宁东重点矿区环境地质问题调查分析

【摘 要】“绿色”是新发展理念的重要一环。进入高质量发展阶段，生态环境的支撑作用越来越重要，随着能源开发和基地建设，势必引发一些新的环境地质问题：如占用、破坏土地资源、可能引发荒漠化程度加重，破坏植被，加重水土流失;废石废渣堆积经降雨淋滤、废水排放造成环境污染、采空区塌陷造成地下水位下降，水资源漏失或污染，继而产生新的地质灾害，污染、破坏生态环境。

本文针对常见矿山地质环境问题，利用调查成果分析其成因、基本特征、发生发展、发育特征及其分布规律，评价发展趋势，进而提出保护防治或适应对策建议，共同关注小康社会建设，为“绿色矿山建设”提供依据。

【关键词】生态环境;矿区环境地质问题;生态效应

一、研究意义

宁东能源化工基地为我区资源优势向经济优势转化的重点开发区和循环经济实验区。位于鄂尔多斯盆地西缘，作为鄂尔多斯盆地能源基地一部分，蕴藏着丰富的煤炭、石油和天然气资源，煤炭集中约占自治区87%的储量，且煤质优良，开采条件好。基地建设的总投资规模超过3170亿元，全部建设完成后，每年可新增工业增加值近765亿元，成为推动我区经济社会发展的重要力量。

资源开发带动地区经济的快速发展，是不争的事实。但是，“绿色”是新发展理念的重要一环。进入高质量发展阶段，生态环境的支撑作用越来越重要，随着能源开发和基地建设，势必引发一些新的环境地质问题：例如矿山开发占用、破坏土地资源、可能引发荒漠化程度加重，破坏植被，加重水土流失;废石废渣堆积经降雨淋虑、废水排放造成环境污染、采空区塌陷造成地下水位下降，水资源漏失或污染，继而在地势低洼，排水不畅地带产生新的地表盐渍化等多个地质灾害，污染、破坏生态环境。

本文针对如上矿山地质环境问题，利用调查成果分析其成因、基本特征、发生发展、发育特征及其分布规律，评价发展趋势，进而提出保护防治或适应对策建议，提高地区生态环境质量，促进科学、合理开发利用矿产资源，保护矿山地质环境，共同关注小康社会建设，为绿色矿山建设保护与防治提供依据。

二、地质环境背景

能源基地主要包括位于宁东镇的灵武矿区、石沟驿矿区、鸳鸯湖矿区。本文示范研究区范围重点为鸳鸯湖矿区，南北长约31km，东西宽约8km，面积约251.8km2。公路网完善，交通方便。

1、地貌，研究区地处鄂尔多斯台地与银川平原的过渡带。地貌形态主要表现为低山丘陵、缓坡丘陵和冲积平原。海拔高度为1288m-1490.00m，相对高差约202m。大部分地区为沙丘掩盖，系固定、半固定沙丘地貌，地形低缓平坦，地面起伏不大。

2、气象水文特点，区内气候特点为典型的半干旱半沙漠大陆性气候，冬寒夏热，季风从平均风速为3.1m/s;年平均气温为9.4℃，年最大降水量为322.4mm，年最小降水量仅为116.9mm，年最大蒸发量高达1922.5mm，相对湿度为7.6～8.8%;全年无霜期短，最大冻土深度为0.72m。区内无常年地表迳流，在红柳井田东北部外约2Km处的碱沟子有季节性水流，径流量约为0.36 ～ 2.38 l/s，水质较差，不能饮用。清水营井田北端长城南侧的边沟有水流，上游平时无水，仅中、下游有细小水流，自东而西经横城勘探区北端在临河汇入黄河，径流量一般为2.85～40.5升/秒，矿化度低，可供饮用。

3、地层，根据区域地质资料，区域地层主要是矿区地层，为桌子山-青龙山地层小区中生代拗陷区，以中生代地层最为发育。古生代地层被广泛发育的中、新生代地层所掩盖，埋藏较深。矿区钻孔揭露有三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系。

4、构造，矿区属华北地台桌子山-横山堡逆冲带。由一系列走向NNW或近SN向的褶皱群及与之相伴的断层组成。断层发育破坏了褶曲的完整性。主体构造为鸳鸯湖背斜，走向近南北，向南倾伏。断裂主要分布在南北两端，南部的磁窑堡东侧逆断层和张家庙断层构成矿区的西部边界。断裂构造控制煤层发育。

5、水文地质，区内含水层组主要划分为孔隙潛水含水层组，裂隙、孔隙含水层组及岩溶裂隙含水层组。

1）富水性较好的含水层：为局部小型洼地及沟谷冲洪积层，如西天河流域沟谷、白芨滩山间洼地、边沟一带沟谷潜水等。地下水主要接受大气降水及周围沙丘水的补给，地下水矿化度变化较大，0.3～6.5g/l，以蒸发及径流形式排泄，沿地形低洼处及沟谷汇入西天河。

富水性弱或极弱的含水层：主要为孔隙潜水，分布地区地形较高，宁东各井田均有分布。受地下水补给及排泄条件影响，富水性变化较大。

2）碎屑岩孔隙裂隙含水层组，由古近系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系与石炭系等组成。

古近系含水层最大厚度220m左右，分布于井田北部及横城矿区，其岩性为粉细砂岩、粘土岩与砾岩互层夹石膏。水量小水质差，多属高矿化水。

白垩系含水层范围较广。清水营井田最大厚度为222.3m，岩性以砂砾岩为主。清水营井田抽水资料，单位涌水量为0.009～0.5l/s·m，泉水流量为0.1～0.32l/s，矿化度为0.35～1.21g/l。

侏罗系各组为煤系地层含水岩组，底部直罗组厚层粗粒砂岩含水层富水性较好（q=0.42～0.0036l/s·m）。煤系地层中的含水层均属含水弱或极弱含水层，钻孔单位涌水量为0.02414～0.000393l/s·m，矿化度为1.56～8.08g/l。

三叠系为含煤地层的下伏地层，含水层为中细粒砂岩，胶结较致密，透水性差。据碎石井田井抽水资料，单位涌水量为0.00159l/s·m，矿化度为4.34g/l。

二叠系与石炭系地层主要分布于横城矿区，含煤地层。含水层岩性为砂岩，钻孔单位涌水量为0.0166～0.0023l/s·m，水矿化度1.789～9.0g/l。

3）灰岩含水层组，该含水层组仅包括下古生界奥陶系灰岩为主的地层，横城矿区有分布，马鞍山北端黑山一带有零星出露。具北方岩溶特点，灰岩裂隙溶洞不发育，至270m深度单位涌水量为0.0605l/s·m。

本区地表分水岭与地下分水岭基本一致，地下水接受降水补给后，向沟谷、洼地及地下水位低的沟谷运移，多以地表径流排入沟谷。向西汇入黄河。

6、工程地质，矿山生产应用一般关注组成岩体的结构面和结构特征，按岩体结构类型区分为散体结构、碎裂结构、层状结构和块状结构。

1）散体结构，指土质岩类、风化岩中最上部的强风化岩体，原生和次生结构面均呈无序状，松散介质，容易引起较多的工程地质问题。

2）碎裂结构，由风化岩组成，包括现代风化层和古风化壳。岩体结构面间距一般小于0.5m，结构为大小不等、形态不同的岩块，且呈不规则状，饱和抗压强度变化较大。为开采煤层覆岩的一部分，易造成顶板压力增大和老顶初次及周期来压步距的缩短。单轴抗压强度小于10MPa，用镐、锹可挖动，受地下水影响，易出现溃砂现象。

3）层状结构，砂岩、砂质泥岩岩组，微薄～中厚层结构，岩体分层多，厚度变化大，多构成煤层顶底板。有相对隔水层，易受地下水对岩石的软化、崩解、离层等影响。受软弱岩体影响，以离层或沿滑面滑脱失稳为主要表现形式。

4）块状结构，主要指岩体厚度较大、层理不甚发育的砂岩。分层厚度一般大于1.5m，为中厚～巨厚层状。受地下水的影响较层状结构岩体小，稳定性较好，是各种结构中岩体完整性和稳定性最好的。

三、环境地质问题

1、主要矿山环境地质问题

通过调查（调查方法采用了无人机遥感调查），与矿山开采相关的主要矿山环境地质问题表现为地面塌陷、地裂缝、煤矸石堆放等。矿区环境地质问题集中在采空区引起的地表塌陷，以及进一步诱发地质灾害可能性。矿山开采一般持续时间较长、后期新建矿井较多，所以，其环境地质问题存在复杂性，普遍性。

根据遥感影像特征，共解译圈定出地表沉陷区13个，面积约96.75公顷，平均每个沉陷区达7.44公顷，单区最大面积近29.6公顷。主要分布在羊肠湾矿区。根据地面塌陷的形态特征，划分为塌陷坑、塌陷槽、裂缝、塌陷盆地类型。

塌陷坑：在开采薄基岩浅埋煤层时，地表会出现倒锥形漏斗和椭圆形塌陷坑。

塌陷槽：在开采薄基岩煤层时，会出现塌陷槽。这种塌陷槽类似于地堑，其两侧为松散层裂缝，中间下陷。下陷深度一般在十余厘米至几米。

裂缝：裂缝是采空区地面塌陷的常见形式。塌陷裂缝一般长几米至几百米，宽几厘米至几十厘米。4、塌陷盆地：在开采薄基岩煤层时，地表常出现一种切落式塌陷盆地，其范围一般比工作面大。在地形较平坦地区，塌陷深度一般在1-3m左右。

地裂缝（不包括沉陷型地裂缝）20条，总长度约7733.03m。最长地裂缝长度1106.5m，最短的有57.91m。最大宽度达2.1米，分布与地面沉陷区相似。

典型裂缝基本特征，主裂缝产状地表上直立，主裂缝走向220°，主裂缝长度约200m，主裂缝宽度3.3m，主裂缝可测深度3.1m，地裂缝区面积1000m2。地表上地裂缝表现为上宽下窄，呈V形，地裂缝壁面多数粗糙不平、直立，裂面凹凸不平，裂缝中间有裂开成柱、块状的土体，裂缝有明显垂直错动迹象，错距1.2m。地裂缝形态局部为直线形，整体呈环形。地面沉降进而引起地面变形，形成塌陷区。例如，石沟驿矿区塌陷坑总体为椭圆形，长2000m，宽500m，塌陷面积约4.14 km2，在陷坑北部边缘，矿区居民房屋破坏程度较严重，房屋墙体及地面已开裂，裂缝宽2-8mm，受地面塌陷威胁的约822户，已搬迁。

渣场和堆煤场，共解译出60个渣场和13个堆煤场，面积达218.88公顷，最大堆煤场单体面积达67.62公顷，最小渣场面积为233.67平方米。

2、矿山环境地质问题主要危害

1）对土地资源的破坏

由于本区地表资源脆弱，土地利用类型主要为沙滩地、灌木林地和天然草地。耕地和林地所占的比例較小，所以，总体上讲，煤炭开采及由此形成的地面塌陷对开采区的农田耕作和农作物生长产生不利影响。

2）对地面建（构）筑的破坏

由于地面塌陷，造成地表移动和变形，采空塌陷区内的地面建（构）筑物就时有开裂、倾斜、变形、甚至倒塌损毁的情况发生，直接危及村民的居住安全。途经采空塌陷区内的公路有开裂破坏现象。采空塌陷一方面直接破坏了地表的完整性，另一方面对含水层的破坏使地下水位下降，地表泉水干枯，局部地形低凹处的植被、树木枯死或长势变差，从而诱发或加剧了水土流失与土地沙化程度。

3）对地下水的影响

采空区地面塌陷引起地下水位下降，泉流量减小甚至干涸，水源地失去供水功能，地下水污染等一系列的环境水文地质问题。同时，矿坑排水对农田灌溉、村民饮用水亦造成一定影响。

4）生态效应

采煤对生态环境的影响主要包括植被生态退化（进而导致水土流失、土地荒漠化），湖淖和湿地面积萎缩，泉流量减小或干涸，河流断流等。采煤对生态环境的影响主要是由于采煤导致地下水位下降而引起，地下水位下降并发湖淖和湿地面积萎缩，泉水干涸、河流断流，植被生态退化;采空区地面塌陷会形成大小不等的条带状分布的地表裂缝，裂缝宽度10～120cm，深度2～8m之间，往往导致泉水干涸、河流断流，同时致使土壤结构变松、含水抗蚀性降低，对植物生长产生不利影响。

区内植被以旱生植物为主，仅在泉群出露、河床及谷坡较低部位生长喜水的水生、湿生和中生植物，植被生态随地下水位埋深呈现的分带性明显;煤矿资源开采沟通含水层，可导致地下水位快速下降，泉水和河流干涸，地下水位埋深较浅的河床及谷坡部位生长的喜水植物出现了干枯死亡和病态枯萎现象，而地下水位埋深较大的谷坡部位和黄土梁面上的耐旱的乔木和灌草则基本不受影响。

煤矿引起地面塌陷，或覆岩冒落等，导致地表水下渗量增加，河流流量减少或断流，风沙滩地中的原有海子、水库等水面面积萎缩或干枯。

另外，煤炭开采后，产生的冒落带、裂隙带发育到第四系含水层底部，甚至發育到地表，从而疏干第四系地下水。煤矿突水、排水使得支沟内原本通过泉或溢流形式天然排泄的地下水，转而经过矿坑突水或人为排水进行排泄，影响和破坏了地下水的形成和赋存条件，对水资源造成较大程度的破坏。

同时，以煤矸石为主的固体废弃物大量堆积，给矿区周边环境带来不良影响。在风化作用下，矸石堆表面的粉尘可通过风的搬运进入大气，矸石中的可溶性金属盐可通过水的溶蚀和携带进入土壤和水体造成污染。

四、矿区环境地质问题综合评价

1、评价因子选取

依据调查结果分析，确定矿山环境地质问题评价因子包括：煤层埋深、生态因子、地物地貌、地表水文等。煤层顶板埋深影响因子按影响等级可分级为<70米-冒落区，70米-115米-冒落裂隙区，115米-230米-不安全区，>230米-安全区。

环境因子影响评价指标包括定量指标和定性指标。根据宁东矿区地表地物地貌图，提取其中的道路、村庄、耕地及林地、河流、水库信息，以此作为综合评判的基础数据集（略）。

2、环境影响因子综合评价

根据权重的设定，利用相关软件图层叠置分析功能，便可得到研究区煤层开采形成环境地质问题的综合评价结果，按相关规范设区保护。

重点保护区，主要为高速公路及省道一线。高速公路与省道东西向近平行穿过研究区，周边有村庄分布、植被指数较高、有农田分布，形成研究区煤层开采区的重点保护区域。

一般保护区，主要为村庄及清水营河周边植被指数较高，耕地、林地分布较多的区域。

非保护区：环境影响评价因子未能覆盖的区域和影响微弱的区域。

五、防治措施（建议）

根据宁东矿区地质环境问题发育类型与特征分析，其防治措施建议可考虑如下方面：

1、加强矿产资源开采动态管理，建立采掘图纸交换制度，严格要求各矿山企业采掘图纸必须定期到地质环境管理机构交换，随时掌握各矿山企业动态。使矿山开采活动完全处于监督管理之下。坚决杜绝建筑、道路、水利工程设施等保护煤柱内的开采活动。

2、组织专门技术力量，查明不同时期采空区的具体分布范围、变形情况，根据不同情况采取支护、禁采、采空区处理、建筑物保护等措施，以防止采空区塌陷地质灾害。对于已发生灾害的地区、建筑，建议继续监测采空区变形情况，并做好灾情预测预报工作。

3、煤炭资源的开发规划应以“采煤保水”为原则，在保护水资源的前提下，实施煤炭资源开采;按照结论中给出的研究区煤层可开采性综合评价分区结果进行煤炭资源开采规划。

结语

1、研究区采煤冒落带、导水裂隙带安全高度分别为70米和115米。能够保障生态、水资源和采煤安全的“三带”安全高度为230m。

2、研究区采煤引起的环境地质问题主要为地面塌陷及其地质环境影响，主要表现在对公路、村庄、植被、河流水库及地下水的影响。

作者简介：

王新贺，男，1962年生人。水工环地质高级工程师。长期从事地质专业技术生产以及科研工作，先后完成水文、环境、工程地质专题项目成果报告近百项。公开发表《宁夏南部严重缺水地区找水经验》，《处理高矿化、高氟水系列矿物材料的开发和应用》，《宁夏固原寨科风电场地质灾害危险性调查评估及防治措施建议》等论文.合著出版《宁南地下水-宁南水资源评价与开发利用》（地质出版社2013）、《固原盐化工基地水资源环境影响评价》、《中国北方岩溶水》（地科院岩溶所）等专著。

（作者单位：宁夏水文环境地质勘察院）