大石尖鐵礦礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理研究

劉玉軍

(河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063000)

大石尖鐵礦位于河北省遷西縣城東北部24km，隸屬遷西縣太平寨鎮(zhèn)大嶺寨村管轄。礦區(qū)中心地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°31′33″，北緯40°17′04″。上世紀(jì)90年代末當(dāng)?shù)鼐用駥υ摰V進(jìn)行露天開采，原露天采坑現(xiàn)已回填，現(xiàn)場已無法識別開采痕跡。礦區(qū)面積0.003km2；開采深度由150m至45m標(biāo)高；生產(chǎn)規(guī)模為1.00萬t/a，目前為地下開采。

1.開采現(xiàn)狀

礦山原露天采坑已回填，礦山采用地下開采，礦區(qū)范圍內(nèi)共有2個(gè)豎井，編號SJ1、SJ2。目前SJ2已廢棄回填，現(xiàn)場已被碎石掩埋，SJ1井深106m，最低開采標(biāo)高為66m，共分5個(gè)中段。礦區(qū)SJ1、SJ2之間標(biāo)高約154m的平臺為原來礦山的工業(yè)場地，主要設(shè)卷揚(yáng)機(jī)房、空壓機(jī)站和配電室等，工業(yè)場地北部房屋因礦區(qū)北側(cè)河水的沖刷已垮塌，辦公室設(shè)在工業(yè)場地南側(cè)，由單層簡易房建成。

2.現(xiàn)狀評估

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，大評估區(qū)存在的地質(zhì)災(zāi)害類型主要有釆空塌陷及伴生地裂縫、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，現(xiàn)敘述如下：

2.1 地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)

采空塌陷及伴生地裂縫：采空塌陷是由于地下挖掘形成空間，造成上部巖石層在自重作用下失穩(wěn)而引起的地面塌陷現(xiàn)象。礦區(qū)內(nèi)分布有M2一條礦體，厚4.38m，礦體走向280°，傾向北東，傾角70～80°。礦山開采已形成66m、80m、93m、106m和122m共計(jì)5個(gè)開采水平，開采深度33～89m，累計(jì)采高44m，采空區(qū)面積345.13～985.36m2。

本礦山地下開采規(guī)模較小，礦山按照采空區(qū)處理方案對礦山66m中段采空區(qū)、80m中段采空區(qū)、93m中段采空區(qū)、106m中段采空區(qū)、122m中段采空區(qū)進(jìn)行了尾砂膠結(jié)充填，經(jīng)調(diào)查及訪問，礦山地表尚未發(fā)現(xiàn)明顯的塌陷和地裂縫等塌陷跡象。但地下采空區(qū)情況復(fù)雜，井下膠結(jié)充填過程中可能存在局部質(zhì)量不高，尚未完全接頂或充填的地段，因此仍存在發(fā)生采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能。

巖石移動角按上盤65°、下盤70°、端部75°、第四系移動角按45°計(jì)算，確定地下開采地表巖石移動影響范圍約11510m2，采空塌陷影響范圍內(nèi)主要為耕地、林地、草地和水域及水利設(shè)施用地。

綜上所述，現(xiàn)狀評估采空區(qū)巖石移動影響范圍發(fā)生采空塌陷及伴生地裂縫地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等。

滑坡：滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要分布在礦區(qū)工業(yè)場地北部及礦區(qū)東部區(qū)域，礦區(qū)工業(yè)場地北部因北側(cè)河水的沖刷已形成一高2m的邊坡，邊坡角約75°，坡體主要是礫石、粘土為主，一般直徑10～20mm，最大粒徑50mm，上部部分房屋已垮塌；礦區(qū)東側(cè)高約4～5m，邊坡角30～45°，此處為尾礦砂堆積，堆積量約10660m3，北部邊坡修砌了干砌石擋墻，西北部邊坡有小面積的開挖，邊坡角約45°。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查走訪，礦區(qū)雖未發(fā)生過滑坡地質(zhì)災(zāi)害，但存在發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害的條件?，F(xiàn)狀評估工業(yè)場地北部沖刷陡坡及礦區(qū)東側(cè)尾礦堆滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等。

2.2 地下含水層破壞影響現(xiàn)狀評估

礦山地下開采部位(66m標(biāo)高)位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面(150m標(biāo)高)以下，礦山主要充水因素為第四系松散巖類孔隙水及裂隙水，根據(jù)礦山實(shí)測，在采掘工程中，平水期涌水量576 m3/d，豐水期涌水量720 m3/d。礦山東部的大石尖村村民用水主要開采第四系水和基巖裂隙水，河流對地下水的補(bǔ)給作用較好，據(jù)調(diào)查，礦山井下開采時(shí)，未發(fā)生地面塌陷，清河河水未漏失井下，未對村莊生產(chǎn)生活用水產(chǎn)生明顯影響。目前礦山停產(chǎn)多年，水位已經(jīng)回升。2017年8～10月礦山實(shí)施了采空區(qū)膠結(jié)充填，對導(dǎo)水通道進(jìn)行了封堵，有效降低了地下開采對含水層的疏干影響?，F(xiàn)狀評估礦業(yè)活動對含水層的影響和破壞較輕。

2.3 地形地貌景觀影響和破壞現(xiàn)狀評估

經(jīng)過詳細(xì)的野外調(diào)查和對已有資料的認(rèn)真分析，遷西縣太平寨鎮(zhèn)大嶺寨大石尖鐵礦自2012年10月24日至今處于停產(chǎn)狀態(tài)未進(jìn)行生產(chǎn)，區(qū)內(nèi)地形地貌景觀影響和破壞主要位于工業(yè)場地，通過調(diào)查，目前該區(qū)占地面積約2116.54m2，主要設(shè)卷揚(yáng)機(jī)房、空壓機(jī)站和配電室等，目前部分地段房屋因礦區(qū)南側(cè)河水的沖刷已垮塌，破壞了原有地形地貌，對地形地貌景觀影響和破壞程度較嚴(yán)重。

根據(jù)礦山提供的資料，礦區(qū)范圍內(nèi)地下采空區(qū)已進(jìn)行了尾砂膠結(jié)充填，但可能在部分地段回填質(zhì)量不高會造成地面變形、地裂縫等問題，對原有地形地貌造成一定影響，礦區(qū)現(xiàn)狀評估地下采場對地形地貌景觀影響較嚴(yán)重。

礦區(qū)周邊未受采礦影響的區(qū)域面積約7379.76m2，未受采礦影響的區(qū)域植被覆蓋率較高，現(xiàn)狀評估采礦活動影響以外其他區(qū)域地形地貌景觀破壞較輕。

2.4 土地資源影響和破壞現(xiàn)狀評估

目前該礦開采過程中對土地資源的破壞和占用主要表現(xiàn)為工業(yè)場地以及采空塌陷影響范圍對土地資源的破壞，總破壞面積1.15 hm2，破壞土地類型主要為耕地、林地、草地和水域及水利設(shè)施用地，現(xiàn)狀評估工業(yè)場地及巖石移動影響范圍對土地資源占用和破壞較輕。

根據(jù)影響礦山地質(zhì)環(huán)境各要素現(xiàn)狀評估結(jié)果及礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分級標(biāo)準(zhǔn)，評估區(qū)工業(yè)場地及采空塌陷影響范圍對礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，面積1.15萬m2，其他未受影響區(qū)域?qū)ΦV山地質(zhì)環(huán)境影響較輕，面積0.73萬m2。

根據(jù)影響礦山地質(zhì)環(huán)境各要素現(xiàn)狀評估結(jié)果及礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分級標(biāo)準(zhǔn)，評估區(qū)工業(yè)場地及采空塌陷影響范圍對礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，面積1.15萬m2，其他未受影響區(qū)域?qū)ΦV山地質(zhì)環(huán)境影響較輕，面積0.73萬m2，詳見表1。

表1礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度現(xiàn)狀分區(qū)表

3.預(yù)測評估

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估

采空塌陷及伴生地裂縫：礦山已對66m中段、80m中段、93m中段、106m中段及122m中段采空區(qū)進(jìn)行了尾砂膠結(jié)充填，井下膠結(jié)充填過程中可能存在局部質(zhì)量不高，尚未完全接頂或充填的地段，因此仍存在發(fā)生采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能，面積5521m2，礦山主要開采M2礦體。如礦山嚴(yán)格按開發(fā)利用方案進(jìn)行淺孔留礦嗣后膠結(jié)充填采礦法開采，加強(qiáng)頂板管理，及時(shí)回填采空區(qū)一般不易引發(fā)塌陷地質(zhì)災(zāi)害，但隨著礦山開采的深度加大，地壓增大，且長期的開采、應(yīng)力的作用、地質(zhì)構(gòu)造的破壞及其他自然因素的影響，使得邊幫圍巖穩(wěn)定性下降，加之受爆破震動影響，可能會引起巖石移動和地面塌陷的出現(xiàn)及擴(kuò)大，同時(shí)采空區(qū)回填質(zhì)量不高，接頂不完全時(shí)，仍有引發(fā)地面塌陷和地裂縫的可能，危害地面建筑安全損毀土地資源，引發(fā)河水倒灌，發(fā)生危險(xiǎn)。開采48m中段未留設(shè)頂柱，以66m中段1：4砂漿充填體作為直接頂板，礦體開采厚度6米左右，空間跨度大，膠結(jié)充填體存在垮落的危險(xiǎn)，對采礦安全構(gòu)成重大威脅，且采深采厚比小于30，屬于采空塌陷強(qiáng)發(fā)育級別，發(fā)生采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。礦體屬于急傾斜礦體，存在發(fā)生抽冒及伴生地裂縫的可能。規(guī)劃1.2年后采空區(qū)形成巖石移動范圍約為6719.21m2，與充填采空區(qū)巖石移動影響范圍東部部分重疊，預(yù)測采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。預(yù)測評估地下采場未來形成巖石移動范圍約為12240m2，其中，新增加的采空區(qū)巖石移動影響范圍發(fā)生采空塌陷、抽冒及伴生地裂縫地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性大，面積6719m2，已充填采空區(qū)發(fā)生采空塌陷及伴生地裂縫地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性中等，面積5521m2。

滑坡：工業(yè)場地北側(cè)由碎石堆積而成，在河流沖刷作用下形成陡坡，高約2m，邊坡角約75°，目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在河水沖刷、降水、凍脹、震動等誘發(fā)因素下，有發(fā)生滑坡的可能性。根據(jù)礦山開采規(guī)劃，在該邊坡上部規(guī)劃建設(shè)工業(yè)場地，主要建筑為單層磚混結(jié)構(gòu)房屋，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，該陡坡不符合土質(zhì)邊坡坡率1：0.35～1：0.50的留設(shè)要求，且工業(yè)場地建設(shè)過程中，在上部增加荷載作用下，必然會發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)測評估工業(yè)場地北側(cè)高陡邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。礦區(qū)東側(cè)尾礦堆靠山坡堆放，高度約4～5m，東北部邊坡有干砌石擋墻護(hù)砌，東部和南部與地面標(biāo)高一致，西部邊坡有小面積的開挖，邊坡角度37～45°，隨著礦山的生產(chǎn)開采，地表可能出現(xiàn)地面變形、不同規(guī)模的塌陷坑等，降低尾礦堆底部穩(wěn)定性，加之尾礦堆邊坡自然堆積，邊坡陡，穩(wěn)定性差，在降水、地震、下部發(fā)生塌陷時(shí)會誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)測尾礦堆西邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。預(yù)測評估工業(yè)場地北部沖刷陡坡及礦區(qū)東側(cè)尾礦堆滑坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。

3.2 含水層破壞影響預(yù)測評估

礦山預(yù)測最低開采標(biāo)高48m，在現(xiàn)狀最低開采標(biāo)高66m以下，開采范圍略有擴(kuò)大?；鶐r裂隙水水位標(biāo)高56～145m，采礦疏降水會造成基巖裂隙水水位下降45～97m，水位降深大，類比礦山生產(chǎn)時(shí)井下排水量，預(yù)測礦坑最大涌水量為1080m3/d。礦區(qū)北側(cè)緊鄰清河，礦山已經(jīng)對上部采空區(qū)進(jìn)行了膠結(jié)充填，減輕了老采空區(qū)發(fā)生塌陷的危險(xiǎn)性，對地下水導(dǎo)水通道起到了一定的阻隔作用，規(guī)劃開采巖石移動影響范圍波及河道邊緣，但河道兩岸松散堆積物透水性強(qiáng)，一旦出現(xiàn)塌陷裂縫，河水可直接倒灌井下，造成清河河水的漏失和井下水患。礦山距離村莊最近僅35m，地下疏降水造成的降落漏斗會波及到大地村，造成居民水井水位下降，影響大地村部分居民生產(chǎn)生活用水，礦山降排水使地下水水位降深大，采空塌陷可造成河水疏干，對大地村部分居民用水有一定影響，預(yù)測礦山開采對含水層破壞嚴(yán)重。

3.3 地形地貌景觀影響和破壞預(yù)測評估

區(qū)內(nèi)礦山工業(yè)場地在原址建設(shè)，不會新增占地，礦山也未設(shè)置廢石場，工業(yè)場地區(qū)域保持原有狀況，根據(jù)礦山開發(fā)利用方案，未來形成巖石移動范圍約為12240m2，根據(jù)礦山提供的資料，礦山已經(jīng)對地下采空區(qū)已進(jìn)行了尾砂膠結(jié)充填，但井下膠結(jié)充填過程中可能存在局部質(zhì)量不高，尚未完全接頂或充填的地段，因此仍存在發(fā)生采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能，面積5521m2，與工業(yè)場地區(qū)域重疊。礦山開始生產(chǎn)后對本區(qū)地形地貌景觀會帶來一定程度影響，規(guī)劃1.2年后采空區(qū)形成巖石移動范圍約為6719.21m2，隨著礦山的生產(chǎn)開采，采空區(qū)面積將不斷增大，從而加劇誘發(fā)地面變形、地裂縫等問題，會造成地面標(biāo)高一定的變化，從而改變評估區(qū)微地貌形態(tài)。預(yù)測評估工業(yè)場地及已充填采空區(qū)對地形地貌景觀影響和破壞程度較嚴(yán)重，面積5521m2；新增加的巖石移動影響范圍對地形地貌景觀影響和破壞程度嚴(yán)重，面積6719m2；其他區(qū)域?qū)Φ匦蔚孛簿坝^影響較輕，面積6649m2。

3.4 土地資源影響和破壞預(yù)測評估

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，預(yù)測礦山占用土地資源1.22hm2，主要為耕地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地和城鎮(zhèn)村及工礦用地，對土地資源占用和破壞較輕。

根據(jù)影響礦山地質(zhì)環(huán)境各要素預(yù)測評估結(jié)果及礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分級標(biāo)準(zhǔn)，評估區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，詳見表2。

表2礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度預(yù)測分區(qū)表

4.結(jié)論

本設(shè)計(jì)實(shí)施后，工程措施與生物措施相結(jié)合，形成一個(gè)比較完整的礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理恢復(fù)體系。其效益主要體現(xiàn)為礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理恢復(fù)的社會效益、環(huán)境效益，附帶產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。