地质论文发表:矿山公园建设是一种对矿山地质环境的综合治理
摘要：黑龙江省是煤炭生产大省,伴随着煤矿山开采产生了资源毁损、地质
灾害和环境污染等地质环境问题,治理方法主要有土地复垦、煤矸石综合利用、改变采煤工艺等,矿山公园建设是一种对矿山地质环境的综合治理,它可以使资源枯竭而关闭的矿井得到永续利用,促进煤炭资源型城市经济转型.
关键词:资源型城市;地质环境;矿山公园
引言
地质环境是指地球岩石圈的所有组成部分,即岩石、土壤、地下水、地质过程和现象,是自然环境的重要成分.地质环境主要因子是岩石、土壤、有机成分、气体、地下水、微生物以及动力作用等,也包括地质遗迹、地质灾害等.地质环境是整个生态环境的基础,是自然资源主要的赋存系统,因此也是人类最基本的栖息场所、活动空间及生活、生产所需物质来源的基本载体.
目前,高强度和大规模的人类活动已经对地质环境产生了不可忽视的影响,造成环境恶化,地质灾害提前降临或加剧等等.黑龙江省作为一个资源大省,在各类矿山中以煤矿山为最多,煤矿山又主要集中在鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河四个煤炭资源型城市,笔者就四个煤炭资源型城市的煤矿山开采引发的地质环境问题,改善和治理矿山地质环境的方法,以及矿山公园建设进行研究,提出了建议.
1．黑龙江省煤矿山引起的地质环境问题
黑龙江省煤矿山的地质环境问题有:造成资源毁损、引起地质灾害和造成环境污染.
1. 1煤矿山开采引发的资源毁损
1. 1. 1土地资源减少
地下开采方式煤矿的工业广场,露天开采方式煤矿的采矿场,以及排矸场占用大量土地,采矿产生的地面塌陷、地裂缝、崩塌、泥石流、滑坡会破坏土地,占用和破坏的土地中约50%是林地和农田,造成土地资源量减少. 2006年4个煤炭资源城市煤矿山占用土地。
1. 1. 2水资源的浪费和地下水位下降
采用地下采煤方式时,由于煤层上部可能有含水岩层,随着煤层逐步采出,水会沿顶板或底板涌出,煤矿生产过程中要抽排地下水.据水文部门观测,由于煤矿开采,一年内可使地下水位下降7~34 m.因此,伴随的煤炭生产,不但使地下水资源白白浪费,还会造成地下水位下降,影响矿区附近的农业生产,破坏矿区的生态环境.一些小煤窑的滥采,甚至造成附近居民水井干涸,给百姓生活造成严重影响.
1. 2煤矿开采引发地质灾害
1. 2. 1地表塌陷
煤矿开采过程中,随着地下煤层被逐步采出形成采空区,上覆岩层缺少支撑,逐步垮塌致使地表产生沉降,沉降的范围与强度与开采煤层厚度、煤层倾角、煤层覆存深度、上覆岩层的力学性质、回采方法均有关系,截止2004年黑龙江省4个煤炭资源城市煤矿山地表塌陷情况见表。鹤岗矿区的煤层倾角大、煤层厚,其塌陷区有显著特点:地表塌陷区与采空区面积相近,但是地表沉降深度大.
地表塌陷毁坏林地,致使农田无法耕种、河水倒灌,造成地面大量建筑物毁损,造成了巨大的经济损失,突发的地表塌陷事故已经造成多起人员伤亡,矿山企业为此付出了具大代价.以鹤岗矿业集团为例,一年支付的搬迁补偿金达1000万元,赔偿金为100万元,若塌陷区内居民与单位全部搬迁,需资金5亿元.
1. 2. 2地裂缝
在塌陷区边缘,由于地表下降幅度和速度不均匀,导致地表产生裂缝.由于鹤岗矿区煤层倾角大,煤层厚,地表沉降幅度大,致使地裂缝现象特别严重.鹤岗矿区采空区地表裂缝一般宽1~4m,长60~900 m,深1~10 m,个别地裂缝深度甚至达几十米.鸡西市的采空区也产生了少量地裂缝,较大的地裂缝宽1~2. 5 m,长30~200 m.七台河矿区地裂缝长度和宽度较小,但地裂缝深度较大.地裂缝由于其透水性会对井下生产安全造成威胁,而且严重时也会造成地面建筑物开裂甚至垮塌.七台河市新兴区采空区上方,由于地裂缝导致采空区瓦斯涌出至地表,至使居民家里发生低强度瓦斯爆炸.
1. 2. 3崩塌、滑坡
当露天煤矿边坡角过大,边坡加固措施不力,遇雨水浸润可能会造成崩塌或滑坡.煤矿的矸石山遇暴雨也可以引起滑坡灾害.鹤岗岭北露天煤矿1986年就曾因遇连续降雨产生小规模的滑坡,危胁附近居民的人身和财产安全.
1. 2. 4水土流失和土地沙化
煤矿开采过程中,由于破坏了地表植被,容易造成坡地水土流失. 1992年黑龙江省4个煤炭城市由于煤矿开采造成的水土流失面积合计达404100 ha.
煤矿开采造成地下水位下降,煤矸石及开采过程产生的其他粉尘受风力和雨水作用覆盖或沉积于附近耕地,导致土地沙化.
1. 3煤矿山开采引起的环境污染
1. 3. 1空气污染
煤矿开采造成的空气污染,主要有以下三方面原因:一是煤矿开采过程中,为井下安全生产,通风系统排出地面的含有井下瓦斯和各种粉尘的污浊空气;二是露天煤矿的采矿场以及煤矸石排放场中的粉尘受风力扩散到空气中,可以造成空气中可吸入颗粒物增加;三是煤和煤矸石自燃产生含有CO、SO2、H2S等有害气体造成空气污染。
1. 3. 2水污染
矸石堆中的重金属元素和其他有害物质随雨水泾流注入地表水体,选煤厂、洗煤厂的工业污水的不达标排放,直接造成了地表水的污染.煤炭的开采对地下含水层和上覆岩层结构造成严重破坏,干扰地下水的正常循环流动,工业废水和生活污水通过报废的矿井、矿坑渗入地下水之中,造成地下水污染.
1. 3. 3土壤污染
煤矸石中含有的铬、铅、锌、镉、砷、汞等重金属和其他有毒有害物质,经过长期堆放,造成重金属及有毒有害成分的富集,从而造成土壤污染.此外,钙、镁、钾、钠等碱性金属随雨渗入土壤中,可造成局部土壤含盐量增高和土壤pH偏碱性,不利于植物的生长.
1. 4煤矿山地质环境变化趋势
1.4. 1煤矿山占用土地面积继续增加,地下水位继续下降
根据国民经济对煤炭的需要,黑龙江省煤炭产量仍呈上升趋势,目前每生产1 t煤约产生0. 15~0. 20 t的煤矸石,而煤矸石转化利用率仅为34%,转化利用数量远小于煤矿开采过程煤矸石产出数量,即使矿山数量不增加, 4个煤炭资源型城市的煤矸石总量会继续增加,将直接导致矿山开采占用土地面积的增加,煤矸石造成的污染也将趋于严重.
随着煤矿开采深度的加大,对地下水的抽排总量仍将大于地下水的补给量,地下水位会继续下降.
1. 4. 2地表塌陷面积继续增加
以鸡西和七台河为例, 2004年和2002年比较,地表塌陷面积分别增加了12. 1%和89. 8%.由于经济对煤炭需求继续增加,伴随各煤田煤产量的增加,结果导致采空区面积的增加和地表塌陷面积的增加.
1. 4. 3煤矿开采造成的污染现象仍将存在
随着煤炭产量增加,开采深度的增加,矿井排出污水总量也会增加,水污染现象仍将持续.由于采煤工艺没有根本改变,煤矸石数量仍在增加,煤矸石导致的污染现象可能会略有增加.
2．地质环境治理方法
2. 1地表塌陷的观测与预报
煤矿山引发的地质环境问题中,以地面塌陷危害最为严重,在煤矿井开采范围之上建立地面观测网,监测地面沉降变形情况,找出地面沉降的规律,若能对地面沉降时间和沉降幅度进行预报,可以减轻沉降对道路、供电供水线路等的危害,避免人身伤亡事故的发生.
2. 2土地复垦与综合利用
对于废弃矿山占用的土地,以及采空区上方地表塌陷趋于稳定地块,采取复垦的方法恢复为农田,或采用种植草木的方法恢复植被,改善矿区的生态环境.对积水成塘的塌陷区因地制宜进行特色养殖也是治理矿区废弃土地的方法.
2. 3煤矸石综合利用
煤石的露天堆放是产生地质环境问题的重要因素,解决露天堆放的方法有利用煤矸石回填、燃烧发电和制造建筑材料等.
将煤矸石回填到井下采空区不但可以解决露天堆放产生的环境问题,还可以降低采空区地表的沉陷幅度,但是目前这种方法会使采煤成本增加.在地表塌陷区利用煤矸石回填进行土地复垦,也是一种煤矸石与塌陷区综合治理的方法,安徽的淮北煤田利用煤矸石回填进行土地复垦,已经取得了成功经验.
发电厂在燃煤中加入一定比例的煤矸石或洗煤厂的煤泥,燃烧煤矸石和煤泥中的炭产生热量,可以节约燃煤.在粘土砖中添加适量煤矸石,可以节约粘土砖烧制时耗用的燃煤,还可以因减少粘土用量而节约土地.但是由于成本等原因,目前煤矸石的综合利用率不高,尚不足34%.
2. 4对因资源枯竭而关闭的矿井进行综合治理建设矿山公园
矿山公园是指以展示矿业遗迹景观为主体,体现矿业发展历史内涵,具备研究价值和教育功能,可供人们游览观赏、科学考察特定的空间地域.矿山公园融自然景观与人文景观于一体,采用环境保护、生态恢复和文化重现等手段,具有研究价值、观赏价值和教育功能,达到生态效益、经济效益和社会效益的有机统一.国外矿山公园建设起始于20世纪70年代,目前有6处矿业遗迹作为人类文化遗产载入《世界遗产名录》.煤是人类最早利用的矿物能源,资源枯竭的煤矿山也是重要的工业遗迹,利用停产关闭的矿井建设以煤矿遗迹为主的矿山公园,利用综合治理矿区地质环境,还可以发挥关闭煤矿矿井的教育与科研价值,使停产矿井继续为人们服务,促进煤矿区经济转型。
3．黑龙江省煤炭资源型城市矿山公园建设现状
3. 1黑龙江省煤炭资源型城市建设矿山公园的条件
建设矿山公园应必须具备以下三个基本条件:一是矿山属典型、稀有和内容丰富的矿业遗迹;二是以矿山遗迹为主体景观,充分融合自然与人文景观;三是通过土地复垦等方式所修复的废弃矿山或生产矿山的部分废弃矿段.建设国家级矿山公园应具备以下的条件,一是具有国际、国内著名的矿山或独具特色的矿山;二是拥有一处以上稀有的或多处重要的矿业遗迹;三是区位优越,自然与人文景观优美;四是进行过系统的基本调查研究工作,土地使用权属清楚,基础设施完善,具有吸引大量游客的潜在能力.黑龙江省四个煤炭资源型城市是全国著名的煤矿山,其中鸡西、鹤岗已经进入衰退期,双鸭山处于稳定期,只有七台河
