太原东山矿区主要地质环境问题.pdf

第 8期 2 0 0 3年 8月 山 西 焦 煤 科 技 S h a n x i Co k i n g Co a l S c i e n c e＆ Te c hn o l o g y N o． 8 Aug． 2 003 试 验 研 究 太 原东 山矿 区主要 地质环境 问题 王 海 生 山 西 煤 田 地 质 研 究 所 摘要在 航 卫 片地 质 解译 、 野 外地 质 环 境调 查 、 地 面 物探 、 样 品测 试 的基 础 上 ， 运 用 系统 分 析 理论 ， 详 细研 究 了太原 东山矿 区的地质环境现 状 ， 指 出了存在 的主要地质 环境 问题 ， 并提 出 了矿 区 地质环 境的保护建议 。 关键词 地质环境 ； 保护 ； 建议 ； 矿 区 在航 卫片地质解译 、 野外地质环境调 查 、 地面 瞬 变电磁探测 以及 开采沉 陷计 算 、 岩土样测试 、 水样 监 测等基础上 ， 笔者运用 系统分 析理论 ， 详 细研究了 山 西 省 太 原 市 东 山矿 区 的 主 要 地 质 环 境 问 题 ， 对 该 区 地质 环境 的演化趋 势进行 了预测 ， 并提 出 了可行 的 地 质环境整治与保护建议 。 1 矿 区地 质 环境 系统 地 质 环 境 是 一 个 开 放 的 、 独 立 而 有 序 的 动 态 系 统 ， 由岩石环境 、 土壤 环境 和水环境三个 子系统组 成 见图 1 。它们 之间彼此相 互联 系、 相互作 用 ， 进 行 着物质 、 能量和信息 的交换 和转换 。 地 质环境 的上限 是 岩石圈表 面 ， 下 限是 人类 工程技 术经 济活 动所达 到的地壳深度 。 就本区来讲 ， 采矿活动达到 的地壳深 度 在 1 ． 0 k m 以 内 ， 钻 探 深 度 不 超 过 1 ． 5 k m。 1 ． 1 岩 石 环 境 子 系统 本 区位 于山西台隆 I i 吕梁一 五台隆褶 带 Ⅳ 太原掀斜 V 构造单元东部 ， 区 内出露古生界 、 中生 界 与 新 生 界地 层 ， 矿 产 资 源 丰 富 。其 中 ， 奥 陶系 上 马 家 沟 组 与 峰 峰 组 各 含 一 层 石 膏 带 ， 为 本 区 主要 石 膏 矿开采层 ； 石炭 系太 原组与 二叠系 山西组 中含煤 1 6 层 ， 是本 区煤矿 的主要 开采 层位 ； 寒武 系 、 奥 陶系石 灰岩 层位稳 定 ， 储 量 丰富 ， 品级 优 良 ， 是太 钢等单 位 的主要 采石场地 ； 石 炭系地层 中的耐火 黏土、 山西式 铁矿 等也具 有一定 的工业价值 。新生界黄土与红土 是本 区 制 砖 厂 的主 要 材 料 。 1 ． 2土 壤 环 境 子 系统 根 据土壤 发生学 分类 的理论 及原 则 ， 本 区土壤 可分 为褐 土 、 粗骨 土、 石质 土、 潮土 4大类 。其 中 ， 褐 土是区 内主要 的农 业耕作 土壤 ， 粗 骨土 与石质 土是 区 内灌木林地 、 有林地 的主要土壤 。 氍f f 了r 蕈 匆 图 1 地 质环 境 系统 的 内部构 成 与外部 环境 系统 的 关系 1 ． 3水 环 境 子 系统 区 内 河 流 均 发 源 于 东 部 山 区 ， 自东 向 西 汇 入 汾 河 ， 属季节性河流 。河 床坡 度变化于 1 5 ． 6‰～2 2 ． 9 ‰ ， 平 均 流 量 为 O ． 5 1 L／ s ～ 5 ． 1 0 L ／ s 。 区 内 地 下 水 包 括寒武系 、 奥 陶系与 石炭 系 的碳 酸盐 岩类岩溶 裂隙 ① 作者 简介 王海生男 1 9 6 3年 出生 1 9 8 5年 毕业 于 山西 矿业学 院高级工 程 师太原0 3 0 0 0 1 维普资讯 2 0 0 3年 第 8期 王 海 生 太 原 东 山矿 区主 要 地 质 环 境 问题 水 ， 石 炭 系 、 二 叠 系 的碎 屑 岩 类 裂 隙 水 以及 新 生 界 松 散 岩 类 孔 隙水 。各 含 水 层 主 要 特 见 于 表 1 。 表 1含 水层 特征 名称 厚度／ m 水 位标 高／ m 单 位涌 水量 ／ L s m 资料 来源 寒 武 系灰岩 岩溶 水 3 O 3 ． 8 1 8 1 3 ． 9 5 2 ． 5 0 2 6 TS 1 9孔 下马 家沟组 灰岩 岩溶水 1 0 4 ． 6 9 1 2 9 ． 5 0 8 1 3 ． 9 3 1 ． O 3 5 上马 家沟组 灰岩 岩溶 水 2 5 7 ． 5 2 ～3 4 2 ． 8 0 8 1 2 ． O 5 ～8 1 4 ． 6 8 1 ． 4 4 3 ～7 7 ． 7 TS 1 7 、 TS 一 2 0 峰 峰组 灰岩岩 溶水 5 8 ． 0 ～ 1 7 8 ． 6 1 8 1 4 ． 2 1 0 ． 0 2 4 ～4 6 ． 9 TS 一 1 2等 太 原组 灰岩裂 隙 水 1 0 ～1 5 8 6 4 ． 3 2 0 ． 2 0 5 1 2 2孔 山西 组砂 岩裂 隙水 1 3 ～2 3 8 5 2 ． O 6 0 ． 0 1 2 9 1 4孔 新生 界松 散层 孔隙水 5 0 ～1 5 O 8 1 8 ． 9 3 1 ． 8 5 S Z 4井 2矿 区 主 要 地 质 环 境 问题 2 ． 1 地 质 环 境 对人 类 工 程 活 动 的影 响 1 地质环境对采矿 活动的影响 。 东 山矿 区各煤 矿均采用井工方式 主采 1 5 煤层 。 煤层 开采后 ， 由于 地应力场 、 通风环境 的变化 ， 或者 由于对 构造破 坏带 的揭露 ， 自然地质环境 中的不利 因素会显现 出来 ， 发 生煤层 自燃 、 冒顶 、 突水等井下地质 灾害 。 1 5 煤层采厚 5 ． 0 m～6 ． 0 m， 上覆 1 ． 5 m～3 ． 5 m 厚 的石灰 岩老顶 。一般情 况下 ， 老顶 不易垮 落形 成 冒顶事故 ， 但 当悬顶面积过大 时 ， 易 于发生大 面积 突然 冒落 ， 引发事故 。如 1 9 8 4年 2月 1 4日， 丈子头 煤矿顶板 突然 冒落 ， 造成 3人死亡 。 煤 层爆 炸 性 实验 表 明 ， 1 5 煤 层 的火 焰 长度 为 1 5 mm 2 0 mm， 加 岩粉量 为 3 0 ～4 0 ， 具有爆 炸性 。此 外 ， 1 5 煤层还 具有 自燃 发火倾 向， 发火期 为 1 2个 月 ～2 4个 月 ， 井下 采空 区 曾多 次发 生煤层 自燃 。 东 山 矿 区 水 文 地 质 条 件 比 较 复 杂 ， 采 矿 中 易 发 生突水事故 。1 9 6 5年以来 ， 仅 东 山煤 矿就 已发 生不 同形式 、 不 同规模 的突 水事故 1 8起 ， 最大突 水量 达 1 2 5 0 0 m。 ／ d 2 土 壤 环 境 与 土 地 利 用 问 题 由 前 述 土 壤 环 境 子 系 统 可 知 ， 区 内约 2 0 的 宜 农 土 壤 资 源 分 布 于 西 部 平 原 区 ， 而 约 8 0 的宜 农 林 牧 结 合 发 展 的土 壤 资 源分布于东部丘 陵和 山区。 这种土壤 资源的质量 、 功 能 与 空 间 分 布 特 点 ， 要 求 本 区 土 地 利 用 必 须 走 农 林 牧结 合发展 的立体 生态农 业之 路 ， 即 由西 向东 实现 农业 、 农林 、 林 牧结合 的协调 发展 ， 以充分发 挥土地 资 源 的潜 力 。 然 而 ， 目前 的土 地 利 用 现状 却 不 尽 如 人 意 西 部 宜 农 土 地 资 源 大 部 分 被 城 市 建 设 和 交 通 建 设 占用 ， 还有一 部分被 果园 和砖厂 占用 ， 真正 用于耕 种 的土 地 所 剩 无 几 ； 中西 部 宜 农 林 发 展 的土 地 资 源 由 于耕 作者 只种不养 、 广种薄 收的粗放式 管理与采矿破坏 ， 水土流失严重 ， 土壤越来越 贫瘠 ； 东部宜林牧 土地资 源 的 8 0 仍 为荒 山荒坡 ， 森林覆 盖率不 足 2 0 。 2 ． 1 人 类 工 程 活 动 对 地 质 环 境 的 改 变 与破 坏 问题 1 土 地 利 用 中引 发 的地 质 环 境 问 题 。 a 固体污 染 物问题 垃 圾 、 矿渣 、 煤焦 、 石 灰 窑 和污泥是本 区的主要 固体污染物 。 其 中， 垃圾 堆呈南 北 条带分 布于西部 城 乡结合部 位 ， 形成 了太原 市城 区东部 的“ 垃圾 围墙” 。大规模 的垃圾堆不仅 占用 土 地 ， 而且在 降解过程 中还会 污染空气 、 土地 、 地下 水 ， 甚至发生爆炸 。 如丈子 头村西垃圾场就 曾于 1 9 9 0年 和 1 9 9 8年 2次 爆 炸 ， 各 炸 死 1人 。矿 渣 堆 呈 星散 状 分 布于全 区各地 ， 主 要 由松 散状煤 矸石 、 石 渣、 煤 灰 和 矿 渣 等 组 成 ， 由 于 多 堆 放 于 沟 谷 中 ， 是 形 成 泥 石 流 的物 源 ， 而 且 其 淋 滤 物 会 对 土壤 和地 下 水 造 成 污 染 。 据统 计 ， 截止 1 9 9 8年 ， 固体污 染物 占用土 地面 积 已 达 5 ． 5 5 k m ， 是 1 9 8 6年 的 2 ． 4 6倍 。 b 水 土 流 失 问 题 由 于 黄 土 覆 盖 面 积 大 ， 森 林 覆盖率低 ， 高 强度集 中降雨 以及地 形坡 度等 因素 的 综合 影响 ， 区 内水土 流失 严重 ， 面积 约 2 0 0 k m ， 占 总 面 积 的 7 8 。其 中 ， 西 部 潮 土 和石 灰 性 褐 土 分 布 维普资讯 山 西 焦 煤 科 技 2 0 0 3年 第 8期 区的侵蚀模 数小于 2 0 0 t ／ k m a ， 为轻微侵蚀 区； 中 西 部 褐 土 性 土 分 布 区 的 侵 蚀 模 数 为 2 0 0 0 t ／ k m a ～ 4 0 0 0 t ／ k in a ， 属 中度 侵蚀 区； 东 部粗 骨 土 和石 质 土 分 布 区 的 侵 蚀 模 数 为 2 0 0 t ／ k m。 a ～ 2 0 0 0 t ／ k m a ， 为 轻 度 侵 蚀 区 。按 平 均 土 壤 侵 蚀 模 数 2 0 1 8 t ／ k in a计算 ， 每 年约有 4 0万 t 土壤 遭侵蚀后被输 入 汾 河 。 水 土 流 失 是 导 致 区 内 土层 变 薄 、 土壤 贫 瘠 、 地 形 破 碎 、 洪 害 加 剧 、 旱 灾 频 繁 的重 要 原 因 ； 2 采 矿 活 动 诱 发 的 地 质 环 境 问题 。 a 地 裂 缝 一 般 出 现 在 采 空 区 边 界 附 近 的拉 伸 变 形 区 ， 大 多 表 现 为 张 性 。在 基 岩 裸 露 区 ， 地 裂 缝 开 口宽 、 延 伸 长 ， 形 迹 明显 ； 在 黄 土 覆 盖 区 ， 地 裂 缝 表 现 为 串珠 状 分 布 的 大小 不 等 的地 面塌 陷 。地 裂 缝 的平 面 形 态、 延 伸方 向 、 分 布 特 征等 与 裂 缝 所处 地 形特 征 、 覆岩性 质 、 岩体结 构 以及工 作面特征有关 。东山 煤 矿 的 S N 向 地 裂 缝 与 工 作 面 走 向 一 致 ， NEE 向 地 裂 缝 受 断 层 控 制 ， 而 东 部 地 区 近 南 北 向地 裂 缝 则 与 山梁 的展 布 方 向有 关 。 b 地 面塌 陷 调 查表 明 ， 地 面塌 陷 主要 分布在 黄 土 覆 盖 区 ， 其 形 状 、 规 模 与 黄 土 层 厚 度 、 基 岩 裂 缝 宽 度 以及 大 气 降 水 、 地 下 水 的 活 动 有 关 ， 具 有 如 下 特 点 塌 陷 长 轴 一 般 为 0 ． 8 m～ 1 ． 2 m ， 最 大 可 达 2 0 m ， 最 小 0 ． 3 m； 短 轴 一 般 为 0 ． 5 m～ 0 ． 7 m ， 最 小 0 ． 1 m。单 个 塌 陷 在 空 间上 表 现 为 漏 斗 状 ， 平 面 上 呈 不 规 则扁 圆 状 ， 长 轴 方 向一 般 与 基 岩 裂 缝 方 向 一 致 。 密 集 塌 陷 多 呈 串珠 状 或 葫 芦 状 ， 沿 基 岩 裂 缝 排 列 。 c 滑 塌 在 山 坡 陡 崖 部 位 ， 由 于 采 矿 活 动 扰 动 与采 矿裂缝 的切 割 ， 容 易发 生 山体 失稳 ， 发 生滑 塌 。 区 内 明 显 的 滑 塌 有 孟 家 井 村 西 北 滑 塌 、 前 头 河 村 北 滑 塌 、 旧观 门前 村 东 滑 塌 、 旧观 门前 村 西 滑 塌 与 蝉 尾 沟 沟 头 滑 塌 。 这 些 滑 塌 体 的 形 状 一 般 为 梯 形 ， 前 缘 宽 4 0 m～ 1 2 0 m ， 高 差 1 0 m～ 2 0 m。 d煤 矿 开 采 对 水 资 源 的破 坏 据 2 0 0 0年 调 查 ， 区内的 7条河 沟在 2 0世 纪 6 0 ～7 0年代还是长 年性 河 流 ， 现 均 已 断 流 ； 区 内 的 7座 水 库 已全 部 干 枯 ； 据 观 门 前 TS 一 9 、 TS 一 1 3孔 资 料 ， 地 下 岩 溶 水 水 位 5 年 下 降 了 近 1 0 m； 区 内 裂 隙 水 、 孔 隙 水 水 位 下 降 幅 度较 大 ， 最 大分 别达 9 0 m， 水资源形势 异常严峻 。 3矿 区地 质 环 境 的 整 治 与 保 护 3 ． 1 水 资 源 保 护 措 施 在 严 格 贯 彻 “ 水 法 ” 和 “ 水 污 染 防 治 法 ” 的 基 础 上 ， 宜 采 取 以 下 措 施 ， 以 保 护 水 资 源 的 有 效 利 用 为 了严格 控制 地下水 超采 区 的开采 ， 建议 对本 区所有 水 井进 行 全 面检 查 ， 取 缔 非法 开 采 ； 待 引 黄水 入 并 后 ， 立 即采 取 坚 决 措 施 调 整 开 采 岩 溶水 井 ， 坚 决 关 停 不合理水 井 ， 限量 开采 岩溶水 ； 加大宣 传力 度 ， 提高 群 众 的 节 水 意 识 。 3 ． 2采 矿 对 地 质 环 境 影 响 的 防 治 与补 救 措 施 1 在考 虑地质 环境 条件 的基础上 ， 探索合理 的 采煤方法 ， 坚决 取缔 非法小窑 ， 以便在尽可能保护地 质 环境 的 基 础 上 ， 充 分 利 用 矿 产 资 源 ， 实 现 矿 山 地 区 的 长期 可 持 续 发展 ； 2 对 于 已 经 发 生 的地 质 环 境 恶 化 问 题 ， 如 地 裂 缝 、 地 面 塌 陷 、 耕 地 破 坏 、 水 资 源 破 坏 、 地 面 建 筑 变 形 等 ， 进 行 地 质 环 境 影 响 评 价 ， 明 确 责 任 ， 按 照 谁 破 坏 、 谁 治理 、 谁赔偿 的原则 ， 尽可 能恢 复原有 环境 ， 并作 出 适 当赔 偿 。 收 稿 日期 2 0 0 3 0 7 1 3 Di s c u s s i on o n M a i n Ge o l og i c Envi r o nm e nt i n Ta i yu a n Do ng s h a n M i ne Ar e a W a ng Hai s he ng Abs t r a c t By us i n g s ys t e m a t i c a na l y s i s t he or y， s t u di e s t he p r e s e n t s i t ua t i ons of g e ot o gi c e nv i r onm e nt i n Ta i yu an Dong s han m i ne ar e a， poi nt s out t he m a i n e xi s t i ng p r o bl e ms of ge ol ogi c e nv i r onm e nt ， an d mak e s a s ugg e s t i on on pr ot e c t i ng t he ge o l ogi c e nvi r onm e n t of m i ne a r e a． Ke y wor ds G e ol ogi c e nv i r onm e nt； Pr ot e c t i o n； Sugg es t i on； M i n e a r e a 维普资讯