河南省遂平县 781铀矿矿山地质环境治理及意义

郑群有,任佩佩,李 川

(河南省地矿局第一地质工程院,河南 驻马店 463000)

河南省遂平县 781铀矿矿山地质环境治理及意义

郑群有,任佩佩,李 川

(河南省地矿局第一地质工程院,河南 驻马店 463000)

根据 781铀矿存在的主要地质环境问题及危害程度现状分析、提出工程措施和生物措施相结合的治理方案,从而消除了铀矿渣核辐射威胁,恢复了矿区生态环境,改善了矿区及附近居民的生存、生活环境,结果表明:通过治理前后水样及矿渣堆放射性测量结果对比、治理后的矿渣堆积区的各种测试值均相对治理前大幅度降低。说明方案科学、可靠、治理效果明显。

废铀矿;矿山地质环境;治理

1 矿山自然环境

1.1 矿山自然地理概况

1.1.1 地理概况

781铀矿位于遂平县西部,地理坐标:113°40′30″～113°41′30″,北纬 33°08′45″～ 33°09′30″。属遂平县嵖岈山乡所辖,矿区及其影响范围内人口总数约 5万人,经济发展水平较低。从矿区至县城有县、乡道路通过;G 107、京珠高速及京广铁路纵贯遂平县全境,区内交通较为便利。

1.1.2 气象、水文

781铀矿地处北亚热带向暖温带过渡地带,属大陆性季风气候,冬季寒冷,夏季炎热,四季分明。年平均气温 14.9℃,最高气温 43℃(1966年 7月 19日),最低气温 -16.6℃(1995年 1月 6日),多年平均降水量 886.3mm,降水多集中在 6～9月份,占全年降水量的 60%以上。最大年降水量 1 434.7mm(1984年),最小年降水量仅 394.0mm(1992)年,多年平均蒸发量 843.2mm。

矿区内水系发育,多呈树枝状,河流主要有老代沟,老代沟发源于尖山北麓,流域面积 2.0 km2,全长 2.5 km,流经矿区入下宋水库,为一季节性河流。河谷宽 10～50 m切割深度 8～12 m,迳流量受大气降水的影响,年内、年际变化较大。

2 矿山地质环境背景

2.1 地形、地质条件

2.1.1 地形地貌

工作区地势西高东低,自西向东为山地 -山前岗地 -冲积平原,山地海拔高程最高为 757.5 m(大顶山),平原区海拔高程在 54～95m之间。

781 铀矿区地貌属于伏牛山余脉与黄淮平原过渡的低山丘陵区。地势西、南、东高,北低,呈椅状,西部平顶垛高程为576.2m,南部尖山高程为 585.1m,东部山顶高程 428m,矿区中部高程为 200 m左右。北缘高程为 150 m左右。“椅面”坡度为 6.67%,冲沟发育,植被稀疏。

2.1.2 地质概况

1)地层

矿区地层由老到新简述如下:

中元古界汝阳群,区内分梦山组(Pt2y)和北大尖组(Pt2bd)。云梦山组岩性组合和厚度相对稳定,主要为肉红色、紫红色中粗粒石英砂岩、含砾粗粒石英砂岩及灰黄色、灰绿色安山岩,肉红色、灰白色中厚层状细粒石英砂岩与暗红色、青灰色厚层状粉砂质泥岩互层。北大尖组岩性组合和厚度分布稳定,主要为灰白色、灰红色厚层状细粒石英砂岩夹紫红色、蓝灰色粉砂质泥岩。

上元古界洛峪群,区内分崔庄组(Pt3c)、三教堂组(Pt3s)和洛峪口组(Pt3l)。崔庄组为细粒石英砂岩、灰黑色粉砂质泥岩。三教堂组为肉红色、灰白色薄层 -厚层状细粒石英砂岩。

洛峪口组为一套泥岩,上部为一套碳酸盐岩。

震旦系董家寨组(Zd)、罗圈组(Zl)和东坡组(Zdp)。董家寨组为含粉砂泥质细粒石英砂岩与中粗粒、细粒长石石英砂岩互层为主。罗圈组主体岩性为一套褐黄色、灰黑色含砾不等粒杂砂岩(冰碛砾岩)。东坡组主要为灰黑色粉砂泥岩夹泥质粉砂岩。

寒武系辛集组(∈1x)和馒头组(∈1-2m)。辛集组主体为一套含磷泥灰粉砂岩,含磷粉砂质泥岩。馒头组主体岩性为灰黄色泥岩、页岩夹灰岩、白云岩。

第四系中更新统(Qp2)、全新统(Qh)。中更新统坡积 -洪积层多分布在山前岗坡丘陵、山间低地及山前倾斜平原上,呈不规则面状分布,由山麓向低地或平原方向倾斜。下部杂色坡积或洪积砾石层,中上部为棕红色砂质粘土层,常含钙质及铁锰质结核,可见厚度 3～20m不等。

全新统下部冲积层:分布于沟谷及河流两侧,常组成 I级阶地,由灰黄色粉砂质亚砂土、砂土组成,底部常见松散砾石层,具二元结构,可见厚度小于 2m。

2)构造

矿区经历了中岳期、阿森特期、燕山期和喜山期多次构造运动,区域在不同时期、不同形式的区域构造应力场先后作用下,形成了北东向、南北向和东西向构造形迹,形成了区域基本构造格局。矿区发主要断裂有:

北东向断裂,该方向断裂与东西向构造呈典型反接复合关系,是在中生代末期南北反扭应力场作用下成生的,新生代仍有继承性活动,力学性质为压扭性,走向 50～65°,区域长度 5～10 km,破碎带宽度 10m左右。破碎带发育断裂角砾岩、糜棱岩,并有揉皱现象。

南北向断裂,发育平顶垛东侧,走向 3～5°,区内长度2.5 km,破碎带宽度 5～10m。破碎带发育断裂角砾岩、糜棱岩。

东西向断裂,该构造属秦岭纬向构造带南支 -伏牛山构造带的延伸部分,呈 280～310°方向展布,倾角 74°。它成生于中岳运动,到燕山运动进一步加强,至新生带仍有明显活动。主干构造带由变质岩组成,挤压现象极为强烈,与此相应的各方向节理也很发育。力学性质为压性,区域长度 5 km,破碎带宽度 8～10 m。破碎带发育压碎岩、碎裂岩两侧岩石片理化。

2.1.3 水文地质

按照矿区地下水的赋存介质、水力性质、埋藏条件,将地下水划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型。

1)松散岩类孔隙水

指赋存于第四系坡洪积泥质砂砾石、粉质粘土中的孔隙潜水,单井涌水量小于 100m3/d,地下水位埋深小于 4m,水化学类型 HCO3-Ca.Mg型水,矿化度小于 0.43 g/l。

2)基岩裂隙水

指赋存于中厚层状细粒石英砂岩、厚层状粉砂质泥岩、厚层泥岩、石英岩和大理岩裂隙中的地下水,径流模数小于 0.33 l/s·km2。水化学类型为 HCO3-Ca.Mg型水,矿化度 0.16～0.57 g/l。

松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水的主要补给来源为降水垂直入渗和裂隙水的侧向径流补给,垂直循环交替强烈,自南向北径流。主要排泄途径为蒸发和径流排泄。

2.1.4 工程地质

厚层状坚硬岩类工程地质区

以石英砂岩、石英岩、冰碛砾岩为主,断裂发育。岩体为厚层状结构。地貌为差异性上升断块山地。岩层倾斜,组成单面山,沟谷发育,地形切割较强烈,在陡峭岩壁地段常有崩塌及脱落现象。受断裂控制,属持续差异性上升区,近期地震活动轻微,为区域稳定性较好的地区。岩体承载力高,但构造节理发育,同时岩层倾斜,存在岩层层面不稳定因素。

松散岩类工程地质区以单一结构粘性土为主,局部夹砾石。近山前地带其厚度受基岩面控制。冲沟发育,其形态多呈条状岗地,岗坡及沟坡常可见到有滑坍塌现象。属持续差异性沉降区,全区地震甚少、强度低、属稳定地带。

3 矿山主要环境地质问题

781 铀矿 1970年建成投产,于 1985年终产闭坑。历经十几年的开采,矿区形成了南北向相应堆积量为 890万 m3、700万 m3、816万 m3的三个排渣场,矿区地质环境和生态环境遭到严重破坏。受当时社会经济条件的制约和对生态环境治理工作认识程度的限制,矿山闭坑时进行的生态环境恢复治理较为简单、不彻底,加之长期的风雨剥蚀、冲刷,矿山地质环境恶化,生态环境状况堪忧。

3.1 放射性矿渣露天置放

1)水流、降水浸润原废矿渣,水流携带放射性物质,在动力作用下向矿区外排泄、扩展,一部分流入下游的下宋水库,污染水库水质,使水库中的水产品遭受核辐射而不能食用;若干旱季节利用水库水灌溉农田,农作物也会受到核污染,有使该灌区十几万人民群众生命财产遭受损害的危险。另一部分下渗补给地下水,在地下水的动力作用下,这部分水源成为附近居民的生活饮用水,直接影响周边居民的身心健康。

2005年4月29日,分别采集了矿渣堆的组合岩样和水样,由河南省核工业放射性核素检测中心检测,检测结果:水样中总 β为 0.56 Bq/L,超地下水质量标准和生活饮用水标准 4.6倍。岩样中铀 -238为 8.02 Bq/L,镭 -226为 7.68 Bq/L,分别高出同类岩石 82倍和 79倍,钾 -40高出同类岩石 3倍多。

2)矿山闭坑时对矿渣堆覆盖土层较薄,因山坡流水、降水冲刷等原因裸露出来,加上一些未进行治理的废弃矿渣,致使 2400万 m3废矿渣裸露于地表。

3.2 边坡失稳

由于该区成矿条件所至,部分矿坑为露天开采,因矿坑面积大,矿区封闭时,没有完善的闭坑措施;原矿坑底宽度小,采矿坑最终边坡角大于 60°,有潜在边坡失稳隐患;沟道强力下切,原侵蚀基准面被降底,致使矿渣堆简易拦挡工程基础裸露、坍塌。

3.3 矿区生态环境破坏

由于当地农民的砍柴、放牧、种植结构调整等使得原本不多的植被又遭破坏,水土流失、水流浸蚀废矿渣堆现象严重,废矿渣再次裸露。加之矿区存在开采石材的现象,矿山表面的土层被剥离,弃渣、弃土顺山沟随意堆放,矿区生态环境破坏严重。

4 矿山环境治理方案

根据 781铀矿存在的地质环境问题及危害程度和周边风景区的现状,本着以人为本、防灾减灾,因地制宜、因害设防的治理原则,根据前期地形测量、矿山环境地质调查、矿山辐射测量、工程地质勘察、水样及岩土样分析等工作取得的基础资料,治理工程采用边坡及平台整理工程、挡土墙工程、地表排水工程、覆土工程、生物工程、警示工程等措施进行综合治理,最终达到防止矿区滑坡、泥石流地质灾害的发生,改善矿区生态环境,保护矿区人民生命财产的安全目的。

1)边坡及平台整理工程:对起伏不平的矿渣堆坡面和平台面进行挖填平整。平整后,斜坡坡度为 1∶1.75、1∶1.50;平台为反向坡,坡度为 1.5～3.8%,矿渣堆自身处于基本稳定状态。

2)浆砌石挡土墙工程:根据地形、地质、矿渣堆高度等情况,参照中国建筑标准设计研究院出版的《挡土墙》(04J008)标准,采用 M 10浆砌石结构直立式重力挡土墙,将废矿渣堆坡脚进行挡护,阻止废矿渣扩展和运移。

3)地表排水工程:在整理后的渣坡上设置截水沟、排水沟等排水设施,形成完善的矿区排水系统,控制水流,避免废矿渣堆积区水土流失及水质污染等现象发生。

4)覆土工程:根据《铀矿冶设施退役环境管理技术规定》(GB14586-1993)、《铀矿地质辐射防护和环境保护管理规定》(GB 15848-1995)及前期检测获得的铀放射数据,将整理后的矿渣堆边坡、平台及矿坑塌陷区地面全部用优质粘性土覆盖,厚度不小于 1.3 m,最大限度地降低其辐射量。覆土后的边坡坡度为 1∶1.50、1∶1.75,平台坡度为 1.5% ～3.8%。

5)生物治理措施:治理区覆土后进行植树、种草,恢复矿区植被,主要起到覆盖地表、保护废矿渣堆积区的边坡稳定性、控制水土流失、美化环境的作用。达到达到美化环境和增加经济收入的目的。

6)警示工程:在治理区进出口设立明显的警示标志,以防止人畜进入对现有工程、设施造成破坏。

5 治理效果

1)治理后水质检测结果

2006年 12月 25日,采集了矿渣堆及其附近水样,由河南省核工业放射性核素检测中心检测,检测结果:水样中总 β为 0.10 Bq/L、水样中 U-238未检出、Th-232为 4.36～4.86×10-3Bq/L、Ra-226为 2.21～ 2.67×10-2Bq/L、K-40为 1.2～6.0×10-3Bq/L。各项测试参数均较治理工程实施前大幅下降。

2)治理前后废矿渣放射性活度对比

图1 铀放射性比活度变化图

图2 钍放射性比活度变化图

图3 镭放射性比活度变化图

图4 地面上一米高照射量变化图

通过以上治理前后水样及矿渣堆放射性测量结果对比,表明治理后的矿渣堆积区的各种测试值均相对治理前大幅度降低,其中铀放射性比活度下降了 94% ～98%,说明治理方案科学、可靠,治理效果明显。

6 治理工程实施意义

该治理工程的实施,不仅隔断了水流携带放射性物质向矿区外排泄、扩展,使辐射区内的雨水与辐射矿物质相隔离,保障下游下宋水库水质的安全,水库中的水产品也将免受核辐射的危害,向居民提供安全、无污染的水产品;干旱季节当地群众可放心地利用水库水灌溉农田;下游地下水水质得到明显改善,使治理区雨水流经区域的村民放心饮用、利用地下水资源;避免滑坡及泥石流等地质灾害的发生,减少因地质灾害造成的财产损失和人蓄生命威胁,给下游的村庄居民以安全感。而且大大增加了矿区经济林和绿地,美化了矿区及周边环境,生态环境得以恢复,附近居民的生活环境明显改善,促进了附近景区旅游业的发展。其社会效益、环境效益和经济效益均十分显著。

7 结论

781铀矿矿山地质环境治理工程的成功实施,基本消除治理区铀矿渣核辐射污染,使矿区生态环境得到恢复。具有可观的社会、环境和经济效益,治理效果十分显著,为其他放射性矿山的地质环境治理起到了示范作用。

P641.4+63

B

1004-1184(2011)01-0077-03

2010-07-01

郑群友(1978-),男,河南西平人,工程师,主要从事水文地质、工程地质、地质灾害等方面的工作。