錫林浩特市某地下螢石礦采空區(qū)治理措施淺析

郭江龍 閆志謀 鄭更

摘要：錫林浩特礦藏資源十分豐富，是東北、華北地區(qū)重要的資源接續(xù)地和能源后備區(qū)。螢石礦作為一種重要的戰(zhàn)略資源，廣泛用于航天、制冷、醫(yī)藥、防腐、滅火、電子、機(jī)械和原子能等領(lǐng)域。目前錫林浩特市內(nèi)主要螢石礦為井工方式開采，礦區(qū)閉坑后形成的地下采空區(qū)，由于上方巖層在重力作用下發(fā)生彎曲、離層乃至冒落形成地面塌陷坑。通過分析其產(chǎn)生的原因，提出可行可操作的治理措施，對后期區(qū)域采空區(qū)治理具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：錫林浩特市;螢石礦;開采;治理。

內(nèi)蒙古錫林郭勒草原國家級自然保護(hù)區(qū)于1985年經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府批準(zhǔn)建立，是我國首個(gè)草地類自然保護(hù)區(qū)，也是世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)成員，1997年晉升為國家級自然保護(hù)區(qū)。該地下采空區(qū)位于自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)之內(nèi)，為了有效保護(hù)自然環(huán)境和自然資源，急需對其進(jìn)行治理。使自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，促進(jìn)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1地理位置

錫林浩特市地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，首都北京的正上方，是錫林郭勒盟盟府所在地。地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°58′10″～116°42′11″，北緯43°41′38″～43°47′13″，有207國道和303國道穿過錫林浩特市，其中207國道向西南方可到張家口市，303國道則通往東南方向的克什克騰旗。。

2 地形、地貌

該區(qū)位于內(nèi)蒙古高原中北部，地貌類型屬低山丘陵區(qū)，海拔高程為1060m～1102m，地表巖性主要以第四系上更新統(tǒng)沖洪積細(xì)砂、粗砂及少量礫石組成，植被較發(fā)育。

受氣候、地形、植被等因素影響，該區(qū)內(nèi)主要分布土壤類型為栗鈣土和風(fēng)沙土。栗鈣土是在廣闊的半干旱氣候條件下發(fā)育形成的最普通、最典型的一種草原土壤。主要分布在坡腳及低洼地帶，腐殖層厚25～45cm，呈栗色或灰棕色，有機(jī)質(zhì)含量l.5～4.5%，結(jié)構(gòu)為細(xì)粒狀、團(tuán)塊狀和粉末狀。鈣積層一般出現(xiàn)在30～50cm之間，深度達(dá)70～80cm，其厚度多在20～60cm，碳酸鈣含量在10～30%或更高。風(fēng)沙土主要分布在山坡地帶，是一種發(fā)育在砂質(zhì)母質(zhì)上不穩(wěn)定的幼年土壤，由于沙土具有顆粒粗、松散性和較大的流動性，長期處于不穩(wěn)定階段。土壤厚度極不均勻，且有大塊礫石分布。

3 螢石礦采空區(qū)調(diào)查情況

通過對該螢石礦采空區(qū)的調(diào)查，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，四條豎井，兩個(gè)塌陷坑。

豎井SJ1-SJ4井口截面均為矩形2m×3m，深300m（見圖片1-3）。豎井SJ2東側(cè)分布1處塌陷坑（見圖片4），該塌陷坑長約17m，寬約12m，深約4m，塌陷坑在剖面上呈錐形。豎井SJ2南側(cè)分布1處塌陷坑T2，該塌陷坑長約35m，寬約24m，深約20m，塌陷坑在剖面上呈錐形。具體采空區(qū)體積統(tǒng)計(jì)見表（表3-1）經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，該采空區(qū)對當(dāng)?shù)啬撩窦吧髱順O大的安全隱患，采空區(qū)治理迫在眉睫，亟待新一輪的規(guī)劃和治理。

4 地下采空區(qū)充填簡易系統(tǒng)

利用企業(yè)產(chǎn)生的尾礦對各采區(qū)井下采空區(qū)進(jìn)行充填。膠凝材料選用普通硅酸鹽水泥。本次采用簡易充填系統(tǒng)（見圖4-1）。

5 采空區(qū)充填機(jī)制及治理措施

對采區(qū)井下采空區(qū)進(jìn)行充填，采用全尾砂膠結(jié)充填，膠凝材料為普通硅酸鹽水泥。制備好的料漿自流入豎井管道，進(jìn)入各分段充填管，從采場頂部斗穿流入采場。每次充填厚度1.5m-2.0m，過高不利于濾水，等濾水結(jié)束后，再進(jìn)行下一次充填作業(yè)。如此循環(huán)完成采場充填。相鄰采場交替充填，保證充填工作連續(xù)性。

充填前封閉斗穿，在封閉墻中預(yù)埋塑料排水管，在中間斗穿中預(yù)埋波紋濾水管，外包土工布或麻袋片，鐵絲捆扎。天井中采場聯(lián)絡(luò)道用袋裝尾砂封堵。波紋濾水管和尾砂擋墻隨充填逐層加高。

充填濾水流經(jīng)水匯集，流到水倉，經(jīng)井下水泵房排到地表，收集排出水，作為充填料漿制備水源，循環(huán)使用。

充填用水來自于尾礦底砂含水，如需補(bǔ)充部分尾礦制充填料漿用水，則可由泵脫硫廢水及部分尾礦廢水補(bǔ)充。

皮帶輸送機(jī)將干尾砂送至雙軸攪拌機(jī)端部入口，同時(shí)加水。水泥經(jīng)螺旋給料機(jī)從雙軸攪拌機(jī)另一入口加入。雙軸攪拌機(jī)在運(yùn)行過程中，將干尾砂、水泥、水進(jìn)行混合攪拌制成料漿，從出口流出，進(jìn)入充填管道。

制備好的充填料漿經(jīng)下料斗自流入充填管道，流入中段管道、進(jìn)入充填采場。充填管道選用超高分子復(fù)合管，外套直徑121×4.5的鋼管，內(nèi)襯壁厚10mm承壓4-5Mpa，每根6m，法蘭連接。

6 預(yù)期效益分析

6.1 預(yù)期社會效益

（1）通過對地下采空區(qū)治理措施的實(shí)施，起到美化環(huán)境、恢復(fù)草地的作用，為發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)、自然保護(hù)區(qū)的提升奠定了基礎(chǔ)。

（2）通過治理措施的實(shí)施，消除了區(qū)內(nèi)危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全的地質(zhì)災(zāi)害及其隱患，使當(dāng)?shù)鼐用袢诵姆€(wěn)定，社會安定，積極促進(jìn)當(dāng)?shù)氐纳鐣€(wěn)定和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對和諧社會的構(gòu)建具有積極的意義，促進(jìn)社會和諧發(fā)展。

6.2 預(yù)期環(huán)境效益

治理措施的實(shí)施可以改變該區(qū)較差的生產(chǎn)與生活環(huán)境，使該區(qū)的地質(zhì)環(huán)境狀況有明顯的改善，該區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)，具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）治理恢復(fù)區(qū)景觀的變化：可以改變治理恢復(fù)區(qū)較差的生產(chǎn)與生活環(huán)境，使廢棄土地恢復(fù)成草地，從而提高了治理恢復(fù)區(qū)的植被覆蓋率，有利于生態(tài)良性循環(huán)，可以明顯改善治理區(qū)內(nèi)視覺環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，項(xiàng)目區(qū)呈現(xiàn)一片綠色，使該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境從根本上得到好轉(zhuǎn)，使土地資源利用和環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于治理區(qū)內(nèi)生態(tài)的良性循環(huán)，其環(huán)境效益是十分明顯的，從而創(chuàng)造一個(gè)較好的人類生活環(huán)境;

（2）防風(fēng)固沙，減少了水土流失：經(jīng)過治理與草地恢復(fù)，地表風(fēng)蝕沙化得到根本控制;

（3）涵養(yǎng)水源，改良土壤：經(jīng)過治理后，地面土壤結(jié)構(gòu)被改善，提高了土地抗沖、抗蝕能力。

6.3 預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益

本方案實(shí)施后，恢復(fù)植項(xiàng)目區(qū)植被，不但徹底消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，而且提高了該區(qū)植被復(fù)蓋率，有效地改良土壤，防止水地流失，增加了草場面積，提高了草場質(zhì)量，促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。