河南省焦作市环境地质问题及防治对策.pdf

第18卷 第3期 2007年9月 中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control Vol.18 No.3 Sep.2007 河南省焦作市环境地质问题及防治对策 王兴民,梅秀杰,耿怡智,孙越英 河南省地质矿产勘查开发局第二地质队,河南 焦作 454002 关键词环境地质问题;防治对策;焦作市;煤矿区 文章编号10032803520070320141204中图分类号P64212文献标识码A 收稿日期2006206229;修回日期2006208229 作者简介王兴民1960男,河南省荥阳市人,工程师,研究 方向地质调查及地质管理工作。 1 前言 焦作市位于河南省西北部,北依太行山,南临黄河水,是 一座在矿业开发基础上发展起来的新兴工业城市及旅游城 市。地理座标东径11233′40″ ～11338′42″,北纬3448′55″ ～ 3529′59″,面积约4068km2。特定的自然地质环境和不合理的 人类经济活动,在一些地区引起了种种环境地质问题,尤其是 地质灾害日益突出。已成为制约该市社会经济持续发展的重 要因素之一。 2 环境地质条件 焦作市地处太行山脉与豫北平原过渡地带。焦作市北部 为太行山区,南部为黄河、 沁河冲积平原。纵观全区地形,西 北高,东南低,地貌类型齐全。根据其特征及成因,全区可划 分为2个一级地貌单元及8个二级地貌单元图 1 。属暖温 带大陆性气候。焦作市地表水系比较发育,河流纵横,分属黄 河、 海河两大流域。区内出露地层主要有太古界变质岩、 震旦 系石英砂岩、 寒武系和奥陶系碳酸盐岩、 石炭系和二叠系煤系 地层、 三叠系页岩、 新近系砂岩、 泥岩、 第四系黄土;根据构造 形迹及其生成关系和空间展布特征大致分为东西向构造体 系、 山字型构造体系、 新华夏构造体系及北西向构造体系。矿 区的主要断层有盘古寺断裂、 凤凰岭断层、 九里山断层等;区 内主要含水岩组为碳酸盐岩裂隙岩溶水,分布在凤凰岭断层 及焦作矿区等地。含水层岩性为奥陶系中下统灰岩,构造裂 隙及岩溶发育。其次为碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶水[1]。 3 主要环境地质问题 311 地下水污染现状 随着经济的发展,城区的扩大及人口的急剧增加,工业 “三废” 污染物的排放及郊区农村对农药、 化肥的大量使用,已 引起部分浅层地下水水质的变异。特别是市区新焦铁路以南 的广大平原区,浅层地下水水质污染严重,已危及到人民群众 的身体健康。根据地下水监测资料分析,焦作市区特别是市 区南部一带,由于大量的未经处理的废水、 污水排入大石河及 大沙河。使焦作矿区浅层地下水受到了一定程度的污染表 1 。地下水中某些离子含量逐年升高。经对地下水监测资料 中的pH、 总硬度、 高锰酸钾指数等多项因子的监测分析来看。 其pH值及高锰酸钾指数均达标,而其它因子如大肠杆菌及细 菌指数则超标严重。近些年来,化工、 电力等部门及城市生活 等废渣、 废液在此存放,对岩溶水构成了直接或潜在的污染。 表1 焦作煤矿区地表水水质综合评价表 [2] 单位 mgΠL 水样 编号 取样 地点 pH总铜 总锌 硝酸 盐以 N计 亚硝 酸盐 以N 计 溶解 氧 挥发 酚 大肠 菌数 悬浮 物 硫 化 物 W01 王封矿 西大 石河 7105 01014 0107 0190 01025 6165 01002 240 18 0108 W02 李封矿 西白 马门河 7156 01011 0105 0180 01196 7100 01001 240 20 0107 W03 马村矿 三门河 8126 01012 0106 1198 01186 5113 01002 240 39 0115 W04 九里山 矿纸 房河 8110 01005 0107 2156 01157 6125 010015 240 30 0118 W05 中马村 矿大 沙河 7158 01012 0106 1158 01175 8105 01002 240 45 0109 312 矿山环境污染现状 采矿引发的环境污染问题,主要是矿山在采、 选、 冶、 运输 等过程中排放 “三废” 对环境的污染。 1996～2005年,全市煤矿井矿坑排水平均值达518987 m3Πs ,而市供水公司平均利用矿坑排水仅为012071 m3Πs ,农业 灌溉和其它平均利用1120m3Πs ,矿坑排水通过坑、 塘、 渠道回 渗再次补给矿坑,成为矿坑重复排水量的平均值为111207m3Π s。剩余的大约313709m3Πs的矿坑排水量,则是作为废水流入 沟渠,与其它工业废水混合。 焦作煤炭为无烟煤,内含煤层气。实测变化在4～ 38175m3Πt之间,大部分区段含量在10～30m3Πt。如果按20m3Πt 计算,2004年度,焦作市的煤炭产量为430154万t。其煤层气 含量应为8600万m3左右。而2004年度的矿井煤层气利用量 仅为2000万m3左右。大量的煤层气资源被作为废气排掉, 对环境造成了极大的污染[3]。 焦作市域各矿山每年的煤矸石排放量达100万余t。有 一定规模的矸石山多达30余座,占地4617hm2,有的矸石堆常 年自燃,向大气中排放废气。其它所有的非金属矿山企业,在 生产过程中一般都没有专门的废石堆放场所及尾矿库废水处 理设施,仅有的尾矿库也只是简易尾矿坝。利用山坡、 河滩、 沟边、 道边形成简易的堆放场地。大量超标的废水进入河道 和农田,直接影响到地面水和农田。矿石爆破、 碎矿石方法 原始,噪声及粉尘污染严重。目前,受上述污染较为严重的地 区主要有焦作市山阳区,马村区北部山前、 马村区九里山、 修 武县山门河口,当阳峪-洼村、 王窑、 交口、 博爱县、 丹河-柏 山,沁阳市西万-虎村等地段。 313 地质灾害现状 根据野外实地调查,区内主要地质灾害类型有崩塌、 滑 坡、 泥石流、 地裂缝及地面塌陷,影响较大的地质灾害类型为 崩塌及滑坡。其中崩塌包括危岩体灾害约占50 ,滑坡约 占30 ,其它约占20 图 1 。 图1 焦作市地质灾害分布图 Fig.1 Jiaozuo geology disaster distribution map 1 -崩塌;2 -滑坡;3 -泥石流;4 -地裂缝;5 -地面塌陷 焦作市地质灾害其发育的主要特征是地域性强,多种地 质灾害在同一地域并发。如崩塌、 滑坡、 泥石流多发生于北部 的山区及丘陵区,地面塌陷、 地裂缝多发生于丘陵区和山前煤 矿采空区。 31311 崩塌 崩塌地质灾害按成因可分为剥蚀卸荷型崩塌,人工开采 型崩塌、 河流侧蚀型崩塌3种[4]。其中以剥蚀卸荷型崩塌最 为发育。剥蚀卸荷崩塌主要分布于北部的太行山区,规模大 小不一,一般崩塌体积由数十立方米至数百立方米,大者可达 千余立方米;人工开采型崩塌主要分布于北部丘陵区和南部 平原区,主要是由开采石灰岩和砖瓦粘土活动引起表 2 。 表2 焦作市主要崩塌地质灾害一览表 位置规模 m 3 危害备注 焦作市龙洞乡周窖村北4000堵塞交通 焦作市西坡村巡返大队45104堵塞交通 焦作市龙洞乡周窑村二队5070交通中断10d2004204 修武县云台山马鞍山大坝左侧3000淤积水库 修武县云台山小寨沟风景区400堵塞旅游线路 修武县西村乡拉江窖2000堵塞交通 修武县云台山黑龙王庙350m500堵塞交通 博爱县青龙峡双心潭3104堵塞交通 博爱县寨豁乡西李背南1800堵塞交通 博爱县柏山乡白炭窑村1000m处40007间房屋毁坏1990205 博爱县青龙峡谷底7500堵塞交通 沁阳市神农山老君庙NE“一线天”3000破坏旅游设施 沁阳市神农山索道处4104破坏旅游设施 沁阳市马铺500104沁河大堤被毁2003210 孟州市西虢镇砖瓦厂1000 死亡3人, 损失20万元 2002 31312 滑坡 滑坡地质灾害按滑坡体物质组成可分为土体滑坡和岩体 滑坡。按形成灾害的动力条件可分为自然滑坡和人为动力滑 坡[5]。岩土体自然滑坡多为岩质滑坡,主要发生于北部中 低山区,以暴雨诱发型居多表 3 。人为动力滑坡主要分布在 铁路、 公路沿线和露天开采矿区及其周围。 表3 焦作市北部山区滑坡灾害一览表 发生时间年2月位置规模危害 2000205修武县西平乡14000m3损坏公路 1999青龙峡景区1200m2中断交通 2001209博爱县寨豁乡350m35000m3 迫公路东移50m, 损失20万元 2002博爱县寨豁乡西李背5200m2阻碍交通 2001青天河靳家岭5000m3危及游客安全 2002云台山马安石水库1800m3危及游客安全 31313 泥石流 泥石流以物质组分可为泥流、 泥石流与水石流3种。泥 石流灾害主要发生于北部山区,发生的因素既有自然地质因 素又有人为活动因素,尤其是近年来随着采矿业,毁林开荒等 人为活动的加剧,矿山随意弃渣,水土流失各级河道淤塞严 重,致使原有的地质生态环境更加脆弱,泥石流的活动周期缩 短,规模不断扩大。较为典型的泥石流河有山门河、 群英河、 纸坊河、 逍遥河等。据记载,1939～2005年仅山门河就发生了 7次灾害性泥石流,平均9年发生一次。其中1970年、1996 年、2000年较为严重。2000年发生于7月17日夜11时,山门 河洪峰高达8～9m ,流量530m3Πs ,泥石流直接冲向修武县西村 241 中国地质灾害与防治学报 ZHONGG UO DIZHIZAIHAI Y U FANGZHI XUEBAO2007年 镇水泥厂,冲毁房屋15间,部分设备遭到破坏,直接经济损失 400多万元。 表4 焦作市泥石流特征一览表 泥石流沟 名称 主沟长 km 流域面积 km 2 主沟床纵 比降‰ 流域完整 系数 泥石流 类型 山门河231713410611970124泥石流 纸坊河221416010591780132水石流 羊腰河61410181861360126水石流 险水河17125818361050120水石流 石河22136811301910114水石流 群英河16118712321300134泥石流 31314 地面塌陷 地面塌陷主要是人为采矿活动和开挖地下工程造成的。 特别是煤矿和粘土矿采空区,主要分布于中站区、 解放区、 山 阳区、 马村区,以及修武县、 沁阳市及博爱县北部的丘陵与山 前倾斜平原区。其中中站、 解放两区煤矿采空塌陷区面积达 3615km2,形成主要塌陷坑6个,最大塌陷幅度5m,面积 2018km2。山阳区、 马村区、 修武县煤矿采空区面积达8912km2, 形成主要塌陷坑8个,塌陷面积3018km2。多数塌陷坑中心部 位形成积水洼地,大片土地不能耕种,公路部分路段因塌陷遭 受破坏,迫使进行多次修复,个别厂矿村庄被迫搬迁。 表5 焦作市主要地面塌陷灾害一览表 分布位置 塌陷坑 个 塌陷区面积 km 2 塌陷幅度 m 备注 中站区、 解放区62018最大5m煤矿 山阳区、 马村区、 修武县83018最大6m煤矿 沁阳市3216013～112m高岭土矿 博爱县1112最大114m高岭土矿 合计185514 31315 地裂缝 地裂缝主要为采空区发生地面塌陷伴生形成的地裂缝。 主要分布在北部山前地带的中站区、 解放区、 山阳区、 马村区 和修武县的西村乡与方庄镇。地面塌陷伴生的地裂缝,长一 般30～150m ,宽0103～2m ,深015～3m。西罗村东南部和韩蒋 村全村,由于地裂缝造成房屋墙体开裂,迫使居民部分搬迁或 全村搬迁。公路部分地段开裂或沿裂缝处形成带状突起。由 于塌陷区地形低洼,易于积水,沿裂缝渗漏,雨季极易造成淹 井事故。 4 防治对策 411 对地下水污染的治理 41111 加大污水处理力度,提高废水重复利用率; 41112 加强对区域地下水位降落漏斗、 变化趋势的监测,调 整地下水开采布局,控制地下水开采量,对地下水开采层位进 行人工回灌,并采取分层取水、 以丰补枯等措施控制地下水水 位下降的幅度[6]; 41113 矿坑排水作为焦作地区特殊的水资源,利用程度很 低。目前除供水总公司少量利用和农业灌溉利用一部分外, 约7015 的矿坑水白白地流出境外,造成水资源浪费。因此, 充分合理利用矿坑排水势在必行; 41114 生活及对水质要求较高的工业用水应重点开采岩溶 水。一般性工业用水及农业用水重点利用矿坑排水和合理开 发孔隙水。在此特别提出,焦作矿区的九里山、 演马、 冯营、 位 村等矿井,矿坑排水量大,水质较好,经过简单处理后,可作为 工业用水及生活用水水源; 41115 对水资源超采区,严格控制开采量。集中开采水源地 要确定合理的开采量。对不合理的取水设施实行调整关闭。 已报废的混合开采井,渗水通道及时封孔、 以免串通污染[7]。 41116 加强矿坑排水的综合利用。尽可能利用地表水的可 供资源。 412 对矿山尾矿、 固体废料的资源化利用 实施矿山环境影响评估工作,严格执行 “三同时” 制度和 排污收费制度,逐步建立矿山地质环境治理备用金制度,引导 矿山企业增加对生态环境保护和污染防治工作的投入,改善 矿山环境恢复治理状况。禁止在国家、 省和市区划定的自然 保护区核心区、 重要风景区和重要地质遗迹保护区开采矿产 资源;禁止在高速公路、 铁路、 国道、 省道和重要旅游线路可视 范围内新办露天采矿,已办的要限期关闭并恢复地貌、 植被; 严格限制在地质灾害易发区开采矿产资源,严禁在地质灾害 危险区采矿。对新建矿山要确定环境影响准入条件,必须环 境达标;坚持边开采、 边恢复的原则,对采矿活动破坏的矿山 地质环境及时进行恢复治理;对已建矿山要加强监督检查,严 格控制 “三废” 排放;尤其是采石企业,要求边开采、 边绿化,利 用无尘碎石技术降低粉尘污染。对将要闭坑和已关闭的矿 山,要提高环境恢复水平,加强矿山生态环境恢复治理和土地 复垦,建立动态监测体系。 413 崩塌体防治措施 对北部山区重点景区的危岩体,可采用SNS柔性拦石网 防护施工技术进行治理。它是利用钢绳网作为主要构成部分 来防护崩塌落石危害的柔性安全网防护系统,能有效地防治 崩塌落石、 风化剥落等斜坡坡面地质灾害。该系统由钢绳网、 减压环、 支撑绳、 钢柱和拉锚5个主要部分构成。它采用钢绳 网覆盖在潜在崩岩的边坡面上,能有效地阻止崩岩沿坡面滚 下或滑下而不致剧烈弹跳到坡脚之外,对景区高陡边坡危岩 体的防治既有效且经济。该系统既可有效防止崩塌灾害,又 可以最大限度地维持云台山景区原始地貌和植被,保护自然 生态环境。 414 滑坡体防治措施 41411 设置抗滑桩 滑坡体在上部削坡减重,改变斜坡外形,降低斜坡重心, 提高滑坡稳定程度;在滑坡前缘及后缘加抗滑桩,按桩间距5 ～6m 1排设置,以增加坡体稳定性。 41412 排水处理 341 第3期王兴民,等河南省焦作市环境地质问题及防治对策 按易滑区段的地形地貌条件,沿滑坡体周界3m以外布置 截水沟。避免地表水渗入滑体,减少地表水对滑坡体的冲蚀, 提高滑带土的抗剪强度和滑坡的整体稳定性。 415 泥石流防治措施 41511 山门河、 逍遥河泥石流灾害规模大,危害重。对2条泥 石流沟应进行专门的地质灾害调查,在必要地段修建排导、 拦 挡工程; 41512 对尾矿库坝进行专项调查和稳定性评价,消除泥石 流灾害隐患; 41513 建设工程一般要避开泥石流危险区。无法避让时,必 须采取工程防治措施。 416 地面变形的处理及防治措施 地面变形问题主要是地面塌陷及地裂缝。以往多是在塌 陷区形成以后,已经造成了危害,才着手进行治理。这种 “滞 后” 的治理行为,常常事倍功半。今后应当提倡 “以防为主,防 治结合” 的原则。在塌陷区形成之前,采取 “超前” 防治措施。 即在制定开采设计时就考虑预防措施。并在开采过程中认真 实施。包括在采矿过程中所使用的各种 “减塌技术和措施” 等。如充填采矿法、 条带采矿法,多煤层、 多工作面协调采矿 法以及井下支护和岩层加固措施等。对矿区采空区造成的地 面塌陷及地裂缝地质灾害的防治方案主要有 41611 对采空塌陷区进行平整恢复种植,积水洼地挖深垫 浅,充填煤矸石再覆盖种植层或修建鱼塘、 开辟公园等; 41612 通过众多煤矿的整合,推广应用煤炭液化、 煤炭地下 气化等新技术; 41613 采矿过程中使用 “减塌技术和措施” 。减少矿区塌陷 范围、 塌陷幅度,减缓塌陷时间进程,减轻塌陷危害程度; 41614 在大面积冒落塌陷的地区,在其影响因素未消除之 前,仍有再冒落和更强烈 “地动” 的可能性,要加强监测; 41615 加强对旧采区开采状况的调查与分析,减少现采区对 旧采区的影响。焦作矿区煤炭开采历史悠久,特别是在日伪 时期掠夺式开采,留下了大量的旧采区。至今已有70a左右。 由于对旧采区资料掌握不详,以综合机械化开采现采区时,其 长壁大冒顶很可能波及旧采区,使旧采区的煤柱破碎而失去 支撑力,顶板岩层断裂冒落,产生大面积地表塌陷或地面裂 缝。为了保护旧采区上方的工业与民有建筑,现采煤层时应 对旧采区的开采状况进行调查分析,并留有足够的保护煤柱。 经分析如有必要时,应对旧采区进行充填; 41616 重大建设工程如南水北调工程选址时,如经过矿 区,要查清采空区、 塌陷区的分布范围及稳定性,并做好防治 工作。目前,可采用物探手段直观、 清晰地反映出采空区、 塌 陷区的分布范围、 埋藏深度及采空区顶板岩层的变形情况; 41617 对于采空区塌陷、 地裂缝可采用尾矿回填、 灌注水泥 浆法等。 参考文献 [1] 河南省地矿局水文地质一队.中华人民共和国区域水 文地质普查报告.郑州幅1∶20万[R].1986. [2] 孙越英,等.中国云台山世界地质公园地质灾害特征及 防治对策[J ].地质找矿论丛,2005 ,3 218 - 219. [3] 河南省地矿局第二地质队.焦作市地质环境报告[R]. 2004. [4] 焦作市环境保护局.焦作市生态环境保护规划[ R]. 2002. [5] 河南省地球物理工程勘察院.焦作市地质灾害防治规 划[R]. 2003. [6] 河南省地矿局水文地质一队.焦作地区岩溶地下水资 源及大水矿区岩溶水的预测、 利用与管理研究报告[R]. 1998. [7] 潘懋,李铁锋.灾害地质学[M].北京北京大学出版社, 2002.129 - 130. 441 中国地质灾害与防治学报 ZHONGG UO DIZHIZAIHAI Y U FANGZHI XUEBAO2007年