安徽新楊煤礦礦山地質環境問題及治理措施研究

劉 璐

(安徽省地質環境監測總站，安徽 合肥 230001)

0 引言

礦產資源是人類賴以生存和發展的物質基礎[1]。安徽淮南市煤炭資源豐富，煤炭保有資源儲量達百億噸之多，約占安徽省煤炭保有資源儲量的50%。淮南市建礦采煤較早，迄今已有百余年開采歷史，長期的煤炭開采使區內礦山地質環境問題日益凸顯。礦山地質環境保護與治理工作日益受到政府和社會各界人士的關注[2]。

安徽新楊煤礦為淮南市八公山區的小型煤礦，長期的開采形成了嚴重的礦山地質環境問題。該礦自2014年閉坑以來陸續開展了一些恢復治理工作，但采空地面塌陷、水土環境污染、矸石堆無序堆放等現象仍然突出。為防治礦區環境污染、生態破壞，通過對該礦開展詳細的礦山地質環境調查工作，查明了主要礦山地質環境問題，提出了針對性治理措施。2018年5月至10月礦山企業對礦區進行了全面治理，基本達到了預期的治理目標。

1 礦區概況

1.1 區域背景

新楊煤礦屬于淮南煤田西翼，礦區面積177.22 hm2，橫跨淮河南北兩岸。礦區屬于淮北平原水文地質區，位于廬江—嘉山以西，舒城—獨山以北[3]。地層劃屬華北地層大區徐淮地層分區淮南地層小區，區內除奧陶系中統至石炭系中統、三疊系、侏羅系和白堊系缺失外，其余地層均有不同程度的發育。在構造位置上隸屬于華北板塊的東南緣，處中朝準地臺南緣的淮河臺坳與江淮臺隆的復合部位[4]。

1.2 礦山概況

新楊煤礦建成投產于1998年，閉坑于2014年。該礦山開采方式為井下開采，最低開采標高為-450 m；開采的煤層位于二疊系上石盒子組，主要開采D、E 組煤層，煤層厚度0.3～1.8 m[5]。礦內布置有一條混合提升井和一條回風主井，采用斜井片盤式開拓方式。礦井采用走向長壁采煤法，采煤和全部垮落法管理頂板。由于地下開采及全部垮落法管理頂板，長期以來形成了采空地面塌陷、地貌景觀破壞等礦山地質環境問題。

2 礦山地質環境問題

2.1 采空地面塌陷

采空塌陷是由于礦體(層)采空、覆巖破壞所引起的[6]。礦區內采空塌陷區2處，均為小型塌陷，塌陷區總面積83.42 hm2，最大塌陷深度10 m，其分布規律與采空區分布一致。采空塌陷不僅嚴重破壞了土地資源，損毀民房，而且威脅到礦區周邊居民的人身和財產安全。

礦區屬于煤層群集中開采，煤層采出后采空區頂板巖層失去了下部煤層的支撐，產生向下的移動和彎曲，并產生橫向拉應力。當其內部拉應力超過巖層的抗拉強度時，直接頂板開始斷裂、破碎、冒落，上覆巖層則以梁或懸臂梁彎曲的形式沿層理面法線方向移動、彎曲變形，進而產生斷裂、離層，在地表形成大范圍地面塌陷。

2.2 土地資源破壞

礦區面積177.22 hm2，其中淮河主道水域區為63.39 hm2、國有大礦已利用區為8.68 hm2、已整理恢復耕地區為5.12 hm2，故礦區內實際壓占毀損土地資源共100.03 hm2。其中工業廣場壓占土地1.86 hm2、煤矸石堆壓占土地0.36 hm2、廢棄礦用地壓占土地14.39 hm2、采空塌陷破壞土地83.42 hm2，壓占及破壞的土地類型主要為耕地。

從破壞方式分析，主要包括礦用地和廢棄物堆放占用土地、地下開采引發地面塌陷破壞土地。工業廣場內廢棄已久的辦公樓、食堂、浴池等擱置未用，造成土地資源的長期壓占；廢棄礦用地的大量閑置，致使區內土地利用率較低；煤礦地下開采引發的采空塌陷，使大片肥沃平坦的土地淪為洼地、水塘等。

2.3 水土環境影響

礦山“三廢”排放中主要以液體和固體廢棄物為主[7]，其中廢水主要包括礦坑水、生活污水，廢渣主要為煤矸石。礦山生產期間礦坑水年產出量約1萬立方米、生活污水年產出量約0.4萬立方米，凈化處理后的礦坑水和生活污水排放到礦區附近的地表水域。礦區內共有煤矸石堆2處，累計積存量約為4.8萬立方米，這些煤矸石山均未進行覆蓋，易產生揚塵，污染環境。

根據《新楊煤礦礦山地質環境保護與綜合治理方案》中塌陷坑水水樣(XY01)、淺層地下水水樣(XY02)評價分析，塌陷坑水中超標組分主要為Fe、Mn 、Pb、Cr6+、NH4+，超標倍數為0.12～3.90倍；淺層地下水超標組分主要為Fe、Mn，超標倍數為0.1～0.4倍。礦坑水和生活污水的排放對附近地表水及淺層地下水造成一定程度的影響。

3 礦山地質環境恢復治理

3.1 治理目標與任務

依據該礦山地質環境治理設計書，治理目標主要為：恢復工業廣場壓占、地面塌陷破壞等各類土地的使用功能，提高礦區土地資源利用效率；治理采空塌陷形成的坑塘、工業廣場外圍的高陡邊坡，消除地質災害隱患；實施礦區內的復綠工程，恢復礦區內的植被體系，改善礦區生態環境。

治理任務主要為：對工業廣場壓占土地區(Ⅰ區)進行構筑物拆除、建筑垃圾和煤矸石堆清理外運，為地形平整、喬木栽種提供基礎；對廢棄礦用地區(Ⅱ區)進行場地整平，綠植改良，以恢復其種植功能；對塌陷水塘治理區(Ⅲ區)進行清淤、岸坡修整及栽植綠籬，以改善塌陷區的地形地貌景觀。通過對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區的有效實施(治理分區示意圖見圖1)，實現礦區土地的優化利用和自然環境的明顯改善。

3.2 技術路線

治理項目實施之前對礦區內的礦山地質環境問題進行實地調查，查清塌陷區、煤矸石堆積、廢棄礦用地閑置等情況，在現場踏勘的基礎上制定礦山地質環境治理設計，提出針對性治理措施。治理項目實施中首先對治理區內廢棄工房等構筑物進行拆除，將拆除的建筑垃圾、煤矸石及生活垃圾清理外運，之后對工業廣場和煤矸石堆場等場地進行平整；其次對治理區內的各段溝渠進行清理和疏浚，對塌陷洼地進行岸坡修整和清理；最后在平整后的場地栽植高桿女貞等常綠喬木，在林間空地覆土后撒播草籽，在塌陷坑塘外圍密植野薔薇等多刺植物。

圖1 新楊煤治理分區示意圖

3.3 治理措施

3.3.1 拆除、清運工程

本礦山自2014年關閉以來，區內仍有大量廢棄廠房及煤矸石堆主要分布在工業廣場內(Ⅰ區)。區內廢棄的需要拆除的辦公樓、庫房、絞車房等建筑物多為磚混、鋼筋砼結構，擬對上述構筑物予以拆除，對產生的建筑垃圾清運出場，并妥善處置；區內共有2處廢棄矸石堆場，較為集中地堆放在工業廣場內，矸石量約為4.79萬立方米，堆放的煤矸石嚴重影響了區內環境，擬對上述煤矸石堆清運出治理區，并妥善處理。

3.3.2 地形平整工程

區內工業廣場(Ⅰ區)構筑物拆除、建筑垃圾和煤矸石堆清運后，局部地塊凸凹不平；區內西南部廢棄礦用地(Ⅱ區)長期以來作為旱地被當地居民使用，由于采煤塌陷的影響致使局部地形高低起伏、雨季易發積水。擬對I區、Ⅱ區進行局部就勢整平，具體措施為：依據地形、高程現狀，進行局部地塊就勢平整，平整過程中盡量減少土方開挖工程量和回填工程量；平整后的I區應滿足地面排水需要，并盡量保留局部復綠植株和較為集中的自然復綠區域；平整后的Ⅱ區應滿足農作物灌溉和自然流淌的需要，雨季不應有大面積的積水。

3.3.3 岸坡整治工程

采煤塌陷導致了礦區大面積的地面變形和沉降(Ⅲ1和Ⅲ2區)，塌陷水塘內常年積水，塘內垃圾淤堆、塘邊岸坡陡峭，擬對塌陷水塘進行清淤和岸坡整治。具體措施為：首先清理塘內生活垃圾、雜草和淤泥，將清理的淤泥進行晾曬，淤泥經過晾曬、堆肥穩定后用于后期復綠；其次通過機械為主、人工為輔的開挖方式對水塘岸坡進行截彎取直，控制岸坡坡度不大于30°，開挖后的土石方用于區內場地平整；最后沿岸坡外圍密植一排多刺的野薔薇作為生態綠籬，岸坡修整平順后撒播草籽進行復綠。

3.3.4 復綠工程

工業工場廢棄廠房拆除、煤矸石堆清運后地面裸露，為進一步改善區內環境情況，擬對該些區域開展復綠。一般本地物種的抗逆性和適應性強于外來品種[9]，因此選擇以本土植被為主的生物群落。結合區內的現有植被、地形地貌等情況，選擇常綠的高桿女貞作為工業廣場復綠樹種，選擇烏桕作為原矸石堆場復綠樹種，選擇青檀木、狗尾草等草本植物和灌木種籽作為岸坡和林間空地復綠物種；栽植高桿女貞、烏桕時采用梅花形布置，株距均為3 m × 3 m，造林密度約為每公頃1 100株。

3.3.5 道路修整工程

礦區內道路由于長期疏于管護致使路面坑洼不平、崎嶇不堪，為便利區內行車行人、改善區內路況環境，擬對縱穿Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ1治理區的礦區道路修整改造：采用機械設備開挖0.2 m厚的路槽，平整、碾壓后鋪設30 cm矸石墊層(矸石墊層材料采用治理區清理的廢棄土石方)，每充填10 cm后重型平碾4～6遍，壓實系數應大于0.97；路面頂部20 cm澆灌C30商品混凝土，后期填筑路肩并做好砼面養護層工作。

3.4 治理成效

采礦活動破壞原有的生態平衡系統[8]，區內通過地形改造重塑、岸坡整治、植被重建、道路修整等措施對礦山地質環境進行了全面治理，綜合治理面積100.03 hm2。區內修整道路625 m，平整地形16.61 hm2。治理塌陷坑水塘2處，共計面積83.42 hm2，其中清淤1.14萬立方米、邊坡植被1.21 hm2。工業廣場內拆除構筑物建筑34處，治理矸石山堆場2處，面積分別為0.33和0.36 hm2；場內栽植高桿女貞1 960株、烏桕322株。

通過以上治理措施的有效實施，不僅改善了治理區內工業廣場破敗不堪、塌陷塘垃圾淤堆、廢棄礦用地利用低下、區內植被稀少的狀況，而且使治理區的生態環境得到恢復，生態系統得以重構。

4 結論

通過對礦區開展詳細的礦山地質環境問題調查，查明了區內存在的主要礦山地質環境問題。加強礦山地質環境治理，最大限度地減少礦產資源開發對環境的破壞，是貫徹實施生態文明建設戰略的重要內容。在治理區開展有效的治理工程，使礦區生態環境得到了根本改善。礦山取得的治理成效是落實以人為本、人與自然和諧共生和科學發展觀的具體體現，并將有力促進安徽淮南市礦山地質環境的恢復與改善。