Cuestiones medioambientales del agua kárstica relacionadas con la minería del carbón

1. Condiciones de drenaje y producción minera

En la actualidad, hay 12 minas de producción en el área minera de Jiaozuo, que se dividen en el área minera de Jiaodong y el área minera de Jiaoxi con el área urbana. como el límite. El área minera de Jiaoxi incluye una mina, la mina Zhucun, y el área minera de Jiaodong incluye la mina Hanwang, la mina Baizhuang, la mina Fangzhuang, la mina Zhaoguyi, la mina Yanmazhuang, la mina Kaima (anteriormente mina Xiaomacun) y la mina Fengying, la mina Zhongmacun y la mina Jiulishan. , Mina Guhanshan (incluida la mina Weicun) y Mina Zhangtun. Las minas que han sido cerradas incluyen: la mina Jiaoxi cerrada en octubre de 1999, la mina Wangfeng cerrada en marzo de 1996 y la mina Jiaodong cerrada en mayo de 1996. La ciudad de Jiaozuo es una famosa zona minera de inundaciones en el país. El volumen total de drenaje del área minera en su punto máximo histórico superó los 9,2 m3/s. En los últimos años, debido al cierre de algunas minas debido al agotamiento de los recursos y la aplicación generalizada de refuerzo de lechada y tecnología de bloqueo de agua, el volumen de drenaje de cada mina ha disminuido y el volumen total de drenaje se ha reducido a 5-6 m3/s. Las condiciones de drenaje de cada mina se muestran en la Tabla 10-3.

Cuadro 10-3 Cuadro estadístico de las condiciones de producción y drenaje de las minas de Coking Coal Group en 2005

Continúa cuadro

Visión general de las cuestiones geológicas ambientales de la minería<. /p>

Los problemas geológicos ambientales asociados con la minería del carbón en Jiaozuo se pueden resumir en tres categorías: daños a los recursos, desastres geológicos y contaminación ambiental.

1. Daño a los recursos

El daño a los recursos es principalmente la pérdida de recursos terrestres y el desperdicio de recursos hídricos. Las principales manifestaciones de la pérdida de recursos terrestres son la ganga del carbón que ocupa la tierra y el hundimiento de la minería que la destruye. Desde la creación de la mina, la ganga de carbón producida en la zona minera se ha amontonado directamente en la superficie, formando 17 grandes montañas de ganga. Las reservas a lo largo de los años han alcanzado los 11.807.770 toneladas, cubriendo una superficie de 418.100 m2. El área de hundimiento de cabra existente en la zona minera alcanza los 70km2. Algunas zonas de hundimiento acumulan agua durante todo el año, dañando gravemente las tierras de cultivo. El paisaje minero ha resultado gravemente dañado y el área de erosión hídrica y del suelo continúa expandiéndose. El acuífero de agua intersticial en el área de Piamonte fue drenado debido al drenaje a largo plazo de la mina de carbón, y el nivel del agua kárstica continuó disminuyendo, formando un embudo de descenso del nivel del agua que cubrió toda el área minera.

2. Principales problemas geológicos ambientales y desastres geológicos

Los principales problemas geológicos ambientales y desastres geológicos incluyen hundimientos del suelo, fisuras del suelo, explosiones de gas, irrupción de agua en las minas, quema de ganga de carbón, etc. .

(1) Subsidencia del terreno

Después de décadas de minería en el yacimiento de carbón de Jiaozuo, se han formado varios pozos subterráneos de gran superficie y se ha excavado un área total de aproximadamente 70,2 km2. Formado en la superficie. Área de hundimiento de Goaf. En el área minera de Jiaoxi, el colapso del goaf ha formado 6 grandes cuencas móviles, distribuidas en Dongwangfeng-Xifengfeng, Lifeng-Tazhang-Shangbaizuo, Beizhucun, Xujiafen, Jiahetun y Jiaoxi Shaguo Kiln, en el área minera de Jiaodong, hay 6 grandes áreas de hundimiento; distribuido en la mina Jiaodong, la mina Hanwang: Yanma, Fangzhuang, Fengying, Qianjinzuo, Macun y otros lugares. Además, también existen algunos pozos de colapso provocados por la minería del carbón en pequeñas minas de carbón esparcidas a lo largo de la parte superior del abanico aluvial del piedemonte. Debido a que la mina Jiaoxi, la mina Jiulishan, la mina Fangzhuang, la mina Zhongma, la mina Fengying y la mina Yanma todavía tienen de 15 a 45 años de tiempo de extracción, el área del área de hundimiento aumentará de 1,2 a 1,5 km2 cada año en el futuro. . Aumentar. Las estadísticas muestran que 28 aldeas se vieron afectadas por el colapso del cañón, 30 fábricas, minas, escuelas e instalaciones públicas de las aldeas sufrieron daños y los edificios de 12 aldeas sufrieron graves deformaciones y daños.

(2) Fisuras del suelo

Las fisuras del suelo en el goaf están muy desarrolladas y se distribuyen principalmente en las zonas marginales del goaf. La fisura del suelo más grande encontrada en la zona se encuentra en Xicun. , condado de Xiuwu Las grietas del suelo en la aldea de Xiangwa fueron causadas por la extracción de carbón en las minas de carbón número 1 y 2 en la aldea de Wa y en la mina de carbón del municipio de Xicun. Las grietas corren casi de este a oeste, tienen aproximadamente 3 km de largo, 0,1 ~ 0,3 m de ancho, hasta 2 m en algunos lugares, 0,5 ~ 1 m de profundidad y más de 5 m en algunos lugares. Aparecen de forma intermitente a lo largo de las fallas de retorno de material, poniendo en peligro las tierras de cultivo y las carreteras. y pueblos, y amenazando directamente la seguridad de los residentes. Hay docenas de grietas en el área del colapso de Jiulishan, formando una zona de desarrollo de grietas de 60 m de ancho. Las grietas tienen de 0,1 a 0,5 m de ancho y forman un semicírculo a lo largo del área del colapso.

(3) Explosión de gas

El yacimiento de carbón de Jiaozuo tiene un alto contenido de gas y alrededor del 45% de los recursos de carbón están seriamente amenazados por explosiones de gas durante el proceso minero. Los accidentes por explosión de gas han ocurrido muchas veces en las minas de carbón de la zona minera de Jiaozuo.

Por ejemplo, el 10 de diciembre de 1996 se produjo una explosión de gas en la mina Qianyue Village en Macun, matando a dos personas e hiriendo a otras ocho; a las 0:36 a. m. del 27 de octubre de 2011 se produjo una explosión de gas en la mina Jiulishan de Jiaozuo; Coal Mining Group Co., Ltd. El accidente por explosión de carbón y gas causó 18 muertes, 5 heridos y pérdidas económicas directas por valor de 11,518,9 millones de yuanes.

(4) Irrupción de agua en la mina

Las condiciones hidrogeológicas de la yacimiento de carbón de Jiaozuo son complejas y los karsts de rocas carbonatadas del Ordovícico y Carbonífero se desarrollan durante el proceso de construcción de pozos o extracción de carbón. Cuando se encuentran fallas de conducción de agua, fallas llenas de agua y fisuras kársticas, el agua subterránea fluye repentinamente hacia la mina, provocando accidentes por inundaciones. Según las estadísticas de la Oficina Municipal de Minería de Jiaozuo, las minas que han experimentado una irrupción de agua kárstica en el suelo incluyen: mina Zhongmacun, mina Hanzhuang, mina Wangfeng, mina Fengying, mina Yanmazhuang, etc. Desde la fundación de la República Popular China, ha habido miles de irrupciones de agua que provocaron la inundación de 17 pozos.

(5) Combustión espontánea de montañas de ganga

Cinco de las montañas de ganga existentes tienen combustión espontánea en diversos grados. Cuando la ganga se enciende espontáneamente, se liberan una gran cantidad de gases tóxicos y nocivos. Se emitirá humo que contaminará la atmósfera, el polvo que caiga al suelo también contaminará el suelo.

(6) Contaminación ambiental

Además de los gases tóxicos y nocivos emitidos por la combustión espontánea de vetas de carbón y ganga de carbón durante el proceso de extracción del carbón, que contaminan el medio ambiente, Durante la acumulación de ganga de carbón, debido a la erosión y lixiviación de las precipitaciones, los componentes tóxicos y nocivos se filtran en el suelo con el agua, lo que provoca la contaminación del suelo. El drenaje de la mina y las aguas residuales de las plantas de lavado de carbón contaminarán las aguas superficiales y subterráneas.

3. Principales problemas hidrogeológicos y ambientales

1. El drenaje de la mina consume una gran cantidad de recursos de agua subterránea.

Las minas de carbón en el área minera de Jiaozuo explotan principalmente el Pérmico. 21 carbón Hay cinco acuíferos principales llenos de agua: el techo de la veta de carbón tiene el acuífero de grava cuaternaria y el acuífero de fisura de arenisca del Pérmico tiene el acuífero de fisura kárstica de capa fina del Carbonífero (incluidos ocho acuíferos de ceniza); y dos de fresno), acuífero de fisura kárstica de piedra caliza del Ordovícico. Entre ellos, el acuífero de fisura de arenisca del Pérmico es un acuífero lleno de agua directamente en el techo de la veta de carbón, Bahui es un acuífero lleno de agua directamente en el fondo de la veta de carbón y el resto son acuíferos llenos de agua indirecta. A juzgar por la posición relativa entre el relleno de agua de la mina y la veta de carbón, el agua de los poros cuaternarios y el agua de las fisuras de arenisca pertenecen al agua del techo de la veta de carbón. Bajo la influencia de la minería, el agua gotea a través de las grietas originales y las grietas mineras en la arenisca del techo. y fluye. Entra en la mina. El agua disuelta del karst carbonífero de 8 cenizas, 2 cenizas y arganita se encuentra en el fondo de la veta de carbón. Ingresa a la mina a través de fallas en la conducción de agua, fisuras estructurales o fisuras de daños mineros, perforaciones o túneles mal sellados y exposición directa de las perforaciones. Se considera agua de suelo. Según las estadísticas, el agua del suelo kárstico representa aproximadamente el 75% del drenaje de las minas. Cuando la profundidad de extracción de la mina es poco profunda, el agua de los poros cuaternarios y el agua de las fisuras de arenisca del techo de la veta de carbón (incluida el agua de las fisuras de la zona erosionada) son las principales fuentes de agua de la mina; cuando la profundidad de extracción de la mina es grande, el agua kárstica del piso es la principal; fuente de agua de la mina. Se desarrolla la estructura de falla en el área minera y la delgada capa de agua kárstica de piedra caliza del Carbonífero en el fondo de la veta de carbón está estrechamente conectada hidráulicamente con el agua kárstica de piedra caliza de Orogenia. El hundimiento superficial y las grietas superficiales están relativamente desarrollados en el área minera de Jiaozuo, y parte del drenaje de la mina ingresará nuevamente a la mina a través del pozo de colapso y el estanque, formando así un drenaje repetido de la mina, y el drenaje repetido representa el 20% del drenaje total.

El drenaje de la mina en el área minera de Jiaozuo cambia en etapas. De 1965 a 1978, fue un período de crecimiento lineal. El drenaje de la mina aumentó de 3 m3/s a 9,2 m3/s. , fue el período pico. El drenaje de la mina fluctuó en el rango de 8,2 a 9,2 m3/s. El período de 1986 a 2003 fue un período de disminución, disminuyendo gradualmente desde el pico hasta 4,5 m3/s. Desde 2003, con el aumento de la producción de carbón, la entrada de agua ha aumentado ligeramente. En 2008, el drenaje total de las 12 minas de producción en el área minera de Jiaozuo fue de 5,97 m3/s, y había 6 minas con alta intensidad de drenaje. El drenaje promedio anual de la mina Yanma fue de 1,27 m3/s, el drenaje promedio anual de. La mina Zhongma fue de 1,04 m3/s y el drenaje anual promedio de la mina Jiulishan fue de 1,27 m3/s. El drenaje anual promedio es de 0,83 m3/s, el drenaje anual promedio de la mina Zhucun es de 0,68 m3/s y el drenaje anual promedio de. La mina Fangzhuang es de 0,67 m3/s y el drenaje promedio anual de la mina Guhanshan es de 0,60 m3/s. El drenaje de 6 minas representa el drenaje de toda el área minera.

A juzgar por los datos sobre el desplazamiento por tonelada de carbón (Figura 10-9), en los primeros días de la minería, el desplazamiento por tonelada de carbón era inferior a 10 m3/t antes de 1960. Después de 1960, aumentó paso a paso, alcanzando 73,65m3/t en 1984, y luego disminuyó gradualmente En 2008 alcanza 30,58m3/t anualmente. La reducción del desplazamiento de agua por tonelada de carbón está relacionada con la aplicación generalizada de la tecnología de bloqueo de agua con lechada en las minas de carbón, lo que ha dado como resultado una reducción significativa de la entrada de agua en las minas y una reducción del riesgo de irrupción de agua. accidente grave por irrupción de agua durante más de 20 años consecutivos.

Figura 10-9 Curva de cambio del volumen de extracción por tonelada de carbón desplazada en el área minera de Jiaozuo

La cantidad total de recursos naturales de agua subterránea en el área de Jiaozuo es de 10,76 m3/s, de los cuales El agua kárstica es de 8,09 m3/s y el agua de los poros es de 8,09 m3/s. El agua es de 2,668 m3/s. De 1978 a 1986, el drenaje máximo de la mina fue de 9,2 m3/s. Después de deducir 22 drenajes repetidos, el drenaje máximo real durante el período pico fue de aproximadamente 8 m3/s, lo que equivale al 75% del total de los recursos naturales de agua subterránea en el área de Jiaozuo. . Si se calcula en base al volumen de drenaje de la mina de 5,97 m3/s en 2008, después de deducir el volumen de drenaje repetido, el volumen de drenaje real es de 5,25 m3/s, lo que equivale al 50% del total de los recursos naturales de agua subterránea en el área de Jiaozuo. Se puede ver que el drenaje de la mina es el principal método de descarga de agua subterránea en el área minera de Jiaozuo.

El drenaje de la mina y la minería artificial son dos métodos importantes de descarga de agua de poros y agua kárstica. Afectados por el drenaje a largo plazo de las minas de carbón, los acuíferos de poros en la llanura aluvial superior se drenan y las áreas drenadas. Se distribuyen en el oeste, al norte de la línea Fengfeng-Gangzhuang-Baijianfang-Ciudad de Anyang-Guhanshan, el área alcanza los 100 km2 y el nivel del agua tiene entre 30 y 60 m de profundidad. Al mismo tiempo, el nivel del agua kárstica descendió escalonadamente, los manantiales kársticos de la montaña Jiuli dejaron de fluir y el pozo artesiano de agua poral de Xiaozhangzhuang y los manantiales de agua poral de Lingquanbei en el borde frontal de la llanura aluvial dejaron de fluir.

La dinámica de los niveles de agua kárstica se ve afectada principalmente por los factores duales de la precipitación atmosférica en las zonas montañosas y la minería artificial (incluido el drenaje de la mina). Disminuye de manera escalonada a medida que aumenta el volumen de minería y disminuye la precipitación. (Figura 10-10).

En la década de 1960, el nivel del agua kárstica fluctuaba alrededor de 110 m, y el nivel más alto alcanzaba más de 125 m. El suministro y la descarga de agua kárstica se encontraban en un estado de equilibrio dinámico natural y se descargaban en el. forma de resortes. A medida que el drenaje de la mina aumentó gradualmente, el nivel del agua kárstica disminuyó gradualmente y, en la década de 1980, el drenaje de la mina alcanzó su punto máximo. Al mismo tiempo, con la construcción de la fuente de agua de Gangzhuang, se extrajo agua kárstica profunda a gran escala en la ciudad. El volumen de drenaje de la mina y la minería urbana superó los 10 m3/s. un mínimo de 75 m. En 30 años, el descenso general del nivel del agua kárstica alcanzó entre 35 y 50 m, con un descenso medio anual de 1,2 a 1,5 m.

Figura 10-10 Curva de correlación entre el nivel de agua kárstica y el volumen de drenaje de la mina en el área minera de Jiaozuo a lo largo de los años

Desde 1994, con la construcción sucesiva de las minas Wangfeng, Jiaoxi y Jiaodong Mina Después del cierre, el volumen de drenaje de la mina disminuyó año tras año. Sin embargo, con el desarrollo de las ciudades y el aumento de la población, la cantidad de extracción de agua kárstica ha aumentado año tras año, compensando así la reducción del drenaje de la mina. La cantidad total de extracción de agua kárstica se ha mantenido en un nivel relativamente alto, entre 8,5. y 9,5 m3/s. El nivel del agua fluctúa entre 75 y 90 m.

Según investigaciones anteriores, la falla de Zhaozhuang es una falla que bloquea principalmente el agua. El acuífero de piedra caliza del Ordovícico al norte de la falla se eleva por encima del nivel del agua subterránea regional. la aparición y migración de agua kárstica. El grado de desarrollo kárstico es pobre, la tasa de fractura es baja y la conectividad es deficiente, lo que resulta en malas condiciones de escorrentía de agua kárstica al sur de la falla de Zhaozhuang, debajo del nivel freático de piedra caliza del Ordovícico. , desarrollo kárstico, alta tasa de fractura, fuerte conductividad hidráulica y buenas condiciones de escorrentía de agua kárstica. Con la falla de Zhaozhuang como límite, se forma un escarpe de nivel de agua subterránea con una diferencia de nivel de agua de 70 a 150 m. El norte de la falla es un área de alto nivel de agua y el sur de la falla es un área de bajo nivel de agua. El acuífero de Aohui en la zona minera de Jiaozuo ha desarrollado fisuras y fallas kársticas y tiene una buena conectividad kárstica. El agua kárstica tiene un nivel de agua uniforme y características dinámicas similares. Bajo la influencia simultánea del drenaje minero, la minería urbana y las precipitaciones, el nivel del agua kárstica en las zonas de bajo nivel de agua a menudo muestra un aumento y una caída general del nivel del agua.

En el mapa isolínea del nivel del agua kárstica en el área minera, el agua kárstica en el área minera forma un embudo descendente de nivel de agua asimétrico elíptico a lo largo del frente de la montaña. El punto más bajo del nivel del agua aparece en el área de la fuente de agua con grandes minas. volumen (como el área de la fuente de agua de Gangzhuang) o en el área de la fuente de agua con un gran volumen de drenaje (como la mina Yanma y la mina Jiulishan).

La dinámica anual de los niveles de agua kárstica se ve afectada principalmente por la precipitación atmosférica. Después de la lluvia, el nivel del agua en la zona kárstica de alto nivel de agua aumenta rápidamente, mientras que el nivel del agua en la zona de bajo nivel de agua aumenta más lentamente, alcanzando generalmente el nivel más alto de todo el año a finales de octubre. La dinámica de los niveles de agua kárstica en las zonas bajas durante el año se divide en tres etapas: desde finales de enero hasta finales de marzo casi no hay precipitaciones y el nivel de agua kárstica desciende bruscamente a finales de mayo o mediados. -a principios de junio, el nivel del agua desciende al nivel más bajo del año; después de junio, las precipitaciones aumentan bruscamente, el agua kárstica se recargó y el nivel del agua comenzó a subir, alcanzando el nivel más alto de todo el año a finales. de octubre hasta finales de febrero del año siguiente, las precipitaciones disminuyeron y, bajo la influencia de la minería, el nivel del agua descendió lentamente. Las características dinámicas de los niveles de agua kárstica reflejan las características de recarga concentrada y consumo lento de agua kárstica (Figura 10-11, Figura 10-12).

2. Contaminación ambiental del agua en zonas mineras

El drenaje de la mina es un tipo de agua mixta, compuesta por agua kárstica, agua de poros y agua de fisuras de arenisca. Generalmente, las características hidroquímicas del agua de mina son consistentes con el agua kárstica o agua de poro en el área donde se ubica la mina. A su vez, el agua de los poros poco profundos se recarga con el agua de la mina y las características hidroquímicas del agua de los poros son similares al drenaje de la mina. Por lo tanto, existen muchas similitudes entre las características hidrogeoquímicas del agua intersticial, el agua kárstica y el drenaje de la mina en el área minera de Jiaozuo.

Figura 10-11 Curva de correlación entre el nivel de agua kárstica y la precipitación en el área minera de Jiaozuo de 2000 a 2008

Figura 10-12 Curva de correlación entre el nivel de agua kárstica y el drenaje de la mina en la minería de Jiaozuo área de 2000 a 2008

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En términos de características hidrogeoquímicas, existen diferencias significativas en la composición química y los tipos de calidad del agua de drenaje de la mina en las áreas mineras de Jiaozuo oriental y occidental (Tabla 10 -4). El tipo químico del agua en varias minas del oeste es del tipo ·-Ca2 ·Mg2. La dureza total del agua es generalmente de 350 ~ 450 mg/L, el total de sólidos disueltos es generalmente de 500 ~ 600 mg/L y el contenido es generalmente. 100~130 mg/l. El tipo químico del agua de mina en el este es del tipo -Ca2·Mg2, la dureza total es generalmente de 270~280 mg/L, el TDS es generalmente de 320~350 mg/L y el contenido de agua es significativamente menor que el del oeste, generalmente 40~55 mg/L. Otros contenidos de iones en el agua, como Na, K, Ca2, Mg2, Cl-, etc., también son más bajos que los del agua de las minas occidentales. La razón de las diferentes características hidroquímicas del agua de mina en el este y el oeste es que el ambiente geológico entre el este y el oeste es diferente, lo que se refleja en: ① El contenido de estratos carboníferos en el área minera occidental es mayor que que en el área minera del este; ② Hay grandes diferencias en las características hidroquímicas del agua subterránea entre el este y el oeste. Es consistente con el agua subterránea en el área donde se encuentra la mina.

Tabla 10-4 Comparación de la composición química del agua de mina en las áreas mineras oriental y occidental de Jiaozuo Unidad: mg/L

El agua de mina proviene de aguas subterráneas kársticas y de aguas subterráneas porosas, y su La calidad del agua debe estar en la misma área. El agua kárstica interna y el agua de los poros son iguales o similares. Sin embargo, durante el proceso de descarga del agua de la mina desde las profundidades de la mina, afectada por las condiciones de la minería, las actividades humanas y otros factores, el agua de la mina a menudo se mezcla con una gran cantidad de polvo de carbón y otros desechos, y también está sujeta a la contaminación del petróleo abandonado y otras sustancias subterráneas, deteriorando así la calidad del agua de la mina. Las propiedades sensoriales del agua de mina en el área minera de Jiaozuo son pobres, con turbidez, materia suspendida, recuento total de bacterias y recuento de E. coli que generalmente excede los estándares. Sin embargo, los indicadores químicos generales cumplen con los requisitos actuales de calidad del agua potable y básicamente no contienen nada. componentes tóxicos o nocivos y contienen una pequeña cantidad de objetos contaminados con petróleo (Tabla 10-5, Tabla 10-6).

Tabla 10-5 Tabla resumen del análisis de la calidad del agua de varias minas de carbón en el área minera de Jiaozuo

Tabla con continuación

Tabla 10-6 Mina Yanma y Mina Xinzhuchun Resultados del análisis y evaluación de la calidad del agua

Continuación de tabla

Después de que el agua de la mina se descarga de la superficie, excepto una pequeña parte que se utiliza, la mayor parte se descarga en zanjas o pozos y eventualmente fluye fuera del área. Desde la década de 1960, con el fin de utilizar el drenaje de las minas para regar tierras de cultivo, se han construido canales para desviar el agua de las minas en el oeste y el este de Jiaozuo, formando el distrito de riego de Jiaoxi y el distrito de riego de Jiaodong, que utilizan el agua de las minas como fuente de agua.

El área de tierra cultivada de regadío en el distrito de riego de Jiaoxi es de 11,400 acres, alcanzando un máximo de 24,000 acres, incluidas 27 aldeas en los cuatro municipios de Wangfeng, Shangbaizuo, Zhucun y Wangchu. El distrito de riego de Jiaodong tiene 16.000 acres e incluye cuatro ciudades: Daiwang, Baijianfang, Anyangcheng y Jiulishan. Desde la década de 1990, las minas Lifeng, Wangfeng y Jiaoxi en el oeste de Jiaozuo han sido cerradas una tras otra. El drenaje de las minas ha disminuido y la agricultura ha perdido su fuente de agua de riego. En la zona de riego de Jiaoxi, debido al hundimiento de la superficie, los canales de riego han resultado dañados en diversos grados y la superficie irrigable se ha reducido. Durante la utilización agrícola del drenaje de la mina para riego, del 20 al 30% del agua de riego se filtra nuevamente al agua subterránea porosa poco profunda a través del riego. Después de que el drenaje de la mina ingresa a zanjas, pozos y estanques, también puede ingresar al agua de los poros a través de colapsos y fisuras del suelo e incluso. entrar en las minas. El drenaje de la mina es una fuente de recarga de aguas subterráneas de poros poco profundos y una fuente importante de contaminación. No solo introduce una gran cantidad de polvo de carbón y roca en el suelo, provocando contaminación del suelo y reducción de la calidad del suelo, sino que también provoca que la calidad del agua de los poros disminuya. estar contaminados en distintos grados. Dado que el drenaje de la mina ingresa a las tierras de cultivo y a las zanjas de campo en un estado inundado y de flujo propio, recarga el agua subterránea de los poros a través de la infiltración de irrigación y las fugas de los canales, lo que constituye una fuente de contaminación para el agua subterránea de los poros.

Según los resultados del monitoreo de la calidad del agua de la Oficina de Conservación del Agua de Jiaozuo a lo largo de los años, el agua de los poros poco profundos en las partes media y superior de la llanura aluvial en el oeste y el este de Jiaozuo tiene dos tipos hidroquímicos, -Tipo Ca2 ·Mg2 o - Tipo Ca2·Mg2 Entre las 27 pruebas de laboratorio de rutina para el monitoreo de la calidad del agua, se encontraron dureza total, TDS, sulfato, fluoruro, cloruro y nitrato en muestras de agua que excedían el estándar, y el grado de contaminación era. leve a moderada. Cabe señalar que debido al entierro poco profundo, el agua de los poros poco profundos tiene vías y fuentes de recarga diversificadas. Además de recargarse mediante el drenaje de la mina, la precipitación atmosférica y el agua superficial (principalmente aguas residuales) son fuentes de recarga. Las vías y fuentes de contaminación que causan la contaminación de los poros superficiales también son complejas. La fumigación agrícola con pesticidas y el uso extensivo de fertilizantes químicos causarán contaminación de los poros superficiales. Sin embargo, el drenaje a largo plazo de las aguas subterráneas de las minas de carbón es un factor importante que conduce a la contaminación de la calidad del agua. El colapso de las minas de carbón proporciona un buen canal para que los contaminantes entren en las aguas subterráneas.

El agua kárstica en la zona minera de Jiaozuo está enterrada bajo los estratos de carbón del Carbonífero-Pérmico. Los estratos de carbón y los estratos del Cenozoico sobre los estratos de carbón forman una cubierta protectora natural para el karst. Agua, que puede prevenir el karst El agua está sujeta a contaminación provocada por el hombre y protege la calidad del agua kárstica. La zona de suministro de agua kárstica tiene montañas escarpadas, áreas escasamente pobladas y básicamente no hay grandes fuentes de contaminación. La zona vadosa es espesa, lo que la convierte en un área de protección sanitaria natural. El agua kárstica se ve menos afectada por las actividades humanas y tiene buena calidad. Es agua dulce con baja dureza y bajo FDS. El valor base de Cl- en el agua kárstica en esta área es 26,69 mg/L, pero desde la década de 1990, el contenido de cloruro en el agua kárstica ha aumentado año tras año (Tabla 5-6). El contenido de Cl- en los pozos del Equipo de Hidrología del Carbón Coquizable fue de 141 mg/L en 1999 y aumentó a 2135 mg/L en 2002; el contenido de Cl- en los pozos de la Tropa 54772 fue de 680,7 mg/L en 2000 y aumentó; a 1447 mg/L en 2002. Ambos pozos estaban fuera de servicio debido al deterioro de la calidad del agua. En circunstancias normales, el cloruro en el agua proviene principalmente de la contaminación doméstica y de la contaminación industrial. El contenido de Cl- en el agua kárstica excede el valor de fondo, lo que indica que ha sido contaminada. La razón principal es que el tanque de desechos de sosa cáustica original de la Planta Química No. 3 de Jiaozuo se construyó directamente sobre la formación de piedra caliza del Ordovícico altamente permeable. No se realizó ningún tratamiento antifiltración en el fondo y alrededor del tanque. Las aguas residuales alcanzaron los 100 g/L. Las fisuras kársticas se filtran en los acuíferos kársticos. El agua kárstica se mueve desde la zona montañosa al piamonte y se descarga concentradamente en el piamonte. Varias grandes fuentes de agua kárstica en Jiaozuo se distribuyen en el área del piamonte, a menos de 3 km del estanque de líquidos residuales. El karst del Piamonte El contenido de Cl- en el agua aumenta.

Cerca de las colinas remanentes de piedra caliza del Ordovícico en la montaña Jiuli, la piedra caliza del Ordovícico está en contacto directo con los depósitos aluviales del Cuaternario, formando un "tragaluz". El agua de la mina descargada en la superficie se infiltra y suministra agua de poro. El nivel del agua de poro es más alto que el nivel del agua kárstica y también suministra agua kárstica en forma de desbordamiento.

El río Dan es el único río perenne en la parte occidental de la zona minera de Jiaozuo. Fluye a través del área de distribución de piedra caliza del Ordovícico. La filtración del río repone el agua kárstica. Agua kárstica en la zona minera de Jiaozuo El valor promedio durante muchos años es La cantidad de fuga representa aproximadamente el 20% del suministro plurianual de agua kárstica en la zona minera de Jiaozuo.

El agua del río está contaminada. Los principales factores de contaminación son la demanda química de oxígeno y los fenoles volátiles, que tienen un cierto impacto en la calidad del agua kárstica.

3. La ganga y su contaminación

La ganga de carbón es un tipo de masa rocosa mixta que se descarga durante el proceso de construcción y producción de las minas de carbón, incluidas rocas y vetas de carbón descargadas durante la excavación de túneles. Arenisca, lutita, carbón, etc. para techo y suelo. Los principales componentes minerales de la ganga del carbón incluyen cuarzo, feldespato, minerales arcillosos, dolomita, piedra caliza y pirita. La composición química de la ganga de carbón es relativamente compleja, compuesta principalmente por óxidos de algunos elementos metálicos y elementos no metálicos, y también contiene trazas de elementos de metales pesados, de los cuales SiO2 y Al2O3 ocupan una alta proporción. La ganga de carbón apilada al aire libre no solo ocupa una gran cantidad de terreno, sino que también causa contaminación al medio ambiente. Debido a la oxidación, la erosión y la combustión espontánea, la ganga produce una gran cantidad de polvo, SO2, CO, CO2 y humos. gas y otros gases nocivos y tóxicos, afectando así el entorno ecológico alrededor de la zona minera. La ganga de carbón apilada al aire libre está expuesta al viento, al sol y a la lluvia, y los elementos metálicos pesados ​​tóxicos que contiene, como plomo, cadmio, mercurio, arsénico, cromo, etc., pueden filtrarse a las aguas superficiales o penetrar en las aguas superficiales. suelo a través del agua de lluvia y puede penetrar en el suelo en aguas subterráneas poco profundas, provocando la contaminación del agua y del suelo. Después de una lixiviación prolongada por erosión y precipitación, los nódulos de pirita en la ganga de carbón formarán ácido sulfúrico o agua ácida y disociarán diversos elementos tóxicos y nocivos como Cd, Hg, etc. Además, la combustión espontánea de la ganga de carbón producirá una gran cantidad de gas SO2, que al exponerse al agua formará H2SO4, lo que provocará la acidificación del suelo.

La producción de ganga de carbón en el área minera de Jiaozuo representa el 20% de la producción de carbón bruto. El volumen actual de extracción de carbón bruto ha alcanzado los 8 millones de toneladas y cada año se descargan 1,5 millones de toneladas de ganga de carbón. En la actualidad, hay 17 montañas de roca estéril en la zona minera, con una superficie de aproximadamente 640.000 m2, y el volumen de existencias a lo largo de los años ha alcanzado los 25 millones de toneladas. Según una investigación de Guo Huixia y otros, entre los principales componentes químicos de la ganga de carbón en el área minera de Jiaozuo, el contenido relativo de SiO2 es 50,09-58,21, el contenido relativo de Al2O3 es 15,7-28,11, el contenido relativo de Fe2O3 es 4,61 -5,49, y la pérdida por ignición es 12,32-14,35. La ganga del carbón generalmente contiene elementos metálicos pesados ​​que afectan el medio ambiente. Entre los seis indicadores analizados: Pb, Mn, Zn, Cu, Cr y Cd, la tasa de detección de Cd es de 50 (el límite mínimo de detección de Cd es de 0,05 mg/kg). ), y el otro La tasa de detección de elementos es 100, entre los cuales el contenido de Zn es 123,89 ~ 291,11 mg/kg y el contenido de Mn es 35,83 ~ 888 mg/kg (Tabla 10-7).

Tabla 10-7 Resultados del análisis del contenido de elementos de metales pesados ​​en la ganga de carbón en el área minera de Jiaozuo Unidad: mg/kg

El impacto de la ganga de carbón en el área minera de Jiaozuo en el suelo y el agua subterránea se manifiesta principalmente como contaminación por metales pesados, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Henan, la Universidad Hu Bin, Li Dongyan y otros han realizado una investigación especial sobre el problema de la contaminación por metales pesados ​​en el suelo alrededor de las montañas de ganga de las minas Yanma, Zhongmacun y Zhucun. Alrededor de cada montaña de ganga, se organizan de 2 a 3 líneas de muestreo a lo largo de la dirección dominante del viento y la pendiente del terreno. En cada línea de muestreo, los puntos de muestreo se organizan a una distancia de 5 a 50 metros desde la montaña de ganga hacia afuera. El punto es de 10 ~ 15 cm. Los resultados del análisis de muestras de suelo se muestran en la Tabla 10-8. La investigación muestra:

Tabla 10-8 Resultados del análisis del contenido de metales pesados ​​en el suelo alrededor de la montaña ganga de la mina Yanma 1 Unidad: mg/kg.

1) No hay contaminación por Cr en el suelo alrededor de la montaña de ganga de la mina Zhucun; la contaminación por Cd no es obvia; la contaminación por Cu es leve, pero ha excedido el valor natural local y la contaminación por Pb; el entorno del tráfico en la zona minera. La contaminación por Zn es grave y su concentración de contaminación tiene una correlación negativa no lineal con la distancia desde la pila de residuos. Cuanto más lejos de la pila de residuos, menor es el grado de contaminación. Muestra que la contaminación de algunos elementos metálicos pesados ​​en el suelo es causada por la erosión de la ganga, el polvo, la lixiviación del agua de lluvia, etc., lo que hace que migre al suelo circundante.

2) El suelo alrededor de la montaña de ganga en la mina Yanma está ligeramente contaminado con Cd, y Cr y Zn están moderadamente contaminados. Su contenido tiene una correlación negativa no lineal con la distancia desde la pila de ganga. cuanto más lejos del montón de ganga, menor era el grado de contaminación, el suelo comenzó a estar contaminado por Pb, pero se vio afectado principalmente por el tráfico y el suelo no estuvo significativamente contaminado por Cu.

3) En el suelo alrededor de la montaña ganga en el área minera de Zhongmacun, el contenido promedio de los cinco elementos metálicos pesados ​​de mayor a menor es Mn>Zn>Cr>Pb>Cu, con un valor promedio de 496,48 mg/kg, 242,78 mg/kg, 53,89 mg/kg, 37,27 mg/kg, 31,74 mg/kg. La contaminación de las muestras de suelo con Zn, Pb y Cu es común y sus valores promedio exceden el valor de fondo de los elementos del suelo en la provincia de Henan en 3,3 veces, 1,9 veces y 1,6 veces, respectivamente. , Pb, Zn y Mn no exceden el estándar secundario "Estándar de calidad ambiental del suelo" (GB 15618-1995).

La zona vadosa y las aguas subterráneas poco profundas cerca de la montaña de ganga de carbón están gravemente contaminadas. El contenido de K, Na, Ca2, Mg2 y iones en el agua del suelo junto a la montaña de ganga es alto, mientras que el contenido de iones es muy alto. lejos del montón de ganga es generalmente bajo, expresado en términos de iones Los más prominentes.

4. Colapso del goaf de la mina de carbón y su impacto en las condiciones hidrogeológicas

Cuando se excavan las vetas de carbón subterráneas, se forma un goaf bajo tierra y el goaf que se encuentra encima del goaf pierde el macizo rocoso. su estado de equilibrio original, lo que hace que la masa rocosa suprayacente y circundante en el goaf se mueva, se deforme e incluso se destruya. Este tipo de movimiento, deformación y destrucción se expande gradualmente desde el goaf al área circundante en el espacio. Cuando el alcance del goaf se expande hasta cierto punto, el movimiento de la capa de roca se desarrollará hacia la superficie, causando deformación y daño en el. superficie, es decir, movimiento superficial. El movimiento de la superficie y los patrones de daño están relacionados con la profundidad de la extracción, el espesor de la extracción, los métodos de extracción del carbón, los métodos de manejo de los techos, la litología, la aparición de vetas de carbón y otros factores cuando la relación entre la profundidad de la extracción y el espesor de la extracción es relativamente pequeña (relación de profundidad a espesor). H/m<25-30 , o cuando la capa de cobertura es fina), aparecen grandes grietas y fosas de colapso en la superficie. Después de décadas de minería en el yacimiento de carbón de Jiaozuo, se han formado varias áreas de hundimiento a gran escala bajo tierra y un área de hundimiento de hundimiento con un área total de aproximadamente 70 km2 en la superficie (Tabla 10-9).

Tabla 10-9 Tabla estadística de áreas de hundimiento y áreas de hundimiento en varias minas en Jiaozuo

Según la "Zonificación e investigación de peligros geológicos urbanos de Jiaozuo" de la Oficina de Tierras y Recursos de la ciudad de Jiaozuo de 2008 Según los resultados de la encuesta, hay 19 desastres de hundimiento del suelo causados ​​por goaf en el área urbana, excepto un hundimiento del suelo causado por la minería de hematita, los 18 restantes son causados ​​por la minería del carbón (Tabla 10-10). Entre los 19 derrumbes del terreno, 5 fueron grandes, 13 medianos y 1 pequeño. Los derrumbes de Goaf se distribuyen en el distrito de Jiefang, el distrito de Shanyang, el distrito de Zhongzhan y el distrito de Macun, involucrando a 12 oficinas. Las principales áreas de colapso incluyen: colapso de la aldea de Xiaozhuang, colapso del vivero de la aldea de Tianjian, colapso de la aldea de Jiahetun, colapso del oeste de la aldea de Zhongma, colapso del este de la aldea de Tongzhanghe, colapso de la mina de Jiaodong del oeste de la aldea de Gangzhuang, colapso de Fengying, colapso de Luozhuang de la mina Zhongma, colapso del área minera de Jiulishan, Yanmazhuang Colapso de la mina, Colapso de la mina Hanwang, Colapso de la mina Wangzhuang Lifeng, Colapso de la mina de hematita Hongshaling, Colapso de la mina Zhucun, Colapso de la mina Zhucun No.4, Colapso de la mina de carbón del distrito de Zhongzhan, Colapso de la aldea de West Fengfeng, etc. El plano del pozo de colapso es circular o elíptico irregular, con un diámetro que generalmente oscila entre 500 y 2000 m, y en algunos casos es superior a 2000 m. Desde la perspectiva de la estabilidad del colapso del suelo, 12 ubicaciones tienen poca estabilidad y 7 ubicaciones tienen poca estabilidad.

Tabla 10-10 Lista de ubicaciones de distribución y características de las áreas de hundimiento del suelo en la ciudad de Jiaozuo

Además, también hay algunas pequeñas minas de carbón dispersas a lo largo de la parte superior del piedemonte aluvial. ventilador causado por la minería del carbón del pozo de colapso. Debido a que la mina Jiaoxi en el área minera de Jiaoxi y la mina Jiulishan, la mina Fangzhuang, la mina Zhongma, la mina Fengying, la mina Yanma y la mina Guhanshan en el área minera de Jiaodong todavía tienen de 15 a 45 años de tiempo de extracción, por lo tanto, el colapso El área La superficie del distrito sigue aumentando a un ritmo de 1,2 a 1,5 km2 cada año.

El rango de movimiento de la superficie en el área minera de Jiaozuo es mucho mayor que el área de la veta, y su ubicación y forma dependen de la forma de la veta y del ángulo de inclinación de la veta de carbón. La veta de carbón en el área minera es generalmente una estructura monoclínica que se inclina hacia el sureste. El ángulo de inclinación de la veta de carbón es generalmente de 8 ° a 12 ° y el espesor del carbón es de 5 a 6 m. Por lo tanto, las cuencas móviles de superficie en condiciones de minería completa están ubicadas en su mayoría sobre la garganta. La forma de la cuenca móvil está relacionada con la forma de la garganta, y el centro de la cuenca está ligeramente desplazado hacia la pendiente del terreno.

Los principales efectos de la minería subterránea del carbón en la superficie incluyen el movimiento y la deformación vertical (hundimiento, inclinación, torsión, curvatura) y el movimiento y la deformación horizontal (movimiento horizontal, tensión y deformación por compresión). Estos movimientos y deformaciones tendrán un impacto en el suelo. Los edificios producen diversos tipos de daños. Los indicadores para medir el grado de deformación de una cuenca móvil incluyen hundimiento W, tasa de inclinación I, curvatura K, desplazamiento horizontal U y valor de deformación horizontal E. El coeficiente de hundimiento η, el coeficiente de movimiento horizontal b y el valor de la tangente del ángulo de influencia tanβ son Los cinco indicadores utilizados para determinar el grado de deformación. Parámetros del indicador, sus valores se muestran en la Tabla 10-11.

Tabla 10-11 Tabla de parámetros medidos del movimiento de la superficie en el área minera de Jiaozuo

El valor máximo de hundimiento de la superficie en el área minera de Jiaozuo es generalmente de 70 a 80 de la altura horizontal máxima. El movimiento varía mucho, y el mínimo es de sólo 230 mm (cara de trabajo 109 de la mina Jiaoxi), y el máximo es de 3794 mm (cara de trabajo 106 de la mina Jiaoxi). El movimiento horizontal de otras minas es generalmente entre 500 y 1500 mm. El hundimiento de la superficie generalmente comienza dentro de los diez días posteriores a la colocación superior, y el período de hundimiento generalmente es de 5 meses y puede durar hasta 8 meses. El proceso de hundimiento de la superficie se puede dividir en tres etapas: etapa inicial, etapa activa y etapa de declive. La etapa inicial generalmente dura alrededor de 30 días; la etapa activa dura alrededor de 60 días, con un hundimiento diario máximo de 100 mm; la etapa de declive dura alrededor de 60 días en términos generales, la deformación del terreno básicamente se detiene después de un año de suspensión de la minería; Superficie de trabajo, y la deformación de la superficie básicamente se detiene después de tres años. La deformación alcanza la estabilidad. A juzgar por la investigación real, la cantidad máxima de hundimiento en las áreas de hundimiento de las minas Jiaozuo Macun, Tianmen, Fengying, Jiulishan y Fangzhuang es de 5 a 6 m, que es aproximadamente el mismo que el resultado del cálculo de la fórmula teórica.

El daño causado por el hundimiento del suelo se manifiesta principalmente en la destrucción de tierras de cultivo, carreteras y aldeas. El agua de las minas y el agua de lluvia se han acumulado en algunos pozos de hundimiento durante mucho tiempo, y el valor de las tierras de cultivo se ha perdido durante mucho tiempo. agricultura. El hundimiento del suelo también tiene un cierto impacto en las condiciones hidrogeológicas de las aguas porosas poco profundas y del agua kárstica profunda en la zona minera, que se manifiesta en los siguientes aspectos:

1) Los hundimientos superficiales y las fisuras del suelo se han convertido en canales de Llenado de agua y entrada de agua en la mina. El hundimiento de la superficie hace que la superficie sea desigual. El drenaje de la mina y el agua de lluvia se acumulan en algunos pozos de hundimiento más grandes. Debido a que hay pasajes entre los pozos de hundimiento o grietas superficiales y túneles o canales subterráneos, el agua acumulada en los pozos de hundimiento puede ingresar nuevamente a las minas, causando que se drene. . Según las estadísticas del Coking Coal Group, el drenaje repetido representa alrededor del 20% del drenaje total de la mina.

2) Los derrumbes de rocas y las fisuras del suelo también proporcionan los canales más directos para que los contaminantes entren en las aguas subterráneas y en los pozos mineros. El agua superficial, el agua de lluvia y el drenaje de minas recolectados en pozos de hundimiento superficiales pueden recargar el agua subterránea de los poros cuaternarios a través de fugas. Debido a la mala calidad del agua, es fácil causar contaminación del agua de los poros superficiales.