矿山地质环境问题的发展趋势及保护区划

一、矿山地质环境问题的发展趋势

山东省作为矿业大省,矿业在国民经济中占有重要地位。由于目前矿区生态环境保护远远滞后于矿山开发建设的步伐,随着矿山开发强度的加大,矿区的地质环境问题会越来越突出。

(一)待处理的矿山“三废”日益增多,处理工作量大。

1.大量废气排放

省内采矿活动产生的废气中粉尘和二氧化碳的排放量逐渐增加,且增长幅度较大。根据《山东省环境统计报告》统计数据,从1996年到2001年,山东省矿山废气排放总量从3149万m 3增加到58.73亿m3,其中二氧化碳排放量从36.38万t增加到36.99万t,粉尘排放总量从29.88万t增加到72.79万t..从1996到2000年,废气排放量年增长率为16.9%。按照这个增长速度,预计到2010年,废气排放量将增加到28027亿m3。

2.废水排放量会慢慢减少,但要处理的量还是很大。

据调查,“九五”期间,山东省矿山废水年产量相对稳定,年排放量呈缓慢下降趋势,年下降率为65438±0.0%,主要原因是矿山企业治理废水的力度不断加大,废水综合利用水平不断提高。2005年,全省各类矿山废水年排放量为4.867亿m3。按照1%的递减率,到2020年矿井废水年排放量为418.59亿m3。同时废水处理能力会明显增加,需要大幅度增加处理设施和资金投入。

3.废渣和尾矿的排放和储存量将逐年增加。

废渣、尾矿的年排放量会随着矿山开采量的增加而增加,而全省废渣、尾矿的综合开发利用率远低于其产量,因此其累积库容会逐年增加。目前年利用率为46%,累计总量已达76378.72万t,以目前的年处理能力,仅处理现有库存就需要28年。因此,有必要加强对矿渣和尾矿利用的研究,从政策和经济手段上鼓励其综合利用。

(2)矿区地质灾害问题日益严重,防治难度加大。

随着国家经济建设的快速发展,全省矿业项目将向纵深发展,开采规模和强度不断加大,导致矿区地质环境问题越来越多,危害越来越严重。与此同时,矿区生态环境恢复治理的工程量、技术难度和费用也相应增加。

1.采空塌陷

A.煤矿采空塌陷

目前采煤主要在山东东部的淄博煤田、肥城煤田、新汶煤田、兖州煤田、滕州煤田、陶灶煤田、临沂煤田、龙口煤田。根据对目前地面沉降的分析,山东煤矿开采的地面沉降基本分为两种情况:

1)淄博、陶灶、临沂等煤田多位于丘陵地区,煤层薄,上覆第四系厚度小于100m,开采深度多小于500m m,煤层开采顶板落后,自动分叉快,地表仅出现小规模的地面变形、斑纹或裂缝,不会对地表或农业耕作造成明显破坏;

2)兖州、滕州、肥城、龙口等煤田多位于山前冲积平原或盆地。第四系覆盖厚度大,开采煤层8 ~ 12m。煤层的产状平缓。开采后,顶板煤层失去支撑,产生破碎冒落和弯曲下沉。随着采空区的逐渐扩大,地面上出现了缓慢而连续的盆状塌陷坑。

根据山东省矿产资源发展规划,近期煤炭生产重点区域为济宁、兖州、滕州煤田,新汶(含莱芜)、肥城等深部煤田,采煤地面塌陷主要发生在济宁、兖州、滕州煤田,其次为肥城、龙口、新汶煤田。淄博煤田面临闭坑期,采煤塌陷影响很小。也就是说,除了淄博煤田,其他煤田的地面塌陷还会继续发展,尤其是济宁、兖州、滕州煤田,发展潜力很大,采煤塌陷基本属于第二种情况,所以地面塌陷的规模和危害程度会非常突出。

根据山东省煤炭工业局的数据,近年来,该省采煤沉陷区每年增加20.4km2。按此计算(以2002年392.625km2的塌陷面积为基础),2005年和2065年全省采煤塌陷面积将分别增加102km2和204km2。据调查,截至2002年底,济宁市采煤地面总塌陷面积达127.96km2,2005年新增塌陷面积36.5km2。肥城煤田塌陷面积已达54.36km2,4个镇近65438+万人受灾,造成耕地流失。然而,该煤田的沉降面积仍在以1.3 ~ 1.5km2/a的速度增加..

未来煤炭资源开发的远景区是鲁西南煤田、北黄河煤田和聊城煤田。这里的煤田位于黄河冲积平原区,煤层埋藏较深。然而,它具有与计燕煤田相似的自然地质条件,如上覆第四系的厚度、煤层的厚度和煤层的平缓产状。据推测,未来的发展将造成严重的地面塌陷危害。

采用采煤沉陷系数法,预测2010年的地表沉陷面积,计算公式如下:

山东省地质环境问题研究

式中:s为预测采空区塌陷面积(hm2);a是采空区塌陷系数(hm2/万t);t为计划年产量(万t)。

塌陷系数是每万吨煤的塌陷面积。根据省压煤搬迁办的调查研究结果(表9-4),计算出全省采煤地面塌陷系数为0.24hm2/万t,结合2010年规划采煤量9000万t,2010年地面塌陷面积为2160hm2。

表9-4山东省主要煤矿沉陷系数统计表单位:hm2/万吨

B.铁矿采空区塌陷

全省铁矿采空塌陷较轻,主要发生在淄博黑王铁矿朱雅矿区妙子采空区、鲁中矿业公司(莱芜)张家洼矿区、莱芜铁矿小官庄矿区和马庄矿区。根据2002年的调查,受当地城镇和个体采矿的影响,妙子采空区范围有所扩大。对于采空区正上方的妙子村,仍存在潜在的地面塌陷危险。随着张家洼小官庄、马庄矿区开采深度的增加和科学合理采矿方法(填砂法)的采用,作为莱芜市重点恢复区,该区采空塌陷面积将逐年减少。

C.金矿采空区塌陷

根据黄金矿山发展规划,近期(截至2010)黄金矿山地面塌陷将随着采空区的不断扩大而加剧。因为三山岛、新城、金城等金矿已转入水下或深部开采,地面塌陷规模不会增加太多;而穆平、乳山、龙口,特别是招远金矿资源相对丰富,国有矿山、集体矿山、个体矿山联合无序开采,会增加采空区塌陷面积,采空区塌陷的危害会越来越突出。

D.石膏滑石矿采空塌陷

山东省石膏矿产资源集中在鲁中地区,尤其是泰安、枣庄和临沂。滑石矿产资源主要分布在鲁东北地区。目前石膏和滑石的开发强度高,采空区塌陷时有发生,对矿区安全造成了严重危害。随着开采强度的增加,采空区塌陷会越来越突出。

2.岩溶塌陷

莱芜铁矿区由矿井开拓排水引起的岩溶塌陷主要发生在第三系采空区、天窗和断裂带附近。根据地质环境监测资料,该区岩溶塌陷近年来发展迅速,1997年面积为65438+6320m2,2000年达到8450m2,2002年达到9912.17m2,年均增加700m2以上,共形成塌陷坑228个,最大塌陷密度为252.5个/km2。随着开采强度的增加和一些矿山的恢复(如顾家台矿区等。),该地区的岩溶塌陷面积将继续增加。

3.崩塌、滑坡和泥石流

胶东地区金矿采空区和石料开采引起的岩体开裂、崩塌、滑坡,金矿毛石和尾矿不合理堆放引起的渣岩流,鲁中南地区石料开采引起的岩体开裂、崩塌和渣岩流,大多位于山区,没有得到应有的重视,其潜在危害随着矿产资源的开发而逐渐增大。因此,应加强地质灾害的监测、预报和预警。

4.土壤侵蚀

山东省矿山企业众多,但多为小型露天采石和粘土矿。这类矿山产生的废渣遍布矿区,对矿区生态环境影响很大。它不仅严重破坏了地表植被,而且加剧了矿区的荒漠化和水土流失。

5.水污染

水污染主要由矿渣、尾矿和矿井排水造成。分析认为,随着人们对矿渣、尾矿和矿山排水循环利用意识的逐步加强,以及国家产业政策的调整,矿渣、尾矿和矿山排水的综合利用率将越来越高,采矿对周围水环境的影响将逐步降低。但是,目前和今后几年,淄博小抚河流域煤矿区和招远金矿区的水污染问题仍然十分突出。这是由其特定的地质、自然和社会环境决定的。淄博矿区发现了矿坑水对奥灰水的“级联污染”现象,这是由大型矿山闭坑造成的。据预测,随着淄博煤炭资源的枯竭和大部分矿井闭坑期的到来,矿井停止排放地下水将导致矿井水位急剧上升,对周边地下水,特别是对作为生活、工业和农业主要供水水源的奥陶系灰岩水存在“级联污染”的隐患。

6.矿井排水与地下水供应的矛盾

该类矿山的地质环境问题现状及未来一段时期主要发生在鲁中南部,尤其是淄博、莱芜煤铁矿区,与矿区大量抽排水和当地生活及工农业生产大量用水有关。随着未来地下水需求量和矿井排水量的逐渐增加,矿井排水与地下水补给的矛盾将越来越突出。如果矿山企业能够充分认识到矿井排水也是一种水资源,综合对待,分类处理,这种矛盾是可以缓解的。

7.占据土地

如前所述,各类矿区普遍存在占用土地矿山的地质环境问题,但煤矿矿区最为突出。大量的矸石土和尾矿随意堆放,在目前的情况下会占用大量的土地资源。随着废渣资源化的研究和开发,废渣的综合利用率将会显著提高。此外,政府将对废渣回收利用给予大力的政策支持,并颁布一系列法律法规,占地问题将逐步得到有效解决。

二、矿区地质环境综合评价

(1)评价原则和主要参考因素

根据山东省不同矿区地质环境的特点,以各类矿山地质环境问题的分布、发育现状和发展趋势为基础,以采矿对地质环境的影响程度为主,兼顾地质环境背景,突出重点为评价原则。

1)已发生的矿山地质灾害的类型和规模,“三废”的排放及其去向,占用和破坏土地的面积和类型,造成的危害和经济损失;

2)矿区生态环境恢复和治理的难度;

3)水文地质工程地质条件、采矿方法、矿山企业规模和经济形式;

4)地形、水文气象、植被和位置条件。

矿区地质环境质量综合评价的实质是评价现在和未来采矿工程、采矿活动与环境质量之间的价值关系。在评价方法的选择上,充分考虑了影响省内矿区地质环境质量的诸多因素,采用定性和半定量相结合的方法进行综合评价。

(2)评价方法

1.专家评分法

它以专家为信息对象,运用专业经验和理论,组织地质环境领域的专家对矿区地质环境质量进行评价。

2.因素评分法

(1)单元网格划分

根据矿区地质环境现状图,将重点矿区按照图的坐标网划分成网格,采用网格数据处理方法划分调查区域,每个单元面积为2km×2km。

(2)单元信息的提取和数字化

根据矿区部分网格和数字化地质灾害图,叠加单因素,将灾害分为A(高易发区)、B(中易发区)、C(低易发区)、D(难发区)四级,数值分别为4、3、2、1。然后,多种灾难叠加。当有两个以上地质灾害高风险区重叠时,该值为5。按照上述标准,提取矿区所属单位的地质灾害信息,并进行数字化处理。

(3)矿区地质灾害评价

根据前人研究成果和野外调查资料,对矿区的滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、岩溶塌陷、地裂缝、地面沉降、固体废弃物的危害性等地质环境问题进行数字化叠加分析,单位信息叠加(g)满足如下公式:

山东省地质环境问题研究

其中:g是单位信息的叠加值;G slide是滑坡灾害的数值;g崩塌是崩塌灾害的数值;g泥是泥石流灾害的数值;g塌陷是采空塌陷灾害的数值;g断裂是地裂缝灾害的数值;作为固体废物丢弃的g值;g沉降是地面沉降值;房间G是房屋裂缝的数值。

以上综合信息叠加,用数值表示,计算机生成等值线,可以定量、全面地反映矿区地质灾害现状。其中,等值线≥6为地质灾害易发区;3 ~ 6级为地质灾害易发区;& lt3是地质灾害低风险区。

3.干扰系数法

参照中国地质环境监测院2001年3月发布的《县(市)地质灾害调查与区划基本要求实施细则》中扰动系数的评价方法,以矿区地质环境问题的发育密度和规模为指标,计算扰动系数R值,计算公式如下

(1)崩塌、滑坡和泥石流

山东省地质环境问题研究

(2)采空塌陷

山东省地质环境问题研究

式中:r为扰动系数;a是灾害数密度系数;b是面积密度系数;c是体积密度系数。

根据地质环境现状,对重点矿区地质环境破坏程度进行数字化,按严重、中等、轻微、未破坏四个等级,点密度系数A、面密度系数B、体积密度系数C的值分别为4、3、2、1,见表9-5。

表9-5矿区地质环境破坏程度数值

根据攻击系数r的值:

R≥12表示矿区地质环境破坏严重;

3 & ltR & lt12表示矿区地质环境普遍破坏;

R≤3表示矿区地质环境破坏较小。

三、矿区地质环境综合区划

目前,煤、铁、金、石膏、滑石是山东矿区最突出的矿产,采空塌陷、岩溶塌陷、矿井突水、地面沉降、水环境污染、矿区水危机、泥石流等重力地质灾害是最突出的灾害。矿区地质环境问题主要分布在采掘业发达的盆地、河谷、山前倾斜平原和沿海地区。矿山地质环境问题的分布具有明显的区域性和规律性。根据上述方法,全省矿区地质环境综合评价分为三个等级:差区(矿区地质环境质量差,地质灾害发育,地质环境破坏严重),一般区(矿区地质环境质量一般,地质灾害中等发育,地质环境破坏中等),好区(矿区地质环境质量好,地质灾害较少,地质环境破坏较小)。

(一)贫困地区地质环境综合评价

1.肥城矿区地面沉降和矿井突水是不良地区

肥城是该省主要的煤炭分布区之一。肥城煤田开采历史悠久,采空区面积52.34km2,累计地面塌陷面积达54.36km2,塌陷区积水现象十分普遍,季节性(雨季)积水面积达20km2以上,地面变形严重,大量良田无法正常耕种。大部分矿井转入下组煤生产,煤层薄,含硫量高,突水威胁严重。矿井突水严重,煤矸石堆积量大,矿区地质环境破坏严重。

2.宁阳煤矿区不良地面沉降区

矿区开采历史悠久,地面沉降面积6.2km2,地面沉降和地裂缝严重。受灾村庄16个,房屋开裂12000间,矿井突水严重,煤矸石、矿渣占地严重。

3.济宁-兖州矿区地面沉降差。

区内采空塌陷面积已达127.96km2,最深9.2m,地形起伏较大,塌陷区多为常年或季节性滞水盆地。塌陷区积水面积20km2,平均水深4m,对人民生产生活影响较大。煤矸石和塌陷区占用了更多肥沃的土地。

4.枣藤煤矿区地面塌陷和矿井突水不良区。

(1)滕南煤矿区地面塌陷及不良突水区域。

该煤田煤层厚,埋藏浅,开采强度大,采空塌陷面积大,累计塌陷面积20.32km2,年地面塌陷面积呈上升趋势,矿井突水较重,塌陷和渣占面积较大。

(2)官桥煤矿区地面塌陷不良区。

该区开采历史悠久,属衰老煤矿区,地面塌陷严重,采空塌陷面积约6.5km2,矸石、矿渣占地严重,矿井突水严重。

(3)枣桃煤矿区不良地面沉降区

该地区开采历史悠久,属于老化煤矿区。采空区面积大,塌陷面积45km2,积水重,占渣严重,矿坑突水严重。

5.翼城地格石膏矿区地面塌陷不良区

翼城地阁石膏矿区地面沉降严重,地表起伏变化大,对人民生命财产安全构成极大威胁。矿区大部分矿井已有近20年的开采历史,采空塌陷面积1.72km2,严重破坏地表建筑物,占用塌陷地和矿渣面积严重,春秋两季扬尘较大。

6.莱芜马庄和张家洼铁矿不良地面塌陷区。

该地区地面沉降严重,破坏了地表建筑物。有些塌陷区积水多年。尾矿库和矿渣占地严重,影响采矿环境。矿坑排水量大,天然地下水动力场被破坏。

7.新泰-蒙阴矿区不良地面沉降区

新泰矿区采空区面积104.12km2,塌陷面积67.4km2,地表变形严重。全区12个乡镇(含办事处)72个村近30万间房屋不同程度开裂(部分倒塌),影响3万余户,直接经济损失近亿元。

蒙阴红沟煤矿区地面沉降和地裂缝严重,地面塌陷坑200多个,对建筑物等地表设施造成了严重破坏,且具有突发性。矿井突水严重,人民生命财产受到严重威胁。

8.平邑石膏矿区地面塌陷不良区

平邑石膏矿采空塌陷面积0.038km2,地面塌陷严重,地表起伏变化大,对人民生命财产安全构成极大威胁。渣占地,粉尘重。

9.淄博中南部煤矿区地面塌陷和矿井水梯级污染差的地区。

区内采空区70km2,地面塌陷较重,矿井突水严重,煤矸石、废渣占地面积大,煤矸石自燃、扬尘影响大气环境,煤矸石山重力地质灾害经常发生,矿坑水污染严重,地下水疏干严重影响水资源,地表水环境污染严重。

10.招远金矿区地面塌陷与崩塌及不良渣岩流

该地区金矿企业多,采空区大,地面塌陷坑广,地裂缝多。崩塌、滑坡、流等重力地质灾害经常发生,影响交通,破坏地面设施。矿渣和尾矿占地和扬尘严重影响区域环境,区域水环境质量差。

11.龙口煤矿区地面沉降与海水入侵

该地区煤矿采空塌陷面积大,矿井突水严重,矿渣占地,海水入侵严重,地下水水质差,滨海景观受到严重影响。

(2)地质环境综合评价的一般区域

1.章丘矿区地面塌陷总面积

区内采空区大,地面沉降相对较轻,煤矸石存量大,面积重,矿井排水量大,天然水动力场被破坏。

2.坊子煤矿区地面塌陷总面积

该区采煤历史悠久,采空区面积大,地面塌陷严重,面积达30.93km2,对土地和地表设施造成破坏,矸石、废土无序堆放,占用土地,影响城市环境,局部存在重力地质灾害。

3.罗庄煤矿区地面塌陷总面积。

该地区矿业开发历史悠久,地面塌陷面积广,对建筑物和其他地面建筑造成破坏,煤矸石存量大,占用和破坏土地。矿井突水时有发生。

4.平度-莱州滑石矿区地面塌陷综合区

(1)平度-莱州滑石矿区地面塌陷一般区

该地区地面沉降严重,废渣、泥土无序堆放,占用土地,破坏景观。

(2)莱州滑石矿地面塌陷的一般范围。

该地区地面沉降严重,形成许多塌陷坑和地裂缝,导致房屋开裂,农田被毁,废渣随意堆放,灰尘影响该地区的景观和大气环境。

(3)栖霞滑石矿区地面塌陷的一般区域。

区内地面沉降和地裂缝发育,破坏土地和地面设施,影响人民生命财产安全。

5.穆平-乳山金矿区地面沉降总面积

(1)穆平金矿区地面塌陷总面积

地面沉降和地裂缝严重,破坏土地和地表设施,严重影响土地复垦,废渣和洗涤冶炼废水影响水环境。

(2)乳山金矿区地面沉降的一般范围。

地面塌陷时有发生,破坏了地表设施和景观,废石渣、废液和尾矿库对该地区的生态环境有一定影响。

(3)地质环境综合评价较好的地区

一般分布在不良地区、一般地区外围或矿山开发强度低、生态环境恢复治理好的地区。

四、矿区地质灾害的防治

根据矿区地质灾害的形成、演化和危害程度,结合国民经济和社会发展规划,将全省矿区划分为重点预防区(ⅰ)、次重点预防区(ⅱ)、一般预防区(ⅲ)三大预防区(图9-6;表9-6)。

表9-6山东矿区地质灾害防治区描述

1.矿区地质灾害重点防治区(ⅰ)

主要分布在鲁北、鲁西南平原、鲁中南部中心城市及其外围、胶东半岛北部,根据灾害种类和危险程度可进一步划分为9个亚区。

肥城市(1)采煤塌陷及矿井突水重点防治小区(ⅰ1)

主要在肥城矿区,未来矿井生产向深部延伸,底部含水层富水性减弱。矿井防治水工程应采用局部注浆和疏水降压相结合的防治水方案;加强塌陷区监测、土地复垦等矿区综合管理。

(2)兖州-枣藤采煤塌陷及矿井突水防治分区(ⅰ2)

积极探索和充分利用采煤新技术,减少地面沉陷的危害,同时开展地面沉陷位移观测研究,建立沉陷预测预警系统,开展矿区综合恢复治理。进一步查明威胁采矿安全的地下水、地表水和“老穴水”通道,防止突水事故发生。

(3)济南-淄博矿区将矿井排水、水污染作为重点防治子区域(ⅰ3)。

图9-6矿区地质灾害防治区划图

注浆堵水在该地区地下水治理方面有成功经验,今后应加强矿井水的综合利用。淄博大部分矿区面临闭坑,应继续排水,防止对奥灰水的“级联污染”。

(4)莱芜岩溶塌陷及矿井排水重点防治分区(ⅰ4)

合理安排区域地下水开采,鼓励用水户利用矿井排水,减少区域地下水开采。加强铁矿开采研究,控制地下水。

(5)大汶口-孟新采煤塌陷及矿井突水防治分区(ⅰ5)

加强矿区地下水治理对策研究,对主要进水渠道进行注浆改造,减少矿井排水。同时,加强矿井排水综合利用和塌陷区土地复垦。

(6)临沂市重点防治采煤塌陷、岩溶塌陷和矿井突水的亚区(ⅰ6)。

对已转入深部开采的国有大矿,要特别重视地下水处理和矿坑水综合利用。加强乡镇和个体矿山管理,重视塌陷区土地复垦。

(7)潍坊采煤沉陷防治小区(ⅰ7)

加强城镇和个体矿山管理,减少地面塌陷危害。坊子煤矿矿井水水质良好,希望能充分利用,保护地下水资源。

(8)胶北金(煤)塌陷及重力地质灾害重点防治分区(ⅰ-8)

对采空塌陷的主要产生者——城镇和个体矿山进行严格管理,同时加强塌陷区的综合治理。标出潜在重力地质灾害发生的区域,加强监测,防患于未然。

(9)东营-滨州油气开发区地面沉降和零散油污重点防治小区(ⅰ9)

集约开采利用,减少落地油对当地的污染。加强油区石油产量与地面沉降关系的研究,同时对地面沉降进行监测。

2.地质灾害次重点防治区(ⅱ)

主要分布在鲁西南、鲁中、鲁西北、胶东四大矿业经济区的多个矿区(重点防治区外围)。在大规模开发前,应加强科学采矿方法的研究和应用,探索巨厚煤层不同方向开采新技术的可行性,减少未来开采中地面塌陷等地质灾害的危害,做到预防为主,防治结合。

近期将完成所有重点矿区的地质灾害调查和区划工作。建立健全地质灾害监测防治体系和群专结合的监测防治体系。对危及人民群众生命财产安全的重大灾害隐患点进行排查治理或搬迁避让。建立健全地质灾害应急体系,完善建设用地地质灾害风险评估制度,实施矿山地质环境监测、报告和矿山地质环境治理保证金制度,开展预测预警系统和综合防治工程研究,开展突发性地质灾害气象等级预测。

建立平邑县石膏矿采空塌陷监测预报及综合防治示范区。

中长期,健全完善矿区地质灾害群测群防体系和群专结合的监测预报体系。对危及人民生命财产安全的地质灾害隐患点进行勘查治理或搬迁。开展矿山地质环境评估,继续实施和完善建设用地地质灾害危险性评估制度、矿山地质环境监测报告制度、矿山地质环境治理保证金制度。在深入研究预测预警系统和综合防治工程的基础上,启动综合防治工程。不断提高突发性地质灾害气象等级预报的准确率。

3.地质灾害一般防治区(ⅲ)

主要分布于山东东部胶莱盆地、鲁西南平原和鲁北平原南部部分地区。由于部分地区地下有丰富的煤炭资源或油气资源,部分地区有丰富的中深层淡水资源,随着经济社会的快速发展,其开发势在必行,因此仍存在采空塌陷、地面沉降、地裂缝、第四纪塌陷等潜在地质灾害,仍应密切关注地质灾害的发生、发展和防治。特别是新建大中型建设项目,也必须进行地质灾害危险性评估,确保人民生命财产安全。