河南省遂平縣 781鈾礦礦山地質環境治理及意義

鄭群有,任佩佩,李 川

(河南省地礦局第一地質工程院,河南 駐馬店 463000)

河南省遂平縣 781鈾礦礦山地質環境治理及意義

鄭群有,任佩佩,李 川

(河南省地礦局第一地質工程院,河南 駐馬店 463000)

根據 781鈾礦存在的主要地質環境問題及危害程度現狀分析、提出工程措施和生物措施相結合的治理方案,從而消除了鈾礦渣核輻射威脅,恢復了礦區生態環境,改善了礦區及附近居民的生存、生活環境,結果表明:通過治理前后水樣及礦渣堆放射性測量結果對比、治理后的礦渣堆積區的各種測試值均相對治理前大幅度降低。說明方案科學、可靠、治理效果明顯。

廢鈾礦;礦山地質環境;治理

1 礦山自然環境

1.1 礦山自然地理概況

1.1.1 地理概況

781鈾礦位于遂平縣西部,地理坐標:113°40′30″～113°41′30″,北緯 33°08′45″～ 33°09′30″。屬遂平縣嵖岈山鄉所轄,礦區及其影響范圍內人口總數約 5萬人,經濟發展水平較低。從礦區至縣城有縣、鄉道路通過;G 107、京珠高速及京廣鐵路縱貫遂平縣全境,區內交通較為便利。

1.1.2 氣象、水文

781鈾礦地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶,屬大陸性季風氣候,冬季寒冷,夏季炎熱,四季分明。年平均氣溫 14.9℃,最高氣溫 43℃(1966年 7月 19日),最低氣溫 -16.6℃(1995年 1月 6日),多年平均降水量 886.3mm,降水多集中在 6～9月份,占全年降水量的 60%以上。最大年降水量 1 434.7mm(1984年),最小年降水量僅 394.0mm(1992)年,多年平均蒸發量 843.2mm。

礦區內水系發育,多呈樹枝狀,河流主要有老代溝,老代溝發源于尖山北麓,流域面積 2.0 km2,全長 2.5 km,流經礦區入下宋水庫,為一季節性河流。河谷寬 10～50 m切割深度 8～12 m,逕流量受大氣降水的影響,年內、年際變化較大。

2 礦山地質環境背景

2.1 地形、地質條件

2.1.1 地形地貌

工作區地勢西高東低,自西向東為山地 -山前崗地 -沖積平原,山地海拔高程最高為 757.5 m(大頂山),平原區海拔高程在 54～95m之間。

781 鈾礦區地貌屬于伏牛山余脈與黃淮平原過渡的低山丘陵區。地勢西、南、東高,北低,呈椅狀,西部平頂垛高程為576.2m,南部尖山高程為 585.1m,東部山頂高程 428m,礦區中部高程為 200 m左右。北緣高程為 150 m左右。“椅面”坡度為 6.67%,沖溝發育,植被稀疏。

2.1.2 地質概況

1)地層

礦區地層由老到新簡述如下:

中元古界汝陽群,區內分夢山組(Pt2y)和北大尖組(Pt2bd)。云夢山組巖性組合和厚度相對穩定,主要為肉紅色、紫紅色中粗粒石英砂巖、含礫粗粒石英砂巖及灰黃色、灰綠色安山巖,肉紅色、灰白色中厚層狀細粒石英砂巖與暗紅色、青灰色厚層狀粉砂質泥巖互層。北大尖組巖性組合和厚度分布穩定,主要為灰白色、灰紅色厚層狀細粒石英砂巖夾紫紅色、藍灰色粉砂質泥巖。

上元古界洛峪群,區內分崔莊組(Pt3c)、三教堂組(Pt3s)和洛峪口組(Pt3l)。崔莊組為細粒石英砂巖、灰黑色粉砂質泥巖。三教堂組為肉紅色、灰白色薄層 -厚層狀細粒石英砂巖。

洛峪口組為一套泥巖,上部為一套碳酸鹽巖。

震旦系董家寨組(Zd)、羅圈組(Zl)和東坡組(Zdp)。董家寨組為含粉砂泥質細粒石英砂巖與中粗粒、細粒長石石英砂巖互層為主。羅圈組主體巖性為一套褐黃色、灰黑色含礫不等粒雜砂巖(冰磧礫巖)。東坡組主要為灰黑色粉砂泥巖夾泥質粉砂巖。

寒武系辛集組(∈1x)和饅頭組(∈1-2m)。辛集組主體為一套含磷泥灰粉砂巖,含磷粉砂質泥巖。饅頭組主體巖性為灰黃色泥巖、頁巖夾灰巖、白云巖。

第四系中更新統(Qp2)、全新統(Qh)。中更新統坡積 -洪積層多分布在山前崗坡丘陵、山間低地及山前傾斜平原上,呈不規則面狀分布,由山麓向低地或平原方向傾斜。下部雜色坡積或洪積礫石層,中上部為棕紅色砂質粘土層,常含鈣質及鐵錳質結核,可見厚度 3～20m不等。

全新統下部沖積層:分布于溝谷及河流兩側,常組成 I級階地,由灰黃色粉砂質亞砂土、砂土組成,底部常見松散礫石層,具二元結構,可見厚度小于 2m。

2)構造

礦區經歷了中岳期、阿森特期、燕山期和喜山期多次構造運動,區域在不同時期、不同形式的區域構造應力場先后作用下,形成了北東向、南北向和東西向構造形跡,形成了區域基本構造格局。礦區發主要斷裂有:

北東向斷裂,該方向斷裂與東西向構造呈典型反接復合關系,是在中生代末期南北反扭應力場作用下成生的,新生代仍有繼承性活動,力學性質為壓扭性,走向 50～65°,區域長度 5～10 km,破碎帶寬度 10m左右。破碎帶發育斷裂角礫巖、糜棱巖,并有揉皺現象。

南北向斷裂,發育平頂垛東側,走向 3～5°,區內長度2.5 km,破碎帶寬度 5～10m。破碎帶發育斷裂角礫巖、糜棱巖。

東西向斷裂,該構造屬秦嶺緯向構造帶南支 -伏牛山構造帶的延伸部分,呈 280～310°方向展布,傾角 74°。它成生于中岳運動,到燕山運動進一步加強,至新生帶仍有明顯活動。主干構造帶由變質巖組成,擠壓現象極為強烈,與此相應的各方向節理也很發育。力學性質為壓性,區域長度 5 km,破碎帶寬度 8～10 m。破碎帶發育壓碎巖、碎裂巖兩側巖石片理化。

2.1.3 水文地質

按照礦區地下水的賦存介質、水力性質、埋藏條件,將地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。

1)松散巖類孔隙水

指賦存于第四系坡洪積泥質砂礫石、粉質粘土中的孔隙潛水,單井涌水量小于 100m3/d,地下水位埋深小于 4m,水化學類型 HCO3-Ca.Mg型水,礦化度小于 0.43 g/l。

2)基巖裂隙水

指賦存于中厚層狀細粒石英砂巖、厚層狀粉砂質泥巖、厚層泥巖、石英巖和大理巖裂隙中的地下水,徑流模數小于 0.33 l/s·km2。水化學類型為 HCO3-Ca.Mg型水,礦化度 0.16～0.57 g/l。

松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水的主要補給來源為降水垂直入滲和裂隙水的側向徑流補給,垂直循環交替強烈,自南向北徑流。主要排泄途徑為蒸發和徑流排泄。

2.1.4 工程地質

厚層狀堅硬巖類工程地質區

以石英砂巖、石英巖、冰磧礫巖為主,斷裂發育。巖體為厚層狀結構。地貌為差異性上升斷塊山地。巖層傾斜,組成單面山,溝谷發育,地形切割較強烈,在陡峭巖壁地段常有崩塌及脫落現象。受斷裂控制,屬持續差異性上升區,近期地震活動輕微,為區域穩定性較好的地區。巖體承載力高,但構造節理發育,同時巖層傾斜,存在巖層層面不穩定因素。

松散巖類工程地質區以單一結構粘性土為主,局部夾礫石。近山前地帶其厚度受基巖面控制。沖溝發育,其形態多呈條狀崗地,崗坡及溝坡常可見到有滑坍塌現象。屬持續差異性沉降區,全區地震甚少、強度低、屬穩定地帶。

3 礦山主要環境地質問題

781 鈾礦 1970年建成投產,于 1985年終產閉坑。歷經十幾年的開采,礦區形成了南北向相應堆積量為 890萬 m3、700萬 m3、816萬 m3的三個排渣場,礦區地質環境和生態環境遭到嚴重破壞。受當時社會經濟條件的制約和對生態環境治理工作認識程度的限制,礦山閉坑時進行的生態環境恢復治理較為簡單、不徹底,加之長期的風雨剝蝕、沖刷,礦山地質環境惡化,生態環境狀況堪憂。

3.1 放射性礦渣露天置放

1)水流、降水浸潤原廢礦渣,水流攜帶放射性物質,在動力作用下向礦區外排泄、擴展,一部分流入下游的下宋水庫,污染水庫水質,使水庫中的水產品遭受核輻射而不能食用;若干旱季節利用水庫水灌溉農田,農作物也會受到核污染,有使該灌區十幾萬人民群眾生命財產遭受損害的危險。另一部分下滲補給地下水,在地下水的動力作用下,這部分水源成為附近居民的生活飲用水,直接影響周邊居民的身心健康。

2005年4月29日,分別采集了礦渣堆的組合巖樣和水樣,由河南省核工業放射性核素檢測中心檢測,檢測結果:水樣中總 β為 0.56 Bq/L,超地下水質量標準和生活飲用水標準 4.6倍。巖樣中鈾 -238為 8.02 Bq/L,鐳 -226為 7.68 Bq/L,分別高出同類巖石 82倍和 79倍,鉀 -40高出同類巖石 3倍多。

2)礦山閉坑時對礦渣堆覆蓋土層較薄,因山坡流水、降水沖刷等原因裸露出來,加上一些未進行治理的廢棄礦渣,致使 2400萬 m3廢礦渣裸露于地表。

3.2 邊坡失穩

由于該區成礦條件所至,部分礦坑為露天開采,因礦坑面積大,礦區封閉時,沒有完善的閉坑措施;原礦坑底寬度小,采礦坑最終邊坡角大于 60°,有潛在邊坡失穩隱患;溝道強力下切,原侵蝕基準面被降底,致使礦渣堆簡易攔擋工程基礎裸露、坍塌。

3.3 礦區生態環境破壞

由于當地農民的砍柴、放牧、種植結構調整等使得原本不多的植被又遭破壞,水土流失、水流浸蝕廢礦渣堆現象嚴重,廢礦渣再次裸露。加之礦區存在開采石材的現象,礦山表面的土層被剝離,棄渣、棄土順山溝隨意堆放,礦區生態環境破壞嚴重。

4 礦山環境治理方案

根據 781鈾礦存在的地質環境問題及危害程度和周邊風景區的現狀,本著以人為本、防災減災,因地制宜、因害設防的治理原則,根據前期地形測量、礦山環境地質調查、礦山輻射測量、工程地質勘察、水樣及巖土樣分析等工作取得的基礎資料,治理工程采用邊坡及平臺整理工程、擋土墻工程、地表排水工程、覆土工程、生物工程、警示工程等措施進行綜合治理,最終達到防止礦區滑坡、泥石流地質災害的發生,改善礦區生態環境,保護礦區人民生命財產的安全目的。

1)邊坡及平臺整理工程:對起伏不平的礦渣堆坡面和平臺面進行挖填平整。平整后,斜坡坡度為 1∶1.75、1∶1.50;平臺為反向坡,坡度為 1.5～3.8%,礦渣堆自身處于基本穩定狀態。

2)漿砌石擋土墻工程:根據地形、地質、礦渣堆高度等情況,參照中國建筑標準設計研究院出版的《擋土墻》(04J008)標準,采用 M 10漿砌石結構直立式重力擋土墻,將廢礦渣堆坡腳進行擋護,阻止廢礦渣擴展和運移。

3)地表排水工程:在整理后的渣坡上設置截水溝、排水溝等排水設施,形成完善的礦區排水系統,控制水流,避免廢礦渣堆積區水土流失及水質污染等現象發生。

4)覆土工程:根據《鈾礦冶設施退役環境管理技術規定》(GB14586-1993)、《鈾礦地質輻射防護和環境保護管理規定》(GB 15848-1995)及前期檢測獲得的鈾放射數據,將整理后的礦渣堆邊坡、平臺及礦坑塌陷區地面全部用優質粘性土覆蓋,厚度不小于 1.3 m,最大限度地降低其輻射量。覆土后的邊坡坡度為 1∶1.50、1∶1.75,平臺坡度為 1.5% ～3.8%。

5)生物治理措施:治理區覆土后進行植樹、種草,恢復礦區植被,主要起到覆蓋地表、保護廢礦渣堆積區的邊坡穩定性、控制水土流失、美化環境的作用。達到達到美化環境和增加經濟收入的目的。

6)警示工程:在治理區進出口設立明顯的警示標志,以防止人畜進入對現有工程、設施造成破壞。

5 治理效果

1)治理后水質檢測結果

2006年 12月 25日,采集了礦渣堆及其附近水樣,由河南省核工業放射性核素檢測中心檢測,檢測結果:水樣中總 β為 0.10 Bq/L、水樣中 U-238未檢出、Th-232為 4.36～4.86×10-3Bq/L、Ra-226為 2.21～ 2.67×10-2Bq/L、K-40為 1.2～6.0×10-3Bq/L。各項測試參數均較治理工程實施前大幅下降。

2)治理前后廢礦渣放射性活度對比

圖1 鈾放射性比活度變化圖

圖2 釷放射性比活度變化圖

圖3 鐳放射性比活度變化圖

圖4 地面上一米高照射量變化圖

通過以上治理前后水樣及礦渣堆放射性測量結果對比,表明治理后的礦渣堆積區的各種測試值均相對治理前大幅度降低,其中鈾放射性比活度下降了 94% ～98%,說明治理方案科學、可靠,治理效果明顯。

6 治理工程實施意義

該治理工程的實施,不僅隔斷了水流攜帶放射性物質向礦區外排泄、擴展,使輻射區內的雨水與輻射礦物質相隔離,保障下游下宋水庫水質的安全,水庫中的水產品也將免受核輻射的危害,向居民提供安全、無污染的水產品;干旱季節當地群眾可放心地利用水庫水灌溉農田;下游地下水水質得到明顯改善,使治理區雨水流經區域的村民放心飲用、利用地下水資源;避免滑坡及泥石流等地質災害的發生,減少因地質災害造成的財產損失和人蓄生命威脅,給下游的村莊居民以安全感。而且大大增加了礦區經濟林和綠地,美化了礦區及周邊環境,生態環境得以恢復,附近居民的生活環境明顯改善,促進了附近景區旅游業的發展。其社會效益、環境效益和經濟效益均十分顯著。

7 結論

781鈾礦礦山地質環境治理工程的成功實施,基本消除治理區鈾礦渣核輻射污染,使礦區生態環境得到恢復。具有可觀的社會、環境和經濟效益,治理效果十分顯著,為其他放射性礦山的地質環境治理起到了示范作用。

P641.4+63

B

1004-1184(2011)01-0077-03

2010-07-01

鄭群友(1978-),男,河南西平人,工程師,主要從事水文地質、工程地質、地質災害等方面的工作。