天?？h打柴溝—石門石灰?guī)r礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題及治理

尚 菲

(甘肅省地礦局第二勘查院，甘肅 蘭州 730020)

1 地質(zhì)概況

項目區(qū)行政區(qū)劃屬甘肅省天祝藏族自治縣。本次工作區(qū)范圍包括千馬龍溝、拉卜子溝內(nèi)縣屬煤礦以及周邊私采礦點及其影響區(qū)。工作區(qū)及外圍地層老到新依次有侏羅系中統(tǒng)新河組地層、侏羅系上統(tǒng)苦水峽組地層、白堊系下統(tǒng)河口群和第四系。炭山嶺煤田位于祁、呂、賀山字形構(gòu)造之西翼，祁連山皺褶帶東段中部，民和盆地北部邊緣，其成因類型是一個在三迭紀(jì)前發(fā)生的印支運動形成的斷陷型山間小盆地，盆地呈北西方向延伸的狹長條帶狀，兩側(cè)為兩個大斷層所限，逆斷層為前震旦紀(jì)變質(zhì)巖所組成的高山。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動極為活躍，主要表現(xiàn)為振蕩性上升運動、褶皺斷裂運動及大面積的沉降運動。

2 主要地質(zhì)環(huán)境問題及特征

2.1 礦業(yè)廢棄地

在早期生產(chǎn)過程中，位于炭山嶺礦區(qū)千馬龍溝、拉卜子溝礦區(qū)的企業(yè)及個人在生產(chǎn)活動中無統(tǒng)一規(guī)劃，受經(jīng)濟利益驅(qū)使，開采及選礦過程中忽視了對地質(zhì)環(huán)境的有效保護(hù)。采礦過程中的棄土、煤矸石堆隨意堆放，嚴(yán)重破壞和壓埋了大面積的草地，植被破壞嚴(yán)重。

區(qū)內(nèi)采礦形成的煤矸石堆點多面廣，是引起地形地貌景觀、土地、植被資源壓埋破壞的主要原因。采煤均為地下硐采，形成多處廢棄采硐。據(jù)調(diào)查，煤矸石廢棄物堆積量約105.7×104m3，廢棄礦渣的無序堆放形成25處廢石渣堆，形成面積約0.164 km2的礦業(yè)廢棄地，其中煤矸石堆場107 355 m2，生產(chǎn)生活區(qū)56 271 m2。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害

2.2.1 泥石流

(1)泥石流類型及分布、發(fā)育特征。經(jīng)調(diào)查，區(qū)內(nèi)共發(fā)育2條泥石流溝，區(qū)內(nèi)泥石流屬暴雨型，暴發(fā)時間與降水密切相關(guān)。據(jù)本次調(diào)查以及對已有資料綜合分析，本區(qū)泥石流暴發(fā)周期一般為0.5～1次/年或更高，部分泥石流溝形成最多年份可達(dá)4～5次，年內(nèi)泥石流多集中于6、7、8三個月份。

按照泥石流流域形態(tài)劃分，均為溝谷型泥石流；按照泥石流物質(zhì)組成均為泥石流，按照流體性質(zhì)劃分均為稀性泥石流，按照規(guī)模劃分為小型泥石流。

(2)泥石流形成條件。①地形條件：區(qū)內(nèi)泥石流的清水匯集區(qū)處于祁連山中高山地，山高坡陡且缺乏植被，利于雨洪匯集。區(qū)內(nèi)泥石流溝的流域面積3.8～6.4 km2之間，流域形態(tài)主要為“長葉形”，流域山坡坡度多在20°以上，相對高差在810～870 m之間，溝道彎曲，主溝床縱坡降多在76‰～100‰，地形條件利于雨水匯集和固體物質(zhì)的啟動；②固體松散物質(zhì)：區(qū)內(nèi)泥石流固體松散物質(zhì)以泥石流中上游溝道內(nèi)、較緩的斜坡地帶堆積了大量的煤礦采礦棄渣、矸石為主，坡頂為基巖風(fēng)化堆積物和基巖崩塌堆積物等，其次為溝底泥石流堆積物。據(jù)本次調(diào)查，分布在山坡洼地和溝谷中的坡積洪積物，一般厚度為1～5 m。由于本區(qū)氣候干燥，溫差大，降雨集中，巖石裸露，風(fēng)化強烈，加之溝谷平時干涸，無流水搬運，因而有足夠的時間積累固體物質(zhì)。經(jīng)統(tǒng)計，本區(qū)泥石流松散固體物質(zhì)儲量約(5.8～6.6)×104m3/km2之間，為泥石流的形成提供了大量的固體松散物質(zhì)來源；③降水條件：泥石流的形成與降雨強度密切相關(guān)，本區(qū)泥石流多屬暴雨引發(fā)。據(jù)《甘肅泥石流》，本區(qū)泥石流的所需要的降雨強度為40 mm/h，但當(dāng)雨強很大時，一次降水總量達(dá)25 mm左右時，也可產(chǎn)生泥石流。據(jù)氣象資料，據(jù)縣境內(nèi)及周邊氣象臺站資料，日最大降雨量可達(dá)89.9 mm，小時最大降雨量44.8 mm，10 min最大降雨量22.1 mm，已具備了泥石流形成的雨強條件，是引發(fā)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的主要原因之一。

2.2.2 地面塌陷

炭山嶺礦區(qū)由于開采年限較長(含民采)，且開發(fā)強度較大，采空區(qū)地面塌陷(隱患)點較多，規(guī)模較大。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，礦區(qū)內(nèi)洞采較為分散，目前在礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)了3個較大的地面塌陷區(qū)，塌陷區(qū)面積合計3.68 km2，給地形地貌景觀造成了破壞，對草場及牧民造成了嚴(yán)重威脅。

本次工作區(qū)范圍內(nèi)的千馬龍溝、拉卜子溝內(nèi)礦區(qū)由于長期的大規(guī)模開采形成了3處大面積采空塌陷區(qū)，由于之前開采方式選用“傾斜分層走向長壁金屬網(wǎng)假頂黃泥灌漿采煤法”及“緩傾斜特厚煤層滑移頂梁液壓支架走向長壁傾斜分層放頂煤采煤法”，大部地段未保留煤柱，地表按一定特征對應(yīng)于采空區(qū)形成順工作面走向連續(xù)延伸的塌陷區(qū)。地表塌陷區(qū)面積一般較采空區(qū)外沿增大，由于煤層連續(xù)展布，采空后，各時段塌陷地帶相連成片，區(qū)內(nèi)大部整體沉陷，最大下沉值8.6 m，最大水平位移為2.5 m，地表裂縫縱橫交錯，造成山體嚴(yán)重破碎，塌坑直徑30～60 m不等，深度一般在10 m以內(nèi)，塌陷裂縫大多呈弧形，弧半徑指向溝底，裂縫最寬達(dá)2 m，錯動最大達(dá)3.5 m。

據(jù)計算，本次工作區(qū)調(diào)查范圍內(nèi)塌陷面積達(dá)3.68 km2。千馬龍溝中下游至拉卜子溝沿線為天祝煤礦、旭東煤礦、千馬龍煤礦、塔窩煤礦近幾年的開采區(qū)或現(xiàn)采區(qū)，開采時間短，目前裂縫、變形仍在發(fā)展。

2.2.3 水土流失

人類工程活動是影響區(qū)內(nèi)水土流失的主要因素，炭山嶺礦區(qū)開采引起的水土流失表現(xiàn)為兩個方面：一是由于礦渣覆蓋造成原生表層土壤損失，礦渣的無序堆放，造成土壤深層覆蓋，而礦渣堆表層為細(xì)顆粒礦渣組分，極易被水流沖蝕攜帶，其表層又缺少土壤基質(zhì)，植被難以恢復(fù)，造成水土流失；二是露天開采剝采面和道路修筑過程中造成的生態(tài)系統(tǒng)破壞，剝離和擾動后的表土失去了植被的保護(hù)，造成水土流失。

2.2.4 土地資源破壞

礦業(yè)活動區(qū)主要集中于千馬龍、拉布子主溝及支溝內(nèi)，用地類型以林草地及工業(yè)用地為主。由于多年來礦業(yè)活動中的棄渣任意堆置、濫采亂挖、越界開采、運輸車輛的碾壓等原因，致使礦區(qū)及外圍形成大面積的礦業(yè)廢棄地及其影響區(qū)，礦業(yè)內(nèi)土地資源破壞總面積約6.11 km2。本次治理區(qū)土地資源破壞總面積約1.31 km2，其中煤矸石渣堆占地面積0.107 km2，生產(chǎn)生活區(qū)面積0.06 km2，采空塌陷區(qū)面積3.68 km2，礦區(qū)道路破壞面積0.04 km2。其多點分布，形態(tài)各異，嚴(yán)重破壞了土地資源。

2.2.5 植被資源破壞

區(qū)內(nèi)植被資源屬高山草甸及局部分布的灌木林，采礦活動未影響區(qū)植被覆蓋率一般達(dá)35%以上，煤矸石壓占區(qū)、礦山道路、生產(chǎn)生活區(qū)等采礦影響區(qū)地表裸露。采礦場前期的濫采亂挖，造成區(qū)內(nèi)植被資源逐年縮減，致使礦業(yè)活動區(qū)段地表大面積裸露。另外，礦區(qū)內(nèi)沒有固定的運輸?shù)缆?，采砂運輸車輛隨意行駛形成了許多相互交叉的便道，由于大量碾壓摧殘植被，致使天然植被遭到嚴(yán)重破壞，使得本來就極為脆弱的生態(tài)環(huán)境日趨惡化，水土流失日益嚴(yán)重。

3 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境發(fā)展趨勢

炭山嶺礦區(qū)生態(tài)及地質(zhì)環(huán)境惡化主要表現(xiàn)在：礦區(qū)的露天開采場地的水土流失面積不斷擴大，強度會不斷加大；千馬龍溝、拉卜子溝上游谷坡地及溝道區(qū)，受采礦活動的影響，水土流失區(qū)面積由南向北方向不斷擴展，水土流失的強度不斷增強，地質(zhì)環(huán)境條件逐步變差；礦區(qū)的外圍區(qū)，植被較發(fā)育，水土流失強度雖然較低，水環(huán)境變化較小，但可能受到礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境影響，有逐漸變差的趨勢。上述地段在自然營力的作用下會誘發(fā)大規(guī)模的泥石流及土地荒漠化等問題，嚴(yán)重威脅到礦區(qū)及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

4 治理措施

根據(jù)炭山嶺礦區(qū)千馬龍溝、拉卜子溝地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，以各采礦點為單元，以生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理為主線，分期、分片對礦區(qū)內(nèi)的廢渣工業(yè)場地進(jìn)行全面治理。

煤矸石堆積體整治主要采用推平、覆土、攔固、種草綠化等措施恢復(fù)植被。回填探槽、斜井等探礦、采礦設(shè)施，封閉洞口，防止有害氣體泄露。拆除廢棄辦公及生產(chǎn)、生活區(qū)建筑物，平整場地，覆土綠化。清理溝道棄渣，采取修建攔擋、排導(dǎo)的措施，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害。對塌陷區(qū)的治理采取圍欄封閉的方式，并采取裂縫回填等措施，監(jiān)測其進(jìn)一步變形的趨勢。

堆渣場進(jìn)行覆土碾壓，植樹種草等措施恢復(fù)植被。對露天采坑利用其自然地勢，緊緊抓住目前基本有規(guī)律的順山坡形成逐級錯落裂縫、陷槽等地表陷落特征。通過上述措施，逐步改善礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。