河南省遂平縣 781鈾礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理及意義

鄭群有,任佩佩,李 川

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南 駐馬店 463000)

河南省遂平縣 781鈾礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理及意義

鄭群有,任佩佩,李 川

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南 駐馬店 463000)

根據(jù) 781鈾礦存在的主要地質(zhì)環(huán)境問題及危害程度現(xiàn)狀分析、提出工程措施和生物措施相結(jié)合的治理方案,從而消除了鈾礦渣核輻射威脅,恢復(fù)了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,改善了礦區(qū)及附近居民的生存、生活環(huán)境,結(jié)果表明:通過治理前后水樣及礦渣堆放射性測量結(jié)果對(duì)比、治理后的礦渣堆積區(qū)的各種測試值均相對(duì)治理前大幅度降低。說明方案科學(xué)、可靠、治理效果明顯。

廢鈾礦;礦山地質(zhì)環(huán)境;治理

1 礦山自然環(huán)境

1.1 礦山自然地理概況

1.1.1 地理概況

781鈾礦位于遂平縣西部,地理坐標(biāo):113°40′30″～113°41′30″,北緯 33°08′45″～ 33°09′30″。屬遂平縣嵖岈山鄉(xiāng)所轄,礦區(qū)及其影響范圍內(nèi)人口總數(shù)約 5萬人,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低。從礦區(qū)至縣城有縣、鄉(xiāng)道路通過;G 107、京珠高速及京廣鐵路縱貫遂平縣全境,區(qū)內(nèi)交通較為便利。

1.1.2 氣象、水文

781鈾礦地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶,屬大陸性季風(fēng)氣候,冬季寒冷,夏季炎熱,四季分明。年平均氣溫 14.9℃,最高氣溫 43℃(1966年 7月 19日),最低氣溫 -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),最小年降水量僅 394.0mm(1992)年,多年平均蒸發(fā)量 843.2mm。

礦區(qū)內(nèi)水系發(fā)育,多呈樹枝狀,河流主要有老代溝,老代溝發(fā)源于尖山北麓,流域面積 2.0 km2,全長 2.5 km,流經(jīng)礦區(qū)入下宋水庫,為一季節(jié)性河流。河谷寬 10～50 m切割深度 8～12 m,逕流量受大氣降水的影響,年內(nèi)、年際變化較大。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 地形、地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

工作區(qū)地勢西高東低,自西向東為山地 -山前崗地 -沖積平原,山地海拔高程最高為 757.5 m(大頂山),平原區(qū)海拔高程在 54～95m之間。

781 鈾礦區(qū)地貌屬于伏牛山余脈與黃淮平原過渡的低山丘陵區(qū)。地勢西、南、東高,北低,呈椅狀,西部平頂垛高程為576.2m,南部尖山高程為 585.1m,東部山頂高程 428m,礦區(qū)中部高程為 200 m左右。北緣高程為 150 m左右?！耙蚊妗逼露葹?6.67%,沖溝發(fā)育,植被稀疏。

2.1.2 地質(zhì)概況

1)地層

礦區(qū)地層由老到新簡述如下:

中元古界汝陽群,區(qū)內(nèi)分夢山組(Pt2y)和北大尖組(Pt2bd)。云夢山組巖性組合和厚度相對(duì)穩(wěn)定,主要為肉紅色、紫紅色中粗粒石英砂巖、含礫粗粒石英砂巖及灰黃色、灰綠色安山巖,肉紅色、灰白色中厚層狀細(xì)粒石英砂巖與暗紅色、青灰色厚層狀粉砂質(zhì)泥巖互層。北大尖組巖性組合和厚度分布穩(wěn)定,主要為灰白色、灰紅色厚層狀細(xì)粒石英砂巖夾紫紅色、藍(lán)灰色粉砂質(zhì)泥巖。

上元古界洛峪群,區(qū)內(nèi)分崔莊組(Pt3c)、三教堂組(Pt3s)和洛峪口組(Pt3l)。崔莊組為細(xì)粒石英砂巖、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖。三教堂組為肉紅色、灰白色薄層 -厚層狀細(xì)粒石英砂巖。

洛峪口組為一套泥巖,上部為一套碳酸鹽巖。

震旦系董家寨組(Zd)、羅圈組(Zl)和東坡組(Zdp)。董家寨組為含粉砂泥質(zhì)細(xì)粒石英砂巖與中粗粒、細(xì)粒長石石英砂巖互層為主。羅圈組主體巖性為一套褐黃色、灰黑色含礫不等粒雜砂巖(冰磧礫巖)。東坡組主要為灰黑色粉砂泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖。

寒武系辛集組(∈1x)和饅頭組(∈1-2m)。辛集組主體為一套含磷泥灰粉砂巖,含磷粉砂質(zhì)泥巖。饅頭組主體巖性為灰黃色泥巖、頁巖夾灰?guī)r、白云巖。

第四系中更新統(tǒng)(Qp2)、全新統(tǒng)(Qh)。中更新統(tǒng)坡積 -洪積層多分布在山前崗坡丘陵、山間低地及山前傾斜平原上,呈不規(guī)則面狀分布,由山麓向低地或平原方向傾斜。下部雜色坡積或洪積礫石層,中上部為棕紅色砂質(zhì)粘土層,常含鈣質(zhì)及鐵錳質(zhì)結(jié)核,可見厚度 3～20m不等。

全新統(tǒng)下部沖積層:分布于溝谷及河流兩側(cè),常組成 I級(jí)階地,由灰黃色粉砂質(zhì)亞砂土、砂土組成,底部常見松散礫石層,具二元結(jié)構(gòu),可見厚度小于 2m。

2)構(gòu)造

礦區(qū)經(jīng)歷了中岳期、阿森特期、燕山期和喜山期多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),區(qū)域在不同時(shí)期、不同形式的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場先后作用下,形成了北東向、南北向和東西向構(gòu)造形跡,形成了區(qū)域基本構(gòu)造格局。礦區(qū)發(fā)主要斷裂有:

北東向斷裂,該方向斷裂與東西向構(gòu)造呈典型反接復(fù)合關(guān)系,是在中生代末期南北反扭應(yīng)力場作用下成生的,新生代仍有繼承性活動(dòng),力學(xué)性質(zhì)為壓扭性,走向 50～65°,區(qū)域長度 5～10 km,破碎帶寬度 10m左右。破碎帶發(fā)育斷裂角礫巖、糜棱巖,并有揉皺現(xiàn)象。

南北向斷裂,發(fā)育平頂垛東側(cè),走向 3～5°,區(qū)內(nèi)長度2.5 km,破碎帶寬度 5～10m。破碎帶發(fā)育斷裂角礫巖、糜棱巖。

東西向斷裂,該構(gòu)造屬秦嶺緯向構(gòu)造帶南支 -伏牛山構(gòu)造帶的延伸部分,呈 280～310°方向展布,傾角 74°。它成生于中岳運(yùn)動(dòng),到燕山運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng),至新生帶仍有明顯活動(dòng)。主干構(gòu)造帶由變質(zhì)巖組成,擠壓現(xiàn)象極為強(qiáng)烈,與此相應(yīng)的各方向節(jié)理也很發(fā)育。力學(xué)性質(zhì)為壓性,區(qū)域長度 5 km,破碎帶寬度 8～10 m。破碎帶發(fā)育壓碎巖、碎裂巖兩側(cè)巖石片理化。

2.1.3 水文地質(zhì)

按照礦區(qū)地下水的賦存介質(zhì)、水力性質(zhì)、埋藏條件,將地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。

1)松散巖類孔隙水

指賦存于第四系坡洪積泥質(zhì)砂礫石、粉質(zhì)粘土中的孔隙潛水,單井涌水量小于 100m3/d,地下水位埋深小于 4m,水化學(xué)類型 HCO3-Ca.Mg型水,礦化度小于 0.43 g/l。

2)基巖裂隙水

指賦存于中厚層狀細(xì)粒石英砂巖、厚層狀粉砂質(zhì)泥巖、厚層泥巖、石英巖和大理巖裂隙中的地下水,徑流模數(shù)小于 0.33 l/s·km2。水化學(xué)類型為 HCO3-Ca.Mg型水,礦化度 0.16～0.57 g/l。

松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水的主要補(bǔ)給來源為降水垂直入滲和裂隙水的側(cè)向徑流補(bǔ)給,垂直循環(huán)交替強(qiáng)烈,自南向北徑流。主要排泄途徑為蒸發(fā)和徑流排泄。

2.1.4 工程地質(zhì)

厚層狀堅(jiān)硬巖類工程地質(zhì)區(qū)

以石英砂巖、石英巖、冰磧礫巖為主,斷裂發(fā)育。巖體為厚層狀結(jié)構(gòu)。地貌為差異性上升斷塊山地。巖層傾斜,組成單面山,溝谷發(fā)育,地形切割較強(qiáng)烈,在陡峭巖壁地段常有崩塌及脫落現(xiàn)象。受斷裂控制,屬持續(xù)差異性上升區(qū),近期地震活動(dòng)輕微,為區(qū)域穩(wěn)定性較好的地區(qū)。巖體承載力高,但構(gòu)造節(jié)理發(fā)育,同時(shí)巖層傾斜,存在巖層層面不穩(wěn)定因素。

松散巖類工程地質(zhì)區(qū)以單一結(jié)構(gòu)粘性土為主,局部夾礫石。近山前地帶其厚度受基巖面控制。沖溝發(fā)育,其形態(tài)多呈條狀崗地,崗坡及溝坡常可見到有滑坍塌現(xiàn)象。屬持續(xù)差異性沉降區(qū),全區(qū)地震甚少、強(qiáng)度低、屬穩(wěn)定地帶。

3 礦山主要環(huán)境地質(zhì)問題

781 鈾礦 1970年建成投產(chǎn),于 1985年終產(chǎn)閉坑。歷經(jīng)十幾年的開采,礦區(qū)形成了南北向相應(yīng)堆積量為 890萬 m3、700萬 m3、816萬 m3的三個(gè)排渣場,礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。受當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的制約和對(duì)生態(tài)環(huán)境治理工作認(rèn)識(shí)程度的限制,礦山閉坑時(shí)進(jìn)行的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理較為簡單、不徹底,加之長期的風(fēng)雨剝蝕、沖刷,礦山地質(zhì)環(huán)境惡化,生態(tài)環(huán)境狀況堪憂。

3.1 放射性礦渣露天置放

1)水流、降水浸潤原廢礦渣,水流攜帶放射性物質(zhì),在動(dòng)力作用下向礦區(qū)外排泄、擴(kuò)展,一部分流入下游的下宋水庫,污染水庫水質(zhì),使水庫中的水產(chǎn)品遭受核輻射而不能食用;若干旱季節(jié)利用水庫水灌溉農(nóng)田,農(nóng)作物也會(huì)受到核污染,有使該灌區(qū)十幾萬人民群眾生命財(cái)產(chǎn)遭受損害的危險(xiǎn)。另一部分下滲補(bǔ)給地下水,在地下水的動(dòng)力作用下,這部分水源成為附近居民的生活飲用水,直接影響周邊居民的身心健康。

2005年4月29日,分別采集了礦渣堆的組合巖樣和水樣,由河南省核工業(yè)放射性核素檢測中心檢測,檢測結(jié)果:水樣中總 β為 0.56 Bq/L,超地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生活飲用水標(biāo)準(zhǔn) 4.6倍。巖樣中鈾 -238為 8.02 Bq/L,鐳 -226為 7.68 Bq/L,分別高出同類巖石 82倍和 79倍,鉀 -40高出同類巖石 3倍多。

2)礦山閉坑時(shí)對(duì)礦渣堆覆蓋土層較薄,因山坡流水、降水沖刷等原因裸露出來,加上一些未進(jìn)行治理的廢棄礦渣,致使 2400萬 m3廢礦渣裸露于地表。

3.2 邊坡失穩(wěn)

由于該區(qū)成礦條件所至,部分礦坑為露天開采,因礦坑面積大,礦區(qū)封閉時(shí),沒有完善的閉坑措施;原礦坑底寬度小,采礦坑最終邊坡角大于 60°,有潛在邊坡失穩(wěn)隱患;溝道強(qiáng)力下切,原侵蝕基準(zhǔn)面被降底,致使礦渣堆簡易攔擋工程基礎(chǔ)裸露、坍塌。

3.3 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞

由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的砍柴、放牧、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等使得原本不多的植被又遭破壞,水土流失、水流浸蝕廢礦渣堆現(xiàn)象嚴(yán)重,廢礦渣再次裸露。加之礦區(qū)存在開采石材的現(xiàn)象,礦山表面的土層被剝離,棄渣、棄土順山溝隨意堆放,礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。

4 礦山環(huán)境治理方案

根據(jù) 781鈾礦存在的地質(zhì)環(huán)境問題及危害程度和周邊風(fēng)景區(qū)的現(xiàn)狀,本著以人為本、防災(zāi)減災(zāi),因地制宜、因害設(shè)防的治理原則,根據(jù)前期地形測量、礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、礦山輻射測量、工程地質(zhì)勘察、水樣及巖土樣分析等工作取得的基礎(chǔ)資料,治理工程采用邊坡及平臺(tái)整理工程、擋土墻工程、地表排水工程、覆土工程、生物工程、警示工程等措施進(jìn)行綜合治理,最終達(dá)到防止礦區(qū)滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,保護(hù)礦區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全目的。

1)邊坡及平臺(tái)整理工程:對(duì)起伏不平的礦渣堆坡面和平臺(tái)面進(jìn)行挖填平整。平整后,斜坡坡度為 1∶1.75、1∶1.50;平臺(tái)為反向坡,坡度為 1.5～3.8%,礦渣堆自身處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2)漿砌石擋土墻工程:根據(jù)地形、地質(zhì)、礦渣堆高度等情況,參照中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院出版的《擋土墻》(04J008)標(biāo)準(zhǔn),采用 M 10漿砌石結(jié)構(gòu)直立式重力擋土墻,將廢礦渣堆坡腳進(jìn)行擋護(hù),阻止廢礦渣擴(kuò)展和運(yùn)移。

3)地表排水工程:在整理后的渣坡上設(shè)置截水溝、排水溝等排水設(shè)施,形成完善的礦區(qū)排水系統(tǒng),控制水流,避免廢礦渣堆積區(qū)水土流失及水質(zhì)污染等現(xiàn)象發(fā)生。

4)覆土工程:根據(jù)《鈾礦冶設(shè)施退役環(huán)境管理技術(shù)規(guī)定》(GB14586-1993)、《鈾礦地質(zhì)輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)管理規(guī)定》(GB 15848-1995)及前期檢測獲得的鈾放射數(shù)據(jù),將整理后的礦渣堆邊坡、平臺(tái)及礦坑塌陷區(qū)地面全部用優(yōu)質(zhì)粘性土覆蓋,厚度不小于 1.3 m,最大限度地降低其輻射量。覆土后的邊坡坡度為 1∶1.50、1∶1.75,平臺(tái)坡度為 1.5% ～3.8%。

5)生物治理措施:治理區(qū)覆土后進(jìn)行植樹、種草,恢復(fù)礦區(qū)植被,主要起到覆蓋地表、保護(hù)廢礦渣堆積區(qū)的邊坡穩(wěn)定性、控制水土流失、美化環(huán)境的作用。達(dá)到達(dá)到美化環(huán)境和增加經(jīng)濟(jì)收入的目的。

6)警示工程:在治理區(qū)進(jìn)出口設(shè)立明顯的警示標(biāo)志,以防止人畜進(jìn)入對(duì)現(xiàn)有工程、設(shè)施造成破壞。

5 治理效果

1)治理后水質(zhì)檢測結(jié)果

2006年 12月 25日,采集了礦渣堆及其附近水樣,由河南省核工業(yè)放射性核素檢測中心檢測,檢測結(jié)果:水樣中總 β為 0.10 Bq/L、水樣中 U-238未檢出、Th-232為 4.36～4.86×10-3Bq/L、Ra-226為 2.21～ 2.67×10-2Bq/L、K-40為 1.2～6.0×10-3Bq/L。各項(xiàng)測試參數(shù)均較治理工程實(shí)施前大幅下降。

2)治理前后廢礦渣放射性活度對(duì)比

圖1 鈾放射性比活度變化圖

圖2 釷放射性比活度變化圖

圖3 鐳放射性比活度變化圖

圖4 地面上一米高照射量變化圖

通過以上治理前后水樣及礦渣堆放射性測量結(jié)果對(duì)比,表明治理后的礦渣堆積區(qū)的各種測試值均相對(duì)治理前大幅度降低,其中鈾放射性比活度下降了 94% ～98%,說明治理方案科學(xué)、可靠,治理效果明顯。

6 治理工程實(shí)施意義

該治理工程的實(shí)施,不僅隔斷了水流攜帶放射性物質(zhì)向礦區(qū)外排泄、擴(kuò)展,使輻射區(qū)內(nèi)的雨水與輻射礦物質(zhì)相隔離,保障下游下宋水庫水質(zhì)的安全,水庫中的水產(chǎn)品也將免受核輻射的危害,向居民提供安全、無污染的水產(chǎn)品;干旱季節(jié)當(dāng)?shù)厝罕娍煞判牡乩盟畮焖喔绒r(nóng)田;下游地下水水質(zhì)得到明顯改善,使治理區(qū)雨水流經(jīng)區(qū)域的村民放心飲用、利用地下水資源;避免滑坡及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,減少因地質(zhì)災(zāi)害造成的財(cái)產(chǎn)損失和人蓄生命威脅,給下游的村莊居民以安全感。而且大大增加了礦區(qū)經(jīng)濟(jì)林和綠地,美化了礦區(qū)及周邊環(huán)境,生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù),附近居民的生活環(huán)境明顯改善,促進(jìn)了附近景區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展。其社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。

7 結(jié)論

781鈾礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程的成功實(shí)施,基本消除治理區(qū)鈾礦渣核輻射污染,使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)。具有可觀的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益,治理效果十分顯著,為其他放射性礦山的地質(zhì)環(huán)境治理起到了示范作用。

P641.4+63

B

1004-1184(2011)01-0077-03

2010-07-01

鄭群友(1978-),男,河南西平人,工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等方面的工作。