銅陵化工集團(tuán)新橋礦礦山地質(zhì)環(huán)境研究

王萬(wàn)林

（華東冶金地質(zhì)勘查研究院，安徽 合肥 230088）

為了落實(shí)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)要求，為自然資源主管部門實(shí)施監(jiān)管，本人對(duì)銅陵化工集團(tuán)新橋礦業(yè)有限公司礦山主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、地質(zhì)災(zāi)害、土地資源挖損及壓占的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用半定量-定量方式對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響及土地資源破壞程度進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。針對(duì)礦山主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、地質(zhì)災(zāi)害及土地資源破壞程度及面積，提出切實(shí)可行的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)措施。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)大地構(gòu)造背景

新橋銅硫鐵礦床是我國(guó)長(zhǎng)江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)內(nèi)一個(gè)非常重要的礦床。經(jīng)過(guò)眾多地質(zhì)工作者多年的研究，該礦床在巖體定年、成礦元素分帶、成礦流體、控礦因素、成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志等方面均取得了豐碩的成果[1]，調(diào)查區(qū)區(qū)域地層區(qū)劃屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)蕪湖～安慶地層小區(qū)。丘陵基巖裸露，斜坡地、坳谷地表為第四系覆蓋?；鶐r地層自老至新為志留系下統(tǒng)高家邊組（S1g）～三疊系下統(tǒng)殷坑組（T1y）?；鶐r地層方案編制區(qū)基巖地層發(fā)育較全，自志留系中統(tǒng)墳頭組至三疊系下統(tǒng)殷坑組均有分布。

1.2 研究區(qū)工程布置情況

目前礦山由采礦區(qū)（地下開(kāi)采區(qū)、露天開(kāi)采區(qū)）、西翼主副井工業(yè)場(chǎng)地、東翼主副井工業(yè)場(chǎng)地、青山風(fēng)井、磯山風(fēng)井、排土場(chǎng)、選銅廠、選鐵廠、污水處理站、辦公生活區(qū)、礦區(qū)運(yùn)輸?shù)缆?、其它生產(chǎn)輔助設(shè)施等部分組成。

1.3 研究區(qū)地下水情況

1.3.1 地下水類型

松散巖類孔隙水，碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，.碎屑巖類裂隙水，巖漿巖類裂隙水。

1.3.2 斷層破碎帶水文地質(zhì)特征

F1斷層：全長(zhǎng)近20km，向北西、南東延至與舒家店相鄰的向斜中。在礦床范圍內(nèi)，向北東陡傾，傾角約75°，最大垂直斷距近200m，為礦區(qū)最大正斷層，切割了各含水巖組，破碎帶寬15～20m，充填物主要為閃長(zhǎng)玢巖。鉆孔最大涌水量3.92l/s，單位涌水量0.285l/s·m，富水性中等，滲透系數(shù)0.632m/d，水質(zhì)類型為HCO3－Ca型。斷層上下盤棲霞組灰?guī)r仍連接，具有一定的導(dǎo)水能力。

1.3.3 碳酸鹽巖巖溶發(fā)育分布規(guī)律

茅口組（P1m）灰?guī)r，形態(tài)以裂隙、溶洞為主，鉆孔遇洞率66.6%，鉆孔巖溶率6.33%，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)～中等。

棲霞組（P1q）灰?guī)r：形態(tài)以裂隙、溶洞為主，巖體四周、地下水活動(dòng)劇烈地段，溶洞比較發(fā)育，遠(yuǎn)離巖體則減弱。鉆孔遇洞率46.3%，巖溶率2.74%，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)～中等。

黃龍船山組（C2+3）灰?guī)r：系礦區(qū)主要的成礦層位，大部分交代成礦，致密堅(jiān)硬，裂隙、溶洞均不發(fā)育。

2 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

2.1 巖溶塌陷

開(kāi)拓深度、范圍加大，礦山排水量隨之增加，水力梯度加大，降落漏斗將會(huì)進(jìn)一步外擴(kuò)。北東方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰?guī)r，北西方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰?guī)r，間接充水頂板為茅口組灰?guī)r，由于孤峰組不能起到隔水作用，降落漏斗將擴(kuò)展到茅口組灰?guī)r中。預(yù)計(jì)排水漏斗將向北西向、北東向擴(kuò)展，露天采場(chǎng)北部有龍?zhí)督M、大隆組隔水邊界，降落漏斗將擴(kuò)至隔水邊界。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，塌陷區(qū)半徑與降落漏斗半徑之比為0.29～0.97（《中國(guó)南方巖溶塌陷》）。目前塌陷集中在棲霞組灰?guī)r分布區(qū)，隨著降落漏斗的擴(kuò)展，塌陷影響范圍亦將超過(guò)現(xiàn)狀分布范圍。預(yù)測(cè)巖溶塌陷影響面積約35.3hm2，危險(xiǎn)性中等。

2.2 露天采場(chǎng)滑坡

露天采場(chǎng)設(shè)計(jì)最高標(biāo)高為+320m，最低-156m，臺(tái)階高度12m，最終將形成總長(zhǎng)1500余米、最高達(dá)476m的高陡邊坡。下盤邊坡總體坡向305°，最終邊坡角39～41°，臺(tái)階坡角47～50°。東翼井下開(kāi)采后，設(shè)計(jì)回填至-106m，相對(duì)高差仍有426m。

2.2.1 整體邊坡穩(wěn)定性

露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素有邊坡構(gòu)成要素（包括坡高、坡度）、構(gòu)成邊坡巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)類型、斷層構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系（包括地層層面與坡面的組合關(guān)系、地層層面與巖石節(jié)理的組合關(guān)系、坡面與巖石節(jié)理、斷層的組合關(guān)系），此外還與邊坡自然風(fēng)化作用、地震與振動(dòng)、大氣降水等因素相關(guān)。綜合分析上述影響因素，對(duì)下盤邊坡的穩(wěn)定性做出評(píng)估。

（1）巖性

邊坡主要由泥盆系五通組、石炭系高驪山組及第四系殘坡積層組成。五通組、高驪山組主要為中厚層石英砂巖夾中薄層粉砂巖，中薄層互層狀石英砂巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。

其中中薄層互層狀石英砂巖、粉砂巖巖組，巖體強(qiáng)度相對(duì)較低，層理發(fā)育，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，具中薄層狀結(jié)構(gòu)，局部夾粉砂質(zhì)泥巖等軟弱層，層面順坡向傾斜，傾角接近坡角。

（2）邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征

主要結(jié)構(gòu)面為順層節(jié)理，且順坡向外傾斜，是影響邊坡穩(wěn)定的不利因素。邊坡總體坡向305°，最終邊坡角39～41°。順層節(jié)理產(chǎn)狀300～340∠35～45°。結(jié)構(gòu)面（順層節(jié)理）與邊坡的走向、傾向均相同，傾角與坡角接近，結(jié)構(gòu)面投影弧和邊坡投影弧接近，總體基本穩(wěn)定，局部邊坡較不穩(wěn)定。

（3）地震與震動(dòng)

地震：本區(qū)屬弱震區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性較好，對(duì)邊坡穩(wěn)定影響小。

爆破震動(dòng)：間接受露天和地下開(kāi)采爆破振動(dòng)影響。爆破震動(dòng)使巖體產(chǎn)生直接破壞，或增加巖體的破碎度或裂隙的張開(kāi)度，而且爆破震動(dòng)的動(dòng)荷載作用可以使巖體的剪應(yīng)力和拉應(yīng)力增加，導(dǎo)致局部邊坡穩(wěn)定性降低。

（4）大氣降水

地表水下滲淋濾使邊坡巖體強(qiáng)度減弱，加快風(fēng)化速度，軟化甚至泥化層面和軟弱夾層，降低結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，而且地表水的滲透壓力可導(dǎo)致下滑力增大，抗滑力減小，不利于邊坡穩(wěn)定。

2.2.2 穩(wěn)定性評(píng)估

根據(jù)上述露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析及有關(guān)科研機(jī)構(gòu)邊坡穩(wěn)定性研究結(jié)論，露天采場(chǎng)整體邊坡屬基本穩(wěn)定。由于露天采場(chǎng)底板邊坡基巖地層含中薄層石英砂巖、粉砂巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖，巖層順坡向產(chǎn)出，巖層傾角接近坡角，局部小于坡角，局部區(qū)域具備潛在平面滑動(dòng)條件。其部分區(qū)域，斷層構(gòu)造較發(fā)育，存在較大隱患。在暴雨、長(zhǎng)期風(fēng)化、爆破等因素作用下，可能產(chǎn)生滑坡。

2.3 采空塌陷

2.3.1 露天采場(chǎng)下采空區(qū)穩(wěn)定性分析

通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值模擬分析，東翼井下開(kāi)采過(guò)程中將采空區(qū)跨度控制在40m以內(nèi)，露天采坑底采用24m厚不澆筑鋼筋砼的原巖頂柱，采用上向水平分層充填采礦法，安全系數(shù)（K）1.2，采空區(qū)為基本穩(wěn)定。采空區(qū)跨度和原巖頂柱厚度相同時(shí)，在露天采坑底澆筑1m鋼筋砼的復(fù)合境界頂柱，受力更加均勻，最大拉應(yīng)力較原巖境界頂柱中的最大拉應(yīng)力小，拉應(yīng)力安全系數(shù)提高0.1～0.4，相同跨度下所需的原巖頂柱厚度可以更小

2.3.2 采空塌陷預(yù)測(cè)評(píng)估

采空塌陷主要影響因素分析。采空塌陷的主要影響因素包括礦層賦存條件、開(kāi)采條件、圍巖工程地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造、地下水等。

設(shè)計(jì)開(kāi)采段頂盤為棲霞組灰?guī)r，底盤為高驪山組砂頁(yè)巖，均較穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用不崩落頂板的膠結(jié)充填采礦方法，采空區(qū)地表整體上穩(wěn)定性較好。但由于巖層構(gòu)造整體破壞和充填料固結(jié)沉降等原因，充填后的采空區(qū)仍可能出現(xiàn)地壓活動(dòng)，加之爆破震動(dòng)、地下水、大氣降水等因素作用，可能引起采場(chǎng)上部及周圍巖體局部移動(dòng)或下沉，但采空區(qū)頂板變形量小。

即使按照具有大變形特點(diǎn)的煤礦經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，地表傾斜、曲率及水平變形最大值也僅分別為1.440mm/m、0.013×10-3/m和0.503mm/m。地表變形值皆未超過(guò)最高保護(hù)等級(jí)Ⅰ級(jí)的允許變形值（i=2.5 mm/m，K=0.05×10-3/m，ε=1.5mm/m），根據(jù)國(guó)內(nèi)外地下礦山開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，東翼井下開(kāi)采范圍內(nèi)需保護(hù)地段的地表鐵（公）路、建（構(gòu)）筑物處于安全狀態(tài)，不會(huì)受到地表變形的影響。

綜上所述，根據(jù)國(guó)內(nèi)外充填礦山經(jīng)驗(yàn)和新橋礦具體開(kāi)采技術(shù)條件，東翼井下開(kāi)采不會(huì)引發(fā)危及鐵路、民居等地面建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定性的移動(dòng)和變形。

2.4 礦區(qū)含水層破壞預(yù)測(cè)

隨著開(kāi)拓深度、范圍加大，礦山排水量隨之增加，水力梯度加大，降落漏斗將會(huì)進(jìn)一步外擴(kuò)。北東方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰?guī)r，北西方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰?guī)r，間接充水頂板為茅口組灰?guī)r，由于孤峰組不能起到隔水作用，降落漏斗將擴(kuò)展到茅口組灰?guī)r中。預(yù)計(jì)排水漏斗將向北西向、北東向擴(kuò)展，露天采場(chǎng)北部有龍?zhí)督M、大隆組隔水邊界，降落漏斗將擴(kuò)至隔水邊界。

礦區(qū)地形地貌景觀（地質(zhì)遺跡、人文景觀）破壞現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)礦山屬生產(chǎn)礦山，目前露天采礦即將全部轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采，礦山生產(chǎn)的各種設(shè)施基本完善，地面無(wú)建構(gòu)筑物的工程活動(dòng)，排土場(chǎng)設(shè)計(jì)庫(kù)容能滿足礦山生產(chǎn)至閉坑，礦山開(kāi)采過(guò)程中及時(shí)對(duì)采空區(qū)利用尾砂進(jìn)行了充填，因采空形成采空塌陷的可能性小，礦業(yè)活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀的破壞程度不會(huì)增加且范圍不會(huì)擴(kuò)大。因此預(yù)測(cè)評(píng)估與現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)論一致[2]。

2.5 礦區(qū)水土環(huán)境污染現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)

2.5.1 土壤環(huán)境質(zhì)量

排土場(chǎng)下伏基巖為志留系、泥盆系粉砂巖和石英砂巖，裂隙不發(fā)育，為滲透性極差的隔水層，淋溶水下滲補(bǔ)給地下水含水層的量可忽略不計(jì)，不致污染下游地下水。降雨時(shí)產(chǎn)生淋溶水匯集于溝谷，轉(zhuǎn)為地表徑流，排土場(chǎng)下游設(shè)有污水調(diào)節(jié)庫(kù)攔蓄廢水，污水調(diào)節(jié)庫(kù)調(diào)洪按50年一遇洪水計(jì)算洪峰流量14.03m3/s，調(diào)節(jié)庫(kù)蓄水能力75.3×103m3，另外加上排土堆石體內(nèi)空隙蓄水能力19.4×103m3，大于設(shè)計(jì)日洪水總量89.9×103m3。經(jīng)調(diào)洪演算滿足排土場(chǎng)區(qū)泄洪能力要求。因此，排土場(chǎng)一般不會(huì)發(fā)生雨洪溢流，即發(fā)生雨洪溢流污染土壤可能性小。污水調(diào)節(jié)庫(kù)及攔污壩用高密度聚乙烯（HDPE）進(jìn)行防滲處理，庫(kù)內(nèi)廢水通過(guò)管道送污水處理站處理。因此，淋溶水對(duì)排土場(chǎng)外圍土壤影響較輕。

2.5.2 水環(huán)境

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件不會(huì)發(fā)生較大變化。正常情況下井下涌水及采、選礦廢水泵送至污水處理站集中處理，達(dá)標(biāo)排放。根據(jù)現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果類比分析，對(duì)礦區(qū)地表水、地下水環(huán)境影響較嚴(yán)重。

排土場(chǎng)淋溶水對(duì)場(chǎng)區(qū)水環(huán)境影響較嚴(yán)重，正常情況下污水調(diào)節(jié)庫(kù)廢水泵送至污水處理站集中處理，不會(huì)出現(xiàn)大量酸性淋溶水外泄，對(duì)外圍地表水、地下水環(huán)境影響較輕。

礦業(yè)活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地表水資源影響較嚴(yán)重，對(duì)地下水資源影響嚴(yán)重，對(duì)水環(huán)境影響較嚴(yán)重。