孝感市矿山地质环境问题分析及保护治理对策

谭伟 刘钢一 杨晶 李卫华 田巍 周佑平

摘要：孝感市矿山企业众多，在漫长的开发过程中形成许多地质环境问题，严重影响当地生态环境和百姓生命财产安全。通过调查发现孝感市矿山地质环境问题主要为矿山地质灾害、含水层影响破坏、地形地貌景观破坏、土地植被资源占用与破坏以及矿山废水和废渣對环境的污染。其中矿山地质灾害以云梦和应城地区膏盐矿开采导致的地面塌陷为主，含水层影响破坏主要表现为温泉过量开采形成地下水降落漏斗，而地形地貌景观破坏、土地植被资源占用与破坏则是露天采矿普遍现象，矿山废水和废渣对环境的污染则主要表现为膏盐矿排污及生产事故导致的水土污染。在分析各类环境地质问题形成原因基础上提出相应的保护与治理对策建议，为地方矿山企业可持续发展提供技术参考。

关键词：矿山;地质环境问题;治理

中图分类号：X141             文献标志码：A

1矿山地质环境问题类型

在复杂的地质环境和漫长的矿产开发活动等条件下，孝感市矿山地质环境遭到严重破坏，地形地貌和地质景观变化巨大，生态环境显著恶化，矿山地质环境问题日益严重。经过调查发现，孝感市矿山地质环境问题主要包括矿山地质灾害、含水层影响破坏、地形地貌景观破坏、土地植被资源占用与破坏，以及矿山废水和废渣对环境的污染[1]。

1.1矿山地质灾害

孝感市矿山地质灾害主要表现为地面塌陷和崩塌。其中地面塌陷按类型可分为冒落型地面塌陷、土洞型地面塌陷和岩溶型地面塌陷。

1.1.1冒落型地面塌陷

冒落型地面塌陷均分布在应城膏矿地区，多年的地下开采形成了大范围的采空区，使得顶部岩层多处于悬空状态，在自身重力作用下逐渐弯曲变形——张裂——冒落;此外在采矿或爆破作用下，历年开采形成的老窿与下部巷道之间通过裂隙产生联系，使老窿内水体流失，从而失去浮托力，而顶部土层因地表水入渗饱水而自重增加，最终失稳导致地面塌陷[2]。冒落型地面塌陷形成机理如图1所示。

1.1.2土洞型地面塌陷

土洞型地面塌陷普遍分布于应城和云梦盐矿区域，其主要原因有以下几点：

（1）井管断裂为塌陷前提

盐矿区地面塌陷区域均出现过井管断裂现象，引起井管断裂的原因主要如下：

①盐井开采初期首先要进行压裂扩槽，在这期间注水压力相对比较大，井管振动剧烈，可能造成井管及固井水泥环损伤。

②盐井生产过程中，卤水因温度和压力变化易在井管接头、弯管处形成结晶，造成堵塞，此时盐矿企业需要采取倒井方式来清除结晶，疏通采卤通道。而倒井卸压过快会同样会使井管振动剧烈，在经历多次倒井振动后也可能造成井管断裂[3-4]。

③盐井超期服役也是造成井管断裂的主要原因。

（2）潜蚀作用

井管断裂后，卤水沿着围岩与井管之间的缝隙向上运移，在承压含水层中形成淡卤高压区。倒井卸压时，井管中压力下降速度快于承压含水层中压力下降速度，导致承压含水层中的细颗粒在动水压力作用下被携带至溶腔或地表而形成空洞，随着空洞的逐渐增大，最终产生地面塌陷。土洞型地面塌陷形成机理如图2所示。

1.1.3岩溶型地面塌陷

岩溶型地面塌陷分布在汤池温泉，主要是由于地下热水超采导致。20世纪70年代前共3个地热井，总开采量约1000 m3/d，地热田中心水位仍高出地表1.99 m，处于自流阶段，未出现环境地质问题。到80年代地热井逐渐增加至10口，开采量约8000～9000 m3/d，高峰期最大开采量约11000 m3/d，地热田中心水位降至24 m 左右，并由此引发了一些小规模的地面塌陷和路面沉降。到2006年在仅有的0.5 km2范围内就有13口地热井，开采量约13100 m3/d，高峰期可达18000 m3/d，用水高峰期地下水水位下降至40～45 m，地面塌陷问题随即出现。如2006年1月29日、2月17日和3月7日，相继发生3次地面塌陷。由于大流量的长时间集中开采，导致用水高峰期地下水水位迅速下降形成区域降落漏斗，漏斗疏干区失去承压向上顶托的支撑力使上部松软土层冒落，造成局部松软层产生松动，形成“天窗”式的渗漏通道，并不断扩大而形成地面塌陷。为合理开发、利用地热资源，2007年起实行控制开采，从原有的13口生产井中筛选出6口生产井进行正常生产，1口井进行水位监测，设计日取水量6000 m3/d，年开采总量约100万t。此后暂未发生过地面塌陷。岩溶型地面塌陷形成机理如图3所示。

1.1.4崩塌

孝感市采石场众多，露天开采形成的高陡边坡大多未做任何处理，在开采过程中极易局部崩塌、坠石。主要分布于安陆、孝昌等露天采石场。

产生崩塌的主要原因如下：采矿开挖形成的高陡边坡，为崩滑形成提供了有利的地形条件。岩层裂隙发育，岩层被节理裂隙切割成不稳定棱体，形成大小不一的块体。这些岩层块体长期裸露地表，遭受风蚀、剥蚀作用，降雨雨水追踪裂隙入渗，软化岩层结构面，被裂隙分割的危岩易沿软化的节理面变形崩落，最终形成崩塌，如图4所示。

1.2含水层影响破坏

孝感市矿业活动造成的含水层影响破坏主要分布在应城汤池地热区域。含水层岩性为硅质白云岩，盖层由第四系粘性土及上第三系半固结状的泥岩、粘土岩和下第三系的粘土质粉砂岩、粉砂岩组成，底板埋深一般在40～65 m，中心区域盖层厚度5.14～21.5 m。由于大流量、长时间集中开采，导致用水高峰期地下水水位迅速下降形成区域降落漏斗，进而诱发地面塌陷。

将2014年1月1日～2015年11月30日监测孔水位与同时段降水量比对，制作动态曲线图如图5所示，发现监测时段内6、7、8月为自流状态（监测井高程为35 m）也是降水量较为集中时段，从10月以后水位逐渐降低到次年4月逐渐恢复，其动态变化大致与降水量一致，但存在局部步调不统一，如2014年4月至6月降水量减少水位却上升，2015年8月至11月降水量增加水位却下降，其主要原因为汤池温泉开采具有明显的时段性，每年的9月开始陆续开采，12月到次年的3月份为用水高峰期，到4月部分开采井陆续停泵，每年的5月到8月为水位恢复期。故其地下水位动态变化除受降水影响外还受人为开采影响。

1.3地形地貌景观破坏和土地植被资源占用与破坏地形地貌景观破坏通常体现为矿山露天开采挖损山体形成的基岩裸露面和采坑，表层植被被剥除，随意堆积的废渣石均对矿区的景观产生破坏，导致矿区与周围景致不和谐。与此同时，矿山工程活动占用并破坏了大量的土地，主要表现为矿区内工业广场、废渣、尾矿压占用原有土地，包括耕地、林地及草地。土地植被资源占用导致水土流失，表层土壤肥力下降，大量土地失去其原有价值，造成土壤荒废，破坏了当地生态系统，如图6所示。

1.4矿山废水及废渣对环境的污染

矿山废水、废渣对环境影响及其危害主要表现为水土污染。

1.4.1地表水污染

地表水污染主要为盐矿生产废水直接向河渠排放和膏矿废渣堆淋滤水所引起。通过调查，在代表性矿区周边河渠进行取样。通过分析，主要污染物为Na+、 Cl-、SO42-、NO3-、Pb、As、Mo、Mn、Fe等，其中盐矿周边地表水污染物以Na+、Cl-为主，膏矿周边地表水污染物以 SO42-为主，大悟黄麦岭磷矿地表水污染物以As、Mn为主。1.4.2地下水污染

盐矿区域地下水污染主要表现为盐化工企业排放的废水经地表水入渗至地下含水层中使地下水受到污染，以及井管破裂导致卤水从井管外渗直接污染地下水，如图7所示。污染含水层主要为第四系上更新统冲洪积砂卵砾石孔隙承压水。局部地区民井地下水化学类型为Cl-Na型咸水[5]，有明显的咸味。

膏矿区域地下水污染主要来源于采矿过程中未经处理的地下疏干排水的入渗，以及露天堆砌的废渣经雨水冲蚀后的入渗，导致第四系孔隙潜水受到严重污染。局部地区地下水化学类型为SO4-Ca型微咸水—咸水，周边民井均已废弃。

1.4.3土壤污染

土壤污染主要分布在盐化大道新都化工至四里棚街道办事处段两侧，面积约0.2 km2，曾多次出现过井管冒卤、渗漏等事故。其污染物主要为盐化工企业生产过程中产生的卤水中所含的Na+、CL-等。其污染方式为管道直接排污和井管老化生產事故导致的跑冒滴漏，盐分通过卤水直接输入土壤中。由于卤水主要成分为盐，而区域大面积出露第四系粘性土层，渗透性较差，卤水一旦接触土壤即在地表形成一层盐化膜，导致盐分滞留于粘性土层中，特别是盐化大道一带，地势相对较低，利于卤水的富集，不利于其径流。由于粘性土颗粒较细，毛细水上升高度相对高，潜水蒸发作用较强，其中的水分不断被蒸发而留下污染物，形成盐碱土。土壤盐碱化后，植物无法正常生长，与未受污染区域的农田形成鲜明对比，如图8所示。

2保护与治理对策建议

2.1规范开采，加强管理

云应地区盐矿的矿山地质灾害大多由于矿山开采事故引起。为减少矿山地质灾害的发生，各矿山企业必须规范开采，特别是盐矿企业要严格按照《三项技术规程》进行开采，加强企业内部生产管理，杜绝地质灾害发生。

2.2加强矿山环境的监督管理

政府行政部门要加强对矿山环境的监督工作，从环境保护和土地复垦两方面督促矿山企业履行相应的环境保护责任，必要时可采取强制执行措施。

2.3加快治理进度

对已经发生的地面塌陷、水土污染等可能会进一步持续造成环境破坏的区域，尽快实施治理和监测工作，避免产生持续性的危害。

2.4建立示范工程

通过开展矿山生态环境保护和恢复治理示范工程，积极探索适用于矿区损毁土地复垦与生态重建新技术，建立多个示范工程，包括矿业废水处理示范工程、矿业废渣无公害处理示范工程、矿山土地复垦与复绿示范工程、矿山地质灾害综合治理示范工程等[6-7]。寻找最佳实用方案并进行推广，加快科技成果转化。

3结束语

本论述基于《孝感市矿山地质环境调查》项目，详细分析孝感市矿山开发引起的主要矿山地质环境问题现状及其危害，提出相应的保护与治理对策建议，为矿山可持续发展提供技术支撑。

参考文献：

[1]谭伟，乐嘉祥，王雅惠，等.孝感市矿山地质环境调查报告[R].湖北：湖北省地质环境总站，2017.

[2]王彤，刘明文，吴传明，等.湖北省孝感市应城市地质灾害详细调查成果报告[R].湖北：湖北省地质环境总站，2017.

[3]乐嘉祥，田巍.云梦县盐矿区地面塌陷形成机制分析[J].资源信息与工程，2018，33（5）：161-162.

[4]田巍，乐嘉祥，袁立为，等.湖北省孝感市云梦县地质灾害详细调查成果报告[R].湖北：湖北省地质环境总站，2017.

[5]谭伟，乐嘉祥，刘勇.应城地区地下水无机污染成因分析[J].资源环境与工程，2021，32（4）：599-605.

[6]胡智文.地质环境问题分析与治理措施研究——以赣南废弃稀土矿为例[J].科学与信息化，2019（33）：190-191.

[7]申玉松，赵勇，李玉钦，等.商城县矿山地质环境问题及防治对策[J].现代矿业，2019，35（9）：214-216.