高峰矿区地表生态环境综合治理

黄应盟,赵崇清,孟中华

(1.广西高峰矿业有限责任公司, 广西南丹县 547605;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

高峰矿区地表生态环境综合治理

黄应盟1,赵崇清1,孟中华2

(1.广西高峰矿业有限责任公司, 广西南丹县 547605;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

叙述了高峰矿区地表生态环境的恶化过程和地质灾害隐患形成原因,分析了地表环境恶化和地质灾害隐患对矿山安全生产和区域环境的影响,针对地质灾害隐患提出了高峰矿区地表生态环境的综合治理方案,并论述了实施治理方案的可行性。通过对高峰矿区地表实施综合治理,消除了地质灾害隐患,恢复了地表生态环境,改善了矿区的生产、生活环境,达到了预期治理效果,向实现绿色矿山的目标迈进了一大步。

矿山生态环境;地质灾害隐患;空区探测;岩层移动;声发射

广西大厂矿区100号矿体为大型锡-多金属特富矿体,属于高硫、高铁的锡石-硫化矿床,价值巨大,矿石中含锡、锌、铅、锑等多种金属。由于矿体遭受到多家民采企业的无序开采破坏,矿体在开发过程中产生了众多错综复杂的井巷工程和若干形态不一的采空区,破坏了矿体和围岩的整体性与稳定性,最终导致这些空区联通为一体并冒通地表,形成地表塌陷区,影响区域近10万m2,严重破坏了地表环境,形成了地表开裂、塌陷等地质灾害隐患;巴里新尾矿库闭库施工后其堆积坝坝坡仍然过陡,坝体稳定安全因数尚未达到尾矿坝设计规范要求的标准,且库区已初步具备发生泥石流的潜在危险,形成地质灾害隐患,对下游大厂镇居民生命财产构成了威胁。为了消除隐患,改善地表生态环境,高峰公司对矿区地表实施了多项综合治理工程,对矿区环境和地质灾害隐患进行工程治理,均达到了预期治理目标。

1 地表环境恶化与地质灾害隐患

1.1 地表环境恶化及地质灾害隐患的形成

(1)地表塌陷区的形成和发展变化。20世纪80年代后期,大量非法民矿纷纷涌入原新洲锡矿开采范围抢采100号矿体,由于地下涌水等原因,新洲锡矿和民矿只能在680m标高以上开采。1992年底,原高峰锡矿完成了探采斜井、通风斜井及500m和450m水平的开拓和采准工程,大面积疏干了550m标高以上的地下水,解决了上部涌水问题。随后,新洲锡矿和民采企业纷纷往下延伸,对550m标高以上的矿体进行无序开采,留下大量采空区,盗采和破坏了500～550m标高100号矿体预留的安全隔离矿带,并把开采巷道延伸至500m标高以下,使井下地压活动日益加剧,相继发生了725m中段大面积坍塌、地表多次多处下沉、地表多次塌陷等地压活动和事故,最终致使地表与井下空区连通,地表塌陷坑不断下沉和扩大,形成了从地表延伸到350 m标高的塌陷漏斗——陷落区。1997年被国家列为全国第三号特大事故隐患区。

(2)新洲大沟事故隐患的形成及地表生态环境的恶化加剧。20世纪50年代,新洲矿开采浅部矿体,并在新洲地面沿山坡建立选厂,原来的水沟被尾砂和废渣填平。随着21世纪初金属价格的攀升,地表堆积的尾矿被盗矿者非法混乱掏采,形成了大大小小的人为掏采深坑,导致周边排水沟堵塞和水土严重流失,既违反了安全生产法规,又造成了安全事故隐患,同时,也使新洲本已恶化的生态环境进一步恶化。

(3)巴里新尾矿库泥石流地质灾害隐患。巴里新尾矿库1992年设计,1993年建成并投入使用,1996年在中国有色金属工业总公司安全大检查时被认定为险一级库后停用,1998年进行了闭库设计阶段工程地质勘察,随后进行了闭库工程施工,于2000年4月底竣工,使巴里新尾矿库的安全性有了很大提高。2001年2月,业主委托武汉安全环保研究院及中国科学院武汉岩土力学研究所对其进行了安全性评价。评价报告指出:尾矿库的治理工程使其安全度较以前有了明显提高,但其子堤没有达到设计规范对四级尾矿库坝体最小安全超高为0.5m的要求,其堆积坝坝坡仍然过陡,坝体稳定安全因数尚未达到尾矿坝设计规范要求的标准,而且库区区域内已初步具备发生泥石流的潜在危险。

1.2 环境恶化及地质灾害隐患带来的影响与危害

(1)塌陷区的形成及地表岩层移动产生的裂缝严重威胁临近区域的地表构筑物,也加大了井下涌水量,既增大了下部矿体的开采难度,又增加了开采成本,亦对矿山安全生产构成威胁,同时恶化了地表生态环境。塌陷区东北侧新洲大沟的乱采烂挖形成的上百个大大小小的深坑,在严重破坏地表环境的同时又形成了事故隐患,极容易发生塌陷事故。

(2)巴里新尾矿库除了具备泥石流地质灾害隐患外基本上无调洪库容,仅靠子堤拦洪,暴雨洪水期间尾矿库处于危险状态。随着时间的延续,各级子堤中起加筋作用的茅草会逐渐腐烂,多雨季节堆积坝外坡上体会被雨水饱和,使抗剪强度降低,完全可能因此而导致边坡失稳,使库区存在洪水漫坝和渗透破坏垮坝两种危险。另外,库区下游大厂镇生活有5万多居民,这些隐患和危险对下游居民的生命财产安全构成了严重威胁。

2 地表综合治理方案及其可行性

2.1 综合治理方案

(1)由于陷坑周边区域的复杂性,针对新洲塌陷区提出了如下治理方案:用机械设备(必要时可采取爆破)将陷坑周边土石方和矿山生产掘进产生的废石回填至塌陷坑,平整场地后在滑坡坡地堆放形成缓冲阻挡平台,最后修筑排水沟、设置岩层沉降和移动观测桩,同时进行区域性的植被恢复。

(2)新洲大沟距塌陷坑较近,对新洲大沟的治理涉及到高峰地表塌陷区的综合整治,同时,为了阻止地表民工哄抢和违章非法偷挖尾砂,防止发生安全事故,提出了机械取砂后挖坑覆盖、恢复原有地貌并设置排洪沟、加强安全管理的治理方案。

(3)根据泥石流形成的3大基本条件(有丰富的松散土石碎屑固体物质,有利于贮集、运动和停淤的地形地貌条件,充足水源),提出了巴里新尾矿库泥石流地质灾害隐患治理方案:搬迁库区流域内居民,拆除区内建筑物;把尾矿库内尾矿、废石、弃渣等移出库区,在安全区域另行堆放(或利用);对初期坝坡角进行加固;修复库区被破坏的环型截水沟,并加强日常维护,及时将降水引入侧槽式溢洪道排走;新建应急排水设施(导水槽和排水沟);取缔库区流域内民采、民选点,杜绝库区内民采、民选点的尾矿和废弃物的排放现象;对地基软弱地带的局部区域修建档土墙;进行地表植被恢复。

2.2 治理方案可行性

(1)100号矿体事故隐患治理。至2004年,高峰公司5年间累计投入1.23亿元,采用构筑安全隔离层、充填、密闭和地压管理等措施,对井下采空区进行科学、有效的治理和防范,100号矿体重大事故隐患治理工程完成后,于2004年6月通过了广西壮族自治区安全生产监督管理局组织的专家验收,为地表塌陷区的治理打下了良好的基础,技术上已具备对地表塌陷坑作彻底治理的条件。

(2)地表沉降监测。地表多年的沉降监测结果表明,从2002年起,地表基本已不下沉,2003～2005年的沉降量仅分别为2,1,1mm,表明从2002年以来,地表长期处于稳定状态,新洲塌陷区已具备地表地质环境治理的安全条件。

(3)钻孔探测。在陷坑周边共布置了5个探测钻孔,以探测塌陷坑周边采空区情况,钻孔工程量501.85m,在孔内进行了岩体声发射测试,探测结果和声发射波形频谱特征分析表明:地表塌陷区周边表土层约20～40m,下部岩体较完整,施工地段下部没有空区。

(4)地层构造。矿区地层为中泥盆统马家坳组结晶灰岩,板状灰岩、页岩,上泥盆统下榴江组硅质岩,上榴江组条带状硅质、灰岩、泥灰岩和扁豆状灰岩,上泥盆统同车江组页岩、灰岩互层夹少量砂岩,分布于矿区上部及四周;花岗斑岩呈岩脉纵贯矿区的中部,走向南北,倾角70°～80°,总体倾向东,局部倾向西,脉厚5～8m。治理区域内无大的断裂构造或不良地层影响治理工程施工。

(5)水文地质。治理区上部为含矿破碎带,破碎带透水性强,但不含水。大部分降雨以溪流形式排泄,少量通过生物礁灰岩裸露区、含锡破碎带、各种天然和人为裂隙、塌陷等渗入生物礁灰岩,这些渗入的地下水向矿坑运移,以矿坑排水形式排泄。陷坑和尾矿库治理区域无不良水文地质条件影响。

(6)自然地理条件。高峰矿区地表居民和受影响建筑物已迁移和拆除,治理区域内多为山石杂草地,土壤主要为各类岩石风化的残积物和坡积物,土层浅薄,植被主要是巴芒杆、龙须草等野生植物和人工种植的杉木、马尾松等树种。地表条件有利于尽快实施陷坑治理和泥石流灾害隐患治理。

3 方案实施及效果

3.1 工程实施

各治理工程实施前,组织编写相关工程的《施工组织设计方案》和《安全劳动生产组织方案》,对相应治理工程的概况、施工方法、施工注意事项、施工质量保障、安全措施、施工人员配置、施工次序、施工进度、治安防范措施等做出明确说明。

工程施工单位向业主提出书面开工申请报告,开工前,组织有关施工人员在高峰公司进行集中培训,取得上岗资格证后持证上岗,施工设备在对现场进行安全确认后进场,并在高峰公司技术科、安环科等有关部门对现场进行检查后,批复开工报告,最后正式开始治理工程施工。

整个治理过程中,由高峰公司工程科技术员进行现场施工监理,由治理工程设计方、公司安环和保卫科技术人员进行安全技术指导和保卫工作。

3.2 综合治理效果

(1)经过两年多的不懈努力,至2009年初,高峰公司严格按地质灾害治理任务书要求,完成了新洲塌陷区综合治理工程。对塌陷区内塌陷坑进行了回填治理,对塌陷坑周边边坡进行了治理,对新洲大沟进行了全面治理,为井下采矿作业提供了安全生产条件,彻底消除了塌陷区塌陷、地裂缝、崩塌等地质灾害,同时减少了高峰矿区地下“人工水体”的形成,恢复和改善了当地的自然生态环境,为当地居民创造了安全的崭新生活环境,促进了社会的和谐,为摘除高峰矿区全国第三大“特大事故隐患区”的帽子夯实了基础,为高峰公司当前生产以及100号矿体下部延伸矿体开发创造了安全条件,其社会效益和环境效益是显而易见的。

(2)通过对新尾矿库流域内尾矿、废石、弃碴进行搬迁,在库区流域内修建环山截洪沟、修建泄水井、修缮原排水设施,在边坡弱化区域及废石平整点修建挡土墙和护坡,加固初期坝内坡底,恢复库区流域的自然植被等一系列泥石流灾害隐患治理工程的实施,对库区流域内形成泥石流灾害的3个基本条件进行了逐个的消除和改变,彻底消除了巴里新尾矿库库区流域内的泥石流灾害隐患,确保了大厂镇居民生命财产安全,也实现了库区生态环境的长治久安。

4 结 语

矿山生态环境治理是功在当代、利在千秋的事业,这一事业历史性地赋予了矿山无限的责任,依靠国家政策和资金支持,依靠各级政府和矿山企业的积极性和责任,高峰矿区地表生态环境综合治理工程达到了预定的治理目标,使矿业开发和环境保护协同起来,使资源开发走上了良性循环的轨道,使矿山成为真正的绿色矿山。此外,矿山环境治理亦可以提供矿山安全生产条件,改善安全生产环境,减少资源损失,最大限度回收国家资源,对矿山企业的可持续发展有着重要而又积极的意义。

[1]黄应盟,邓金灿,毛建华,等.高峰矿区100号矿体采空区治理与地压监测研究[J].矿业研究与开发,2005,(3).

[2]黄应盟,毛建华,孟中华,等.高峰矿区新洲地表塌陷坑综合治理研究[J].矿业研究与开发,2009,(3).

[3]陆 锋.105号矿体安全高效开采过程中的主要影响因素分析[J].矿业研究与开发,2009,(4).

[4]邓金灿,孟中华,等.矿体遗留采空区的隐患评估及治理研究[J].金属矿山,2009,(8).

2010-03-07)

黄应盟(1963-),男,广西北流人,硕士,高级工程师,第六届中国有色金属学会采矿学术委员会委员,主要从事矿山经营管理工作。