河南省赵家寨煤矿矿山地质环境问题及保护对策

第１６卷第５期２０１４年１０月资源与产业ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ＆ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳＶｏｌ１６Ｎｏ５Ｏｃｔ２０１４ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｎｅｔｃｎ　　ｚｙｃｙ＠ｃｕｇｂｅｄｕｃｎ收稿日期：２０１３－０５－２７；修订日期：２０１４－０５－２８；责任编辑：段丽萍。通讯作者：赵目军（Ｅｍａｉｌ：ｚｍｊ２３３＠１６３ｃｏｍ）引用格式：赵目军，刘亚南，高欢，等．河南省赵家寨煤矿矿山地质环境问题及保护对策［Ｊ］．资源与产业，２０１４，１６（５）：９５－９９　　ＺｈａｏＭｕｊｕｎ，ＬｉｕＹａｎａｎ，ＧａｏＨｕａｎ，ｅｔａｌ．ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＩｓｓｕｅｓａｎｄＡｐｐｒｏａｃｈｅｓｏｆＺｈａｏｊｉａｚｈａｉＣｏａｌＭｉｎｅｉｎＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ［Ｊ］．Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ＆Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，２０１４，１６（５）：９５－９９河南省赵家寨煤矿矿山地质环境问题及保护对策赵目军１，，刘亚南１，高　欢２，张平辉１，金　萍１（１河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南　郑州　４５００５３；２河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南　郑州　４５００５３）摘　要：针对赵家寨煤矿开采引发的地质环境问题，通过对矿区的自然环境条件、地质构造条件以及水文地质条件的调查，对煤矿开采引起地质环境问题的各种因素进行分析研究，应用相似相异原则和叠图法进行分析和划分，对今后矿山开采及保护治理提出了针对性的对策：提出了控制开采量与采用新的开采方式；减少对地下水系统的影响与破坏；防止对土地资源的破坏与污染；提高资源利用率和废物利用；完善法律法规等相应的防治措施和保护对策。关键词：赵家寨煤矿；地质条件；地质环境；保护对策中图分类号：Ｆ２０５　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７３－２４６４（２０１４）０５－００９５－０５ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＩＳＳＵＥＳＡＮＤＡＰＰＲＯＡＣＨＥＳＯＦＺＨＡＯＪＩＡＺＨＡＩＣＯＡＬＭＩＮＥＩＮＨＥＮＡＮＰＲＯＶＩＮＣＥＺＨＡＯＭｕｊｕｎ１，ＬＩＵＹａｎａｎ１，ＧＡＯＨｕａｎ２，ＺＨＡＮＧＰｉｎｇｈｕｉ１，ＪＩＮＰｉｎｇ１（１Ｎｏ２ＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｕｒｖｅｙ，ＨｅｎａｎＢｕｒｅａｕｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌｓＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５３，Ｃｈｉｎａ；２Ｎｏ２ＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌｓＳｕｒｖｅｙ，ＨｅｎａｎＢｕｒｅａｕｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌｓｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｓｓｕｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｍｉｎｉｎｇｉｎＺｈａｏｊｉａｚｈａｉｃｏａｌｍｉｎｅ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒｓｆｒｏｍｎａｔｕｒａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，ｕｓｅｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙａｎｄｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｆｉｇｕｒｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｓｓｕｅｓ，ａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓａｐｐｒｏａｃｈｅｓｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｖｏｌｕｍｅ，ａｐｐｌｙｉｎｇｎｅｗｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ａｖｏｉｄｉｎｇｌａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｕｓｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇｗａｓｔｅｓ，ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｌａｗｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｚｈａｏｊｉａｚｈａｉ；ｃｏａｌｍｉｎｅ；ｇｅｏｌｏｇｙ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒ；ａｐｐｒｏａｃｈ１　矿井概况与研究现状１）矿井概况。河南省新郑煤电有限责任公司赵家寨煤矿位于新郑市西部，井田东西走向长１３５ｋｍ，南北倾斜宽３～４ｋｍ，面积约４８９６１３ｋｍ２。赵家寨矿井２００７年起开始运行，设计生产能力３００万ｔ／ａ，矿井主采煤层为二１、二３和七４煤层。该煤矿经过近几年的开发，促进了当地经济的发展，提高了当地居民的生活水平，但由于开发过程中对矿山不合理开发和环境保护不够重视，导致当地地质环境问题不断恶化，因此研究该矿资源与产业２０１４年山地质环境问题治理措施和保护对策具有重要的意义。２）国内外研究现状。在煤矿的开采过程中，由于开采的不合理和治理保护措施的不当，引发了多种环境问题，包括地质灾害、水环境问题以及空气及噪声问题。对于这些问题的治理，国内外采用的措施主要有创新矿井开采方式、矿上恢复治理、清洁能源发展、循环利用及实施各项政策法规等［１］。赵家寨矿区经过大量的开采，地质环境问题尤为严重，有关方也对此做了一些保护和治理工作，但就一些突出的问题，还需做针对的研究。２　矿区地质环境１）矿区自然环境。矿区位于河南省中北部，属大陆性半干旱气候，干湿季节性交替明显，年温差较大，年平均气温１４１℃，年平均降水量为５９２６ｍｍ。地形地貌为平原区及山前坡洪积岗地区，大部分被第四系冲积层覆盖，地势较为平坦。矿区内主要河流为双洎河，属淮河水系，双洎河为常年性河流，该河自西北向东南流经本井田，流经井田的河道长度约为１３１５ｋｍ。２）矿区地质构造特征。本区属华北地层，区内地层从老到新依次为寒武系上统、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系级第三四系，煤层上覆岩层主要为砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层互层，砂层主要成分为石英，次为长石及碎屑。矿区构造形迹以断裂为主，并伴有发育程度不同的褶皱，其中走向近东西的断裂规模大、延展长，多为南升北降、倾向北东的高角度正断层。主体构造为一两翼地层产状平缓、倾角为３°～１５°、轴向ＮＷＷ～ＳＥＥ的宽缓背斜构造［２］。矿区内断裂构造发育，共有断层１８条，除温泉、宁沟两条小逆断层外，其他均为正断层，全矿区构造复杂程度为中等。３）矿区水文地质特征。根据地下含水岩性、空间条件及赋水特征，可将矿区所处地区地下水划分为基岩裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水４个类型。矿区内岩溶裂隙发育，断裂为地下水运移提供通道，断层为井田矿床充水的主要因素，岩溶发育过程中受多种因素的影响，形成其独特的富水导水带。矿区内地下水的主要补给来源是大气降水，其次为河流、水库等地表水对地下水的补给，仅限于局部地段，且补给量很小。矿区地势西高东低，含水层向东倾斜，导致区域地下水的径流由北西向南东为主，断裂破碎带及其附近为主要的径流地带，赵家寨井田位于密县—新郑褶皱断裂水文地质区下游的灰徐沟—超化泉域东段，处在径流排泄区部位。４）矿区岩土体工程地质特征。赵家寨煤矿矿区位于黄土及黄土状土区，地表为上更新统黄土、黄土状土，土体结构均一，较为疏松，孔隙发育，天然含水量较低，遇水易崩解，黏聚力小，工程地质整体具有结构松散、垂直节理发育、抗压强度较低的特征。３　矿山地质环境问题矿山地质环境问题是矿山地质环境质量低劣和地质环境承载力弱的表现，它的频发不仅反映了自然地质环境的脆弱性，而且反映了人类工程经济活动与地质环境矛盾的激化［３］。由于矿山环境地质问题主要是矿业开发直接产生、诱发或加剧的结果，因此，矿山环境地质问题主要发生于矿山生产现场及其影响到的地区范围［４］。为了区分不同开采地区所受影响的程度不同，在以后的处理、修复、保护时采取合理相应的措施，通过野外地质灾害综合调查，综合考虑崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降等地质灾害以及地下水、工程建设、煤矸石堆放场地等多方面影响，按照“区内相似、区际相异”原则［５］和叠图法，将赵家寨矿井矿山地质环境影响等级划分为矿山地质环境影响严重区、较严重区和较轻区（图１ａ）。３１　矿山地质灾害矿区的主要环境地质问题是出现了大量的地质灾害以及水、环境的污染，矿区的地质灾害有崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂缝、地面沉降、矿坑突水等，出现较为严重的有地面塌陷和地裂缝，主要原因和控制因素是煤层的大量开采。１）地面塌陷。目前在矿区内已形成塌陷区约０５５ｋｍ２，地面塌陷主要分布在颜庄北、界牌至袁集一带，多为采空区类型。经过调查，矿区内发现多处地面塌陷，其塌陷长度一般１０～３００ｍ，宽度６９第５期赵目军等：河南省赵家寨煤矿矿山地质环境问题及保护对策图１　赵家寨煤矿地质环境问题注：ａ为矿山地质环境影响分区示意图；ｂ为塌陷引起的墙体开裂；ｃ为地裂缝。１０ｍ以上，塌陷深度一般４～５ｍ，塌陷面积大小不一，主要危害对象为附近农田、民房。地面、农田变的凹凸不平、高低不一，房屋出现墙体倾斜及开裂，其裂缝宽１～８ｃｍ，裂缝长度最长约３ｍ（图１ｂ），房屋损毁程度较严重，诱发因素为矿业开采导致上部地层结构遭到破坏失稳所致，目前已造成几十余户居民搬迁。２）地裂缝。野外综合地质调查发现地裂缝４５条，主要发生地点为首采区内的农田、公路（图１ｃ）。地裂缝集中分布在颜庄、高庄至袁集一带，其中颜庄附近８条，走向东北—西南，长约１５０～２００ｍ，宽约１０～２０ｃｍ，深３０～４０ｃｍ，主要危害对象为颜庄民房、基本农田。公路地裂缝多集中在袁集、颜庄至界牌一带，其中袁集东走向东北—西南，长５ｍ，宽８～１０ｃｍ，深３０～３５ｃｍ，袁集北方向公路裂缝走向西北—东南，长５ｍ，宽５～１０ｃｍ，诱发因素为地下采煤活动，主要危害对象为附近村庄和公路，地质灾害危险性中等。３２　地下水系统影响和破坏１）对第四系松散岩类含水层的污染破坏。居民生产生活用水一般取自第四系松散潜水含水层，其埋深约为１０～１５ｍ，而主采二１煤层标高约－３２５ｍ，其间主要隔水层上第三系砂质粘土及粘土隔水层平均厚约２００ｍ，矿井首采区开采后形成的地裂缝对上部上第三系隔水层有一定的破坏作用，导致第四系松散潜水含水层水位不同程度的下降，经野外综合地质调查，原本埋深１５ｍ左右的地下水水位，在近两年首采区颜庄至袁集一带地下水水位下降１０～１５ｍ。另外煤矿矿井废水、煤矸石淋滤水、选煤水及矿山生活污水等对地表水及第四系松散潜水含水层的污染严重，其污染途径有直接排放污染、渗漏污染、淋滤污染以及通过地表水沿河下渗污染等，可见矿山开采对上部第四系含水层影响和破坏程度较为严重。２）对煤系地层及煤层顶底板含水层的影响与７９资源与产业２０１４年破坏。赵家寨矿井现开采二１煤层，对煤层开采有较大影响的含水层为Ｌ１－４，矿井开采形成的地裂缝对上部二１煤层顶板该含水层有一定的破坏作用，导致浅部含水层与之互相连通。据调查，采矿排水导致Ｌ１－４含水层地下水位呈下降趋势。Ｌ１－４含水层４０３＃孔水位动态监测成果资料显示，２００８年１２月８日—２００９年１２月８日地下水位下降约４４ｍ，平均每月下降约３６ｍ（图２）正在开采的１１、１２采区的底板含水层主要为Ｏ２ｍ及Ｌ７－８含水层。据调查，由于１１、１２采区矿井疏排水，造成该区域内二１煤层底板地下水水位遭到破坏。Ｌ７－８含水层９１１＃观测孔水位动态监测成果资料显示，２００８年１２月８日—２００９年１１月２３日地下水位下降了５５８ｍ，平均每月下降约４６ｍ（图３）。图２　４０３＃孔水位沉降曲线示意图图３　９１１＃孔水位沉降曲线示意图３３　土地资源的破坏和污染由于矿山开采过程中工业广场的工程建设以及大量煤矸石直接堆放地表，改变了局部地形地貌，造成水土流失，同时也占压植被和土壤，造成土地数量不断减少，加剧当地土地紧张状况，导致矿山企业和当地居民纠纷不断。另外，矿山废水、废渣以及固体废弃物的不合理排放，特别是堆放地表的煤矸石，在降雨时受到淋溶作用而直接渗入到地下造成地下水的直接污染，以及其氧化、风化和自燃中产生大量ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＣＯ、ＣＯ２等有毒气体对空气的污染在短时间内都很难恢复［６］。４　矿山地质环境问题防治措施和保护对策　　１）控制开采量与采用新的开采方式。煤矿区所出现的地质灾害问题主要是由于煤层的大量开采，致使近地表地层的