東勝礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題及恢復(fù)治理措施研究

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(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院/內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動成礦與找礦重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

東勝礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，地處鄂爾多斯高原中東部，境內(nèi)有礦產(chǎn)資源30多種，其中煤炭資源儲量最為豐富，是國家大型煤炭基地-神東煤炭基地之一。礦區(qū)地跨鄂爾多斯市8個旗區(qū)，由東向西分別為：準(zhǔn)格爾旗西南部、東勝區(qū)、達拉特旗南部、伊金霍洛旗、烏審旗、鄂托克前旗東部、鄂托克旗東部和杭錦旗東部，面積約5.7×104km2,含煤面積占全市總面積的70%，是我國重要的能源基地，素有“地下煤?！敝Q。煤炭資源作為重要的戰(zhàn)略資源，在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中作用顯著，隨著開采強度的不斷加大，礦業(yè)開發(fā)在帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的同時，東勝礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題也日益凸顯，成為環(huán)境與發(fā)展研究中不可回避的重要課題。

1 礦區(qū)煤炭資源開采歷史及開發(fā)利用現(xiàn)狀

從20世紀七十年代開始，東勝礦區(qū)范圍內(nèi)大小煤礦一哄而上，呈井噴態(tài)勢發(fā)展，由于對礦山開發(fā)缺乏科學(xué)性認識，為了追求個人經(jīng)濟效益在埋藏淺部私挖亂采，采前無規(guī)劃無設(shè)計，采后更無治理，加之開采工藝和技術(shù)的落后，不僅遺留了地質(zhì)災(zāi)害隱患，也造成了煤炭資源的大量損耗，據(jù)資料顯示，此類煤礦僅東勝區(qū)銅川鎮(zhèn)就達到1 000多家。進入九十年代末期，政府進行治理整頓，僅留三分之一較為正規(guī)的小煤礦，且生產(chǎn)能力均在10萬 t/a左右，開采煤層為最上部一兩層煤，開采方式為房柱式開采、炮采，采礦回采率36%～40%，生產(chǎn)技術(shù)落后，資源浪費嚴重。2004年以后，為了提高礦井產(chǎn)量和機械化程度及資源利用率，同時提高礦井安全生產(chǎn)條件和安全生產(chǎn)管理水平，經(jīng)過整合、技改、擴建后，留存煤礦數(shù)量為九十年代的十分之一，煤礦最小設(shè)計生產(chǎn)能力為30萬 t/a，部分煤層埋藏較淺的地方進行了露天開采，井工開采的煤礦主要采用長壁綜合機械化采煤法，一次采全高，工作面頂板采用全部垮落法管理。2008年開始，國家加大力度對礦山地質(zhì)環(huán)境進行治理，提高了煤礦生產(chǎn)能力，促進了資源節(jié)約與綜合利用，煤炭資源整合取得良好成效?，F(xiàn)狀條件下東勝礦區(qū)煤礦最小生產(chǎn)能力為60萬 t/a，生產(chǎn)能力30萬 t/a的小煤礦已全部停產(chǎn)，處于整合、擴建中。

2 礦區(qū)主要地質(zhì)環(huán)境問題

東勝礦區(qū)煤炭資源豐富，歷史開采周期長，但是由于前期資源開發(fā)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，環(huán)境保護意識不足，引發(fā)了一系列地質(zhì)環(huán)境問題，現(xiàn)狀條件下存在的礦山環(huán)境問題主要表現(xiàn)井工開采引起的地面塌陷及伴生地裂縫，露天開采造成的開采區(qū)以及排土場(固體廢棄物)對土地植被資源的占用破壞及對水資源、水環(huán)境的影響。

2.1 井工礦山

井工開采煤礦形成的地質(zhì)環(huán)境問題主要為地下采煤形成地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害以及矸石場堆放的廢棄土石占用破壞土地植被資源。

2.1.1 地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害

地下煤層開采后，依靠煤柱維持圍巖的穩(wěn)定，局部應(yīng)力集中，破壞了巖體的自然應(yīng)力平衡狀態(tài)，隨著采掘工程向前推進，采空區(qū)面積不斷擴大，頂板巖層承受的拉張應(yīng)力也隨之增加，當(dāng)其超過巖層抗拉強度極限時，采空區(qū)上覆巖層跨落，自下而上形成冒落帶、裂隙帶和沉降帶，地表產(chǎn)生地面塌陷。東勝礦區(qū)整合、技改前小煤窯采用房柱式開采且開采煤層均為淺層煤，開采后極易形成地面塌陷，地面塌陷災(zāi)害主要表現(xiàn)方式為塌陷坑，部分塌陷坑周圍伴生拉張裂縫。采空塌陷區(qū)一般位于高原丘陵區(qū)，其規(guī)模、形狀與上伏地層巖性、厚度及地下水活動有關(guān)，調(diào)查資料表明，東勝礦區(qū)內(nèi)主要分布著串珠狀塌陷坑和平行狀拉張裂縫，塌陷坑形狀多呈圓形，直徑小者2 m，大者30 m，深度1.5～60 m。部分塌陷區(qū)以沖溝為中心，呈臺階狀依次陷落，階面寬0.2～1 m，階高1.0～1.5 m，外圍裂縫圍繞塌陷坑呈環(huán)狀分布。小煤窯開采時期形成的采空區(qū)數(shù)量多且分布不集中，治理監(jiān)管難度較大，局部地區(qū)由于井口封閉不嚴或地面塌陷致使空氣進入采空巷道，引起煤柱自燃，煙塵通過裂縫溢出，氣味難聞。整合、技改后井工礦山主要采用長壁綜合機械化采煤法，一次采全高，工作面頂板采用全部垮落法管理。地下煤層采用綜采工藝后，工作面上部巖層全部整體下沉，形成的地質(zhì)災(zāi)害主要為地面塌陷，地面塌陷主要表現(xiàn)為地表出現(xiàn)拉張裂縫，裂縫多呈平行狀分布，寬度一般在0.01～1.5 m之間，深度為0.1～1.5 m(見圖1)，平坦地區(qū)裂縫相對較窄，多在0.01～0.1 m之間。綜采形成的地面塌陷，因整體下沉，在巖層松軟的地區(qū)很快穩(wěn)定，地面塌陷災(zāi)害危害相對較輕。

塌陷區(qū)上部地層為馬蘭黃土、殘坡積物，厚度1～2 m，下伏侏羅系砂巖。破壞土地類型為主要為農(nóng)田、草地和林地，危害對象為路過人員、車輛、礦區(qū)工作人員及牲畜等。

圖1 伴生地裂縫 圖2 矸石場

圖3 露天采坑 圖4 矸石場邊坡治理效果圖

2.1.2 矸石場破壞地貌景觀

在煤炭開采和加工過程中，會產(chǎn)生大量的煤矸石，煤矸石堆積在固定場地形成矸石場，礦區(qū)矸石場通常壓占著大面積的土地資源，嚴重的破壞了原生的地形地貌景觀(見圖2)，且矸石場長期自然風(fēng)化會產(chǎn)生有害氣體和煙塵，如H2S、CO2、SO2等，給礦區(qū)空氣、地表水、地下水造成不同程度的影響和污染。

2.2 露天礦山

東勝礦區(qū)露天開采的礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要是開采區(qū)以及排土場(固體廢棄物)對土地植被資源的占用破壞及對水資源、水環(huán)境的影響。

2.2.1 礦山開采區(qū)

露天開采的礦山在開采過程中將采區(qū)內(nèi)巖土剝離，被挖掘的巖土體運往外排土場，原有土地和植被被完全覆蓋，該區(qū)域原有的地貌景觀徹底被破壞，巖土體新鮮面暴露于地表面，地面抗風(fēng)化能力降低，現(xiàn)狀環(huán)境嚴重制約著周圍植物的生長。露天采坑的開挖破壞了原有地形地貌、土壤、植被等，對周圍環(huán)境造成較大影響(見圖3)。

露天開采徹底改變了煤層周圍地下水賦存介質(zhì)，同時也改變了地下水流場，東勝礦區(qū)范圍內(nèi)侏羅系中下統(tǒng)直接充水基巖裂隙含水層的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，影響程度較為嚴重。露天礦坑內(nèi)的匯水主要來源于礦坑匯水區(qū)的降雨徑流量和煤層直接充水含水層的地下水，采坑直接充水含水層屬侏羅系延安組基巖裂隙含水層，其富水性較弱，透水性和導(dǎo)水性能差，疏干地下水量較小，對礦區(qū)內(nèi)基巖裂隙含水層造成的影響破壞程度相對較輕。露天開采對地下水水質(zhì)影響主要是生活辦公區(qū)的污廢水和工業(yè)廢水，目前各礦山建立了廢水處理池，采用一體化污水處理裝置處理，經(jīng)深度處理后外排，對區(qū)域地下水水質(zhì)影響程度較輕。

2.2.2 排土場對土地植被資源的占用及破壞

露天礦山剝離的巖土體堆放在外排土場內(nèi)，一方面占用了原有的土地，破壞了原有的地表植被，另一方面一方面廢棄的礦渣和表土暴露于地表，增加了水土流失和沙化因素，使原有的土地利用性質(zhì)發(fā)生了變化。

3 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理

東勝礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理區(qū)域主要為露天礦山開采形成的排土場、矸石場及井工開采形成的塌陷區(qū)，治理時間多從2008年開始。

3.1 排土場治理區(qū)

排土場治理區(qū)主要包括外排土場及部分內(nèi)排土場的邊坡及平臺部分。東勝礦區(qū)內(nèi)礦山排土場治理首先進行平整規(guī)劃，后覆30～50 cm的表土，邊坡處用長30 cm沙柳做成1 m×1 m網(wǎng)格蔽障，網(wǎng)格內(nèi)穴種灌木，均勻播撒沙打旺等草種。在排土場平臺上選用耐干旱、易成活且兼具良好防風(fēng)固沙、改善土壤結(jié)構(gòu)的沙棘、沙柳、沙棗、檸條、油松、新疆楊、長柄扁桃等樹種及楊柴、層頭籽、草苜蓿、沙打旺等草種種植。部分礦山為提高植被成活率采用滴灌、噴灌技術(shù)，在平臺上放置儲量50 t以上的大型水罐，為植被的生長提供了充足的水源。大部分礦山排土場治理效果較好，植被成活率高，減輕了揚塵和水土流失，改善了礦區(qū)環(huán)境。部分礦山利用改良后的排土場土壤種植蕎麥、瓜果蔬菜等，比如東勝區(qū)巴音孟克煤礦在排土場平臺上種植大面積的蕎麥、東勝區(qū)張家梁煤礦及伊金霍洛旗天隆武家塔煤礦蔬菜、瓜果，花草等，形成了綠色蔬菜基地。此外，因排土場物源豐富，若遇強降水水源條件充足易發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，為此排土場上方修筑了排水溝，以便降雨徑流及時排出。

3.2 矸石場治理區(qū)

露天開采礦山產(chǎn)生的矸石均排放到排土場，不設(shè)置專門的矸石場，因此，矸石場只存在于井工開采礦山，矸石場大部分分布在礦山附近的沖溝溝頭位置，避開匯水面兩側(cè)，以免引發(fā)泥石流災(zāi)害。目前東勝礦區(qū)范圍內(nèi)大部分矸石場已經(jīng)開展了治理工作，將矸石分期堆放，分層壓實，平整矸石場邊坡及上部平臺，上覆表土，邊坡設(shè)置網(wǎng)格屏障(見圖4)，同時結(jié)合氣候土壤等條件因地制宜選擇植沙柳、沙打旺等草種對平臺和邊坡進行綠化修復(fù)，后期進行澆灌和施肥，大部分矸石場治理效果明顯，植被成活率較高，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得以改善。此外，井工開采礦山產(chǎn)生的矸石還有綠色處理途徑，一部分可以在地下礦井填充巷道就地處理，一部分可以運到地表用來鋪路、制磚，既可以減少環(huán)境污染，避免對礦區(qū)環(huán)境的危害，又可以促進資源的有效利用，降低企業(yè)治理成本，同時間接創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

3.3 塌陷治理區(qū)

塌陷區(qū)根據(jù)其形成原因，分為兩類，一類是房柱式開采形成的塌陷區(qū)，另一類是綜采開采形成的塌陷區(qū)。井工開采礦山邊開采邊治理，治理對象為煤礦工作面上部產(chǎn)生的塌陷及伴生地裂縫，定期進行人工或機械挖土回填，回填地點、時間均做記錄，同時沿礦體走向布置監(jiān)測點，采集連續(xù)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)管理，及時排除隱患。

4 結(jié)語

(1)東勝礦區(qū)主要表現(xiàn)為不同時期、不同開采方式造成的地質(zhì)環(huán)境問題也不同，整合、技改前以環(huán)形階梯狀、平行狀拉張裂縫和串珠狀塌陷坑為主，整合、技改后主要以拉張裂縫為主，可見采煤工藝的不斷改進可以有效控制地面塌陷的強度和范圍。此外露天開采礦山造成的地形地貌景觀破壞較為嚴重，排土場和矸石場都占用破壞了大量土地植被資源。

(2)東勝礦區(qū)主要治理區(qū)域集中在排土場、矸石場以及地面塌陷區(qū)，選取了適宜的草木植被以及防風(fēng)固沙措施，綜合考慮了矸石的合理利用，并將塌陷治理貫穿于整個礦區(qū)的安全生產(chǎn)過程當(dāng)中，收到了良好的生態(tài)效益、社會效益。

(3)東勝礦區(qū)礦產(chǎn)資源儲量豐富，具有廣闊的開發(fā)利用前景，在追求經(jīng)濟效益的同時，如何建立并保持一個良好的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)引人深思，“綠色礦山”、“和諧礦山”不能僅僅作為宣傳口號存在，更多的應(yīng)該落實在行動中。建立長效監(jiān)管機制，勤監(jiān)測多預(yù)防，邊開發(fā)邊治理，不斷加大礦區(qū)環(huán)境保護投入，以科學(xué)發(fā)展觀為核心，全面布局經(jīng)濟社會發(fā)展，努力建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，只有把開發(fā)、利用、保護統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，才能真正實現(xiàn)資源開發(fā)與環(huán)境保護的同步可持續(xù)發(fā)展。

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