历史遗留矿山特征及其复绿技术——以三号井煤矿区为例.pdf

2020年第6期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-01-06 作者简介 周国臣 （1991-） ， 男 （汉族） ， 贵州桐梓人， 工程师， 现从事地质找矿、 环境恢复治理等工作。 历史遗留矿山特征及其复绿技术 以三号井煤矿区为例 周国臣* （贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队， 贵州 遵义 563000） 摘要 总结了历史遗留矿山特征， 认为其开采时期的地质资料欠缺； 时间跨度长， 地质环境条件变 化大； 地质环境问题复杂， 实地调查需深入。并据此就一体化复绿技术进行了简单介绍。 关键词 历史遗留矿山特征； 矿山复绿； 一体化技术 中图分类号 TU985 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202006-0157-03 近年来， 为修复矿山开采对生态环境造成的影响 和破坏， 前人对矿山复绿采取的工程措施进行了总结[1-3]， 将其划分为工程性恢复和生物性恢复两个阶段[4]， 认为 生态修复技术的综合利用[5]是重要的途径， 且在矿山复 绿选用的材料也进行了研究[6-7]。经过多方面综合， 认 为矿山复绿宜以工程措施为主， 兼顾生态恢复[8]。 历史遗留矿山与普通矿山不同， 其矿山特征、 存在 的地质环境问题会更加复杂， 采取的复绿方法更加强 调技术的综合应用。 1历史遗留矿山特征 1.1开采时期的地质资料欠缺。 历史遗留矿山的关停， 常有着多方面原因。矿山 开采时期的开采情况是动态的， 监测是定期的， 致使矿 山关停前最后一期的开采资料往往未形成， 不能从资 料上掌控矿山最后的具体开采情况。早年对地质资料 的管理较为分散凌乱， 归档不及时， 未形成统一有序的 资料管理制度， 加上矿山关停时间较长， 许多地质资料 遗失， 致使资料搜集难度大， 甚至搜集不到。矿山勘查 资料的搜集一般可以通过地质资料馆等途径， 但对于 开采资料的搜集一般不全面。 1.2时间跨度长， 地质环境条件变化大。 矿山从开采初期到关停后， 由于未及时复垦复绿， 再经历一段时间成为 “历史遗留矿山” ， 其时间跨越较 长， 从笔者参与的项目看， 其时间跨度多比较长， 少则 十余年， 多则超过半个世纪。随着矿产资源的开采， 其 地质环境也随即发生变化， 岩石、 水、 土壤、 生物甚至大 气等失去原有平衡， 造成与自然不相适应的地质环境 问题， 诸如地质灾害、 水污染、 含水层破坏、 地形地貌破 坏、 大气污染等。 1.3地质环境问题复杂， 实地调查需深入。 由于矿产资源开采造成的地质环境问题往往不是单 一的， 而是具有群发性易发多发性特征， 且多数是不 可逆的。通常包括由于矿产资源开采形成的采空区， 多 存在含水层破坏、 地质灾害、 水污染等问题； 矸 （废） 石堆、 尾矿库等易造成地质灾害、 水污染、 地形地貌损毁、 土壤 污染、 气体污染； 工业场地造成的压占 （损毁） 土地、 土壤 污染、 水污染等问题。因此， 在实地调查时不仅要对矿区 范围进行调查， 对因矿产资源开采影响的范围也应一并 调查并纳入复绿治理范围。应充分利用GIS技术， 使调 查更加有效、 准确。矿区资料不足时， 应通过走访、 实地 调查等方法对矿区范围及可能影响的范围进行全面调 查。调查方法包括但不限于资料搜集整理分析、 卫星图 片初筛、 走访、 实地调查、 取样分析试验， 必要时采取槽探 等工程手段， 了解损毁前的微地貌情况。 2常见地质环境问题 随着矿产资源的开采， 矿山原有的地质环境平衡 状态被打破， 产生一系列地质环境问题， 涉及岩土、 水、 大气、 生物等范畴。对人居环境、 生产生活造成损失和 影响。矿山上常见的地质环境问题有以下几个方面 地质灾害 矿山开采使岩石圈原始应力分布状态 发生改变， 产生常见的滑坡、 崩塌、 地面沉降、 采空区塌 陷、 地裂缝、 泥石流等矿山地质灾害， 其与水的作用关 157 2020年第6期西部探矿工程 系密切。调查时应注意沉降变形等是否趋于稳定。 水污染 矿井 （坑） 涌水、 矸 （废） 石堆和尾矿库地表 径流等常见重金属超标、 放射性污染及元素超标。 含水层破坏 隔水层或含水层采空导致的地下水 位下降、 地表泉水消失、 地表径流量减少甚至消失。 土壤污染 矸 （废） 石堆、 尾矿库、 工业场地等常见 重金属超标、 放射性污染物； 矿井 （坑） 涌水使其地表径 流地段的土壤质量受损； 流经矸 （废） 石堆、 尾矿库的地 表径流也会使其下游的土壤质量遭到改变。 地形地貌损毁 主要为矸 （废） 石堆、 尾矿库、 工业 场地对土地的压占和损毁， 劣质水对其径流地段的土 地生态系统造成影响， 破坏了土壤结构， 限制了生物多 样性的发展。 其他地质环境问题 如有毒有害气体的挥发、 粉尘 等。 3历史遗留矿山 “复绿” 一体化技术 经过总结认为， 历史遗留矿山复绿的手段， 主要是 以各种工程与生态恢复措施相结合的一体化复绿技 术， 主要包括 （1） 支挡护坡绿化一体化技术。主要是针对 滑坡、 危岩等地质灾害和欠稳定的弃渣堆边坡， 以消除 安全隐患为主， 生态重建为辅。主要是先利用抗滑桩 工程、 挡土墙工程、 主 （被） 动防护网、 喷播技术、 截 （排） 水工程、 植生袋、 锚杆格构等工程措施对边坡地质灾害 进行处理。对于土质边坡或裂隙较发育的岩质边坡， 边坡上的复绿宜采用喷播、 栽种攀爬植物、 植树等植物 再造绿化措施； 对于裂隙不发育的岩质边坡， 可采用岩 质高边坡地境再造法[9]或挂网喷播等工程措施对边 坡进行绿化处理。 （2） 填埋隔离绿化一体化技术。由于地下矿产 资源被逐步开采挖掘， 岩石圈应力、 结构等发生变化， 产 生地面塌陷、 地裂缝等地质灾害。在确保矸石或废石等 不影响周围岩土水环境的情况下， 可以将矸废石填埋 于塌陷坑、 地裂缝处， 进行隔离或消毒处理后绿化。 （3） 放坡绿化一体化技术。针对无污染的废 （矸） 石堆， 在不会造成地质灾害或无威胁对象时， 直接 按一定坡比放坡后进行覆土绿化处理， 这种方法最为 经济， 见效也最快。 （4） 化学处理综合利用一体化技术。根据矿 （坑） 井涌水的水质情况， 采取不同的化学工艺处理方 法， 达到相应的排放标准后进行排放， 并加以综合利 用， 例如农田浇灌。化学处理的方法有很多， 针对不同 的矿区、 不同的矿种需要采取不同的方法。 （5） 挖离 （隔离） 综合利用绿化一体化技术。废 渣矿渣可以用作铺路等基础设施建设加以综合利用。 工业广场等占地面积较大的区域宜采取铺设粘土进行隔 离或消毒处理后覆土， 恢复成耕地或建成山体公园。 4应用实践以三号井煤矿区为例 （1） 矿山概况。三号井煤矿区位于遵义市汇川区， 于1969年开始建井， 1974年正式生产， 2014年左右关 停。开采矿种为煤， 后期短暂开采过硫铁矿并建有硫 铁矿洗选厂。经数十年的采掘， 形成了大面积连片的 采空区， 采空区面积 2.25km2,占整个矿区面积的 50.5， 采空区影响范围 （沉陷盆地） 面积3.11km2， 占整 个矿区面积的69.8， 目前仅东侧深部及中部的零星地 段未开采。 矿区位于云贵高原北部的大娄山山脉， 属侵蚀、 溶 蚀中低山沟谷地貌。矿区出露的地层有第四系 （Q） 浮 土、 耕植土； 三叠系下统夜郎组 （T1y） 泥岩、 灰岩、 砂质泥 岩； 二叠系上统长兴组 （P3c） 灰岩； 龙潭组 （P3l） 砂岩、 灰 岩及煤层； 中统茅口组 （P2m） 灰岩。含矿层位为龙潭组 （P3l， C1煤层位于该层底部， 硫铁矿层之上， 距底板茅 口组 （P2m） 15m。层位稳定， 厚 0.843.79m， 平均 1.95m。属四面山向斜北端轴部地带， 呈近南北走向， 西 翼缓 （倾角1422） 、 东翼陡 （倾角2639） ， 为不对称 向斜； 矿区内断裂以北东、 北西向为主， 少量呈东西向。 近南北向走向断层规模大， 延伸长， 断面多倾向东， 倾角 4060， 以张性断层为主， 错距约220m。矿区内岩 层为碳酸盐岩与碎屑岩相间组合， 地下水的补、 径、 排条 件受地形及地质构造控制， 地下水类型为岩溶裂隙水 （为主） 和基岩裂隙水； 分为松散岩类工程地质岩组、 软 质岩类工程地质岩组、 硬质岩类工程地质岩组。 （2） 存在的地质环境问题。近年来， 由于矿山开采 引发了地面塌陷、 地裂缝、 房屋变形、 地下水位下降 （泉 点干涸） 、 危岩体 （崩塌） 、 地形地貌损毁等矿山地质环 境问题。 （3） 采取的恢复治理措施。该矿山治理工程由于 工作面大、 施工流水线长、 工程量大等因素， 故整个治 理工程采用分期治理的方法进行,拟划分为三期工程 一期工程实施内容为塌陷坑、 地裂缝填埋工程。 采用填埋隔离绿化一体化技术， 充分利用矿区及 周边的矸 （废） 石， 使其得以修复， 取得效果明显。同时 在矿区内居民集中区泉点干涸地段及房屋变形地段实 施了搬迁工程。（下转第162页） 158 2020年第6期西部探矿工程 区域构造作用下， 富含CH4、 N2和CO2挥发份和Au元 素的超压成矿流体[6-7]沿深大断裂上涌， 受南北向对冲 挤压作用下， 形成近东西向包谷地背斜及陡倾斜断裂 破碎带， 断裂破碎带沟通了深大断裂， 超压成矿流体沿 断裂继续向上运移， 接近地表， 由于浅层地下水的混 合， 使超压成矿流体发生物理化学反应， 并使得富含金 元素的成矿流体冷却沉淀， 一部份成矿流体沿不整合 界面 （P3l/P2m界面） 或岩性突变界面 （龙潭组一、 二段 中的硅化灰岩与粘土岩、 粉砂岩界面） 侧向运移和渗 透， Au随含砷黄铁矿或细粒毒砂的快速结晶而沉淀下 来， 形成似层状、 透镜状金矿体。另一部份成矿流体沿 断裂构造往上运移中， Au在断裂构造带中有利成矿空 间形成金矿体。 5找矿模型 总结金矿床成矿规律， 提取成矿要素， 结合物、 化、 遥综合信息， 提炼成矿预测要素， 将预测要素划分为必 要、 重要和次要三个等级， 编制预测要素表 （表2） ， 根据 预测要素， 建立找矿模型 （图2） 。 6结论 通过对研究区金矿进行调查研究， 取得如下认识 研究区位于南盘江右成矿带中的普安贞丰金矿成 矿亚带内。区内主要出露地层为上二叠统龙潭组， 其 岩性主要为粉砂岩、 粘土岩及硅化灰岩， 渗透层与不渗 透层 （障） 的组合利于含金热液沉淀富集。区内近东西 向的褶皱断裂构造为主要控矿构造， 同时为金矿体提 供储存场所。包谷地背斜轴部附近的岩性突变界面、 层间滑脱带及近东西向陡倾斜断裂带为下部金矿攻深 找盲的有利地带。 参考文献 [1]潘桂棠,肖庆辉,陆松年,等.中国大地构造单元划分[J].中国 地质,2009， 301. 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