙水

含水巖組由石炭、二疊紀的碎屑巖組成，巖性以泥巖、砂巖、頁巖等組成，富水性一般較差，受構(gòu)造影響，構(gòu)造發(fā)育地段巖石破碎裂隙孔隙較發(fā)育，富水地段單井涌水量可達1000m3/d；地下水具承壓性質(zhì)，是礦坑涌水的直接充水水源。

2.4 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

2.4.1 巖體

礦區(qū)主要分布碳酸鹽巖工程地質(zhì)巖組和碎屑巖工程地質(zhì)巖組。碳酸鹽巖工程地質(zhì)巖組，主要奧陶系、石炭系的灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r組成，隱晶質(zhì)－晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，新鮮巖石單軸抗壓強度60～150MPa，屬硬質(zhì)巖石。碎屑巖工程地質(zhì)巖組由二疊系的砂巖、泥巖組成，薄-中厚層狀，軟硬相間，砂巖新鮮巖石單軸抗壓強度60～127MPa，泥巖新鮮巖石單軸抗壓強度6.0～59MPa。

2.4.2 土體

礦區(qū)土體由第四系與新近系松散堆積物組成，以黏性土和砂性土為主，具多層結(jié)構(gòu)，覆蓋于巖體之上，構(gòu)成地表覆蓋層，厚度一般50～700m，不同地層時代的土體工程地質(zhì)特征有一定的差異，總體上黏性土呈可塑狀態(tài)，砂性土一般呈現(xiàn)密實狀態(tài)。

3 主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題與恢復(fù)治理成效

3.1 采煤地面塌陷

截止2015年底，礦區(qū)共發(fā)生采煤塌陷74處之多，多處塌陷連成一體，形成20個塌陷面積大小不等、深淺不一的塌陷區(qū)，最大塌陷區(qū)面積93.5 km2，最大塌陷深度達22m，其塌陷規(guī)模屬中-大型。塌陷區(qū)主要分布于淮南市的八公山、謝家集、大通、潘集、鳳臺、阜陽市的潁上、潁東等地區(qū)，礦區(qū)累計塌陷面積約316.82km2，其中積水區(qū)78.19 km2。據(jù)不完全統(tǒng)計，采煤塌陷損毀土地資源31682hm2，其中基本農(nóng)田達25344hm2，大量的民房、農(nóng)田水利、交通、電力等設(shè)施被損毀，直接經(jīng)濟損失超過500億元。

3.2 含水層破壞

截止2 0 1 5年底，礦區(qū)含水層破壞面積達316km2，分布范圍與塌陷區(qū)基本一致；受采掘和礦坑排水的影響，采空區(qū)上方巖層發(fā)生冒落、碎裂和彎曲變形，造成含水層原始結(jié)構(gòu)遭受破壞，導(dǎo)致地下水賦存條件、循環(huán)條件和流場的變化，引發(fā)局部地下水位大幅下降，最大下降幅度超過50m，水量亦有明顯減少，易誘發(fā)巖溶地面塌陷、地面沉降等系列地質(zhì)環(huán)境問題。

3.3 恢復(fù)治理成效

各級政府及礦山企業(yè)高度重視礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作，采取了一系列行政、技術(shù)和工程措施；編制采煤塌陷區(qū)土地綜合整治規(guī)劃，制定采煤沉陷區(qū)村莊搬遷計劃，累計投入資金約185.17億元，用于搬遷避讓和治理工程，新建12個居民區(qū)，恢復(fù)治理面積2195.43hm2。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價

4.1 評價原則

以礦山地質(zhì)環(huán)境條件為基礎(chǔ)，以礦山地質(zhì)環(huán)境問題及危害程度為主要因子，結(jié)合礦產(chǎn)資源開發(fā)利用程度、礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理難易程度，采用定性與定量相結(jié)合方法進行評價。

4.2 評價指標選擇

4.2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價

依據(jù)礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響因素，本文選擇地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、地形地貌景觀與土地資源破壞等4個主要因子進行評價，根據(jù)相關(guān)參數(shù)按照相關(guān)規(guī)范、標準劃分影響程度等級（表1）。

4.2.2 區(qū)域礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境影響因素，本文選擇區(qū)位、地質(zhì)環(huán)境條件、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、礦山地質(zhì)環(huán)境問題與發(fā)展趨勢、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理等作為評價因子，采取專家打分（表2）。

4.3 評價方法

4.3.1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價

礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價，主要是指礦業(yè)活動對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度的評價，依據(jù)淮南煤炭礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景條件與存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其影響因素分析，本文采用地理信息系統(tǒng)（GIS）圖層疊加分析法進行評價。其評價方法：

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價指標選擇一覽表Table 1 Index selection for assessment of mine geo-environment impact

表2 區(qū)域礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價指標選擇賦值一覽表Table 2 Index selection and assignment for assessment of regional mine geo-environment impact

第一步：利用MPGIS信息系統(tǒng)，分別建立地面塌陷、含水層破壞、土地資源破壞與地形地貌破壞等單要素評價圖層，按表1對各項評價指標進行分區(qū)；

第二步：將各個單要素評價圖層在統(tǒng)一工程目錄下進行疊加，以從重原則，重新劃分影響分區(qū)，并以主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題進行分區(qū)定名，如：某區(qū)為地面塌陷為嚴重區(qū)，含水層破壞為較嚴重區(qū)，則該區(qū)定名為“地面塌陷礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)；

第三步：依據(jù)分區(qū)結(jié)果，在圖上量取分區(qū)面積，分析各區(qū)存在的主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其影響因素、危害程度、恢復(fù)治理難度等，綜合評價礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度。

4.3.2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境影響評價

區(qū)域地質(zhì)環(huán)境影響評價，是對整個礦區(qū)礦業(yè)活動對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響評價；根據(jù)淮南煤炭礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境特點，本文采用專家打分與綜合指數(shù)法進行礦山地質(zhì)環(huán)境進行影響評價。其評價方法：

第一步：根據(jù)礦區(qū)區(qū)位、地形地貌、地質(zhì)環(huán)境背景條件、礦山地質(zhì)環(huán)境問題、礦山地質(zhì)環(huán)境治理情況等，合理劃分評價單元（進行綜合評價分區(qū)）（圖1）。

第二步：按表2列出的評價因子確定分值與權(quán)重值，并按公式（1）進行評價單元綜合指數(shù)計算。

式中：F—綜合指數(shù)；Fi—某一組成要素單項評價分值；Wi—評價因子權(quán)重。

第三步：根據(jù)各評價單元綜合指數(shù)計算結(jié)果，按表3確定各礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度。

第四步：依據(jù)評價結(jié)果，在圖上量取分區(qū)面積，分析各區(qū)存在的主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其影響因素、危害程度、恢復(fù)治理難度等，綜合評價礦業(yè)活動對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境影響程度。積與深度進一步增加，由此造成的土地資源與地形地貌景觀破壞程度進一步加重，預(yù)計2030年地面塌陷面積將達到500km2，恢復(fù)治理難度進一步增大，礦業(yè)活動對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境將造成嚴重影響（綜合指數(shù)2.1）。

表3 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價綜合指數(shù)一覽表Table 3 Comprehensive index list of mine geo-environmental impact assessment

4.4 評價結(jié)果

淮南煤炭礦區(qū)，礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)面積346.67km2，約占礦區(qū)面積的12%，礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴重區(qū)面積174.37km2，約占礦區(qū)面積的6%，礦山地質(zhì)環(huán)境影響輕微區(qū)807.09km2，約占礦區(qū)面積的29%。

礦業(yè)活動目前對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境影響較嚴重（綜合指數(shù)1.2），影響嚴重區(qū)與較嚴重區(qū)累計約占礦區(qū)面積的18%；隨著礦業(yè)活動的持續(xù)發(fā)展，地面塌陷面

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價分區(qū)圖Fig.1 Zoning map of mine geo-environment impact assessment

5 結(jié)語

礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價，是按照一定的指標要求和技術(shù)方法，定性或定量地評價和估算礦業(yè)活動對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度。合理選擇評價因子、評價指標及評價方法是礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價的重要環(huán)節(jié)。礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評價方法還有層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色綜合評判法、模糊綜合評判法及環(huán)境承載力分析法等，只有結(jié)合礦區(qū)實際情況，選擇合適的評價方法，建立相應(yīng)的評價指標體系，才能對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度做出客觀評價。