석탄 채굴과 관련된 카르스트 수역 환경 문제
1. 광산 생산 및 배수 조건
현재 Jiaozuo 광산 지역에는 12개의 생산 광산이 있으며 도시 지역과 함께 Jiaodong 광산 지역과 Jiaoxi 광산 지역으로 구분됩니다. 경계로서. Jiaoxi 광산 지역에는 Zhucun 광산 1개가 포함되어 있으며 Jiaodong 광산 지역에는 Hanwang Mine, Baizhuang Mine, Fangzhuang Mine, Zhaoguyi Mine, Yanmazhuang Mine, Kaima Mine(구 Xiaomacun Mine) 및 Fengying Mine, Zhongmacun Mine, Jiulishan Mine이 포함됩니다. , Guhanshan 광산(Weicun 광산 포함) 및 Zhangtun 광산. 폐쇄된 광산으로는 1999년 10월 폐쇄된 Jiaoxi 광산, 1996년 3월 폐쇄된 Wangfeng 광산, 1996년 5월 폐쇄된 Jiaodong 광산이 있습니다. 자오쭤시는 전국의 유명한 홍수 광산 지역으로, 역사상 최고조에 달했던 광산 지역의 총 배수량은 9.2m3/s를 초과했습니다. 최근에는 자원 고갈로 인한 일부 광산의 폐쇄와 그라우팅 강화 및 차수 기술의 광범위한 적용으로 인해 각 광산의 배수량이 감소하여 총 배수량이 5~6m3/s로 감소했습니다. 광산별 배수조건은 Table 10-3과 같다.
표 10-3 2005년 원료탄 그룹 광산의 생산 및 배수 상황 통계표
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광산 환경 지질학적 문제 개요
자오쭤 석탄 채굴과 관련된 환경 지질 문제는 자원 훼손, 지질 재해, 환경 오염의 세 가지 범주로 요약할 수 있습니다.
1. 자원 피해
자원 피해는 주로 토지자원의 손실과 수자원의 낭비입니다. 토지 자원 손실의 주요 징후는 석탄 맥석이 토지를 점유하고 광산 침강이 토지를 파괴하는 것입니다. 광산이 설립된 이래, 광산 지역에서 생산된 석탄 맥석은 지표면에 직접 쌓여 17개의 큰 맥석 산을 형성했습니다. 광산 지역의 기존 염소 침강 면적은 70km2에 이릅니다. 일부 침하 지역에는 일년 내내 물이 축적되어 농지에 심각한 피해를 줍니다. 광산 지형이 심각하게 훼손되었으며, 물과 토양이 침식되는 면적도 계속 확대되고 있습니다. 피에몬트 지역의 간극수층은 탄광의 장기간 배수로 인해 배수되었으며, 카르스트 수위는 계속 감소하여 광산 지역 전체를 덮는 수위 낙하 깔때기를 형성했습니다.
2. 주요 환경 지질 문제 및 지질 재해
주요 환경 지질 문제 및 지질 재해에는 지반 침하, 지반 균열, 가스 폭발, 광산 유입, 석탄 맥석 백색 연소 등이 포함됩니다. .
(1) 지반 침하
자오쭤 탄전에서 수십 년 동안 채굴을 한 끝에 여러 개의 대면적 덩어리가 지하에 형성되었으며 총 면적은 약 70.2km2에 이릅니다. 표면에 형성된 Goaf 침강 지역. Jiaoxi 광산 지역에서는 Goaf 붕괴로 6개의 대형 이동 분지가 형성되었으며, Jiaodong 광산 지역의 Dongwangfeng-Xifengfeng, Lifeng-Tazhang-Shangbaizuo, Beizhucun, Xujiafen, Jiahetun 및 Jiaoxi Shaguo Kiln에 분포하며 6개의 대규모 침강 지역이 있습니다. Jiaodong Mine, Hanwang Mine - Yanma, Fangzhuang, Fengying, Qianjinzuo, Macun 및 기타 장소에 분포합니다. 또한, 피에몬트 충적선상층의 상부를 따라 산재한 소규모 탄광의 탄광 채굴로 인한 붕괴 구덩이도 일부 존재한다. Jiaoxi Mine, Jiulishan Mine, Fangzhuang Mine, Zhongma Mine, Fengying Mine, Yanma Mine은 아직 채굴 시간이 15~45년이기 때문에 침강 면적은 앞으로 매년 1.2~1.5km2씩 증가할 것입니다. . 증가하다. 통계에 따르면 28개 마을이 붕괴로 피해를 입었고 30개 마을의 공장, 광산, 학교, 마을 공공시설이 피해를 입었고 12개 마을의 건물이 심하게 변형 및 파손된 것으로 나타났습니다.
(2) 지반 균열
귀리의 지반 균열은 매우 발달되어 있으며 주로 Goaf의 가장자리 부분에 분포되어 있습니다. 이 지역에서 발견되는 지반 균열은 Xicun에 있습니다. , Xiuwu County. Xiangwa Village의 지반 균열은 Wa Village의 1호 및 2호 탄광과 Xicun Township 탄광의 탄광으로 인해 발생했습니다. 균열은 거의 동서쪽으로 뻗어 있으며 길이 약 3km, 폭 0.1~0.3m, 곳에서는 최대 2m, 깊이는 0.5~1m, 곳에서는 5m 이상으로 자재반환단층을 따라 간헐적으로 나타나며 농경지와 도로를 위협하고 있다. 마을과 주민들의 안전을 직접적으로 위협하고 있습니다. Jiulishan Goaf 붕괴 지역에는 수십 개의 균열이 있으며 폭 60m의 균열 발달 구역을 형성하며 균열은 붕괴 지역을 따라 반원형을 형성합니다.
(3) 가스 폭발
자오쭤 탄전은 가스 함량이 높아 석탄 자원의 약 45%가 채굴 과정에서 가스 폭발로 심각한 위협을 받고 있습니다. 자오쭤 광산 지역의 탄광에서는 가스 폭발 사고가 여러 차례 발생했습니다.
예를 들어, 1996년 12월 10일 Macun의 Qianyue 마을 광산에서 가스 폭발이 발생하여 2명이 사망하고 8명이 부상을 입었습니다. 2011년 10월 27일 오전 0시 36분, Jiaozuo의 Jiulishan 광산에서 가스 폭발이 발생했습니다. 석탄광업그룹유한회사 석탄 및 가스 폭발 사고로 인해 사망 18명, 부상 5명이 발생하고 직접적인 경제적 손실이 1151.89만 위안에 달했습니다.
(4) 광산 유입
자오쭤 탄전의 수문지질학적 조건은 복잡하며, 유정 건설이나 석탄 채굴 과정에서 오르도비스기 및 석탄기 탄산암 카르스트가 발달합니다. 물이 고이는 단층과 카르스트 균열을 만나면 지하수가 갑자기 광산으로 유입되어 광산 침수 사고가 발생합니다. 자오쭤시 광업국의 통계에 따르면 바닥 카르스트 물 유입을 경험한 광산으로는 Zhongmacun Mine, Hanzhuang Mine, Wangfeng Mine, Fengying Mine, Yanmazhuang Mine 등이 있습니다. 중화인민공화국 건국 이후 수천 건의 물 유입이 있어 17개의 우물이 범람했습니다.
(5) 맥석산의 자연발화
기존 맥석산 중 5개는 다양한 정도의 자연발화를 갖고 있으며, 맥석이 자연 발화할 경우 다량의 유독성 유해가스 및 연기가 배출되어 환경을 오염시키고, 땅에 떨어지는 먼지도 토양을 오염시킵니다.
(6) 환경 오염
채탄 과정에서 탄층과 석탄 맥석의 자연 연소로 인해 배출되는 유독하고 유해한 가스 외에도 대기 환경을 오염시키는 석탄 맥석이 축적되는 동안 강수의 침식과 침출로 인해 독성 및 유해 성분이 물과 함께 토양에 스며들어 토양 오염을 유발합니다. 광산 배수 및 석탄 세척 공장 폐수는 지표수와 지하수를 오염시킵니다.
3. 주요 수문지질학적 및 환경적 문제
1. 광산 배수는 많은 양의 지하수 자원을 소비합니다
자오쭤(Jiaozuo) 광산 지역의 탄광은 주로 페름기(Permian)를 채굴합니다. 21 석탄에는 물로 채워진 5개의 주요 대수층이 있습니다. 석탄층의 지붕에는 제4기 자갈 대수층이 있고, 석탄층 바닥에는 석탄기 박층 석회암 카르스트 균열 대수층(8개의 화산재 포함)이 있습니다. 재 2개), 오르도비스기 석회암 카르스트 균열 대수층. 그 중 페름기 사암열층 대수층은 탄층 지붕에 직접 물을 채우는 대수층이고, 바후이는 탄층 바닥에 직접 물을 채우는 대수층, 나머지는 간접 물을 채우는 대수층이다. 광산 물 충전물과 탄층 사이의 상대적인 위치로 판단하면, 제4 기공수와 사암 균열수는 탄층 지붕수에 속하며, 광산의 영향으로 지붕 사암의 원래 균열과 광산 균열을 통해 물이 떨어집니다. 광산으로 들어갑니다. 석탄기 8회분, 2회분 및 아르가나이트 카르스트 용해수는 물 전도 결함, 구조적 균열 또는 광산 손상 균열, 제대로 밀봉되지 않은 시추공 또는 터널, 시추공의 직접적인 노출을 통해 광산으로 들어갑니다. 바닥수로 간주됩니다. 통계에 따르면 바닥 카르스트 수역은 광산 배수의 약 75%를 차지합니다. 광산의 채굴 깊이가 얕을 때는 제4기 공극수와 탄층 지붕 사암 균열수(풍화지대 균열수 포함)가 광산의 주요 수원이며, 광산 채굴 깊이가 클 때는 바닥 카르스트수가 주요 수원입니다. 광산의 수원. 광산 지역의 단층 구조가 발달하고 탄층 바닥의 얇은 석탄기 석회암 카르스트수 층이 조산 석회암 카르스트수와 수력학적으로 밀접하게 연결되어 있습니다. Jiaozuo 광산 지역에서는 표면 침강과 표면 균열이 상대적으로 발달하고 광산 배수의 일부가 붕괴 구덩이와 연못을 통해 다시 광산으로 유입되어 광산의 반복 배수를 형성하며 반복 배수가 전체 광산의 20%를 차지합니다. 총 배수.
자오쭤 광산 지역의 광산 배수량은 1965년부터 1978년까지 단계적으로 변화했으며, 광산 배수량은 1978년부터 1986년까지 9.2m3/s로 증가했습니다. , 광산 배수량이 8.2~9.2m3/s 범위에서 변동했습니다. 1986년부터 2003년까지의 기간은 감소기로서 최고점에서 4.5m3/s까지 점차 감소하였다. 2003년 이후 석탄 생산량이 증가하면서 물 유입량이 소폭 증가했다. 2008년 Jiaozuo 광산 지역의 12개 생산 광산의 총 배수량은 5.97m3/s였으며, 6개의 배수 강도가 높은 광산이 있었습니다. Yanma 광산의 평균 연간 배수량은 1.27m3/s로, Zhongma 광산은 1.04m3/s이고 Jiulishan 광산의 연평균 배수량은 1.27m3/s입니다. 연평균 배수량은 0.83m3/s이고 Zhucun 광산의 연평균 배수량은 0.68m3/s이며 Fangzhuang 광산은 0.67m3/s, Guhanshan 광산의 평균 연간 배수량은 0.60m3/s입니다. 6개 광산의 배수량이 전체 광산 면적의 85개를 차지합니다.
석탄 1톤당 배수량 자료(그림 10-9)로 볼 때, 탄광 초기 석탄 1톤당 배수량은 1960년 이전에는 10m3/t 미만이었다. 1960년 이후 단계적으로 증가하여 1984년에는 73.65m3/t, 이후 점차 감소하여 2008년에는 연간 30.58m3/t에 이른다. 석탄 1톤당 물 치환량의 감소는 탄광에 그라우팅 물 차단 기술이 널리 적용되어 광산 내 물 유입이 크게 감소하고 물 유입 위험이 감소한 것과 관련이 있습니다. 20년 이상 연속 대규모 침수사고.
그림 10-9 자오쭤 광산 지역의 석탄 환적량 1톤당 채굴량 변화 곡선
자오쭤 지역의 천연 지하수 자원 총량은 10.76m3/s이며, 그 중 카르스트수는 8.09m3/s, 간극수는 8.09m3/s입니다. 1978년부터 1986년까지 광산 최대 배수량은 9.2m3/s였으며, 22번의 반복 배수량을 제외하면 피크 기간 동안의 실제 최대 배수량은 약 8m3/s로 자오쭤 지역 전체 지하수 천연자원의 75%에 해당합니다. . 2008년 광산 배수량 5.97m3/s를 기준으로 반복 배수량을 뺀 후 계산하면 실제 배수량은 5.25m3/s로 자오쭤 지역 전체 지하수 천연자원의 50%에 해당한다. 광산 배수는 Jiaozuo 광산 지역의 주요 지하수 배출 방법임을 알 수 있습니다.
광산 배수와 인공 채굴은 간극수와 카르스트수의 두 가지 중요한 배출 방법으로, 탄광의 장기간 배수의 영향을 받아 상층 충적평원의 공극 대수층이 배수되고, 배수된 지역은 배수됩니다. 풍봉-강장-백지안방-안양-구한산선 북쪽에 분포하며 면적은 100km2에 달하고 수심은 30~60m이다. 동시에 카르스트 수위가 계단식으로 떨어지고 Jiuli Mountain 카르스트 샘의 흐름이 멈췄으며 충적 평야 앞쪽 가장자리의 Xiaozhangzhuang 간극수 자정 우물과 Lingquanbei 간극 샘의 흐름이 멈췄습니다.
카르스트 수위의 역학은 주로 산악 지역의 대기 강수와 인공 채굴(광산 배수 포함)의 이중 요인에 의해 영향을 받습니다. 채굴량이 증가하고 강수량이 감소함에 따라 단계적으로 감소합니다. (그림 10-10).
1960년대 카르스트 수위는 110m 내외에서 변동했으며, 최고 수위는 125m를 넘었다. 카르스트 수의 공급과 방류는 자연적인 동적 평형 상태에 있었고, 스프링의 형태. 광산 배수량이 점차 증가함에 따라 카르스트 수위는 점차 감소했으며, 1980년대에 광산 배수량이 최고조에 이르렀습니다. 동시에 강좡(Gangzhuang) 수원이 건설됨에 따라 도시에서는 심해 카르스트 수역이 대규모로 채굴되었으며, 광산 배수량과 도시 채굴량은 1980년대 말까지 수위가 10m3/s를 초과했습니다. 최소 75m. 30년 동안 카르스트 수위의 전체 감소폭은 35~50m에 달했고, 연평균 감소폭은 120~150m에 달했다.
그림 10-10 수년간 자오쭤 광산 지역의 카르스트 수위와 광산 배수량의 상관관계
1994년부터 왕펑 광산, 자오시 광산, 자오둥이 잇따라 건설되면서 광산 폐쇄 후 광산 배수량은 해마다 감소했습니다. 그러나 도시의 발전과 인구 증가로 인해 카르스트 수자원 채굴량이 해마다 증가하여 광산 배수량의 감소를 상쇄하면서 전체 카르스트 수자원 채굴량은 8.5~8.5%로 비교적 높은 수준을 유지하고 있습니다. 수위는 75~90m 사이에서 변동합니다.
기존 연구에 따르면 조좡 단층은 주로 물을 차단하는 단층으로 단층 북쪽의 오르도비스기 석회암 대수층이 지역 지하수위보다 높게 솟아오른 곳이다. 카르스트 물의 발생 및 이동은 카르스트 발달 정도가 낮고, 균열률이 낮으며, 연결성이 좋지 않아 오르도비스기 석회암 지하수면 아래의 자오좡 단층 남쪽에 카르스트 물 유출 조건이 좋지 않습니다. , 카르스트 개발, 높은 파괴율, 강한 수력 전도도 및 우수한 카르스트 유거수 조건. 조좡 단층을 경계로 70~150m의 수위차를 갖는 지하수위 급경사를 형성하며, 단층 북쪽은 고수위 지역이고 남쪽은 저수위 지역이다. Jiaozuo 광산 지역의 Aohui 대수층에는 카르스트 균열과 단층이 발달했으며 카르스트 연결성이 우수합니다. 카르스트 수위는 균일하고 수위 동적 특성이 유사합니다. 저수위 지역의 카르스트 수위는 광산 배수, 도시 광산 및 강수량의 동시 영향으로 전반적인 수위의 상승 및 하강을 나타내는 경우가 많습니다.
광산 지역의 카르스트 수위 등고선 지도에서 광산 지역의 카르스트 수역은 산 전면을 따라 타원형의 비대칭 수위 하강 깔때기를 형성하며 수위의 가장 낮은 지점은 광산이 많은 수원 지역에 나타납니다. (예: Gangzhuang 수원 지역) 또는 대규모 배수량이 있는 수원 지역(예: Yanma 광산 및 Jiulishan 광산).
카르스트 수위의 연간 역학은 주로 대기 강수량의 영향을 받습니다. 비가 내린 후, 카르스트 수위가 높은 지역의 수위는 급격히 상승하는 반면, 저수위 지역의 수위는 보다 천천히 상승하여 일반적으로 10월 말까지 연중 최고 수준에 도달합니다. 연중 저수역의 카르스트 수위 역학은 3단계로 구분됩니다. 1월 하순부터 3월 말까지는 강수량이 거의 없으며, 5월 말이나 중순에는 카르스트 수위가 급격하게 떨어집니다. -6월 초까지 수위가 연중 최저 수준으로 떨어지며, 6월 이후에는 강수량이 급격히 증가하고 카르스트 수위가 재충전되어 연말에는 연중 최고 수준에 도달합니다. 10월부터 이듬해 2월 말까지 강수량이 감소하고, 광산의 영향으로 수위가 서서히 감소했습니다. 카르스트 수위의 동적 특성은 카르스트 수역의 집중 재충전과 느린 소비의 특성을 반영합니다(그림 10-11, 그림 10-12).
2. 광산 지역의 수질 환경 오염
광산 배수는 카르스트수, 간극수, 사암 균열수로 구성된 일종의 혼합수입니다. 일반적으로 광산수의 수화학적 특성은 광산이 위치한 지역의 카르스트수나 간극수와 일치한다. 차례로, 얕은 간극수는 광산수에 의해 재충전되며, 간극수의 수화학적 특성은 광산 배수와 유사합니다. 따라서 Jiaozuo 광산 지역의 간극수, 카르스트 수 및 광산 배수의 수리지화학적 특성에는 많은 유사점이 있습니다.
그림 10-11 2000년부터 2008년까지 자오쭤 광산 지역의 카르스트 수위와 강수량의 상관 곡선
그림 10-12 자오쭤 광산의 카르스트 수위와 광산 배수의 상관 곡선 2000년부터 2008년까지의 지역
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수리화학적 특성 측면에서 자오쭤 광산 지역의 동부와 서부 지역의 광산 배수수의 화학적 조성과 수질 유형에 상당한 차이가 있습니다. (표 10-4). 서부의 여러 광산에 있는 물의 화학적 종류는 ·-Ca2 ·Mg2형이며, 물의 총 경도는 일반적으로 350~450mg/L, 총 용존 고형물은 일반적으로 500~600mg/L, 함량은 일반적으로 입니다. 100~130mg/L. 동부 광산수의 화학적 종류는 -Ca2·Mg2형으로 총 경도는 일반적으로 270~280mg/L, TDS는 320~350mg/L로 일반적으로 서부 광산에 비해 수분 함량이 상당히 낮습니다. 40~55mg/L. Na, K, Ca2, Mg2, Cl- 등 기타 이온 함량도 서부 광산수에 비해 낮습니다. 광산수의 수화학적 특성이 동쪽과 서쪽으로 다른 이유는 동쪽과 서쪽의 지질 환경이 다르기 때문이며, 이는 다음과 같이 반영됩니다. ① 서쪽 광산 지역의 석탄 함유 지층 함량이 서쪽 광산 지역보다 높습니다. ② 동부 광산 지역의 경우 지하수의 수화학적 특성에 큰 차이가 있으며 광산이 위치한 지역의 지하수와 일치합니다.
표 10-4 자오쭤 광산구 동부와 서부 광산수의 화학적 조성 비교 단위: mg/L
광산수는 카르스트 지하수와 공극 지하수에서 나오며, 그 중 수질은 동일한 지역에 있어야 합니다. 내부 카르스트 수와 간극수는 동일하거나 유사합니다. 그러나 광산 조건, 인간 활동 및 기타 요인의 영향을 받아 광산 깊은 곳에서 광산수가 배출되는 과정에서 광산수는 다량의 석탄 먼지 및 기타 잔해물과 혼합되는 경우가 많으며 다음과 같은 영향을 받기도 합니다. 버려진 석유 및 기타 물질의 지하 오염으로 인해 광산 수질이 저하됩니다. Jiaozuo 광산 지역의 광산수는 탁도, 부유 물질, 총 박테리아 수 및 대장균 수가 일반적으로 표준을 초과하는 등 감각적 특성이 좋지 않습니다. 그러나 일반 화학 지표는 현재의 식수 품질 요구 사항을 충족하며 기본적으로 무함유되어 있습니다. 독성 또는 유해 성분이 포함되어 있으며 소량의 오일 유기 오염 물질이 포함되어 있습니다(표 10-5, 표 10-6).
표 10-5 자오쭤 광산 지역의 각종 탄광 수질 분석 요약표
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표 10-6 옌마 광산과 신주춘 광산 수질 분석 및 평가 결과
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광산수를 지표면으로 방류한 후 활용되는 작은 부분을 제외하면 대부분 도랑이나 구덩이로 방류되어 결국 그 지역 밖으로 흘러나온다. 1960년대부터 광산 배수를 농지에 관개하기 위해 자오쭤의 서쪽과 동쪽에 광산수를 전환하는 수로를 건설하여 광산수를 수원으로 사용하는 자오시 관개구와 자오둥 관개구를 형성했습니다.
자오시(Jiaoxi) 관개구 관개 면적은 11,400에이커로 최대 24,000에이커에 달하며 그 중 왕펑(Wangfeng), 상바이조(Shangbaizuo), 주춘(Zhucun), 왕추(Wangchu) 4개 향의 27개 마을이 포함됩니다. 교동 관개구는 16,000에이커에 달하며 대왕(大王), 바이젠팡(白建坊), 안양청(防陽cheng), 지우리산(Julishan)의 4개 진이 있습니다. 1990년대부터 자오쭤(Jiaozuo) 서부의 리펑 광산, 왕펑 광산, 자오시 광산이 차례로 폐쇄되었고, 농업은 관개용수원을 잃었습니다. 자오시(Jiaoxi) 관개 지역에서는 표면 침강으로 인해 관개 수로가 다양한 정도로 손상되어 관개 가능 면적이 감소했습니다. 관개를 위해 광산 배수를 농업적으로 활용하는 동안 관개수의 20~30%는 관개를 통해 얕은 공극 지하수로 다시 스며듭니다. 광산 배수가 도랑, 구덩이 및 연못으로 들어간 후 침하 및 지반 균열을 통해 간극수로 들어갈 수도 있습니다. 광산에 들어가세요. 광산 배수는 얕은 공극 지하수의 재충전원이자 중요한 오염원입니다. 이는 다량의 석탄분, 암석분을 토양으로 유입시켜 토양을 오염시키고 토양의 질을 저하시킬 뿐만 아니라 간극수질을 저하시키는 원인이 됩니다. 다양한 정도로 오염될 수 있습니다. 광산배수는 범람된 자체유동상태로 농경지와 논도랑으로 유입되기 때문에 관개 역삼출과 수로누출을 통해 공극지하수를 재충전시켜 공극지하수의 오염원이 된다.
자오쭤 수자원 보호국의 다년간 수질 모니터링 결과에 따르면 자오쭤 서쪽과 동쪽 충적평원 중상부 얕은 간극수에는 두 가지 수화학적 유형이 있는데, -Ca2·Mg2형 또는 - Ca2·Mg2형 수질감시를 위한 27개 정기 실험실 검사 중 총경도, TDS, 황산염, 불소, 염화물, 질산염이 기준치를 초과하는 시료에서 검출되었으며, 오염도는 온화함에서 중간 정도. 얕은 매몰로 인해 얕은 간극수는 다양한 재충전 경로와 공급원을 가지고 있으며 광산 배수에 의해 재충전되는 것 외에도 대기 강수량과 지표수(주로 하수)가 모두 재충전 소스라는 점에 유의해야 합니다. 얕은 공극 수질 오염을 일으키는 경로와 오염원도 복잡합니다. 농업용 농약 살포와 화학 비료의 광범위한 사용은 얕은 공극 지하수 오염을 일으킬 수 있습니다. 그러나 탄광에서 지하수의 장기간 배수는 수질 오염을 일으키는 중요한 요소이며, 석탄 채굴 붕괴는 오염물질이 지하수로 유입되는 좋은 통로를 제공합니다.
자오쭤(Jiaozuo) 광산 지역의 카르스트 수역은 석탄기-페름기 석탄 측정 지층 아래에 묻혀 있으며, 석탄 측정 지층과 그 위의 신생대 지층은 카르스트의 천연 보호 덮개를 형성합니다. 카르스트를 예방할 수 있는 물 물은 인공적으로 오염되기 쉽고 카르스트 수질을 보호합니다. 카르스트 급수지역은 산이 험하고 인구밀도가 희박하며 기본적으로 큰 오염원이 없으며 유류층이 두꺼워 자연적인 위생보호지역이다. 카르스트 물은 인간 활동의 영향을 덜 받고 수질이 좋으며 경도가 낮고 FDS가 낮은 담수입니다. 이 지역 카르스트 수역의 Cl- 배경값은 26.69 mg/L이나, 1990년대 이후 카르스트 수역의 염화물 함량은 해마다 증가하고 있다(표 5-6). 원료탄 수문학 팀 우물의 Cl- 함량은 1999년에 141mg/L였으며 2002년에 2135mg/L로 증가했습니다. 54772 부대의 우물에 있는 Cl- 함량은 2000년에 680.7mg/L에서 증가했습니다. 2002년에는 1447 mg/L로 증가했습니다. 두 우물 모두 수질 악화로 인해 사용이 중단되었습니다. 정상적인 상황에서 물 속의 염화물은 대부분 가정 오염과 산업 오염에서 비롯됩니다. 카르스트 수역의 Cl- 함량은 배경 값을 초과하여 오염되었음을 나타냅니다. 주된 이유는 Jiaozuo Chemical Plant No.3의 원래 가성소다 폐수 탱크가 투과성이 높은 오르도비스기 석회암 지층 위에 직접 건설되었기 때문입니다. 탱크 바닥과 주변에는 누출 방지 처리가 이루어지지 않았습니다. 폐수는 100g/L에 달했습니다. 카르스트 균열은 카르스트 대수층으로 스며듭니다. 카르스트 수는 산악지대에서 산지로 이동하여 산지로 집중 배출된다. 자오쭤(Jiaozuo)의 몇몇 대규모 카르스트 수원은 폐액 연못에서 3km 이내에 있는 산간 지역에 분포한다. 피에몬테 카르스트(piedmont karst) 물의 Cl- 함량이 증가합니다.
Juli Mountain의 오르도비스기 석회암 잔해 언덕 근처에서 오르도비스기 석회암은 제4기 충적 퇴적물과 직접 접촉하여 '채광창'을 형성합니다. 표면으로 배출된 광산수는 간극수위가 카르스트수위보다 높게 침투하여 공급하며, 범람 형태로 카르스트수를 공급하기도 한다.
단강(Dan River)은 자오쭤(Jiaozuo) 광산 지역의 서쪽에 있는 유일한 다년생 강으로 오르도비스기 석회암 분포 지역을 흐르며 카르스트 수자원을 보충합니다. Jiaozuo 광산 지역의 카르스트 물 평균 다년간 누출량은 Jiaozuo 광산 지역의 다년간 카르스트 물 공급량의 약 20%를 차지합니다.
강물이 오염되었습니다. 주요 오염 요인은 화학적 산소 요구량과 휘발성 페놀이며 카르스트 수질에 일정한 영향을 미칩니다.
3. 맥석과 그 오염
석탄맥석은 탄광의 건설 및 생산과정에서 배출되는 일종의 혼합암석으로서, 터널 굴착 시 배출되는 암석 및 탄층을 포함한다. 지붕과 바닥을 위한 사암, 이암, 석탄 등. 석탄 맥석의 주요 광물 성분에는 석영, 장석, 점토 광물, 백운석, 석회석 및 황철석이 포함됩니다. 석탄 맥석의 화학적 조성은 상대적으로 복잡하며 주로 일부 금속 원소와 비금속 원소의 산화물로 구성되며 미량의 중금속 원소도 포함하고 있으며 그 중 SiO2와 Al2O3가 높은 비율을 차지합니다. 야외에 쌓인 석탄맥석은 많은 토지를 차지할 뿐만 아니라 산화, 풍화, 자연발화로 인해 다량의 먼지, SO2, CO, CO2, 연도를 발생시킨다. 가스 및 기타 유해하고 유독한 가스로 인해 광산 지역 주변의 생태 환경에 영향을 미칩니다. 야외에 쌓인 맥석은 바람, 햇빛, 비에 노출되며, 그 안에 함유된 납, 카드뮴, 수은, 비소, 크롬 등의 독성 중금속 성분이 지표수로 침출되거나 지하수로 침투할 수 있습니다. 빗물이 토양에 유입되어 얕은 지하수로 침투하여 수질 및 토양을 오염시킬 수 있습니다. 풍화 및 침전에 의해 장기간 침출된 후, 석탄 맥석의 황철석 단괴는 황산 또는 산성수를 형성하고 Cd, Hg 등과 같은 다양한 독성 및 유해 원소를 해리합니다. 또한, 석탄 맥석의 자연 연소는 다량의 SO2 가스를 생성하며, 이는 물에 노출되면 H2SO4를 형성하여 토양 산성화를 유발합니다.
자오쭤 광산구의 석탄 맥석 생산량은 원탄 생산량의 20%를 차지한다. 현재 원탄 채굴량은 800만 톤에 달하며, 매년 150만 톤의 석탄 맥석이 배출된다. 현재 광산 지역에는 17개의 폐석산이 있으며 면적은 약 640,000m2이며 다년간 비축량은 2,500만 톤에 달합니다. Guo Huixia 등의 연구에 따르면 Jiaozuo 광산 지역의 석탄 맥석의 주요 화학 성분 중 SiO2의 상대 함량은 50.09-58.21, Al2O3의 상대 함량은 15.7-28.11, Fe2O3의 상대 함량은 4.61입니다. -5.49이고 점화 손실은 12.32-14.35입니다. 석탄 맥석에는 일반적으로 환경에 영향을 미치는 중금속 원소가 포함되어 있습니다. 분석된 6가지 지표(Pb, Mn, Zn, Cu, Cr 및 Cd) 중 Cd의 검출률은 50입니다(Cd의 최소 검출 한계는 0.05mg/kg입니다. ), 기타 원소 검출률은 100이며, 그 중 Zn 함량은 123.89~291.11mg/kg, Mn 함량은 35.83~888mg/kg이다(표 10-7).
표 10-7 자오쭤 광산구 석탄 맥석의 중금속 성분 함량 분석 결과 단위: mg/kg
자오쭤 광산구 석탄 맥석이 토양 및 지하수에 미치는 영향 주로 중금속 오염으로 나타납니다. 허난 과학 기술 대학 Hu Bin, Li Dongyan 등은 Yanma 광산, Zhongmacun 광산 및 Zhucun 광산의 맥석산 주변 토양의 중금속 오염 문제에 대한 특별한 연구를 수행했습니다. 각 맥석산 주변에는 우세한 풍향과 지형 경사를 따라 2~3개의 샘플링 선이 배치되며, 각 샘플링 선에는 맥석산에서 바깥쪽으로 5~50m 떨어진 곳에 샘플링 지점이 배치됩니다. 포인트는 10~15cm 입니다. 토양 시료 분석 결과는 표 10-8과 같다.
표 10-8 얀마 광산 1호 맥석산 주변 토양 중 중금속 함량 분석 결과 단위: mg/kg
1) Zhucun 광산 맥석산 주변 토양에는 Cr 오염이 뚜렷하지 않습니다. Cu 오염은 경미하지만 Pb 오염은 주로 다음과 관련이 있습니다. 광산 지역의 교통 환경. Zn 오염은 심각하며 오염 농도는 폐기물 더미로부터의 거리와 비선형 음의 상관 관계를 가지며, 폐기물 더미에서 멀어질수록 오염 정도는 낮아집니다. 이는 토양 내 일부 중금속 원소의 오염이 맥석의 풍화, 먼지, 빗물 침출 등에 의해 발생하여 주변 토양으로 이동함을 보여줍니다.
2) 얀마 광산의 맥석산 주변 토양은 Cd로 약간 오염되어 있으며, Cr과 Zn의 함량은 맥석 더미로부터의 거리와 비선형적인 음의 상관 관계를 가지고 있습니다. 맥석더미에서 멀어질수록 오염정도가 가벼워지고, 토양은 Pb에 오염되기 시작했으나 주로 교통의 영향을 받았으며, Cu에 의한 토양은 크게 오염되지 않았다.
3) 중마촌 광산 지역의 맥석산 주변 토양에서 5가지 중금속 원소의 함량은 높은 것부터 낮은 것까지 평균 Mn>Zn>Cr>Pb>Cu로, 평균값은 496.48mg/kg, 242.78mg/kg, 53.89mg/kg, 37.27mg/kg, 31.74mg/kg. 토양 시료의 Zn, Pb 및 Cu 오염은 흔히 발생하며 평균값은 허난성 토양 원소의 배경 값을 각각 3.3배, 1.9배 및 1.6배 초과합니다. 그러나 Cu, Cr의 평균값은 다릅니다. , Pb, Zn 및 Mn은 "토양 환경 품질" 표준(GB 15618-1995) 2차 표준을 초과하지 않습니다.
석탄 맥석 산 근처의 유증대와 얕은 지하수는 맥석 더미 옆 토양수의 K, Na, Ca2, Mg2 및 이온 함량이 높은 반면 이온 함량은 심각합니다. 맥석 더미에서 멀리 떨어져 있는 것은 일반적으로 낮으며, 이온으로 표현됩니다.
4. 탄광 덩어리 붕괴와 수문지질학적 조건에 미치는 영향
지하 석탄층이 덩어리지면 지하에 덩어리가 형성되고, 덩어리 위의 덩어리가 손실됩니다. 원래의 평형 상태는 Goaf의 위에 있는 암석 덩어리와 주변 암석 덩어리의 움직임, 변형 및 심지어 파괴를 유발합니다. 이런 움직임과 변형, 파괴는 공간적으로는 덩어리에서 주변 지역으로 점차 확대된다. 표면, 즉 표면 이동. 표면 이동 및 손상 패턴은 채굴 깊이, 채굴 두께, 석탄 채굴 방법, 지붕 관리 방법, 암석학, 탄층 발생 및 기타 요인과 관련됩니다. 채굴 깊이와 채굴 두께의 비율이 상대적으로 작은 경우(깊이 대 두께 비율) H/m<25~30 또는 피복층이 얇은 경우) 표면에 큰 균열과 붕괴 피트가 나타납니다. Jiaozuo 탄전에서 수십 년 동안 채굴된 결과, 지하에는 여러 개의 대규모 덩어리 지대가 형성되었으며, 표면에는 전체 면적이 약 70km2에 달하는 덩어리 침하 지대가 형성되었습니다(표 10-9).
표 10-9 자오쭤시 각종 광산의 고프 지역 및 침강 지역 통계표
2008년 자오쭤시 토지자원국의 "자오쭤 도시 지질 위험 조사 및 구역 설정"에 따르면 조사결과, 도시지역에서 귀리로 인한 지반침하재해는 19건이며, 적철광 채굴로 인한 지반침하 1건을 제외하고 나머지 18건은 석탄 채굴로 인한 것이다(표 10-10). 19건의 지반 붕괴 중 대형이 5건, 중형이 13건, 소형이 1건이었습니다. Goaf 붕괴는 해방구, 산양구, 중잔구, 마쿤구에 분포되어 있으며 12개 사무실이 있습니다. 주요 붕괴 지역은 다음과 같습니다: Xiaozhuang 마을 붕괴, Tianjian 마을 보육원 붕괴, Jiahetun 마을 붕괴, Zhongma 마을 서쪽 붕괴, Tongzhanghe 마을 동쪽 붕괴, Gangzhuang 마을 서쪽 Jiaodong 광산 붕괴, Fengying 붕괴, Zhongma 광산 Luozhuang 붕괴, Jiulishan 광산 지역 붕괴, Yanmazhuang 광산 붕괴, 한왕 광산 붕괴, 왕좡 리펑 광산 붕괴, 홍샤링 적철석 광산 붕괴, 주춘 광산 붕괴, 주춘 4호 광산 붕괴, 중잔구 탄광 붕괴, 서펑펑 마을 붕괴 등 붕괴 구덩이의 평면은 불규칙한 원형 또는 타원형이며 일반적으로 직경이 500~2000m 범위이고 어떤 경우에는 2000m보다 큽니다. 지반붕괴 안정성 측면에서 보면 12개소는 안정성이 불량하고 7개소는 안정성이 불량한 것으로 나타났다.
표 10-10 자오쭤시 분포 위치 및 지반 침하 지역의 특성
그 밖에도 산록 충적층 상부를 따라 소규모 탄광이 산재해 있다. 석탄 채굴로 인한 팬. 자오시 광산구의 자오시 광산과 자오둥 광산구의 Jiulishan 광산, Fangzhuang 광산, Zhongma 광산, Fengying 광산, Yanma 광산, Guhanshan 광산은 여전히 채굴 시간이 15~45년에 달하므로 붕괴 지역이 붕괴됩니다. 여전히 매년 1.2~1.5km2씩 증가하고 있다.
자오쭤 광산 지역의 표면 이동 범위는 고프 지역보다 훨씬 크며, 그 위치와 모양은 고프의 모양과 탄층의 경사각에 따라 달라집니다. 광산지역의 탄층은 일반적으로 남동쪽으로 기울어진 단사정형 구조로 되어 있으며, 탄층의 경사각은 일반적으로 8°~12°이고, 석탄층의 두께는 완만하게 경사진 탄층이다. 따라서 전체 채광 조건에서 지표 이동 유역은 대부분 굴뚝 위에 위치하며 이동 유역의 모양은 굴착기의 모양과 관련이 있으며 유역의 중심은 지형 경사 방향으로 약간 오프셋되어 있습니다.
지하 석탄 채굴이 표면에 미치는 영향은 주로 수직 이동 및 변형(가라움, 기울어짐, 비틀림, 곡률)과 수평 이동 및 변형(수평 이동, 인장 및 압축 변형)을 포함합니다. 이러한 이동 및 변형은 지면에 영향을 미칩니다. 건물은 다양한 형태의 피해를 입힙니다. 이동유역의 변형 정도를 측정하기 위한 지표로는 침하 W, 경사율 I, 곡률 K, 수평 변위 U, 수평 변형 값 E가 있다. 침하 계수 θ, 수평 이동 계수 b, 영향각 접선 값 tanβ는 다음과 같다. 변형 정도를 결정하는 데 사용되는 5가지 지표 지표 매개변수의 값은 표 10-11에 나와 있습니다.
표 10-11 자오쭤 광산 지역에서 측정된 표면 이동 매개변수 표
자오쭤 광산 지역 표면의 최대 침하 값은 일반적으로 광산 높이의 70~80입니다. 수평 이동은 매우 다양하며 최소는 230mm(자오시 광산의 작업 면 106개)이고 최대는 3794mm(자오시 광산의 작업 면 106개)입니다. 다른 광산의 수평 이동은 일반적으로 500~1500mm입니다. 일반적으로 표면 침강은 상단 배치 후 10일 이내에 시작되며, 침강 기간은 일반적으로 5개월에서 최대 8개월까지 지속될 수 있습니다. 표면 침강 과정은 초기 단계, 활성 단계 및 쇠퇴 단계의 세 단계로 나눌 수 있습니다. 초기 단계는 일반적으로 약 30일이며 활성 단계는 약 60일 동안 지속되며 최대 일일 침하량은 100mm입니다. 일반적으로 쇠퇴 단계는 약 60일 동안 지속되며 채굴이 중단된 지 1년 후에는 기본적으로 멈춥니다. 작업 표면 및 표면 변형은 기본적으로 3년 후에 중지됩니다. 실제 조사에 따르면 Jiaozuo Macun, Tianmen, Fengying, Jiulishan 및 Fangzhuang 광산의 침하 지역의 최대 침하량은 5~6m로 이론식의 계산 결과와 거의 동일합니다.
지반침하로 인한 피해는 주로 농경지, 도로, 마을의 파괴로 나타나며 일부 침하구덩이에는 광산수와 빗물이 장기간 축적되어 농지의 가치가 상실되었습니다. 농업. 지반 침하는 또한 광산 지역의 얕은 공극수와 깊은 카르스트 수의 수문지질학적 조건에 일정한 영향을 미치며, 이는 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
1) 표면 침하 및 지반 균열은 다음과 같은 경로가 되었습니다. 광산 물 채우기 및 물 유입. 지표 침하로 인해 표면이 고르지 않게 됩니다. 광산 배수구와 빗물은 일부 대형 붕괴 구덩이에 모이게 됩니다. 침하 구덩이 또는 표면 균열과 지하 터널 또는 굴레 사이에 통로가 있기 때문에 침강 구덩이에 쌓인 물이 다시 광산으로 유입되어 반복 배수가 발생할 수 있습니다. . 원료탄 그룹의 통계에 따르면 반복 배수는 전체 광산 배수의 약 20%를 차지합니다.
2) Goaf 붕괴와 땅의 균열은 또한 오염물질이 지하수와 광산 구덩이로 들어가는 가장 직접적인 경로를 제공합니다. 지표침하구에 집수된 지표수, 빗물, 광산 배수는 누출을 통해 4차 공극 지하수를 재충전할 수 있으며, 수질이 좋지 않아 얕은 공극수 오염을 일으키기 쉽습니다.