露天礦開(kāi)采地質(zhì)條件及對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響

孫臣鵬

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246000）

1 地形、地貌

礦區(qū)地處大別山東南緣構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，周圍大別山余脈主要走向?yàn)楸蔽鳌蠔|，構(gòu)成次級(jí)分水嶺，地貌形態(tài)主要由地山丘陵及山間坳谷構(gòu)成。山勢(shì)陡峻、溝谷縱橫，斷面多呈“V”形，溪流切割深度一般達(dá)20m～30m。礦區(qū)最高為西面分水嶺，標(biāo)高+760.4m，最低標(biāo)高+204m，高差約550m，兩側(cè)坡麓的坡腳在30°以上。礦層出露部位標(biāo)高多在+220m以下，兩側(cè)山地標(biāo)高多在+300～+400m之間

2 地質(zhì)條件

2.1 地層

礦區(qū)位于宿松沉積變質(zhì)礦化帶的中端，出露地層有下元古界下部大別山群橋嶺組、上部宿松群大興組、柳坪組和虎踏石組及第四系。宿松群巖相變化較大，特別是各組的下段巖性組合較復(fù)雜。

2.2 構(gòu)造

（1）褶皺構(gòu)造。宿松群總體呈單斜構(gòu)造分布，走向?yàn)?20°～330°，傾向北東東，傾角55°～65°。僅虎踏石組上部地層走向轉(zhuǎn)為20°，傾向南東東，傾角大于50°。平面上宿松群組、段或?qū)又g的走向，不協(xié)調(diào)或急轉(zhuǎn)，剖面上下部層位呈背、向斜狀，巖層厚度隨基底起伏（古地形）而變?。ㄉ喜浚┰龊瘢ㄏ虏浚?/p>

（2）斷裂構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，規(guī)模亦較小，共分布有7條斷層。斷層走向以286°～310°為主，個(gè)別近東西向，傾向北北東，傾角大于55°，多為壓扭性質(zhì)。

礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單。

（3）新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有繼承性、差異性和階段性三大特征，自晚第三紀(jì)以來(lái)，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)繼承了本區(qū)基底構(gòu)造，地殼運(yùn)動(dòng)主要是間歇性的差異垂直運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為在總體隆起背景上，階段性的相對(duì)隆起和夷平互現(xiàn)，部分地區(qū)抬升，部分地區(qū)沉陷。在早更新世，區(qū)內(nèi)以持續(xù)上升為主；至中更新世之后進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期：到晚更新世早、中期，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)再度表現(xiàn)為持續(xù)上升，僅在山體周圍堆積了殘、坡積物，晚更新世中期以后，地殼下降后轉(zhuǎn)為平靜期；晚更新世末期至全新世中期，地殼再度持續(xù)緩慢上升，河流下切、溯源侵蝕作用強(qiáng)烈，形成了不同高度的山體和河谷多級(jí)階地，且向平原方向傾斜。礦區(qū)位于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)大別隆起區(qū)和沿江（九江-蕪湖）沉降區(qū)接觸帶部位，郯廬構(gòu)造變形帶南端。

3 水文地質(zhì)條件

（1）地下水類型及含水巖組。根據(jù)地層順序，巖性組合及巖層含水特征，將礦區(qū)內(nèi)巖層歸并為四個(gè)含水巖組：第四系孔隙含水巖組；片麻巖裂隙含水巖組；混合巖裂隙含水巖組。在含水巖組中又根據(jù)其富水性進(jìn)一步劃分出六個(gè)含水亞組，礦區(qū)地下水位平均標(biāo)高+210m，礦層均位于侵蝕基準(zhǔn)面以下。

（2）斷層水文地質(zhì)特征。礦區(qū)為一走向北西（325°）—南東（145°），傾向北東，傾角55°～65°的單斜構(gòu)造。這一形態(tài)基本控制了各含水層的空間展布特征，同時(shí)也控制了裂隙、巖溶的總的發(fā)育特征。礦區(qū)內(nèi)分布7條斷層，這些斷層多分布在河谷兩側(cè)的坡麓地帶，均屬壓扭性質(zhì)，對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件影響不大。但有兩條斷層分布在礦層里，可能會(huì)起到溝通含水層的作用，造成礦坑突水，故開(kāi)采時(shí)應(yīng)注意。

（3）巖溶發(fā)育特征。礦區(qū)大理巖為單斜層狀巖層，其頂?shù)装寰鶠橄鄬?duì)隔水層。礦區(qū)巖溶較發(fā)育，由于受單斜構(gòu)造控制，因此巖溶只能在可溶巖中順層發(fā)育，再加上可溶巖厚度有限（不超過(guò)180m)，故其受層控影響宏觀規(guī)模有限。

（4）地下水的運(yùn)動(dòng)和水力聯(lián)系。礦區(qū)為一總體傾向北東的單斜構(gòu)造，傾角50°～65°。大理巖、灰?guī)r層巖溶裂隙含水巖組為礦區(qū)主要含水巖組。礦層間接頂板的河谷風(fēng)化帶以外的柳坪組片巖、片麻巖，層位穩(wěn)定，厚度大、隔水性能良好，為礦區(qū)東側(cè)及上部的隔水邊界；基底（混合巖）凸起構(gòu)成了礦區(qū)南部的隔水邊界；1950線以北的大理巖直接裸露地表，且埋深50m以上巖溶裂隙發(fā)育，可直接吸收大氣降水和地表水，為礦區(qū)北部的補(bǔ)給區(qū)。由以上分析可知，礦區(qū)為三面（東、南、西）隔水，一面（北面）進(jìn)水的“簸箕”狀邊界。

綜上所述，本礦床水文地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜類型。

4 工程地質(zhì)條件

根據(jù)礦區(qū)出露的巖層巖性，與礦體頂?shù)装宓年P(guān)系及工程地質(zhì)特征，將礦區(qū)劃分為四個(gè)工程地質(zhì)巖組，分別為：第四系松散巖組，片麻巖、片巖類巖層工程地質(zhì)巖組，混合巖工程地質(zhì)巖組。

5 礦山地質(zhì)環(huán)境影響和土地?fù)p毀評(píng)估

（1）礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀分析及預(yù)測(cè)。礦區(qū)基建期尚未完成，礦區(qū)遺留一個(gè)以前開(kāi)挖的老采坑，現(xiàn)已積水。采坑西側(cè)邊坡因長(zhǎng)期風(fēng)化、坑內(nèi)積水浸泡，出現(xiàn)滑坡（崩塌），方量小于100m3，滑坡（崩塌）體落入采坑內(nèi)，危害程度小，危險(xiǎn)性小。從現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果來(lái)看，區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

本礦山開(kāi)采可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要為露采邊坡地質(zhì)災(zāi)害以及巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

經(jīng)計(jì)算，露采坑西、北、南邊坡處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)，可能出現(xiàn)掉快、小規(guī)模平面或楔形體滑動(dòng)，須進(jìn)行局部加固，危害對(duì)象為施工設(shè)備及人員，危害程度較嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小。東邊坡處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，面層結(jié)構(gòu)面切割形成的巖柱可能發(fā)生彎曲，坡腳小巖柱易出現(xiàn)滑動(dòng)，特別是在釆坑長(zhǎng)期積水和釆空區(qū)變形的情況下，可能引起整個(gè)邊坡傾倒失穩(wěn)；強(qiáng)風(fēng)化段邊坡可能出現(xiàn)圓弧型滑動(dòng)，發(fā)生局部滑坡（崩塌）的可能性大，須進(jìn)行治理，危害對(duì)象為施工設(shè)備及人員，危害程度較嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等。

礦山長(zhǎng)期疏排地下水，造成地下水位大幅度下降，隨著開(kāi)采面積擴(kuò)大，排水量將顯著增加，疏干漏斗不斷擴(kuò)展，使大面積地表水入滲，地下水徑流方向發(fā)生改變，原有的均衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞。在礦山地下水位下降頻率增大時(shí)，降水滲入潛蝕、消解作用速度和強(qiáng)度增大，地下水沖刷、搬運(yùn)溶槽和溶洞充填物的能力增強(qiáng)，地表水下滲水力坡度變陡，在巖溶發(fā)育部位特別是礦區(qū)北部谷地易產(chǎn)生巖溶塌陷。災(zāi)害影響對(duì)象為村莊、水田及道路，地質(zhì)環(huán)境危害程度嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。

（2）礦山含水層破壞現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，礦區(qū)周邊未發(fā)現(xiàn)地表水漏失、泉水明顯下降情況，采坑積水主要受大氣降水補(bǔ)給。礦山現(xiàn)狀對(duì)含水層破壞程度較輕。

本礦床來(lái)水方向主要是北側(cè)大理巖帶，其次為南側(cè)裂隙發(fā)育帶，應(yīng)受北部大理巖巖溶發(fā)育深度控制，強(qiáng)～中巖溶發(fā)育標(biāo)高+130m，含水層厚度約70m，露采坑降深約60m，總涌水量約19000m3/d。因此，礦山開(kāi)采將造成地下水位大幅度下降，隨著開(kāi)采深度加深，排水量將顯著增加，使大面積地表水入滲，地下水徑流方向發(fā)生改變，原有的均衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞。預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)泉水、民用井水位將出現(xiàn)水位顯著下降，近礦區(qū)附近甚至出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，可能造成部分居民用水困難，水田變?yōu)楹档?。預(yù)測(cè)礦山開(kāi)采對(duì)含水層破壞程度嚴(yán)重。

（3）礦山地形地貌景觀破壞現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)。礦山開(kāi)采方式為露天開(kāi)采，現(xiàn)狀礦山開(kāi)采對(duì)地形地貌景觀破壞主要表現(xiàn)在露天采場(chǎng)的挖損損毀和排土場(chǎng)、工業(yè)場(chǎng)地的挖損壓占?，F(xiàn)狀對(duì)地形地貌景觀的影響和破壞程度嚴(yán)重。

礦山開(kāi)采終了將形成1個(gè)挖損面積達(dá)7.67ha的采坑，累計(jì)損毀土地面積11.16ha。露采活動(dòng)改變了原有山坡山脊地形，形成了高度70m～100m、邊坡角39°～40°的高陡邊坡，將自然林地景觀改變?yōu)槿斯げ傻V裸地景觀，局地改變了地表水流方向，礦業(yè)活動(dòng)對(duì)原生地形地貌景觀影響嚴(yán)重。

（4）礦山水土環(huán)境污染現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)。根據(jù)調(diào)查及水質(zhì)資料顯示，礦區(qū)各類污染物濃度滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）III類標(biāo)準(zhǔn)要求，水環(huán)境質(zhì)量較好；區(qū)內(nèi)基建期遺留渣土基本為原狀表土，不會(huì)污染土壤，土壤環(huán)境質(zhì)量較好。區(qū)內(nèi)正常天氣下不產(chǎn)生廢水，但在一定的降雨強(qiáng)度下，臨時(shí)堆存的廢石經(jīng)雨水淋溶后將產(chǎn)生廢石淋溶水，其中部分有害物質(zhì)將溶解于雨水并隨雨水滲入土壤、流入地表水中，從而可能構(gòu)成對(duì)土壤及地表水的影響，影響程度取決于淋溶水中物質(zhì)成分及大氣降水的酸堿度等因素。因此，預(yù)測(cè)礦山后期開(kāi)采對(duì)水土環(huán)境污染較嚴(yán)重。

（5）礦山土地?fù)p毀預(yù)測(cè)與評(píng)估。根據(jù)調(diào)查，老采坑及其周邊工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)原土地利用主要以水田、采礦用地、村莊為主，有林地、河流、水澆地次之，礦山至今已損毀土地共5.98ha。采礦活動(dòng)對(duì)土地資源的破壞影響程度為嚴(yán)重。

根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)狀和優(yōu)化設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)隨著礦業(yè)活動(dòng)的開(kāi)展，加劇土地?fù)p毀的形式有露天采場(chǎng)、工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)和廢石場(chǎng)帶來(lái)的土地挖損和壓占，以及巖溶塌陷區(qū)含水層破壞、巖溶塌陷等。

6 礦山地質(zhì)環(huán)境治理方案

（1）地質(zhì)塌陷區(qū)及礦區(qū)含水層。通過(guò)礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)評(píng)估可知，礦山開(kāi)采活動(dòng)對(duì)含水層影響嚴(yán)重，礦區(qū)北部谷地易產(chǎn)生地質(zhì)塌陷。故本方案采用設(shè)置防滲帷幕注漿的治理方法。帷幕注漿堵水技術(shù)可以減少礦坑排水量，降低采礦成本，更可以保護(hù)地下水資源和減少地面塌陷，但帷幕注漿具有幕墻深度大，鉆探工程量大，注漿消耗材料多，施工難度大、周期長(zhǎng)，一次性投資多等特點(diǎn)，其防治難度較大。

（2）露天采場(chǎng)。通過(guò)礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)評(píng)估可知，礦山開(kāi)采活動(dòng)對(duì)露天采場(chǎng)區(qū)域原生地形地貌景觀影響和破壞程度嚴(yán)重，對(duì)水土環(huán)境污染程度較輕，對(duì)含水層影響嚴(yán)重。主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題是挖損壓占土地和破壞植被資源，開(kāi)采形成的露天邊坡受巖體風(fēng)化及開(kāi)采過(guò)程中爆破振動(dòng)等因素的影響，邊坡存在發(fā)生邊坡崩塌（或滑坡）等地質(zhì)災(zāi)害的可能性。礦山開(kāi)采結(jié)束后，通過(guò)局部削坡減載和砌筑截排水設(shè)施能夠提高露天邊坡的穩(wěn)定性；對(duì)邊坡及平臺(tái)采用蓄土槽填土植樹(shù)措施進(jìn)行復(fù)綠，能夠逐步恢復(fù)露天采場(chǎng)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也能防止邊坡巖體進(jìn)一步風(fēng)化，確保邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定。

7 結(jié)語(yǔ)

該礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題主要是由于礦山開(kāi)采而引發(fā)的破壞地質(zhì)環(huán)境、挖損土地資源、破壞地形地貌景觀及地質(zhì)災(zāi)害安全隱患。通過(guò)如帷幕注漿阻水及邊坡監(jiān)測(cè)等措施，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能，并在礦山開(kāi)采結(jié)束后，通過(guò)一系列的地質(zhì)環(huán)境治理措施，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)。