赤峰市矿山地质环境问题及治理方法研究_王树怀.pdf

Research Findings | 研究成果 | 9 2017 年 12 月 赤峰市矿山地质环境问题及治理方法研究 王树怀 （中煤地质工程总公司，北京 100040） 摘 要根据调查结果，矿业开发占用和破坏土地资源、引发的地质灾害、对地形地貌景观的破坏、固体废弃物对环境 的影响、 引起的含水层破坏为赤峰市五大类矿山地质环境问题， 其危害严重需治理。 文章论述了赤峰市矿山地质环境问题， 结合以往经验，针对提出治理方法供探讨。 关键词矿山地质环境；地质灾害；保护；治理；调查监测 中图分类号TD167 文献标志码A 文章编号2096-2789（2017）12-0009-03 赤峰市地处内蒙古高原向松辽平原的过渡地带，矿产 资源丰富， 矿业开发历史悠久， 全市共有生产矿山1140处。 开发利用的矿产种类共 46 种，包括煤、天然气、地热、 铁、锰、铜、铅、锌、钨、锡、钼、金、银、沸石、萤石、 石灰岩、高岭土、大理石、玄武岩等。 矿业已经成为赤峰市的经济支柱产业。但由于观念、 体制、法制、管理等多方面的原因，多数矿山重开采轻 治理，矿业开发在为全市经济发展做出贡献的同时，引 发了许多矿山地质环境问题。 1 赤峰市矿山地质环境问题 矿业开发占用和破坏土地资源、矿业开发引发的地 质灾害、矿业开发对地形地貌景观的破坏、矿山固体废 弃物对环境的影响、矿业开发引起的含水层破坏为赤峰 市五大类矿山地质环境问题。 1.1 矿业开发占用和破坏土地资源 矿业开发引发的地质环境问题首先表现为占用和破 坏土地资源，是全市分布最普遍，也是影响最大、最严 重的矿山地质环境问题。包括露天采矿场、选矿厂、工 业场地、办公生活区、排土（渣）场、尾矿库、地面塌 陷区、废渣（石）堆、矸石堆、矿区道路（铁路、公路） 等矿山生产、 生活设施与矿山开发建设占用、 破坏的土地。 据已有资料统计，全市矿山用地面积 76260.96hm2， 因矿业开发占用破坏土地面积 20428.2hm2，占矿山用地 面积的 26.79。 占用破坏土地资源类型以草地为主，破坏形式主要 表现在使土地丧失使用价值，使十分脆弱的原生生态环 境遭破坏后难以恢复，且可能导致水土流失、土地荒漠 化等其它问题的发生和发展。 1.2 矿业开发引发的地质灾害 赤峰市境内的矿山地质灾害类型包括地面塌陷、地 裂缝、崩塌、滑坡、泥石流五种类型而以地面塌陷为主。 （1）地面塌陷和地裂缝。地面塌陷灾害主要发生在 井工开采的矿区，是全市数量最多、危害最严重的矿山 地质灾害，具有分布范围广，危害性大等特点（见图 1）， 其危害主要表现在以下方面①塌陷直接造成人、畜伤 亡事故如 1974 年元宝山煤矿一职工骑自行车下班途中 连人带车坠入塌陷坑中死亡；1988 年五家煤矿一井后山， 一拉煤拖拉机连人带车坠入塌陷坑致人死亡；1985 年 8 月 23 日，原平庄矿务局地质队在风水沟建井工程处二风 井地面施工工程孔，由于突发塌陷，致使 3 人死亡，2 人 轻伤；②塌陷导致地表建筑物与水利、交通等设施变形 破坏如 1986 年到 1997 年间元宝山区风水沟镇上风水 沟村地面塌陷及其伴生的地裂缝造成 87 户居民房屋下沉 开裂，最终全村被迫整体搬迁，经济损失达 480 万元。 元宝山区平庄镇山前村共有 155 户居民房屋由于地面塌 陷引发坍塌与墙体开裂，造成直接经济损失超过 400 万 元，目前塌陷仍在威胁着 10 多户房屋的安全。地面塌陷 危害对象包括蓄水池、灌渠等水利设施，矿井、绞车房、 工业广场等建筑设施，砖厂、饲养场等乡镇企业，铁路、 公路、涵洞等交通设施。如元宝山镇刘家店村的塘坝、 蓄水池及 5200m 的防渗渠由于地面塌陷而报废，损失近 4000 万元；③地面塌陷坑是矿山安全生产的隐患地面 塌陷坑易与下部采区发生水力联系，导致灾难性的后果。 如 1976 年 7 月 2 日，元宝山矿三井一采区由于农灌水流 入塌陷区并渗漏造成淹井事故，淹没巷道 3106m，机械 100 台，损失 100 万元；1979 年 6 月 28 日，洪水涌入古 山二井塌陷区造成淹井事故，30 分钟内全井淹没，死亡 8 人，淹没巷道 11124m，机电设备 217 台，造成直接经 济损失 264.6 万元。此外塌陷区中的积水还可能饱和地表 的黄土与地下的砂岩层，引发泥石流或溃砂，淹没工作 面与巷道，如 1979 年 12 月 24 日古山二井三采区塌陷坑 引发的泥石流淹没了工作面，致使 6 人死亡，2 人重伤； 1983 年 11 月 12 日风水沟矿一采区第三系砂岩层遇水变 成流砂溃入巷道，死亡 1 人，报废巷道 200m，停产 32 天。 据调查统计，全市矿业开发形成的采空区地面塌陷总面积 3886hm2， 其中煤矿开采区塌陷占总塌陷面积的99以上。 据调查，全市采矿引发的构造成因地裂缝约 5 处，影响范 围约38.63hm2， 规模为小型， 造成的直接经济损失95万元。 图 1 元宝山矿区内的密集地面塌陷坑 （2）崩塌。矿区崩塌灾害主要发生在各类采石场（建 筑用石料、水泥用石料、化工用石料等）与砖厂取土场， 灾害规模以小型为主。据已有资料统计，崩塌造成的直 接经济损失 400 万元，死亡 2 人。 （3）滑坡。赤峰市的矿区滑坡类型包括岩体滑坡与 土体滑坡。岩体滑坡灾害主要发生在露天煤矿矿区，土 体滑坡灾害主要发生在丘陵区内的砖厂取土场等矿区； 滑坡危害主要表现在破坏采矿场、 矿区铁路与公路、 砖厂、 房屋等工业与民用建筑及交通设施与农田、林地等，如 平煤公司西露天煤矿仅 2002 年就有四处滑坡发生，总体 积达 375.6104m3， 造成了 2180.84 万元的损失 （见图 2） 。 图 2 西露天煤矿被滑坡剪断的铁路 ChaoXing | 研究成果 | Research Findings 10 2017 年 12 月 （4）泥石流。泥石流灾害主要发生在露天煤矿的 排土场，系坡面型的泥石流。如 1999 年平煤公司元宝 山露天煤矿南排土场等地发生的 3 处泥石流影响范围 24.9hm2，造成直接经济损失 773.5 万元。 1.3 矿业开发对地形地貌景观的破坏 矿山建设与采矿活动改变了矿区及周边的地形条件 与地貌特征，其中露天采矿直接造成了地形地貌景观的 破坏，使山体破损、岩石裸露并直接破坏地表植被。 而地下采矿则以地面塌陷的形式破坏地形地貌景观， 塌陷对地表植被（生态林、经济林、农田、灌丛与草地等） 变形破坏作用也非常大，塌陷可以直接导致植物根系拉 断，使植物枯萎死亡。如风水沟矿塌陷区就使“东山万亩 林工程”遭受了巨大的损失。此外，塌陷还改变了原有 的地面形态， 造成地表土层松动变散， 从而加剧水土流失， 使土壤不能有效的保持水分和有机质并不断沙化，最终导 致农作物或果树减产，严重者植物死亡，其原因就是由 于塌陷破坏了植物生长的原生环境和原生植被生态系统。 矿业开发对地形地貌景观破坏是一个普遍性的地质 环境问题。破坏形式主要表现在改变了矿区及周边的地 形条件与地貌特征，造成了土地毁坏、山体破损、岩石 裸露和植被破坏。 1.4 矿山固体废弃物对环境的影响 矿业固体废弃物包括露天矿的剥离物、井工矿的废 石（渣）弃土等。全市各类矿山固体废弃物累计积存量 150577.37 万 t。 矿山固体废弃物（矸石山、排土场）的堆放对周围地 质环境的影响包括占用土地且复垦利用较为困难；易形 成不稳定斜坡和发生滑坡；易引发泥石流灾害；此外结 构松散的堆放物还是风蚀作用的物源，冬春季节易形成 沙尘天气，增大周围空气中的粉尘含量。 固体废弃物对地下水环境的影响主要表现为淋滤污 染含水层。 1.5 矿业开发引起的含水层破坏 （1）矿业开发对含水层结构的破坏。多数露天矿山 在剥离工程中就直接破坏了含水层结构；井工矿山矿坑 连续排水造成地下水位下降的现象，在全市各矿区普遍 存在。 由于采矿，矿区地下水水位普遍下降，且多数矿区 处于疏干状态。由于部分矿区分布在河谷平原与山间谷 地（沟谷），使当地主要供水目的层遭受破坏，如地处 老哈河河谷平原的元宝山露天煤矿地下水疏干量超过 1.42108m3/a，地下水降落漏斗圈闭范围为 17.56km2， 地下水降落漏斗中心水位埋深超过了 25m，地下水下降 影响范围超过 30km2（见图 3）。 矿区地下水位下降造成水井干涸，植被枯萎死亡，使 原本生态环境极其脆弱的地区雪上加霜，土地沙化、水 土流失现象更加严重，直接影响着当地农牧业发展及居 民的正常生活。此外，矿区疏干的目的是为了采矿生产 的正常进行，而不是利用地下水。强力疏干地下水使地 表河流干枯，地下水位下降，造成矿区及周围区域水资 源浪费和短缺等一系列水环境问题的产生。地处平庄矿 区的山前村一带，由于矿区疏干导致了疏干区内居民饮 用水的缺乏及无保障。 （2）矿业开发对地下水水质的影响。主要指矿业开 发过程中产生的废水、 废液对地下水水质的影响。 据统计， 全市矿山排水 （矿坑排水、 选矿废水、 堆浸废水、 洗煤水等） 年排放量 2.14 亿 t。年排放量最大的为矿坑水，其次为选 矿废水、废液。 废水废液直接或间接污染矿区及周边地表水、地下水 和周围土壤并对地下水的硬度、有害物质含量等水质指标 图 3 元宝山露天煤矿地下水疏干影响范围示意图 产生影响。赤峰市矿山地质环境问题突出，保护和治理 矿山地质环境已成为当地政府面临的一个重要现实问题。 2 赤峰市矿山地质环境治理方法研究 根据赤峰市矿山地质环境问题特点结合以往经验，本 着提高技术含量、降低工程成本、确保治理成效的目的， 针对提出的治理方法进行介绍 2.1 地面塌陷治理 地面塌陷的治理主要是对塌陷坑、地裂缝进行充填、 碾压、整平、覆土、绿化。具体治理措施是对小的塌陷 坑直接回填，对大的塌陷坑较陡的边坡进行削坡处理。 塌陷区治理过程中应充分考虑周边地形地貌条件。使治 理区域尽可能达到与周围景观相协调的目的。 2.2 矿山固废治理 （1）排土场的治理。主要是对达到设计排土高度之 后的排土场顶部进行整平、覆土，对排土场坡面进行放坡 或建设护坡工程（坡脚下建设挡墙或坡面采用预制正六边 形水泥制件框格护坡）。放坡坡度以安全、便于后期工 程施工管理为原则。在上述工程措施的基础上采取植树种 草等生物工程措施。 为保证绿化及后期的维护、 灌溉工作， 在考虑在排土场坡顶周边埋设灌溉管路。为防止水土流 失，在排土场顶部相对汇水的部位建造导水槽。 （2）矸石山与矸石堆的治理。根据矸石场分布现状 及治理必要性和难易程度，确定治理内容为①对已经废 弃矸石场的矸石采取全部清理措施，清理矸石主要用于采 空塌陷坑回填；②对正在运营的矸石场按其服务年限分 阶段进行治理。矸石亦首先用于采空区地面塌陷坑和矿井 口的回填及资源化（制砖）综合利用，剩余部分就近整平， 根据周围的地形进行削坡或建设多级平台，然后进行覆 土绿化。 （3） 金属矿山废渣堆的治理。 金属矿山采矿废渣 （石） 多在矿山工程周边堆放， 为防止滑坡、 泥石流灾害的发生， 应合理选址，同时沟谷中应尽量减少堆放废石和尾矿； 或根据地形环境条件在沟道内修建适合的拦渣坝、拦挡 墙等。同时对废渣（石）堆放场的边坡进行修整，保持 安全坡角，必要时砌石固坡。 废渣堆停止排放后提倡资源化（修路、建筑）综合利 用，剩余部分就近对其顶部进行整平、碾压、覆土、绿化， 恢复自然景观。 （下转第 13 页） ChaoXing Research Findings | 研究成果 | 13 2017 年 12 月 同时， 掺烧试验过程中发现机组负荷低于 230MW 时， 煤泥掺烧导致炉膛出口烟气温度下降较大，且一台锅炉单 独投入一只煤泥泵送系统出力不可过大，易导致炉膛出 口烟气温度偏差大，而对称投入煤泥泵送系统影响较小。 4 结束语 通过上述对调试要点的有效控制，某 330MW 循环流 化床锅炉启动过程基本能按预计的启动程序和启动曲线 进行试运行，通过在燃烧调整和优化措施的控制上保证 了机组的安全稳定运行。为后续同类型循环流化床锅炉 调试过程中如应注意风量、床温、回料温度、煤泥掺烧 等问题之间的平衡关系提供了经验基础。 参考文献 [1] 蒋敏华, 肖平. 大型循环流化床锅炉技术[M]. 北京 中国电力 Commissioning Points of 330MW Circulating Fluidized Bed Boiler AbstractThis paper introduces the commissioning of a 330MW circulating fl uidized bed boiler, describes the design changes, suggestions and measures for the problems encountered during debugging, and points out the main points of the debugging of a circulating fl uidized bed boiler, such as aerodynamic fi eld test , combustion adjustment and slime mixing and other means of adjustment were discussed for a single large-scale circulating fl uidized bed unit provides a theoretical basis and debugging experience. KeywordsCirculating fl uidized bedCFB; Boiler;Commissioning Tian Guanyu China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co.,Ltd.Eastern China Branch,Anhui Hefei 230088 （上接第 10 页） 2.3 露天采场治理 （1）采石场治理。采石场基本上都是围绕着山体进 行开采，开采方式多为炮采整体推进，因此多数采石场 都形成了一个陡峭工作面，存在着极大的安全隐患。对 于生产采石场治理，国土资源管理部门应加强对其监管， 规范开采方式，对开采过的台面和边坡进行覆土绿化， 做到边开采边治理。对于闭坑采石场，要削坡减荷，消 除安全隐患。临近公路的高陡边坡，可以考虑实行挂网 复绿治理。 （2）砖厂治理。砖厂开采粘土矿基本上都是开挖浅 层地表土，破坏了地表植被。因此砖厂治理主要是恢复 地貌形态景观，恢复土地的基本使用功能。通过对场地 进行平整，必要时覆盖少量腐殖土，恢复成为耕地或林、 草地。治理工作的重点是使治理区域与周围的地貌形态 景观或土地利用状况相协调。 （3）采砂场治理。采砂场开采面积一般较大，采坑 也较深，因此砂坑治理需要大量的回填工作，对于边坡 近似直立的采坑需要通过削坡、垫坡等方式对边坡进行 整形。对于位于重要交通干线两侧的采砂场，为了进一 步美化交通干线可视范围内地貌景观，可以根据周围植 被生长情况进行植树、种草。 2.4 植被恢复 本着选树适地、选草适地的原则，针对全市矿区土 地贫瘠、风大、春季干旱的特点，坚持以针叶植物为主， 以当地适应性强的乡土乔、灌、草种为主，并适当引进 新的优良品种。 据此应选择具有以下功能的树、 灌、 草种 ①有较强的适应能力和抗逆性，所选树草种应适合当地气 候、土壤条件，有较强的耐寒、耐旱、耐贫瘠能力，对粉 尘污染、 盐碱害、 病虫害、 冻害、 烧伤等有一定的抵抗能力， 同时也应具有不易风倒、风折及风干枯梢，抗风力强的 特点；②生长迅速、寿命长，有长期的防护效能和较高 的经济价值；③地下部分根系发达，能促进排水和固结 土壤；④地上部分枝叶茂密，能有效的阻止风蚀和水蚀， 同时能较快的形成枯枝落叶层，提高土壤保水保肥能力； ⑤有固氮能力，根系具有固氮根瘤，可以缓解养分不足， 增肥地力；⑥播种栽植容易，成活率高；⑦种苗来源充足。 根据树种与草种的选择原则，推荐选用生态恢复工程 树、灌、草种包括油松、樟子松、落叶松、五角枫、银杏、 桦树、桧柏、山杏（大扁杏）、小叶杨（加杨、赤峰杨）、 旱柳、棉槐、丁香、榆叶梅、沙棘、沙打旺、紫花苜蓿、 草木栖、羊草、披碱草等。平地播撒草种或直接种植灌 木应保证覆盖腐殖土层不小于 30cm，直接种植经济林必 须保证腐殖土层不小于 50cm。 3 结束语 赤峰市矿产资源丰富，作为当地经济的火车头，矿业 开发占用和破坏大量土地资源，引发地面塌陷等地质灾 害，对地形地貌景观破坏严重，矿山固体废弃物无序堆 放对环境产生不利影响，疏干排水引起地下水位下降含 水层破坏矿山地质环境问题极其突出。近年来，国家有 关矿山地质环境保护和恢复治理政策不断得到贯彻落实， 目前部分矿山治理已有成效， 但尚未达到 “在保护中开发， 在开发中保护及建设绿色矿山” 目的， 治理工作任重道远。 今后需在矿山环境地质调查和监测的基础上进一步采用 工程措施和生物措施做好工作，实现矿产资源的可持续 利用和人与自然和谐发展的目标。 作者简介王树怀（1963-），男，高级工程师，研究方向水工 环地质技术。 出版社,2009. [2] 党黎军, 刘剑光, 刘超, 等. 大型循环流化床锅炉启动调试试验 及研究[J]. 电力设备,2006,71044-49 [3] 李永华, 黄治坤, 李响, 等.330MW 循环流化床锅炉优化调整试 验研究[J]. 华北电力大学报,2012,392103-107 [4] 张玉锋, 李旭圆, 王金鹏. 火电厂锅炉节能减排技术探讨[J]. 工程技术研究,2017,2221256. [5] 王志杰. 工业锅炉节能技术及应用[J]. 工程技术研究,2017, 481-82. 作者简介田冠玉（1985-），男，工程师，研究方向火电机组 调试及节能、优化、故障诊断。 ChaoXing