礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析及防治措施研究

尹 飛

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

在生態(tài)文明建設(shè)不斷推進(jìn)的大環(huán)境下，礦山地質(zhì)環(huán)境問題受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，防治礦山地質(zhì)環(huán)境問題尤其是地質(zhì)災(zāi)害防治及生態(tài)恢復(fù)已經(jīng)逐漸成為生態(tài)文明建設(shè)中至關(guān)重要的一部分[1]。上述背景下，廣大專家學(xué)者開始投入研究，致力于從生態(tài)恢復(fù)、法律政策、采礦技術(shù)等方面尋求解決方案，也提出了一系列防治礦山地質(zhì)環(huán)境問題的建議[2]。但由于不同礦山之間存在差異性，在地質(zhì)環(huán)境問題方面也存在一定的差異性，對(duì)應(yīng)的防治方案也必然需要進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化調(diào)整，才能有效保障防治方案的科學(xué)性[3]。因此，該研究以云南東川因民銅礦為例，探討礦山地質(zhì)環(huán)境問題及防治措施，為相關(guān)的學(xué)術(shù)研究提供理論參考。

1 銅礦基礎(chǔ)情況

因民銅礦位于云南省東北部，隸屬昆明市東川區(qū)因民鎮(zhèn)，地理極值坐標(biāo)為東經(jīng)102°55′30″～102°58′00″，北緯26°13′18″～26°18′15″。礦區(qū)面積約9.679 3 km2，地下開采，開采礦種為銅礦、鐵礦，開采標(biāo)高+3 309～+1 000 m，礦山生產(chǎn)規(guī)模為80萬t/a，屬于中型礦山。

礦區(qū)位于金沙江右岸，溝谷發(fā)育，山脈呈南北走向。地勢南高北低，礦界內(nèi)海拔標(biāo)高介于1250.0～3 516 m，相對(duì)高差2 260.0 m。區(qū)內(nèi)山體陡峻，地形坡度一般大于30°，局部地段可達(dá)50°。區(qū)內(nèi)5-10月為雨季，全年降雨量1 321.5 mm。11月至次年3月常降雪，降雪深度30 mm左右，霜期187天。1-4月份為干季及風(fēng)季，定時(shí)最大風(fēng)速28 m/s。20年一遇1小時(shí)最大暴雨量為52.8 mm，6 h最大暴雨量為78.4 mm，24 h最大暴雨量為109.8 mm。

礦區(qū)處于青藏高原隆起區(qū)東南緣，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，山體不斷抬升。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，周圍有小江、普渡河、金沙江等區(qū)域性深大斷裂及其派生的次級(jí)斷裂，常常是崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)[4]。因民礦區(qū)恰處于落因破碎帶，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，地表巖石破碎、松散，導(dǎo)致山體的穩(wěn)定性較差-差。

2 調(diào)查工作概述

調(diào)查工作分4個(gè)階段進(jìn)行：①第一階段(前期準(zhǔn)備階段)：2018年11月7-9日，充分收集相關(guān)的自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、區(qū)域和礦區(qū)地質(zhì)、水文工程環(huán)境地質(zhì)、儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告、開發(fā)利用方案及土地利用現(xiàn)狀圖、土地利用總體規(guī)劃圖、礦山開采歷史及現(xiàn)狀等資料，充分分析區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，編制工作大綱；②第二階段(野外調(diào)查階段)：2018年11月10-13日，進(jìn)行現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害、含水層、地形地貌景觀、土地資源類型、損毀方式、程度及礦山地質(zhì)環(huán)境影響調(diào)查。野外調(diào)查的重點(diǎn)是礦山已有坑口、辦公生活區(qū)、礦山輔助設(shè)施(工棚、變壓器等)和礦山進(jìn)場道路等區(qū)段的地質(zhì)環(huán)境條件及土地類型，調(diào)查工作以礦山提供的1：10 000礦區(qū)總平面布置圖作為工作底圖，嚴(yán)格按工作大綱開展工作，調(diào)查路線主要采用穿越法，對(duì)發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)及不良地質(zhì)現(xiàn)象、土地?fù)p毀區(qū)段用GPS定位，用數(shù)碼相機(jī)拍照、錄像并詳細(xì)填寫野外調(diào)查記錄卡片，共完成野外地質(zhì)調(diào)查路線85.2 km，地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查面積44.40 km2，各類調(diào)查點(diǎn)36個(gè)；③第三階段(室內(nèi)綜合整理階段)：2018年11月14-17日，在室內(nèi)把收集的相關(guān)資料、野外現(xiàn)場調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害、土地類型和重點(diǎn)進(jìn)行整理，并把實(shí)地調(diào)研的損毀情況上圖；④第四階段(成果編制階段)：2018年11月18日-12月20日，完成防治報(bào)告編制工作。

3 存在的地質(zhì)環(huán)境問題

3.1 采空區(qū)地面塌陷

東川銅礦自1952年正規(guī)勘查以來已有近70年的開發(fā)歷史，以其獨(dú)特的成礦地質(zhì)條件及礦床特征區(qū)別于其他類型銅礦，是我國少有的沉積巖容礦的層狀超大型銅礦床之一，銅儲(chǔ)量390萬t，占全國該類礦床銅總儲(chǔ)量的約46 %。礦區(qū)采礦方法主要以淺孔留礦法為主，經(jīng)過多年的開采，礦區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境破壞情況相對(duì)較為嚴(yán)重，內(nèi)部存在大量老窯，現(xiàn)有采空區(qū)面積約170 hm2，受限于當(dāng)時(shí)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，這些老窯基本都未做充填或治理。加之受斷裂構(gòu)造、地震等影響，采空區(qū)間柱垮塌、地表常出現(xiàn)開裂、變形，形成塌陷區(qū)，地形陡峻的地段地表巖石常崩落下滑，形成崩落區(qū)。礦床自開采以來共發(fā)生8個(gè)部位出現(xiàn)垮塌及陷落情況。采空區(qū)上方現(xiàn)狀主要分布巖質(zhì)崩塌5處及巖土體滑坡5處，推測是采空區(qū)變形導(dǎo)致地表移動(dòng)的結(jié)果。其潛在危害尚未完全查明，但推測其危害將會(huì)緩慢顯現(xiàn)且較為強(qiáng)烈。礦體上、下盤圍巖較穩(wěn)固，礦體以急傾斜薄至中厚礦體為主，參照類似礦山經(jīng)驗(yàn)，礦體上盤巖體移動(dòng)角取60°，端部巖體移動(dòng)角取70°，下盤巖體移動(dòng)角：當(dāng)?shù)V體傾角大于65°時(shí)，巖石移動(dòng)角取65°，預(yù)測最終地表移動(dòng)盆地范圍約636.5 hm2。

3.2 崩塌問題

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，因民銅礦礦區(qū)范圍內(nèi)有5處崩塌，位于礦區(qū)中部、南部的斜坡坡頂處，地形陡峻，規(guī)模為中型巖質(zhì)崩塌，崩塌形成的主因?yàn)榈V山地下開采形成采空區(qū)產(chǎn)生地表移動(dòng)變形甚至地面塌陷，危害工作人員及礦業(yè)活動(dòng)安全，而且崩塌體可為大水溝提供豐富物源，從而形成泥石流災(zāi)害，進(jìn)而威脅下游布置廠房、道路及於堵金沙江河床，總體而言，鏈?zhǔn)綖?zāi)害及其危害程度、危險(xiǎn)性不容忽視。

3.3 滑坡問題

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，因民銅礦區(qū)范圍內(nèi)有5處滑坡，位于礦區(qū)中部湯因線公路兩側(cè)?；翲1位于礦區(qū)中部，大水溝溝谷左岸?；翲2位于礦區(qū)中部，大水溝溝谷左岸；同樣為淺層小型牽引式土質(zhì)滑坡?；翲3位于礦區(qū)中部，原選廠(遷)的東側(cè)；滑坡H4位于礦區(qū)中部，大水溝右岸，H3滑坡南東側(cè)；滑坡H5位于礦區(qū)中部，大水溝右岸，H4滑坡南東側(cè)約170 m處。5處滑坡均屬于淺層小型牽引式巖土質(zhì)滑坡，形成的主因?yàn)椴煽諈^(qū)產(chǎn)生地表移動(dòng)變形、地面塌陷以及不合理的人工切坡和坡頂加載，已嚴(yán)重制約著礦業(yè)活動(dòng)及往來人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3.4 泥石流問題

因民銅礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有2條泥石流溝，分別為N1大水溝泥石流、N2黑箐溝泥石流，2條溝谷均為侵蝕溝谷，根據(jù)野外調(diào)查，區(qū)內(nèi)大水溝及黑山箐的左岸支溝歷史上均暴發(fā)過泥石流。區(qū)內(nèi)泥石流的形成是多種因素共同作用的結(jié)果。其中以降雨、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和人類工程活動(dòng)的影響最大，其中地表破碎及松散巖土體和人類不合理的工程棄渣共同為箐溝暴發(fā)泥石流提供了豐富的物源。泥石流的危害程度、危險(xiǎn)性大，治理成本高，已嚴(yán)重制約著因民銅礦的發(fā)展和安全。

需著重指出的是，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害，存在鏈?zhǔn)疥P(guān)系。采空區(qū)及輔助礦業(yè)活動(dòng)→引發(fā)地表移動(dòng)變形→加劇崩塌、滑坡、潛在不穩(wěn)定斜坡和地裂縫發(fā)展，及引發(fā)地表斜坡、廢石場等失穩(wěn)→形成大量物源供給大水溝、黑箐溝等沖溝暴發(fā)泥石流→泥石流沖刷侵蝕溝床→引發(fā)溝床崩滑，山體斜坡持久性的失穩(wěn)，為泥石流提供物源……如此往復(fù)惡性循環(huán)。

4 防治措施與建議

4.1 采空區(qū)防治方案

對(duì)于采空區(qū)(含老窯)的防治，主要是選擇“開挖+充(回)填+封堵”的模式進(jìn)行治理，最后再選擇地表進(jìn)行封土植草[5]。對(duì)于采空區(qū)的防治方案，主要選擇4種方案綜合治理：①干砌法，在開采完成后產(chǎn)生的空洞當(dāng)中，選擇灰?guī)r、白云巖、砂巖等硬質(zhì)巖石完成砌筑處理，使得砌體能夠與洞面之間進(jìn)行有效的接觸，同時(shí)利用磚石來完成洞頂?shù)闹?；②漿砌法，充分利用樁的強(qiáng)度優(yōu)勢，使用漿砌法來完成支撐，提升空洞的穩(wěn)定性、安全性；③充填法，利用尾礦砂對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，既能穩(wěn)定采空區(qū)，消除或減小地表移動(dòng)變形，又能夠減輕堆存尾礦砂的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境成本；④開挖回填法，對(duì)于埋深相對(duì)較小的采空區(qū)，分別從地面到采空區(qū)進(jìn)行開挖處理，最后再通過分層回填、夯實(shí)處理。

4.2 崩塌防治方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，崩塌體順斜坡堆積于溝谷內(nèi)，厚度小，結(jié)構(gòu)松散，分選性較差，成分主要為呈塊石狀的白云巖構(gòu)成，直徑通常10～50 cm，最大達(dá)100 cm?，F(xiàn)狀在整體斜坡的中下部，2 630 m高程處，設(shè)置長170 m左右、高約5 m的漿砌石擋墻，目前崩塌堆積體大部分堆積于擋墻處，現(xiàn)狀下?lián)鯄\(yùn)營良好，未見傾覆、滑移、開裂及失效情況。對(duì)于部分危害程度和危險(xiǎn)性相對(duì)較小的崩塌問題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測工作，對(duì)部分危巖進(jìn)行清除，抑或是在崩塌體下方溝谷的中游設(shè)置攔擋措施。

4.3 滑坡防治方案

結(jié)合因民銅礦區(qū)范圍內(nèi)5處滑坡特征，盡管目前滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在降雨、降雪、地震及車輛擾動(dòng)、坡腳侵蝕等條件下，滑坡發(fā)展趨勢為不穩(wěn)定。防治方案主要包含3個(gè)方面的內(nèi)容：加強(qiáng)監(jiān)測、在滑坡體前緣或中部設(shè)置支擋措施、修建截排水溝。

4.4 泥石流防治方案

受脆弱的地質(zhì)環(huán)境及人類活動(dòng)的制約，因民銅礦滑坡、崩塌、泥石流活動(dòng)較頻繁的基本態(tài)勢短期內(nèi)不會(huì)改變。降雨活動(dòng)的時(shí)空變化，仍然是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生范圍和頻度的主要控制因素。針對(duì)上述問題，應(yīng)當(dāng)專門設(shè)置泥石流治理工程，通過排導(dǎo)槽、固床壩、跌水坎及谷坊壩綜合工程治理措施，分別在流域的上游、中游、下游形成物理屏障，從而有效減少泥石流所造成的危害。

需要指出的是，由于礦區(qū)的災(zāi)害不是獨(dú)立的，有關(guān)聯(lián)性，甚至具有鏈?zhǔn)疥P(guān)系的，故而，防治工程也可采取關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)，如區(qū)內(nèi)崩塌(B1～B5)、滑坡(H1～H5)、沖溝與大水溝泥石流溝N1應(yīng)協(xié)同設(shè)計(jì)，共同治理等。

4.5 生態(tài)修復(fù)治理方案

結(jié)合因民銅礦面臨的地質(zhì)環(huán)境問題，主要參考地區(qū)實(shí)際情況，通過針對(duì)性的生態(tài)修復(fù)治理方案進(jìn)行治理。主要是在與周圍環(huán)境有效協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，因地制宜地開展綠化美化處理[6]。對(duì)于邊坡來說，主要通過邊坡植被恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，包括人工鋪花格草皮、撒草籽、滿鋪草皮，同時(shí)結(jié)合植生帶方式，將種子附著在天然纖維墊覆蓋的斜坡表面[7]。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)復(fù)墾方案，在完成場地清理以后進(jìn)行土壤重構(gòu)，然后分別進(jìn)行土壤剝覆工程、植被重建工程、檢測與管護(hù)工程，保障礦區(qū)生態(tài)環(huán)境順利修復(fù)。

5 結(jié) 語

綜上所述，針對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境問題，需充分研究礦山地質(zhì)條件，并結(jié)合礦山礦業(yè)活動(dòng)的強(qiáng)度規(guī)模，進(jìn)行全面的梳理，摸清其產(chǎn)生的原因，致災(zāi)的機(jī)制，從鏈?zhǔn)絾栴}考量，采用關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)理念，采取工程措施+植物措施+自然休養(yǎng)生息的綜合性生態(tài)修復(fù)治理方案，從而有效解決礦山地質(zhì)環(huán)境問題，保障礦業(yè)活動(dòng)及生命財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，提升治理區(qū)的綜合抗災(zāi)能力，全面保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境。