錦卓煤礦礦山地質環(huán)境影響評估研究

王瑞華,毋斌斌

(河南省資源環(huán)境調查三院,河南 鄭州 450000)

為促進礦業(yè)經濟持續(xù)、健康發(fā)展,保護耕地和生態(tài)環(huán)境,建設綠色礦山,國內學者對此進行了很多的研究,文獻[1]以陽泉三礦為例,分析了區(qū)域地質災害危險性、地下含水層破壞情況、土地資源破壞情況,劃分了到了地質環(huán)境破壞程度;文獻[2]采用綜合判斷法,對礦山地質環(huán)境分區(qū)進行了評價,構建了7個指標與21個指標層的評價指標體系,使用組合賦權法,對指標權重值進行計算,根據(jù)分布位置、不同礦種及主要環(huán)境地質問題,將全區(qū)礦山進行劃分;文獻[3]采用3S技術,分析了遙感影像,評價了該區(qū)域的景觀生態(tài)現(xiàn)狀及植被變化趨勢;文獻[4]利用經驗公式,計算了導水裂隙帶發(fā)育高度,對陜北地區(qū)煤礦進行礦山地質環(huán)境影響評估。禹州錦卓煤業(yè)有限公司礦區(qū)位于禹州市西北鳩山鄉(xiāng)閔莊村境內。該礦山為整合井工開采礦山,面積1.122 7 km2,礦山可采資源儲量為335.99萬t。礦山生產能力為15萬t/a,屬小型礦山,該礦山地質環(huán)境影響評估分級為“一級”。本文對錦卓煤礦礦山地質環(huán)境影響進行了評估,研究為錦卓煤礦礦山地質環(huán)境影響的遏制、礦山周邊生活和生產環(huán)境的有效改善提供資料支持。

1 研究地形地貌

區(qū)內地勢南高北低,西高東低。最低點海拔+283.40 m,最高點海拔+444.9 m,相對高差161.5 m,整體地形起伏變化較大,屬侵蝕型低山丘陵地貌。

2 礦山地質環(huán)境影響評估范圍及級別

2.1 礦山地質環(huán)境影響評估范圍

本次評估區(qū)根據(jù)礦山分布范圍及周邊地質環(huán)境條件復雜程度,溝谷的分布及發(fā)育程度、礦山布局等,結合礦區(qū)地質災害的種類、發(fā)育規(guī)律及可能影響范圍綜合確定[5-8]。

該礦山初步設計了開采二1煤層,一4、四4煤層未設計開采,因此本方案僅對二1煤層的影響范圍評估。礦區(qū)東、西側均分布有其他礦山,各礦山均會做礦山土地復墾與恢復治理方案且在后期進行治理,礦區(qū)北側為煤層露頭線,二1煤層開采影響不到邊界外,故該方案以礦區(qū)東、北、西側邊界,南側根據(jù)二1煤層的開采影響范圍外擴345 m(該礦山初步設計了開采二1煤層,一4、四4煤層未設計開采,本方案僅對二1煤層的影響范圍評估)作為評估邊界,評估區(qū)面積為136.41 hm2(表1)。

表1 評估區(qū)范圍組成Tab.1 Composition of the assessment area

2.2 地質災害危險性評估級別

(1)建設項目的重要性。礦山生產規(guī)模15萬t/a,為小型礦山,評估區(qū)范圍內及周邊無水利、電力等重要工程,區(qū)內無二級(含)以上公路,項目屬于重要建設項目。

(2)地質環(huán)境條件復雜程度。礦區(qū)地勢南高北低,西高東低。地面標高在+283.40～+444.9 m,相對高差約161.5 m,小于200 m,地形地貌類型中等;礦區(qū)工程地質條件簡單,礦山的地質環(huán)境條件復雜程度為中等。

(3)評估級別確定。綜合評估區(qū)地質環(huán)境條件復雜程度及建設項目重要性,確定礦山地質危險性評估級別為三級。

3 現(xiàn)狀評估

3.1 礦山地質災害危險性現(xiàn)狀評估

評估區(qū)主要地質災害為地面塌陷。據(jù)現(xiàn)場調查,礦區(qū)內采空區(qū)均為塌陷區(qū),引發(fā)地面塌陷的主要因素為地下采煤,根據(jù)礦方提供資料,礦山從2009年9月份至今已有8年沒有開采,目前塌陷區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài),且塌陷區(qū)處于丘陵地區(qū),地表塌陷不明顯,地面塌陷主要危害旱地及村莊用地,未造成人員傷亡。塌陷區(qū)面積為6.96 hm2,經現(xiàn)場調查,在工業(yè)場地北部的閔莊村發(fā)現(xiàn)1處明顯地面塌陷,地面塌陷長57 m,寬46 m,面積0.26 hm2(圖1(a)),為2009年7—8月份最后一次采煤導致,最大塌陷深度1.5 m,塌陷后地面最大傾斜20°,受塌陷影響,在村民家中發(fā)現(xiàn)有墻體裂縫(圖1(b)),造成經濟損失105萬元,危害程度中等。

圖1 礦山地質災害危險性現(xiàn)狀Fig.1 Current situation of geological hazards in mines

根據(jù)礦山地質環(huán)境影響程度分級表,地面塌陷發(fā)育程度中等,影響到村莊,受威脅人數(shù)為20人,造成經濟損失105萬元,故采礦活動對地質災害的影響或破壞情況的影響程度為較嚴重。

3.2 含水層的影響和破壞現(xiàn)狀評估

(1)采礦活動對含水層的影響。經過調查,目前井田范圍內村莊居民用水為淺水井供水,其含水層為第四系松散巖類孔隙含水層組。第四系沉積薄,水量小,只能勉強維持生活用水。據(jù)現(xiàn)場調查,井田內各村莊仍然是水井供水,水位下降不明顯,煤礦開采對居民生活用水影響較輕。錦卓煤礦目前開采的煤層為二1煤,疏干排水所影響的含水層主要為二1煤頂板的下二疊統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層及下石盒子組砂巖裂隙含水層。由于開采面積小,開采較分散,影響程度較輕。

(2)污水排放對地下水質的影響。煤礦采礦活動中產生的廢水采用斜管沉淀池處理,有效地避免了污水的儲存、運輸環(huán)節(jié)下滲污染地下水和原煤儲存場通過雨水淋溶下滲污染地下水。生活污水經過化糞池、沉淀池處理后排出礦外。經過處理后水中污染物濃度可達到《污水綜合排放標準》一級標準要求,對水質的影響不大。

(3)矸石淋溶水對地下水質的影響。本礦矸石量較小,大部分于井下回填,只有少量運往地面臨時矸石場,定期清理用來填工業(yè)場地附近溝渠,堆放周期短。矸石淋溶水對地下水質無明顯影響。

綜上所述,雖然采礦活動導致地下水系統(tǒng)小面積遭到破壞,但沒有對附近村民生活飲用水產生影響,工程排水對地下水水質無明顯影響,采礦活動對評估區(qū)含水層影響或破壞程度較輕。

3.3 地形地貌景觀和破壞現(xiàn)狀評估

(1)采空區(qū)塌陷區(qū)。據(jù)現(xiàn)場調查,二1煤采空區(qū)位于白沙向斜南西翼,地勢南高北低,西高東低,整體地形起伏變化較大,屬侵蝕型低山丘陵地貌。采礦過程中對地表形態(tài)的影響不顯著。故采礦活動對已采區(qū)原地形地貌景觀的影響和破壞程度較嚴重。

(2)工業(yè)場地壓占區(qū)。工業(yè)場地面積4.22 hm2,包括主井、副井及井口建有的絞車房、儲煤場、辦公房、職工食堂、浴池等建筑物,對地形地貌破壞程度較大。廢棄物、矸石堆引起的地貌破壞如圖2所示。

圖2 廢棄物、矸石堆引起的地貌破壞Fig.2 Landform damage caused by waste and gangue piles

(3)其他區(qū)域。其他區(qū)域為非采礦區(qū)域,面積125.23 hm2,礦業(yè)活動對其他區(qū)域地形地貌景觀的影響較小,現(xiàn)狀條件下,其他區(qū)域對地形地貌破壞程度較輕。評估區(qū)內基本沒有大型野生動物以及受國家保護的動植物種類。沒有風景區(qū)、名勝古跡、自然保護區(qū)和飲用水源地等環(huán)境敏感點。

綜上所述,采礦活動對對地形地貌景觀的影響和破壞程度為較嚴重,其余區(qū)塊為較輕。

3.4 土地資源破壞現(xiàn)狀評估

(1)采空區(qū)塌陷區(qū)[9-12]。錦卓煤礦前期開采活動形成采空塌陷區(qū),影響區(qū)6.96 hm2。礦業(yè)活動已造成部分旱地功能減退,農村宅基地服務功能降低,共破壞各類土地面積6.96 hm2。采礦活動塌陷區(qū)對土地資源的影響和破壞程度為嚴重。

(2)工業(yè)場地壓占區(qū)。工業(yè)場地面積4.22 hm2,包括主井、副井及井口建有的絞車房、儲煤場、辦公房、職工食堂、浴池等建筑物,土地功能遭受到破壞,破壞旱地面積1.46 hm2、采礦用地面積2.76 hm2?，F(xiàn)狀條件下,采空區(qū)對土地資源影響影響和破壞程度為較嚴重。

(3)其他區(qū)域。其他區(qū)域為非采礦區(qū)域,面積125.23 hm2,礦業(yè)活動對其他區(qū)域土地資源的影響較小,現(xiàn)狀條件下,其他區(qū)域對土地資源影響和破壞程度為較輕。

3.5 礦山地質環(huán)境影響現(xiàn)狀綜合分區(qū)

礦山地質環(huán)境影響現(xiàn)狀評估綜合分區(qū)見表2。

表2 礦山地質環(huán)境影響現(xiàn)狀評估綜合分區(qū)Tab.2 Comprehensive zoning of mine geological environment impact assessment

4 預測評估

4.1 地質災害危險性預測評估

4.1.1 礦山工程建設造成地質災害危險性預測評估

(1)采空區(qū)引發(fā)地質災害危險性預測評估[13-16]。采空區(qū)地表變形大部分已處于穩(wěn)定,按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》規(guī)定的移動穩(wěn)定后,實際地表還有少量殘余下沉量,這些殘余量將持續(xù)相當長一段時間。因此,已采區(qū)的塌陷區(qū)基本會維持原狀,沒有加劇地面塌陷、地裂縫災害的可能,其可能性小。危害的對象主要是旱地和村莊用地,可能直接經濟損失約105萬元。因此危害程度中等。該采空區(qū)面積6.96 hm2,屬小型地面塌陷,由于地表存在變形,地標建筑物有開裂現(xiàn)象。因此地面塌陷的發(fā)育程度中等。綜上所述,塌陷區(qū)引發(fā)地面塌陷的危險性中等。

(2)預采區(qū)引發(fā)地質災害危險性預測評估。主要預測項目區(qū)開采結束時地表塌陷影響范圍,利用MSCS繪制地表塌陷等值線圖(圖3),結合現(xiàn)狀調查結果預測受影響的地表土地情況。從采煤塌陷等值線圖中可以看出,采礦活動結束后,將形成一個新的塌陷區(qū),面積125.83 hm2,最大下沉值為6.37 m。采空塌陷區(qū)下沉量較大,根據(jù)采空塌陷發(fā)育程度分級表,采區(qū)地表移動變形值較大,發(fā)育程度屬于強發(fā)育。

圖3 地表塌陷等值線Fig.3 Contour map of surface subsidence

(3)采空塌陷的誘發(fā)因素。采空塌陷誘發(fā)因素主要為采礦,開挖擾動及爆破震動等。

(4)采空塌陷的危害程度。采空塌陷區(qū)主要威脅村莊村民,受威脅人數(shù)約260人,危害程度大。

(5)采空塌陷的危險性。礦井開采完畢后形成的新采空區(qū)采空塌陷的可能性大,發(fā)育程度為強發(fā)育,危害程度大,根據(jù)采空塌陷危險性預測評估分級表,工程建設引發(fā)采空塌陷的危險性大。

4.1.2 礦山建設和生產可能遭受地質災害的危險性預測

(1)工業(yè)場地遭受矸石堆崩塌災害的危險性預測。礦山生產的矸石少量井下回填、地表填坑,大部分綜合利用,作為機制磚原料及時外銷,因此在工業(yè)場地存放量很有限,基本對工業(yè)場構筑和居民生命不構成威脅,預測危險性小。

(2)其他工程設施遭受礦山地質災害的危險性預測。①居民村莊遭受地質災害的危險性預測評估:預測評估區(qū)范圍內分布的村莊有閔莊村、李家門、陳家門和楊家門4個自然村,在不留設保護煤柱的前提下,礦山開采引發(fā)的地質災害對居民村莊的危險性大。②礦區(qū)道路遭受地質災害的危險性預測評估:預測評估區(qū)擬采區(qū)塌陷區(qū)內分布有簡易公路,根據(jù)預測,公路下方最大下沉值3 m左右(無保護煤柱時),對公路有一定程度的破壞。因此,礦區(qū)道路遭受地質災害的危險性中等。

4.1.3 礦山地質災害危險性綜合評估

錦卓煤礦地質災害影響程度綜合評估分級見表3。

4.2 土地資源破壞影響預測評估

(1)擬采區(qū)塌陷區(qū)。根據(jù)礦山地質環(huán)境影響預測評估圖結合土地利用現(xiàn)狀圖可知,工業(yè)場地范圍為4.22 hm2,塌陷區(qū)范圍為125.85 hm2,已有塌陷區(qū)全部重疊于擬采區(qū)塌陷區(qū),重復面積為6.96 hm2,重復區(qū)域劃為擬采區(qū)塌陷區(qū),工業(yè)場地位于塌陷區(qū)內,由于工業(yè)場地單獨評估,扣除工業(yè)場地面積,故擬采區(qū)塌陷區(qū)范圍為121.63 hm2,塌陷區(qū)主要破壞耕地、園地、草地等。預測評估認為,擬采區(qū)對土地資源的影響和破壞程度為嚴重。

(2)工業(yè)場地壓占區(qū)。工業(yè)場地面積4.22 hm2,采礦過程中,土地資源的類型不再發(fā)生變化,對土地資源的破壞和現(xiàn)狀評估相同。因此,預測評估認為,工業(yè)場地對土地資源的影響和破壞程度較嚴重。

(3)其他區(qū)域。其他區(qū)域為非采礦活動區(qū),隨著礦業(yè)開發(fā)活動的加劇,一部分土地資源將受到破壞,遭受地面塌陷影響,塌陷區(qū)地面變形,土地功能遭受到破壞,破壞土地面積10.56 hm2,其他區(qū)域土地資源受礦業(yè)活動影響較小,預測評估認為,其他區(qū)域對土地資源影響和破壞程度為較輕。

4.3 礦山地質環(huán)境影響程度預測綜合分區(qū)

礦山地質環(huán)境影響預測評估綜合分區(qū)見表4。

表4 礦山地質環(huán)境影響預測評估綜合分區(qū)Tab.4 Comprehensive zoning of mine geological environment impact prediction and assessment

礦山地質環(huán)境影響程度預測分區(qū)如圖4所示。

圖4 礦山地質環(huán)境影響程度預測綜合分區(qū)Fig.4 Comprehensive zoning of mine geological environment impact prediction

5 地質災害危險性綜合分區(qū)評估

綜合考慮各區(qū)段的地質災害類型,危害對象,對評估區(qū)地質災害危險性綜合分區(qū)?，F(xiàn)狀評估認為,已有采空塌陷區(qū)(包含于預測的擬采區(qū)塌陷區(qū))和工業(yè)場地礦山地質災害危險性評估為中等,其他較輕。預測評估認為,采空塌陷危害的對象主要為耕地、道路、居民房屋,因此,預測采礦活動有引發(fā)采區(qū)地面塌陷、地裂縫的可能性,根據(jù)地質災害危險性現(xiàn)狀評估和預測評估[17-22]。

綜合分區(qū)評估認為,擬采區(qū)塌陷區(qū)和工業(yè)場地的礦山地質災害危險性評估為大,其他區(qū)引發(fā)和加劇地質災害的為可能性小(表5)。

表5 地質災害危險性綜合分區(qū)評估Tab.5 Comprehensive zoning assessment of geological hazard risk

6 結語

(1)評估區(qū)面積1.364 1 km2。礦山生產建設規(guī)模為小型,評估區(qū)重要程度分級為重要區(qū),礦山地質環(huán)境條件復雜程度屬于中等類型,確定本礦山地質環(huán)境影響評估分級為“一級”。

(2)現(xiàn)狀評估認為,采礦活動在地面塌陷區(qū)對土地資源的影響程度為嚴重,在工業(yè)場地對礦山地質環(huán)境的影響程度為較嚴重,其他區(qū)對礦山地質環(huán)境的影響程度為較輕。

(3)預測評估認為,預測采礦活動在塌陷區(qū)和預測塌陷區(qū)對礦山地質環(huán)境的影響程度為嚴重,工業(yè)場地對礦山地質環(huán)境的影響程度為嚴重,其他區(qū)對礦山地質環(huán)境的影響程度為較輕。

(4)工業(yè)場地為地質災害危險性大區(qū);預測塌陷區(qū)為地質災害危險性大區(qū);其他區(qū)域為地質災害危險性小區(qū)。

(5)根據(jù)該礦山地質環(huán)境影響評估結果,將預測塌陷區(qū)和工業(yè)場地劃為重點防治區(qū),其他區(qū)劃為一般防治區(qū)。