武安团城铁矿矿山环境恢复治理研究及对策

夏凡,宋洪伟,杨学亮

(石家庄经济学院,石家庄 050031)

武安团城铁矿矿山环境恢复治理研究及对策

夏凡,宋洪伟,杨学亮

(石家庄经济学院,石家庄 050031)

武安市团城铁矿系国有矿山,多年来为国家做出了一定的贡献;20世纪80年代以来,又对数家地方矿山进行采矿。由于采矿弃渣乱放和坑下开采造成地面沉降、塌陷、地裂缝,直接威胁着矿山的正常发展,危及周边村庄的经济、环境和民众的生命安全。通过详细的调查和实测,广泛地收集了各方面资料,因地制宜,提出以废渣部分充填地面塌陷、地裂缝;覆土造林,争取绿化面积超过90%。建设成为集典型地质灾害遗迹观察研究与生态观赏旅游为一体的绿色矿山,把矿产资源开发对环境的破坏降到最低限度,实现资源开发与生态环境的协调发展。

地质环境;地质灾害;恢复治理

矿山地质环境的治理恢复工程是一项涉及到地质、采矿、环境、农林、水利、旅游、生态、建筑等诸多学科领域的实用型环境工程,是近年来新兴的工程,其任务复杂艰巨,具有探索性[1～4]。

邯郸市武安团城铁矿由于多年开采,造成了诸多的地质灾害,直接威胁着矿山的正常发展,同时危及周边村庄的经济、环境和民众的生命安全。为确保当地经济持续、健康、稳定发展,防治因矿山开采带来的生态环境问题,实现资源、环境、经济效益和社会效益的全面提高,河北省国土资源厅确定将团城铁矿作为第三批省级绿色矿山建设示范区。

1 矿区自然地理及地质环境条件

武安市位于河北省西南部(地理位置见图1),其地处晋冀鲁豫腹心地带,东邻邯郸县、永年县,南与磁县、峰峰矿区毗连,西与涉县、山西省左权县接壤,北与沙河市、邢台县相连。该区属太行山东麓丘陵区,东接华北平原,矿区附近地势较平坦,地形标高200～300 m,微向东倾斜。该区属半干旱暖温带大陆性季风气候,受季风环流影响,具有四季分明的特征。北洺河为距该区最近的河流,约2 km,系季节性河流。

图1 研究区地理位置图Fig.1 Location map of the study area

矿区地表被第四系覆盖,下伏基岩主要为奥陶系中统、石炭系和燕山期闪长岩。从水文地质条件上看,该区处于黑龙洞泉域上游补给区,北距黑龙洞泉域北部分水岭——北洺河约10 km,受其西部NNE向断层的控制和闪长岩侵入体的阻隔,地下水富水性在全泉域中相对较差,径流滞缓,岩溶发育较差,补给较少。团城铁矿主要含水层为中奥陶系石灰岩,该含水层对全区地下水的补给、径流和排泄起着控制作用,其富水性极不均一。矿区范围内,地表第四系覆盖层主要为上更新统黄土状粉质粘土,厚度8～12 m,矿区底板为石灰岩,顶板为闪长岩,局部为矽卡岩。

2 矿区地质环境的现状及问题

2.1 矿区地质环境现状

团城铁矿为接触交代-热液型铁矿床,共分3个矿体(图2):Ⅰ、Ⅳ号矿体为同一矿体(Ⅰ号矿体开采完毕,Ⅳ号矿体目前还在开采,因此把二者区分开来)。该矿体位于团城侵入体北侧,走向近SEE,呈不规则的似层状、透镜状,储量31.3×104t。Ⅱ号矿体位于团城侵入体的东侧,走向SEE至SW,主矿层受接触带控制,矿体形态复杂,多呈扁豆体,向南倾斜,储量200×104t。Ⅲ号矿体位于团城侵入体南侧,产于岩体与石灰岩的接触带,部分产于石灰岩中,走向东西,多呈扁豆体,倾角平缓,近于水平,微向南倾斜,矿体规模59.9×104t。

图2 矿区地质环境现状图Fig.2 Statusmap of geological environment

目前Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体都已开采完毕,只有位于Ⅰ号矿体东侧并与其相连的Ⅳ号矿体为仍在开采,认定该矿体生产能力为20×104t,已处于开采末期,预计还可开采2～3 a。

2.2 矿区地质环境问题

自20世纪70年代初对该矿区进行开采,至今已有30多年,由于采用地下开采,目前在该矿区已造成3个大面积的塌陷坑,并伴有一定面积的地裂缝,已成为严重的地质灾害多发区。

2.2.1 大范围地面塌陷

由于地下开采造成大面积的塌陷坑,现对3个集中塌陷坑分述如表1。

2.2.2 与塌陷伴生的地裂缝

在3个集中塌陷坑外围,都有不规则的环状潜在沉降区,这里发育着大小不等的地裂缝。调查访问得知,塌陷坑周围原有小型裂缝很多,后期大多自然充填或掩埋,但塌陷坑内回填的渣堆上和外部的农田里仍有新出现的裂缝,调查期间发现塌陷坑东部和北部裂缝较多,宽0.1～0.5 m,深0.3～1.5 m,裂缝多呈缓变的弧形,并与塌陷坑边界走向一致,说明地面塌陷坑经突发形成后,目前仍在缓慢下沉和扩展,尤其是东部和北部下沉变形速率较大。

表1 塌陷坑规模一览表Table 1 List of collapse pit scale

2.2.3 废弃矿渣无序堆放

团城铁矿30多年的采矿历史,在矿山的坑口形成了堆积如山的废矿渣,目前较大的矿渣堆有8个,其中小矿山零星的矿渣堆未包括在内。

2.2.4 地下水水质污染

调查期间对矿区职工饮用水、团城村饮用水、矿坑排水、污水渠水和矿区边缘山泉水采样进行化验分析,鉴定结果对照国家有关水质评价标准,发现本矿区,除位于矿区东南角的山泉水,水质优良,符合矿泉水标准,属含锶矿泉水;矿区生活饮用水深井的水质符合地下水Ⅱ类标准,可满足饮用水标准,其余的矿区井水及矿坑排水均属Ⅴ类,不宜饮用。主要污染超标离子是SO42-和NO2-、NO3-超标,其中SO42-388 m g/l,NO3-55～135 m g/l,但未发现重金属离子含量超标。同时由于采矿排水的需要,团城村水井水位已下降至地面以下28～30 m左右。

3 矿区环境恢复治理工程布局

矿区环境治理以自然地理条件按塌陷坑划分大区,以治理工程内容为依据划分小区,具体分区见表2。

表2 矿区环境恢复治理工程分区表Table 2 M ining environmental resto ration p rojectmanagement division table

4 矿区地质环境恢复治理的主要方法

针对矿区出现的地质环境问题,采用分区分片的治理。具体规划恢复治理见图3。

图3 矿区地质环境恢复治理规划图Fig.3 Geological environmental recovery and management plan map

4.1 塌陷坑废石回填

由于Ⅰ、Ⅱ号塌陷坑平均深度较大,因此选用矿区附近的废石回填塌陷坑的方法进行治理,先将陷坑底回填废石至离地面标高8 m,再按照台阶模式回填。回填废石时应先填深处,后填浅处,由外向内分台阶逐步充填,台阶成型后再由内向外、由深至浅垫填。塌陷坑分4个回填台阶,台阶高度控制在2 m,台阶间距为30 m,坡面前缘用毛石干砌墙,台面上覆0.5～1 m厚中细粒弃渣和尾矿砂,由推土机分层推平碾压。在推平的基础上,用0.5～1 m厚度的土层覆盖,而后进行复垦。

4.2 地裂缝回填

3个塌陷坑周围地面都出现了大量的地裂缝,因地制宜对地裂缝发育地段用废石和废矿渣回填[5],具体措施为:

(1)Ⅰ号塌陷坑北部地区由于黄土层较厚,稳定性较差,但牵引力拉动产生的宽度<1 m,深度不大,可用废矿渣对地裂缝进行回填夯实。

(2)Ⅱ号塌陷坑东部地区由于牵引力拉动产生的宽度>1 m,深度大,又与塌陷坑相连,应对地裂缝进行分层回填夯实,后采取灌注尾矿砂浆或水泥砂浆的方法,加快充填弃渣的固化。

(3)Ⅲ号塌陷坑周边的地裂缝都划在安全围栏之内,予以保留,并对典型地段加设科研教学提示标牌。

4.3 绿化和复垦

在Ⅰ、Ⅱ号塌陷坑的台阶处填入耕作土或黄土,后植树绿化,减轻因矿山开发产生的地质环境问题对周边可视范围内的环境影响。还可种植经济作物,以耐旱、耐寒、耐热的树种为宜,如核桃树、花椒树等。形成具有特色的生态园,使绿化工程取得良好的环境效益、经济效益和社会效益。

其中靠近地面的两个台阶种植桧柏、杨树,种植行距5 m×5 m,土坑规格为1.0 m(直径)×0.8 m (深),苗木植入树坑后,根入土深度至少在30 cm以上,上覆耕植土,覆土后要压实;靠近沟底的两个台阶种植核桃树、花椒树,核桃树间距5 m,种植1000棵;核桃树中间种植花椒树,间距2 m,种植3000棵。

4.4 地面变形监测

在塌陷坑周边布设地面变形监测点,定期监测地面水平和垂直位移变化量、变化速率,结合矿山开采现状分析预测塌陷坑变形发展趋势,指导避灾。

塌陷影响区内的变形监测点的布置一般1个/10000 m2。具体布设位置为:Ⅰ号塌陷坑北部地裂缝旁布设一点,坑中心布设一点,坑南部和东部各布设一点;Ⅱ号塌陷坑东部地裂缝旁布设一点,塌陷坑北部和南部各布设一点;Ⅲ号塌陷坑南部布设一点。监测频率一般1次/15 d。

4.5 建人工湖养殖

由于Ⅳ号矿体目前仍在开采,现采用矿体采矿排水引至位于其附近的Ⅱ号塌陷坑建成人工湖。这样既循环利用资源,又能美化环境。Ⅱ号塌陷坑平均深度为20 m,经计算矿坑排水量可以满足12 m深的入湖水量,因此治理方法为先将塌陷坑回填至离地面8 m,再按照台阶模式由外向内逐步充填压实,压实后台阶底部做防渗处理,周围台阶处植树绿化,引水建成人工湖。由于湖底下8 m都是废石回填,渗透率很大,因此此处应使用防渗膜下垫层上浇混凝土层护面的方法,加强防渗效果[6]。建成的人工湖既可以养殖水产品,也可以作为景观满足人们的审美要求,还可改善矿区小气候。

4.6 塌陷坑保留

由于Ⅲ号塌陷坑的面积和深度都不大,不做治理不会对环境造成影响,因此在Ⅲ号塌陷坑周边安全的高地设置观览台供游人鉴赏,寓教于乐,启迪众人关爱地质环境。在确保安全的前提下,在灾害的典型地段,修筑观测研究性标志,以供专业人士进行科学调研使用。

4.7 Ⅳ号矿体边开采边治理

Ⅳ号矿体目前仍在开采,但由于Ⅳ号矿体已进入开采末期,因此采取边采边治的对策,待该矿体开采完毕后再一并列入恢复治理的对象中来。具体为将Ⅳ号矿体开采出的废矿渣及分选后的废石渣,就近填入本区已出现的塌陷坑中,这样一方面可以弱化地面塌陷灾害,另一方面加快了灾害的整治速度。

5 结论

我国矿山环境恢复治理的任务十分繁重[7～9]。因我国矿产资源开采历史悠久,历史遗留下来的矿山环境问题十分严重,如露天采矿、开挖和各类废渣、废石、尾矿堆置等,直接危害着各地区的生态平衡。目前,我国在矿山环境保护方面的立法、管理体系、科学技术上都有了很大进步,矿山生态环境恢复治理和土地复垦具备了一定基础。矿山恢复治理正向着人文资源化、景观资源化、空间资源化的方向发展,随着科技的进步和社会的关注,不久的将来,将会看到一个山青水秀的生活居住环境。

[1]代宏文.澳大利亚矿山复垦现状、矿山废地复垦与绿化[M].北京:中国林业出版社,1995:194-204.

[2]河北省国土资源厅.河北省地质灾害危险性评估与矿山环境恢复治理技术培训班参考资料[Z].河北:河北省国土资源厅内部印刷,2004.

[3]刘传正,等.地质灾害勘察指南[M].北京:地质出版社,2000.

[4]宋书巧,周永章.矿业废弃地及其生态恢复与重建[J].矿产保护与利用,2001,10(5):43-49.

[5]李彦军.靖远矿区地面塌陷地裂缝特征与治理研究[J].山西建筑,2008,34(29):144-145.

[6]李思慎.堤防防渗工程技术[M].武汉:长江出版社,2006.

[7]武强,刘伏昌,李铎.矿山环境研究理论与实践[M].北京:地质出版社,2005.

[8]赵正强.矿山开发对地质环境的影响及保护研究[J].哈尔滨铁道科技,2005,(1):30-31.

[9]赵德森,范学理.矿区地面塌陷控制技术研究现状与发展方向[J].中国地质灾害与防治学报,2001,12(2):86-89.

ENVIRONM ENT RECOVERY AND M ANAGEM ENT IN TUANCHENG IRON M INE INWU'AN CITY

XIA Fan,SONG Hong-w ei,YANG Xue-liang
(Shijiazhuang University of Economics,Shijiazhuang 050031,China)

The iron mine of Tuancheng tow n in Wu'an city isoneof the state-ow ned mine.Becauseof the wastemine,ground subsidence,collapse and ground rift direct threaten to the development of mines,endanger neighbo ring villages environment and the peop le's lives and safety.Through detailed survey and measurement,extensive collection of information on various aspects of local conditions,Park reforestation and Green area formore than 90%are suggested.Setting a typical geological disaster relics and ecological research on tourism into as a green mines.

geological environment;geological disasters;resto rative treatment

TD167

:A

1006-4362(2010)02-0064-04

夏凡(1983- ),女,河北省高碑店人,工学学士,现就读于石家庄经济学院,攻读硕士学位,地质工程专业。

2010-01-19改回日期:2010-04-06