甘南拉爾瑪?shù)V山環(huán)境地質(zhì)問題的成因分析及防治方案

何偉民

HEWei-Min

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南許昌461000)

(The Second Geological Exploration Institute,Henan Provincial of Geology and Mineral Resources Exploration and development,Xuchang 461000,China）

礦業(yè)是甘南經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)支柱，礦產(chǎn)資源開發(fā)對促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣l(fā)展和人們生活水平的提高，提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。但企業(yè)為了片面地追求地方和部門的經(jīng)濟(jì)效益，而淡漠對環(huán)境的保護(hù)，沒有及時對廢棄物進(jìn)行處置，致使礦山環(huán)境地質(zhì)問題日趨加重，制約了資源與經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，導(dǎo)致一些小、中型的礦山停業(yè)整頓。筆者2013年9月受甘肅省、碌曲縣拉爾瑪?shù)V業(yè)有限責(zé)任公司的委托，對拉爾瑪?shù)V山進(jìn)行了環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查。本文就礦山環(huán)境地質(zhì)問題的成因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并提出了礦山環(huán)境地質(zhì)治理方案和預(yù)防措施。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 自然地理概況

礦區(qū)位于甘肅省碌曲縣160°方位48 km處的草原牧場，屬甘南藏族自治州合作市管轄，東經(jīng)102°41′10″~102°42′50″，北緯34°12′30″~34°13′10″，礦區(qū)東西長4.0 km，西北寬1.0 km，面積4.0 km2。

礦區(qū)屬大陸性高寒氣候，寒冷潮濕，氣溫變化大，最高日平均氣溫17.4℃，最低日平均氣溫-17.6℃，年平均氣溫-1.1℃。9月份開始降雪，10月至次年5月為冰凍期，年平均降水量為810 mm，降水集中在8~10月份。

區(qū)內(nèi)海拔多在3 600~3 900 m之間，拉爾瑪主峰高4 059.4 m，礦區(qū)地形北側(cè)為山間平地，較為平坦開闊（圖1），南及東南側(cè)切割較深，溝谷狹窄。屬高山侵蝕和剝蝕堆積地貌。

圖1 礦區(qū)北側(cè)地貌Fig.1 North miningarealandscape

1.2 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)主要為震旦系上統(tǒng)拉爾瑪組（Z2l）和寒武系下統(tǒng)俄都組（C1e)(圖2)，巖性主要為鐵質(zhì)條帶硅質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖及泥質(zhì)（鐵質(zhì)）條紋狀硅質(zhì)巖，炭質(zhì)絹云母粉砂質(zhì)板巖。

礦區(qū)褶皺斷裂發(fā)育，主要有近EW 向，NE-NEE向和SN向三組構(gòu)造(圖2)。由于受構(gòu)造作用的影響，區(qū)內(nèi)巖石多呈碎裂狀、塊狀及角礫狀。

1.3 礦體地質(zhì)特征

該礦區(qū)主要為金礦床，礦體主要賦存在地表100 m左右的下寒武統(tǒng)中，圍巖主要是硅板巖、炭硅質(zhì)板巖、絹云母粉砂質(zhì)板巖，為一典型炭硅灰泥巖建造，呈不規(guī)則大脈狀、板狀，形態(tài)較規(guī)則，產(chǎn)狀變化簡單，礦體長880m，厚度108m，控制延深320 m，礦體平均品位3.5×10-6，礦體規(guī)模屬大型。

1.4 水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件

礦區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單，區(qū)內(nèi)地下水類型以孔隙水和裂隙水為主。松散巖類孔隙水主要賦存于沖、洪積層(Qapl)和殘坡積層(Qedl)中，層厚0.5~4.0 m，由大氣降水和山邊潛流補(bǔ)給，在低凹處以泉水形式進(jìn)行排泄，涌水量一般為0.22 L/s；風(fēng)化基巖裂隙中的地下水主要由淺變質(zhì)的板巖、千枚狀板巖、碎屑巖、硅質(zhì)巖組成，斷裂帶附近較豐富，一般單泉流量0.2~1.3 L/s；基巖裂隙水主要賦存于板巖、千枚狀板巖、碎屑巖、硅質(zhì)巖的裂隙及構(gòu)造裂隙帶中，水位埋深標(biāo)高3 644.31~3654.53 m。

工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖土體結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)均有較大差異。巖土體種類主要由松散巖組類、軟巖組類及特殊巖組類組成，松散巖組類巖性多為構(gòu)造破碎帶、沖洪積層、殘坡積層，該組巖石在礦床范圍內(nèi)分布較廣，松散，強(qiáng)度差，透水性較好，飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于40 MPa，軟化系數(shù)小于0.30，易產(chǎn)生軟弱結(jié)構(gòu)面，礦床開采時易發(fā)生崩落、塌方等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；軟巖組類巖性主要為寒武系下統(tǒng)俄都組的板巖，飽和單軸抗壓強(qiáng)度一般40~60 MPa，軟化系數(shù)一般大于0.65，由于受區(qū)域性大斷裂及變質(zhì)的影響，地表巖石破碎較強(qiáng)，易風(fēng)化，風(fēng)化后多呈碎塊狀和塊狀，局部地方呈松散狀；特殊巖組類主要為泥炭層，出露于T1、T2級階地、河漫灘、沼澤及各支溝腦處，巖性多為泥炭層夾沖積的砂礫石層，位于礦床的最低處，強(qiáng)度極差，吸水性強(qiáng)，遇水易軟化，工程地質(zhì)性質(zhì)差。

2 環(huán)境地質(zhì)問題主要類型

拉爾瑪?shù)V山環(huán)境地質(zhì)問題主要類型為采空區(qū)塌陷、亂采濫挖、肆意棄石（渣）、棄石滑坡、水體污染等（表1）。

表1 環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查表Table 1 Environmental geological problem questionnaire

2.1 采空區(qū)塌陷

此次調(diào)查，礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)塌陷點(diǎn)6處（圖2、圖3），總塌陷面積0.84km2，塌陷區(qū)最大直徑達(dá)30 m左右，深度1.5~8.0 m，中心深度可達(dá)12 m[1]。2011年12月，因采空區(qū)塌方造成牧民的羊死亡8頭，2011年9月，進(jìn)入坑道硐采時，因沒有進(jìn)行堅固的支護(hù)，采空區(qū)塌陷造成一人死亡，多人受傷，造成經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬元。該礦區(qū)采空區(qū)塌陷多是由于沒有按采礦規(guī)范進(jìn)行，而且也沒有采取有效的支護(hù)措施，導(dǎo)致頂板巖石在自重力和人為活動（隨意棄渣）的雙重作用下塌方。

2.2 亂采濫挖、肆意棄石

因礦體埋藏較淺，地表礦體貧、富不均，開采時沒有按照采礦規(guī)程施工，而是“采富棄貧”的掠奪式隨意采掘，采坑多呈橢圓形、筒狀、長方形和不規(guī)則狀，大小（6~20）m×（3~5）m不等，半徑3~5 m，深度6~10 m（圖4-7）。而肆意開挖后又沒有進(jìn)行及時回填，導(dǎo)致礦山“千瘡百孔”和“棄石遍地”的局面，長期下去，嚴(yán)重破壞了礦山的地貌景觀和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境。

圖2 采空區(qū)已塌陷Fig.2 Mined-out area has collapsed

圖3 棄渣導(dǎo)致采空區(qū)塌陷Fig.3 Abandon slag lead to gob collapse

圖4 半山坡處開挖的橢圓形采坑Fig.4 Thehillsides oval miningpit excavation

圖5 山脊處開挖的筒狀采坑Fig.6 Ridge tubular miningpit excavation

圖6 山梁處開挖的長方形采坑Fig.6 Mountainridgeintheexcavationof therectangularminingpit

2.3 棄石滑坡（廢石流）

地表剝采時產(chǎn)生大量的棄土、棄渣，大部分堆放于山脊、山坡和坡腳處（圖8-10），盡管堆積高度都不大，但覆蓋面積較大。因堆積物松散，在雨季和一定外力作用下會有滾落（圖8）、滑坡和失穩(wěn)的隱患，同時礦體南坡還潛伏泥石流災(zāi)害的可能，一旦出現(xiàn)大的降雨，水動力條件滿足時，便有可能發(fā)生大規(guī)模的泥石流，危及礦山設(shè)施、沖埋草場和下游牧民的生命、財產(chǎn)安全，造成嚴(yán)重災(zāi)害。

圖8 山坡棄石潛在滑坡隱患Fig.8 Abandoned stone slope landslidehazard potential

圖9 滾落的棄石損毀取水設(shè)施Fig.9 Umble abandoned stone damaged water facilities

圖7 山脊棄石產(chǎn)生的小型滑坡Fig.7 Ridgeabandoned stoneproduced by small landslides

2.4 水體污染

圖10 廢棄礦渣污染拉安河Fig.10 Wasteslagpollution ain

圖11 區(qū)域構(gòu)造略圖Fig.11 Regional tectonic sketch

棄渣就近多堆積于河流的上部和上游部位，尾礦壩不應(yīng)該建在拉安河的上游和泉水逸出地段（圖10），這些固體廢棄物長期暴露在空氣中，經(jīng)雨淋會發(fā)生氧化、分解、溶濾等作用，使其中的有毒、有害物質(zhì)及重金素元素直接進(jìn)入土壤，經(jīng)過下滲，再進(jìn)入水體中［2］。導(dǎo)致附近土壤酸化、草場枯黃、水質(zhì)超標(biāo)，為拉安河的直接污染源。本次調(diào)查對拉安河水質(zhì)中的主要元素進(jìn)行了分析（表2），其中As、Se、Hg三項元素超標(biāo)，生活引用水已迫在眉睫。目前，礦區(qū)牧民生活用水多取自貢巴鎮(zhèn)。在調(diào)查中，已有兩戶牧民搬遷礦區(qū)30 km外的其它牧場居住。

尾礦壩由于沒有設(shè)置防護(hù)和防滲措施，2010年10月的雨季，有兩頭牦牛和數(shù)頭羊深陷泥渣中，終因窒息而死亡，造成經(jīng)濟(jì)損失8萬多元。若不及時進(jìn)行尾礦處理和水質(zhì)改良，勢必對牧區(qū)生態(tài)造成不可估量的后果。

表2 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)與水樣分析結(jié)果對比表Table 2 The living standards of drinking water and water sample analysis results contrast table

3 環(huán)境地質(zhì)問題的成因分析

3.1 構(gòu)造、巖性條件

礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置屬于秦嶺褶皺系，緊鄰揚(yáng)子地塊和松潘-甘孜印支褶皺帶。由于受區(qū)域構(gòu)造的影響，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造也較為發(fā)育，構(gòu)造的發(fā)育加速了巖石節(jié)理、裂隙的進(jìn)程，為地下水的運(yùn)移開辟了良好通道，進(jìn)一步加快了巖石的水解、水化作用，增強(qiáng)巖石的透水性，從而使巖石（體）的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、完整性和連續(xù)性受到不同程度的破壞，結(jié)果使巖石（體）的質(zhì)量降低。據(jù)2009年《甘肅省碌曲縣拉爾瑪金礦勘查報告》鉆孔水文地質(zhì)編錄中巖石RQD多小于60%，巖體質(zhì)量多屬中等完整和完整性差的巖石。

礦區(qū)地層出露巖性為灰色千枚狀絹云母板巖、絹云母粉砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖、含鐵千枚巖、含炭絹云母粉砂質(zhì)板巖、千枚狀絹云母泥質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖、紫紅色含鐵板巖及中厚層硅質(zhì)巖等，這些巖石自身硬度都比較低，在構(gòu)造的作用下，巖石節(jié)理、裂隙更加發(fā)育，大大降低了巖石的強(qiáng)度。巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度多在8.63~25.30 MPa之間，巖石均屬于軟~半堅硬巖石類，巖（石）體的穩(wěn)定性差。

3.2 氣候因素

礦區(qū)位于青藏高原的東北部，屬大陸性高寒氣候，嚴(yán)寒潮濕，晝夜溫差變化較大，在自然條件的作用下，地表巖石風(fēng)化、崩解、破碎程度較強(qiáng)，多呈碎塊、角礫狀及塊狀。巖石風(fēng)化帶深度20~30 m。

3.3 人為因素

在開發(fā)礦床時，為了力求最大的經(jīng)濟(jì)的效益化，沒有制定統(tǒng)一的開采方案。地表隨意采挖，采出的廢石又沒有及時進(jìn)行處置。在進(jìn)行地下坑道采掘時，沒有采取相應(yīng)堅固的支護(hù)和保障措施，再加上上覆棄石和局部人工切坡、爆破震動等外因條件的作用，使山體的自然平衡狀態(tài)遭到破壞，造成地下巖體應(yīng)力場的改變，引起巖體變形和破壞。

4 治理原則與方案

4.1 治理原則

地質(zhì)災(zāi)害的治理應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，因地制宜。做到地質(zhì)災(zāi)害的防治與地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和諧一致，處理好當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益、整體利益和局部利益的關(guān)系。以人為本，環(huán)境為基礎(chǔ)，避讓與治理和全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧為原則。做到礦山的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)兩者的有機(jī)結(jié)合和互為贏利[5]。

4.2 治理方案

4.2.1 減覆削荷，護(hù)坡加固

將礦區(qū)內(nèi)的廢石、棄渣及時是清運(yùn)和處置（比如填實(shí)坑洼、修筑路基等），清除采硐上覆荷載，減少人工活動壓力。

在易產(chǎn)生滑坡地段，改變斜坡外形，提高滑坡的穩(wěn)定性，必要時可采用錨桿、噴漿、護(hù)面等工程進(jìn)行修復(fù)和防護(hù)［4］。

4.2.2 復(fù)坑平整、棄石回填

針對礦區(qū)內(nèi)地表堆大坑多、高低不平的實(shí)際情況，首先將松散碎石層挖出，挖至新鮮基巖面，然后充填廢棄的石塊，將塌陷區(qū)和采坑碾壓平實(shí)、固結(jié)，在上面覆蓋一些土壤層，種植一些適宜當(dāng)?shù)貧夂虻母畈?、灌木（如草木犀、椒蒿、松柏等）[2]之類生物護(hù)坡物種。

4.2.3 合理選址、防止污染

首先將現(xiàn)在的尾礦壩清理干凈，然后再回填較好的碎石料碾壓，上面輔以優(yōu)質(zhì)土，種植一些固土草被植物。在選址時，要經(jīng)濟(jì)和安全雙考慮，把尾礦壩布設(shè)在空曠處或距水體、匯水區(qū)域較遠(yuǎn)地帶，對人文和景觀有益而無害，壩底部要鋪設(shè)防滲帷幕，設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，周圍修建防護(hù)工程。

4.2.4 聯(lián)合開采、穩(wěn)步實(shí)施

將已采過的和存在隱患的坑道用棄石回填和灌漿澆筑，將這些廢棄的坑道固結(jié)。在未來的采礦設(shè)計坑道中可采用充填采礦、條帶采礦和多工作面協(xié)調(diào)[6]等多種相結(jié)合的采礦方法，坑道頂板和圍巖可采用錨固、加筋和噴漿［5］等方法，對構(gòu)造破碎帶附近的巖體可采用化學(xué)加固法等方案進(jìn)行穩(wěn)步實(shí)施。

4.3 預(yù)防措施

4.3.1 完善開采規(guī)劃管理，切實(shí)保護(hù)礦山環(huán)境

在實(shí)施開發(fā)礦山之前，應(yīng)根據(jù)礦床規(guī)模、礦石特征和礦床開采技術(shù)條件等因素，將機(jī)械設(shè)備、棄石處置、尾礦選址、廢物排放等進(jìn)行合理規(guī)劃。對礦山開采后可能引起的生態(tài)環(huán)境的破壞程度進(jìn)行評估、預(yù)測，并確定引起地質(zhì)災(zāi)害后，采取的治理方法。審核開采者從事開采和生態(tài)重建的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)能力等。建設(shè)環(huán)境友好、和諧綠色礦山。

4.3.2 規(guī)范礦山工程活動，合理有效利用資源

嚴(yán)格按照礦山流程進(jìn)行有次序、合理、分期作業(yè)，禁止在礦山上隨意堆放礦渣和開挖切坡，減少礦床的后期荷載。要按照礦業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理運(yùn)輸和排污。充分利用先進(jìn)的采礦選冶工藝和方法，全面提高礦產(chǎn)資源的開（回）采率、選礦回收率、綜合利用率，提高污染物的無害化處理和綜合利用程度。積極推廣環(huán)?？萍夹鲁晒畲笙薅鹊氖沟V山廢物資源化，走全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的新型礦業(yè)發(fā)展健康之路。

4.3.3 強(qiáng)化執(zhí)法力度，發(fā)揮公眾監(jiān)督

礦山及環(huán)保部門嚴(yán)守《礦產(chǎn)資源法》和《環(huán)境保護(hù)法》規(guī)定的要求[3]，以法執(zhí)行，切忌顧“關(guān)系”，務(wù)必實(shí)行依法治礦，依法建礦，處罰公正、公開。通過各種渠道和媒體宣傳環(huán)保的重要性，使人們?nèi)罕妳⑴c環(huán)保行動中，充分發(fā)揮公眾的監(jiān)督作用，必要時還可以對預(yù)防和保護(hù)環(huán)境災(zāi)害做出貢獻(xiàn)的人們給予一定的物質(zhì)和精神獎勵，從而加強(qiáng)人們環(huán)保意識的重要性和自覺性[6]，形成新型現(xiàn)代礦山監(jiān)管機(jī)制。

5 結(jié)語

保護(hù)礦山環(huán)境是實(shí)現(xiàn)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)條件。因此，加強(qiáng)礦山的環(huán)境保護(hù)，既是一項長遠(yuǎn)的基本策略，又是當(dāng)前必須重視和解決的難題。各級政府及相關(guān)管理部門一定要給予高度重視，防治因礦山開發(fā)而造成的環(huán)境污染與破壞。務(wù)必貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，做到經(jīng)濟(jì)建設(shè)與地質(zhì)環(huán)境的雙嬴，使開發(fā)資源、優(yōu)化環(huán)境、發(fā)展經(jīng)濟(jì)三者相互促進(jìn)、和諧發(fā)展。

[1]何偉民.甘肅省碌曲縣拉爾瑪金礦床水工環(huán)地質(zhì)勘查報告[R].河南省地礦局第二地質(zhì)勘查院.2014.02.

[2]陳劍平，付榮華，等.環(huán)境地質(zhì)與工程[M].北京:地質(zhì)出版社.2003.

[3]何偉民，宋麗娜，高飛，吳東民，趙目軍.伊川高山煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題及治理措施[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2011，84(2):14-17.

[4]唐大雄，劉佑榮，張文殊，王清.工程巖土學(xué)[M].地質(zhì)出版社.2005.

[5]韓曉雷.工程地質(zhì)學(xué)原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2003.

[6]何偉民.礦山常見地質(zhì)災(zāi)害類型與治理對策[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2014.100(3):30-34.