矿山地质环境保护与恢复治理方案

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  摘要:本文主要通过野外现场调查,资料收集等方式对该铁矿的环境现状进行调查,通过相应资料的收集,现状评估该铁矿存在的地质问题如地裂缝、塌陷坑等。根据这些情况制定出有效的措施恢复治理该地区矿山地质环境的具体方案,为矿山地质环境保护提供科学依据,使社会经济的可持续发展达到最大效益。
  关键词:铁矿 矿山地质环境 保护与恢复治理
  1 赵窑村铁矿概况
  本文所调查铁矿区内分布有三个矿体,目前均已采空,采空区域面积0.134km2,开采标高由+52m至+123m。矿体主要发生在奥陶纪中部接触石灰岩和闪长岩,顶板围岩结晶岩石或大理石,底板为矽卡岩、闪长岩岩体。矿体总体产状为南北走向,矿体走向长约240m,倾向90°左右,倾向最宽约391m,倾角2°~27°,钻孔揭露最大厚度13.62m,矿体赋存标高52~123m,矿体埋深165~235m。该矿山开采历史比较复杂,大部分矿体被盗采,矿山企业证照不够全。该矿山采矿许可证于2016年12月到期。
  2 矿山地质环境背景
  2.1 气象、水文
  评价地区属于温带大陆性气候,年平均降雨量594.6毫米,评估在冬季最大冻土深度51厘米(1976年2月),一年之内无霜期约200天。
  评估矿区水系隶属于沙河水系,是季节性河流。矿区内没有河流,可见只有在雨季山谷的水。在矿区地表没有水体,北矿区距最近河距离,从矿区超过10公里。
  2.2 土壤、植被和土地利用现状
  矿区全部为第四系黄土覆盖,厚度从几米到几十米不等,大部分为耕地、林地,仅有一小部分荒坡。荒坡植被较发育,有大量酸枣灌木丛生长。矿区植被类型为灌木和草本植物,白草、麦草、莎草,荆条、酸枣、山榆等。目前,大部分耕地受采空区影响沉陷的一半,不能耕种,剩余沉降伤害降格为旱地通道。
  建设设施主要有办公生活区、炸药库、井口工业广场和矿路等。矿山废弃构筑物共有七处,用房共有50余间,占地面积共约29563m2,绿化面积均较低,各类建筑设施压占用的土地也是荒山。工程建设并没有侵占林地、农田。目前上述各建筑均已废弃。
  2.3 地形地貌
  沙河市从西往东地形依次为山地、丘陵、平原,每部分面积各占约三分之一。
  地貌总体特征是西高东低。矿区地貌类型单一,起伏较大,周围海拔最高标高+320m,最低+280m,相对高差40m,北高南低。由于多年的开采,地形地貌变化很大。
  2.4 地层岩性和地质构造
  2.4.1 矿区地层
  矿区主要在第四纪地层和奥陶系马家沟组。
  2.4.2 地质构造
  区位于中间的准地台构造单元武安县——在断陷盆地的西部。矿区紫金山——鼓山以东约5公里的断层,断层是正断层,沿NNE方向,在矿区周围几乎是平行光束,数千米的总宽度。有关资料显示,矿山周围及矿区范围内构造不发育。
  2.5 水文地质条件
  分布在评价区域范围内的含水岩层以奥陶系灰岩岩溶含水层水为主,并且在一些闪长岩岩体中存在裂隙水。
  2.6 工程地质条件
  根据各类岩土结构构造和物理力学性质,可将评估区岩土体结构类型分为以下二种:
  (1)大块状较坚硬岩体
  (2)第四系松散沉积物
  矿床工程地质条件总体较好。
  3 矿山地质环境影响评估
  矿山地质环境评估指对评估区存在的矿山环境问题的发育程度、表现特征和成因进行分析;评估各种环境问题对人员、财产、环境、资源及重要建设工程、设施的危害与影响程度,评述评估区的地质环境质量状况,矿山开采对地下水、地形地貌景观、土地等资源的影响和破坏[8]。
  3.1 评估范围的确定
  根据矿山地质环境的现状特点和周围的环境,以及自然行政职位特点,结合采矿活动影响范围和的基础上,本工作的目的会影响范围和矿区土地整理的空间评价范围、评价范围占地面积0.51平方公里。
  3.2 评估级别的确定
  评估区重要程度为重要区,矿山生产建设规模小,矿山地质环境介质条件的复杂性。对照编制规范“矿山地质环境影响评估的精度分级表”,以确定矿山地质环境影响评估的水平“一级”。
  3.3 矿山地质环境影响现状评估
  (一)土地、植被资源占用及地貌景观破坏
  本矿山开采中产生的废石出井后一般外运至矿区西部地势低洼的地带,没有固定的堆场,由于区内渣石遍布,地形地貌变化较大,对本矿形成的渣堆不易确定方量,粗略估算占地面积约11374m2。结合当地的原始形态和植被发展现状推测渣堆压的主要土地荒山、石渣程度的严重破坏植被、景观影响程度很严重。
  分析认为建筑设施对植被破坏程度较重,对地貌景观影响程度较重。
  (二)水资源、水环境影响现状与现状评估
  矿井水中普遍含有煤粉、岩粉悬浮物及可溶性的无机盐类[3]。分析认为,现状条件下,矿山开发对水资源环境存在影响,影响程度较轻。
  (三) 矿山地质灾害现状评估
  经过本次调查发现,评估区铁矿采空区域塌陷后,发生了地面沉降等地质灾害,从北至南形成了两个大的塌陷盆地,同时伴随着发生地裂缝。
  (1)地面塌陷
  本次现场调查,由于采空区塌陷,地表下沉,从北至南形成了两个大的塌陷盆地,依次记为T1和T2。
  其中T1塌陷盆地,总体上呈椭圆状,基本覆盖评估区北半部分。沉降最大值约为12.6m,经测量周长约为1.3km,面积约为0.12km2,它的中心坐标为(4081011.146,516281.376)。
  T2塌陷盆地成椭圆状,位于矿区南部,面积约0.1km2,周长约1.3km,该区域矿体埋藏较深,未形成塌陷坑,中心沉降最大值约为9.6m。   两个大的塌陷盆地地面最大沉降量分别为12.6m和9.6m,大于2000mm,确定其为地质灾害危险性大。
  (2)地裂缝
  T1沉陷盆地分布有三个组的地面裂缝,从北到南依次为La、Lb、Lc,单个最宽2米,高达290米,深约3米,整体呈圆形分布在盆地沉降在T1。
  T2沉降中心由于矿业崩溃形成错综复杂的崩溃和地面裂缝,最宽3米宽的裂缝,上覆岩层风化,水土流失严重,无法统计裂缝条数和方向,实地测量,破坏土地面积0.10平方公里。边缘部位开裂较轻,当地居民经过简单平整,重新开垦为耕地,占地面积约为20000m2。地裂缝的评估标准目前没有具体量化指标,但从实际调查中,看出地裂缝产生的影响是严重的。分析认为,现状条件下,矿山开发产生的地面塌陷和地裂缝对地质环境影响严重。
  (3)现状评估分区
  根据矿山地质环境影响评估的现状分为两个区域(表3-1):矿山环境影响程度区域(Ⅰ区),和严重的矿山环境影响区域(Ⅱ区)。
  4 矿山地质环境保护与治理恢复分区
  参考矿山地质环境保护与治理恢复编制规范,结合该铁矿矿区的具体情况以及调查所得的环境影响现状,本次方案矿山地质环境保护与治理恢复分区主要是重点防治区、次重点防治区。
  根据矿山地质环境的影响,环境的影响和破坏,稳定状态和水土资源损失和管理困难,危害对象,将评估范围分为关键,一般两个区域。
  5 矿山地质环境防治工程
  5.1 矿山地质环境保护与恢复治理工程
  5.1.1 矿山地质灾害防治工程
  (1) 工业广场设计预留保安煤柱
  依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中矿区建构筑物保护等级划分,工业场地按二级保护,维护带宽度15m;再根据表土层和基岩厚度(表土移动角45°,基岩移动角72°)计算保安煤柱。
  (2) 地面塌陷、地裂缝防治工程
  由于此次研究调查的矿山已经闭坑,所以我们需要根据地面塌陷的类型、规模、发展趋势、大小等特点,因地制宜,针对本矿山合理预留煤柱,适当采用充填法开采,及时回填采空区,减少采空塌陷和地裂缝的发生;严禁过量开采,及时采取回填等防治措施。地裂缝治理与土地复垦同时进行[7]。
  ①治理范围
  经评估地裂缝、地面塌陷影响面积0.20平方千米
  ②技术方法
  采取回填的方法填充地裂缝和地面塌陷,地面上实行土地复垦。
  ③工程量
  依据裂缝等级划分表得到评估区内裂缝等级为轻度,每亩塌陷充填土方量见表5-1,每亩地裂缝充填土方量见表5-2
  (3) 潜在崩塌、滑坡和泥石流防治工程
  矿山开采期间,针对潜在崩塌、滑坡和泥石流防治应采取:
  ① 固体废弃物有序、合理堆放,设计稳定的边坡角,及时采取加固措施或修筑拦挡工程,消除诱发泥石流物源;
  ② 在存在滑坡、崩塌隐患的区域,适当采取避让措施。
  恢复治理期,加强对区域的监测,及时发现问题及时处理。做好防范保护工作。
  5.1.2 地下含水层破坏防治工程
  根据该矿所提供的资料:矿体顶板围岩是中奥陶统灰岩,同时也是该矿区主要含水层,属于富水性较强的岩溶裂隙含水层,在历史上水位埋藏较浅。但矿山大面积开发后,由于大量抽取地下水及近年区域水位下降、矿区水位埋深较大,矿山开采使地下水资源污染严重,及时采取防治措施,减少对周围水资源的污染,加强环境绿化工作。
  闭坑治理期,对于防治含水层破坏,严重时,可采用防渗帷幕、防渗墙等治理工程措施;如果一般情况下,矿山闭坑后地下水可以自然恢复。对于水环境污染的,可采取对污染的废弃物及废水,集中堆放、回收利用、污水处理、防渗工程等措施。
  5.1.3 地形地貌景观破坏防治工程
  生活垃圾,建筑垃圾和废水等等,不包括在项目治理的范围,矿山企业应按照国家有关工业“三废”排放标准和要求进行处理并按环保部门的相关要求进行垃圾和污水的处理。
  对于地形地貌景观破坏地区可采用清理废石(渣)、回填、整平、覆土、植树种草或者挂网客土喷播、造景等工程措施,还可以将煤矸石用于生产有机复合肥来改良土壤[4]。其中经调查渣石堆占地面积11374平方米,废弃建筑占地29563平方米,根据赵瑞平的资料,农作物生长在经煤矸石、粉煤灰充填的土地上,其根部可不同程度的吸收煤矸石中的有害元素,并残留积累在农作物的果实中[5],所以在渣石堆和荒山上选择种植柏树等植物。同时将渣石堆上粒径大于20㎝的石块拣选出来集中堆放,待护坡或砌筑时用[6]。
  5.2 矿山地质环境监测工程
  针对本矿山可能存在的矿山地质问题,矿山地质环境检测的重点是:采空区的地面塌陷及地裂缝、压占土地;废弃井筒、采动变形、土地、植被资源占用及地貌景观破坏、水资源、水环境影响。
  监测方法:对于采空区的地面塌陷和地裂缝采取布设地面观测站点;潜在崩塌、滑斜坡段变形监测可在滑坡和塌陷变形体前缘或后缘处设置骑缝式简易观测标志,如打入木桩或钉钉拉绳、画线,或水泥砂浆贴片等观测坡体滑移变化情况;泥石流监测:沿沟谷均匀布置动态监测点。地下水层监测:在较严重区建立监测断面与监测点,进行定时定量检测;地形地貌景观监测:根据对煤层采动影响区域的地表植被进行监测,每个采区动态监测点不少于2个,进行定期巡查,对破坏范围内的植被破坏情况、土壤破坏情况等进行调查。每月监测一次。
  6 结论
  该铁矿矿山创建于上世纪90年代,矿山开采方式主要是井工开采,生产规模达到每年18万吨,依据《矿山地质环境保护与综合治理方案编制规范》,确定矿山建设规模为小型矿山。依据《矿山地质环境保护与综合治理方案编制规范》评估区重要程度分级表,确定评估区重要程度分级为重要区。依据《矿山地质环境保护与综合治理方案编制规范》,确定评估区地质环境条件复杂程度为复杂程度。根据矿山地质环境影响评估精度分级表确定本次矿山地质环境影响评估级别为一级。通过该方案的实施,可以有效地改善当地矿山地质环境,提高人民的生活水平。
  参考文献
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