宿州龙王庙煤矿矿山地质环境问题及防治对策

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  摘要:本文简要介绍了龙王庙煤矿地理、地质背景条件,分析了矿山开采活动可能造成的采空地面塌陷、区域地下水均衡的破坏、水环境的污染等矿山地质环境问题。根据矿山地质环境特征和宿州市城镇发展规划,针对性地提出了矿山地质环境问题防治对策与建议,最大限度地减少矿山开采对地质环境的破坏。
  关键词:矿山地质环境问题;防治对策;龙王庙煤矿
  
  龙王庙煤矿位于安徽省宿州市东南约22km处,行政区划隶属于宿州市埇桥区龙王庙乡。矿区设计可采储量为2859.75万t, 设计生产能力为45万t/a, 矿井设计服务年限为42.4a,矿区面积7.70km2。矿区为松散层覆盖下的全隐伏煤田,松散层厚度166.4-292.4m,设计采用立井、暗斜井多水平开拓方式,走向或倾斜长壁采煤法后退式开采,全部垮落法管理顶板。按照相关要求,需对矿山开采可能产生的地质环境问题进行调查、分析,提出预防和减轻不良地质环境影响的对策和措施,为以后矿山地质环境恢复治理提供依据。
  1矿山地理地质背景
  1.1 气象水文
  矿区气候属暖温带半湿润季风气候区,多年平均降水量858.1mm,多年平均气温14.4℃,多年平均蒸发量为1589.4mm,多年平均相对湿度为71%,多年平均无霜期206.1天,最大冻土深度20cm[1]。矿区内无大的地表水体,有葫芦沟、苦沟和官沟3条人工渠道分布,矿区最高洪水位为+28.34m。
  1.2 地形地貌
  矿区位于淮北平原中部,地势平坦,地形标高+21.0~+24.7m,地势自西北向东南微倾,地形坡降1/8000,微地貌类型为河间平地。
  1.3 地层岩性
  矿区均为第四系松散层所覆盖,地层自下而上为二叠系下统山西组(P1s)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、二叠系上统上石盒子组(P2s)、第三系中新统馆陶组(N1g)、第三系上新统明化镇组(N2m)、第四系下更新统蒙城组(QP1m)、第四系中更新统潘集组(QP2p)、第四系上更新统茆塘组(QP3m)。二叠系岩性主要为砂岩、页岩、泥岩,第三系岩性主要为粘土、粉质粘土、半胶结粉砂、细砂,第四系岩性主要为粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。矿层主要赋存于二叠系:其中1煤层、2煤层、3煤层赋存于上石盒子组(P2s)地层中,4煤层、5煤层、6煤层、7煤层、8煤层、9煤层赋存于下石盒子组(P1x)地层中,10煤层、11煤层赋存于山西组(P1s)地层中[2]。
  1.4 地质构造
  李圩子背斜:位于矿区南部,轴向北西,轴部向北西倾伏延伸出境,受断层切割而呈不连续状,两翼地层倾角一般10-30°,局部可达50-60°。小李家向斜:位于矿区中北部,轴向北西,基本与李圩子背斜轴平行,轴部向北西倾伏并延伸出境,被断层切割成数段,两翼地层倾角一般10-30°受西寺坡逆冲断层影响,逆断层发育,矿区共有大小断层10条,总体走向北西,倾向北东,倾角20-70°不等,其中落差大于100m的8条, 50-100m的1条, 30-50m的1条[3]。
  2矿山开采可能引发的地质环境问题
  龙王庙煤矿为拟建井工矿山,根据矿区地质环境特征,矿床类型及其开采开拓方式、开采强度等,并结合邻近开采矿区地质环境破坏特点,矿山开采后可能形成如下地质环境问题。
  2.1 采空地面塌陷
  首采区(一水平)采空后(矿井投产11.2年)塌陷影响面积1.24km2,最大下沉深度2.1m。全矿区(-850m以上煤层)采空后塌陷影响面积为6.77km2,最大下沉14.4m,其中常年塌陷积水面积为2.85km2,季节性积水区面积0.90km2。
  2.1.1采空地面塌陷对土地资源的破坏
  随着龙王庙矿区地下煤层开采范围的逐步扩大,采空地面塌陷深度大于3.0m的地区将形成常年积水区,采空地面塌陷深度1.5-3.0m的地区将形成季节性积水区,积水区面积随着地表塌陷区的扩大亦将不断增加。现有土地利用系统中的耕地、城乡建设用地将不断减少,水域面积和居民点搬迁后的废弃地则将相应增加。将形成6.77km2的塌陷区,其中受影响耕地面积4.89km2,受影响城乡居民点面积1.60km2。塌陷形成的季节性积水区面积0.90km2(塌陷深度<1.5m),常年积水区面积为2.85km2(塌陷深度≥1.5m)。矿业活动占用土地主要是工业场地占地,面积为0.12km2。
  
  表1土地资源破坏预测表
  
  
  
  2.1.2采空地面塌陷对当地村庄建筑物的影响
  据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》和安徽省人民政府办公厅文件“皖政办[2002]44号”《关于采煤塌陷地复垦及征地工作有关问题的意见(试行)》的有关规定,塌陷深度在1.5m以内且非常年积水的土地作为复垦区,超过1.5m的作为征用区。全矿区开采结束后(含首采区),受开采塌陷影响的村庄共计15个。其中需整体搬迁的村庄11个,受轻微影响需简单维修或小修的村庄4处。
  2.1.3采空地面塌陷对地面农灌体系的影响
  葫芦沟、苦沟和官沟3条人工渠道构成了评估区范围农灌体系主体,其中以葫芦沟为主体的农灌体系是井田内主要的农灌体系。作为征用区。全矿区开采塌陷后葫芦沟基本不受影响。苦沟受到塌陷影响长度为1.7km,下沉深度大部分在1.5-6.0m,其中在李家附近有700m长下沉深度超过3.0m。官沟受到塌陷影响下沉深度超过1.5m的长度为2.4km。随着地面塌陷影响的加剧,矿区内大范围积水,以三条渠道为主体的农灌体系将不复存在,积水区周边耕地的灌溉将由以塌陷形成的湖泊为主体的新的灌溉体系来完成。
  2.2采矿活动对区域地下水均衡的影响
  龙王庙煤矿矿坑充水直接水源为可采煤层顶底板砂岩裂隙水,矿坑排水将使得煤系地层砂岩裂隙水呈疏干-半疏干状态。在合理留设防水煤柱的情况下,因断层推覆至煤系地层之上的太原组裂隙岩溶水是矿坑充水的间接补给源,而煤系下伏的太原组裂隙岩溶水则是矿井充水的重要隐患,并可能导致矿坑突水。太原组裂隙岩溶水充水与突水途径为:煤层开采时因采动造成底板破坏,裂隙岩溶水在高压作用下突破煤层底板进入矿井;裂隙岩溶水沿断裂带进入矿井;采掘时揭露或接近含、导水岩溶陷落柱导致突水;封闭不良的钻孔沟通裂隙岩溶水导致突水。全矿区正常开采条件下可采煤层顶、底板砂岩裂隙水进入矿坑的正常涌水量为254m3/h,矿区东部因断层推覆至煤系地层之上的太原组裂隙岩溶水预测涌水量为565m3/h,10煤层底部太原组裂隙岩溶水预测涌水量為861m3/h。
  2.3采矿活动对水环境的影响
  龙王庙煤矿煤炭开采过程中将不可避免地对当地水土环境产生影响,污染源主要是矸石淋溶水以及矿井水、生活污水。
  2.3.1煤矸石淋溶水对水土环境的影响
  矿山在采煤同时矸石排放量为约9万t/a,化学成份主要是SiO2、Al2O3。煤矸石浸泡试验表明:浸出液污染物浓度低于《污水综合排放标准》(GB8978)中的重点保护水域一级标准限值和《危险物鉴别标准》(GB5085)限值,该矿煤矸石为不具危险性的一般工业固体废物[4]。
  表2煤矸石浸出毒性试验结果一览表(单位:mg/l)
  
  
  
  2.3.2矿坑水、生活污水排放对水环境的影响
  龙王庙煤矿矿坑排水中的主要污染物为悬浮物(SS)和化学需氧量(COD),生活污水中的主要污染物为悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)。在矿区废水正常排放的条件下,葫芦沟水体中氨氮(NH3-N)含量为0.74mg/l,符合《地面水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅲ类水标准;化学需氧量(COD)含量为21.71mg/l,符合Ⅳ类水标准(略高于Ⅲ类水标准)。悬浮物(SS)含量为17.28mg/l,符合《农田灌溉水质标准》(GB5084-92)中的水、旱作物用水标准[4]。因此,矿坑水和生活污水经处理后的混合水排放不会降低区内受纳水体的功能,对当地地表水环境基本无影响。矿区废水一般不会直接污染地下水,在通过沟渠入渗的过程中,污染物将受到土壤的吸附、过滤和土壤微生物的生物化学作用等,对矿区内浅层孔隙水水质影响较小。
  表3 废水排放量及主要污染物浓度一览表
  
  
  
  3矿山地质环境保护防治对策
  保护地质环境和防灾、减灾是人类社会的需要。因此,矿山地质环境的保护与环境地质问题的防治应本着“预防为主,防治结合,合理地开发和保护地质环境,促进国民经济与地质环境协调发展”的原则,合理地开发利用矿产资源,避免和减少灾害损失,有效地保护地质环境,充分地体现人类在减害方面的主观能动性。
  3.1采空地面塌陷防治对策
  采空地面塌陷系由采矿所致,目前防治采空地面塌陷只能从治理入手。对于塌陷深度大(≥3.0m)的塌陷积水区,可直接用来发展水产养殖或修建水上公园等整改措施;对于塌陷深度较大(1.5-3.0m)的塌陷区,可挖深垫浅或半挖半垫,一边发展水产养殖,一边复田造地种植农作物,种养并举;对于塌陷深度较小(<1.5m)的塌陷区,可用煤矸石对塌陷区进行回填,表层覆土进行复垦或植树造林(覆土厚度不宜<0.5m),已稳沉的塌陷区回填后还可作为建设用地。
  3.2区域地下水均衡破坏防治对策
  区域地下水均衡破坏主要是由矿坑排水引起的,对于井工矿山而言,日常的矿坑涌水是不可避免的,在煤炭开采期间矿区内煤系地层地下水处于疏干-半疏干状态也是正常的,这是龙王庙煤矿采煤必须付出的地质环境代价之一。当非煤系地层地下水涌入矿坑并造成矿坑突水时,必然导致新的区域地下水均衡的破坏,为此需做好以下几方面工作:加强矿区不同层位地下水的动态监测工作,通过矿坑正常的疏排水,逐步摸清开采状态下与煤层相邻的含水岩组地下水之间的水力联系,为矿坑突水的防治提供依据;在巷道开拓和煤炭开采过程中,应尽量避开已探明的线性构造,尤其是线性构造复合部位,其导水、贮水性能均会显著增强,对矿山安全威胁极大,绝大多数突水灾害均与这些构造具有一定的成生联系,同时注意区内受断层影响太原组裂隙岩溶含水层与可采煤层对口相接部位,应留有一定宽度的断层保护煤柱。
  3.3水环境污染对策
  水环境污染主要由矿区固体废弃物和废水不合理排放所致,因此在煤矿建设和生产期间应认真贯彻《环境保护法》,走废水、废渣资源化之路。矿坑水经处理后方可达标排放,亦可用于生产和生活。煤矸石是一种低热值能源,在发电、生产建材等方面均有着广泛的应用前景,也可用于工业场地填方和充填塌陷区等。炉渣可作为筑路、制砖材料,亦可将其排入临时矸石堆场,用于充填塌陷区。矿井水处理站污泥主要是煤泥,晾干后外销。
  4建议
  (1)矿山建设及煤层开采过程中,应采取切实有效的措施,最大限度地减少矿产资源开发对地质环境的影响和破坏,真正做到“在开发中保护和在保护中开发”,促进矿业活动健康发展。
  (2)煤矿在采煤过程中应加强地面变形观测和地面塌陷规律研究,为塌陷区地质环境恢复与治理提供依据。为能实时监控采空地面塌陷对当地地质环境的影响,建议在评估区内布设采空地面塌陷监测网。
  (3)开展矿区专项水文地质勘查工作,布设一定量的地下水动态监测点,对矿区各层水位、水温、水质动态进行长期监测。
  
  参考文献:
  1.沈益三,李旭初,等.1/10萬安徽省宿县农田供水水文地质勘察报告[R],安徽省地质局三二三地质队,1973:3-4;
  2.卜军,刘玉昌,等. 1/5千安徽省淮北煤田宿县矿区龙王庙北区井田煤炭详查报告[R],安徽宿州金狮矿业有限公司,2005:32-37;
  3.潘增云,薛桂田,等. 安徽宿州金狮矿业有限责任公司龙王庙矿井可行性研究报告[R],江苏省第一工业设计院有限责任公司,2005:15-18;
  4.安徽宿州金狮矿业有限责任公司龙王庙矿井环境影响评价报告书[R]. 中煤国际工程集团南京设计研究院,2005:167-169。
  
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