孝感市礦山地質環境問題分析及保護治理對策

譚偉 劉鋼一 楊晶 李衛華 田巍 周佑平

摘要：孝感市礦山企業眾多，在漫長的開發過程中形成許多地質環境問題，嚴重影響當地生態環境和百姓生命財產安全。通過調查發現孝感市礦山地質環境問題主要為礦山地質災害、含水層影響破壞、地形地貌景觀破壞、土地植被資源占用與破壞以及礦山廢水和廢渣對環境的污染。其中礦山地質災害以云夢和應城地區膏鹽礦開采導致的地面塌陷為主，含水層影響破壞主要表現為溫泉過量開采形成地下水降落漏斗，而地形地貌景觀破壞、土地植被資源占用與破壞則是露天采礦普遍現象，礦山廢水和廢渣對環境的污染則主要表現為膏鹽礦排污及生產事故導致的水土污染。在分析各類環境地質問題形成原因基礎上提出相應的保護與治理對策建議，為地方礦山企業可持續發展提供技術參考。

關鍵詞：礦山;地質環境問題;治理

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1礦山地質環境問題類型

在復雜的地質環境和漫長的礦產開發活動等條件下，孝感市礦山地質環境遭到嚴重破壞，地形地貌和地質景觀變化巨大，生態環境顯著惡化，礦山地質環境問題日益嚴重。經過調查發現，孝感市礦山地質環境問題主要包括礦山地質災害、含水層影響破壞、地形地貌景觀破壞、土地植被資源占用與破壞，以及礦山廢水和廢渣對環境的污染[1]。

1.1礦山地質災害

孝感市礦山地質災害主要表現為地面塌陷和崩塌。其中地面塌陷按類型可分為冒落型地面塌陷、土洞型地面塌陷和巖溶型地面塌陷。

1.1.1冒落型地面塌陷

冒落型地面塌陷均分布在應城膏礦地區，多年的地下開采形成了大范圍的采空區，使得頂部巖層多處于懸空狀態，在自身重力作用下逐漸彎曲變形——張裂——冒落;此外在采礦或爆破作用下，歷年開采形成的老窿與下部巷道之間通過裂隙產生聯系，使老窿內水體流失，從而失去浮托力，而頂部土層因地表水入滲飽水而自重增加，最終失穩導致地面塌陷[2]。冒落型地面塌陷形成機理如圖1所示。

1.1.2土洞型地面塌陷

土洞型地面塌陷普遍分布于應城和云夢鹽礦區域，其主要原因有以下幾點：

（1）井管斷裂為塌陷前提

鹽礦區地面塌陷區域均出現過井管斷裂現象，引起井管斷裂的原因主要如下：

①鹽井開采初期首先要進行壓裂擴槽，在這期間注水壓力相對比較大，井管振動劇烈，可能造成井管及固井水泥環損傷。

②鹽井生產過程中，鹵水因溫度和壓力變化易在井管接頭、彎管處形成結晶，造成堵塞，此時鹽礦企業需要采取倒井方式來清除結晶，疏通采鹵通道。而倒井卸壓過快會同樣會使井管振動劇烈，在經歷多次倒井振動后也可能造成井管斷裂[3-4]。

③鹽井超期服役也是造成井管斷裂的主要原因。

（2）潛蝕作用

井管斷裂后，鹵水沿著圍巖與井管之間的縫隙向上運移，在承壓含水層中形成淡鹵高壓區。倒井卸壓時，井管中壓力下降速度快于承壓含水層中壓力下降速度，導致承壓含水層中的細顆粒在動水壓力作用下被攜帶至溶腔或地表而形成空洞，隨著空洞的逐漸增大，最終產生地面塌陷。土洞型地面塌陷形成機理如圖2所示。

1.1.3巖溶型地面塌陷

巖溶型地面塌陷分布在湯池溫泉，主要是由于地下熱水超采導致。20世紀70年代前共3個地熱井，總開采量約1000 m3/d，地熱田中心水位仍高出地表1.99 m，處于自流階段，未出現環境地質問題。到80年代地熱井逐漸增加至10口，開采量約8000～9000 m3/d，高峰期最大開采量約11000 m3/d，地熱田中心水位降至24 m 左右，并由此引發了一些小規模的地面塌陷和路面沉降。到2006年在僅有的0.5 km2范圍內就有13口地熱井，開采量約13100 m3/d，高峰期可達18000 m3/d，用水高峰期地下水水位下降至40～45 m，地面塌陷問題隨即出現。如2006年1月29日、2月17日和3月7日，相繼發生3次地面塌陷。由于大流量的長時間集中開采，導致用水高峰期地下水水位迅速下降形成區域降落漏斗，漏斗疏干區失去承壓向上頂托的支撐力使上部松軟土層冒落，造成局部松軟層產生松動，形成“天窗”式的滲漏通道，并不斷擴大而形成地面塌陷。為合理開發、利用地熱資源，2007年起實行控制開采，從原有的13口生產井中篩選出6口生產井進行正常生產，1口井進行水位監測，設計日取水量6000 m3/d，年開采總量約100萬t。此后暫未發生過地面塌陷。巖溶型地面塌陷形成機理如圖3所示。

1.1.4崩塌

孝感市采石場眾多，露天開采形成的高陡邊坡大多未做任何處理，在開采過程中極易局部崩塌、墜石。主要分布于安陸、孝昌等露天采石場。

產生崩塌的主要原因如下：采礦開挖形成的高陡邊坡，為崩滑形成提供了有利的地形條件。巖層裂隙發育，巖層被節理裂隙切割成不穩定棱體，形成大小不一的塊體。這些巖層塊體長期裸露地表，遭受風蝕、剝蝕作用，降雨雨水追蹤裂隙入滲，軟化巖層結構面，被裂隙分割的危巖易沿軟化的節理面變形崩落，最終形成崩塌，如圖4所示。

1.2含水層影響破壞

孝感市礦業活動造成的含水層影響破壞主要分布在應城湯池地熱區域。含水層巖性為硅質白云巖，蓋層由第四系粘性土及上第三系半固結狀的泥巖、粘土巖和下第三系的粘土質粉砂巖、粉砂巖組成，底板埋深一般在40～65 m，中心區域蓋層厚度5.14～21.5 m。由于大流量、長時間集中開采，導致用水高峰期地下水水位迅速下降形成區域降落漏斗，進而誘發地面塌陷。

將2014年1月1日～2015年11月30日監測孔水位與同時段降水量比對，制作動態曲線圖如圖5所示，發現監測時段內6、7、8月為自流狀態（監測井高程為35 m）也是降水量較為集中時段，從10月以后水位逐漸降低到次年4月逐漸恢復，其動態變化大致與降水量一致，但存在局部步調不統一，如2014年4月至6月降水量減少水位卻上升，2015年8月至11月降水量增加水位卻下降，其主要原因為湯池溫泉開采具有明顯的時段性，每年的9月開始陸續開采，12月到次年的3月份為用水高峰期，到4月部分開采井陸續停泵，每年的5月到8月為水位恢復期。故其地下水位動態變化除受降水影響外還受人為開采影響。

1.3地形地貌景觀破壞和土地植被資源占用與破壞地形地貌景觀破壞通常體現為礦山露天開采挖損山體形成的基巖裸露面和采坑，表層植被被剝除，隨意堆積的廢渣石均對礦區的景觀產生破壞，導致礦區與周圍景致不和諧。與此同時，礦山工程活動占用并破壞了大量的土地，主要表現為礦區內工業廣場、廢渣、尾礦壓占用原有土地，包括耕地、林地及草地。土地植被資源占用導致水土流失，表層土壤肥力下降，大量土地失去其原有價值，造成土壤荒廢，破壞了當地生態系統，如圖6所示。

1.4礦山廢水及廢渣對環境的污染

礦山廢水、廢渣對環境影響及其危害主要表現為水土污染。

1.4.1地表水污染

地表水污染主要為鹽礦生產廢水直接向河渠排放和膏礦廢渣堆淋濾水所引起。通過調查，在代表性礦區周邊河渠進行取樣。通過分析，主要污染物為Na+、 Cl-、SO42-、NO3-、Pb、As、Mo、Mn、Fe等，其中鹽礦周邊地表水污染物以Na+、Cl-為主，膏礦周邊地表水污染物以 SO42-為主，大悟黃麥嶺磷礦地表水污染物以As、Mn為主。1.4.2地下水污染

鹽礦區域地下水污染主要表現為鹽化工企業排放的廢水經地表水入滲至地下含水層中使地下水受到污染，以及井管破裂導致鹵水從井管外滲直接污染地下水，如圖7所示。污染含水層主要為第四系上更新統沖洪積砂卵礫石孔隙承壓水。局部地區民井地下水化學類型為Cl-Na型咸水[5]，有明顯的咸味。

膏礦區域地下水污染主要來源于采礦過程中未經處理的地下疏干排水的入滲，以及露天堆砌的廢渣經雨水沖蝕后的入滲，導致第四系孔隙潛水受到嚴重污染。局部地區地下水化學類型為SO4-Ca型微咸水—咸水，周邊民井均已廢棄。

1.4.3土壤污染

土壤污染主要分布在鹽化大道新都化工至四里棚街道辦事處段兩側，面積約0.2 km2，曾多次出現過井管冒鹵、滲漏等事故。其污染物主要為鹽化工企業生產過程中產生的鹵水中所含的Na+、CL-等。其污染方式為管道直接排污和井管老化生產事故導致的跑冒滴漏，鹽分通過鹵水直接輸入土壤中。由于鹵水主要成分為鹽，而區域大面積出露第四系粘性土層，滲透性較差，鹵水一旦接觸土壤即在地表形成一層鹽化膜，導致鹽分滯留于粘性土層中，特別是鹽化大道一帶，地勢相對較低，利于鹵水的富集，不利于其徑流。由于粘性土顆粒較細，毛細水上升高度相對高，潛水蒸發作用較強，其中的水分不斷被蒸發而留下污染物，形成鹽堿土。土壤鹽堿化后，植物無法正常生長，與未受污染區域的農田形成鮮明對比，如圖8所示。

2保護與治理對策建議

2.1規范開采，加強管理

云應地區鹽礦的礦山地質災害大多由于礦山開采事故引起。為減少礦山地質災害的發生，各礦山企業必須規范開采，特別是鹽礦企業要嚴格按照《三項技術規程》進行開采，加強企業內部生產管理，杜絕地質災害發生。

2.2加強礦山環境的監督管理

政府行政部門要加強對礦山環境的監督工作，從環境保護和土地復墾兩方面督促礦山企業履行相應的環境保護責任，必要時可采取強制執行措施。

2.3加快治理進度

對已經發生的地面塌陷、水土污染等可能會進一步持續造成環境破壞的區域，盡快實施治理和監測工作，避免產生持續性的危害。

2.4建立示范工程

通過開展礦山生態環境保護和恢復治理示范工程，積極探索適用于礦區損毀土地復墾與生態重建新技術，建立多個示范工程，包括礦業廢水處理示范工程、礦業廢渣無公害處理示范工程、礦山土地復墾與復綠示范工程、礦山地質災害綜合治理示范工程等[6-7]。尋找最佳實用方案并進行推廣，加快科技成果轉化。

3結束語

本論述基于《孝感市礦山地質環境調查》項目，詳細分析孝感市礦山開發引起的主要礦山地質環境問題現狀及其危害，提出相應的保護與治理對策建議，為礦山可持續發展提供技術支撐。

參考文獻：

[1]譚偉，樂嘉祥，王雅惠，等.孝感市礦山地質環境調查報告[R].湖北：湖北省地質環境總站，2017.

[2]王彤，劉明文，吳傳明，等.湖北省孝感市應城市地質災害詳細調查成果報告[R].湖北：湖北省地質環境總站，2017.

[3]樂嘉祥，田巍.云夢縣鹽礦區地面塌陷形成機制分析[J].資源信息與工程，2018，33（5）：161-162.

[4]田巍，樂嘉祥，袁立為，等.湖北省孝感市云夢縣地質災害詳細調查成果報告[R].湖北：湖北省地質環境總站，2017.

[5]譚偉，樂嘉祥，劉勇.應城地區地下水無機污染成因分析[J].資源環境與工程，2021，32（4）：599-605.

[6]胡智文.地質環境問題分析與治理措施研究——以贛南廢棄稀土礦為例[J].科學與信息化，2019（33）：190-191.

[7]申玉松，趙勇，李玉欽，等.商城縣礦山地質環境問題及防治對策[J].現代礦業，2019，35（9）：214-216.