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    新疆某露天礦山地質(zhì)環(huán)境特征及評(píng)價(jià)

    2024-02-05 21:44:06朱建華
    科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2024年5期
    關(guān)鍵詞:溝谷礦區(qū)礦山

    朱建華

    摘? 要:礦產(chǎn)資源是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?,在人類進(jìn)行開發(fā)的過(guò)程中,礦山及周邊的地質(zhì)環(huán)境遭受到破壞是難免的。在收集礦區(qū)的地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘探、調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害、礦區(qū)下覆含水層的破壞、礦區(qū)原生地形地貌景觀的影響及破壞、礦區(qū)地表水土環(huán)境的影響和破壞,以及礦區(qū)產(chǎn)生的大氣污染等方面,對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境特征進(jìn)行總結(jié),最后,根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的破壞程度提出相應(yīng)的礦山地質(zhì)環(huán)境防治措施。

    關(guān)鍵詞:露天礦山;地質(zhì)災(zāi)害特征;地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià);礦產(chǎn)資源;防治措施

    中圖分類號(hào):X322? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ? 文章編號(hào):2095-2945(2024)05-0095-05

    Abstract: Mineral resources are an important driving force of social development. In the process of human development, it is inevitable that the geological environment of the mine and its surroundings will be destroyed. On the basis of collecting the geological data and field exploration and investigation data of the mining area, the present situation evaluation, prediction evaluation and comprehensive evaluation of the geological environment of the mining area are carried out. According to the geological disasters caused by mining activities in the mining area, the destruction of the underlying aquifer in the mining area, the influence and destruction of the primary topography and landscape of the mining area, the influence and destruction of the surface soil and water environment in the mining area, and the air pollution produced in the mining area, as well as the characteristics of mine geological environment are summarized. Finally, the corresponding prevention and control measures of mine geological environment are put forward according to the damage degree of geological environment.

    Keywords: open-pit mine; geological hazard characteristics; geological environment assessment; mineral resources; prevention and control measures

    礦山所處區(qū)域礦產(chǎn)資源的開采,對(duì)區(qū)域內(nèi)原生地質(zhì)環(huán)境造成的破壞是不可避免的。礦山地質(zhì)環(huán)境是礦區(qū)應(yīng)建設(shè)的整體高效的環(huán)境系統(tǒng)中不可或缺的一部分,礦山地質(zhì)環(huán)境的好壞決定了礦山安全建設(shè)、高效開發(fā)的成功與否。特別是近年來(lái),國(guó)家對(duì)礦山的開發(fā)更加重視,“在保護(hù)中開發(fā),在開發(fā)中保護(hù)”“因地制宜,邊開采、邊治理、邊復(fù)墾”等保護(hù)礦山環(huán)境的概念日益增多。為給礦山的開發(fā)利用及資源保護(hù)提供依據(jù),礦方企業(yè)應(yīng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境特征準(zhǔn)確分析與客觀評(píng)價(jià),并予以一定的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理措施。

    礦山地質(zhì)環(huán)境,是指曾經(jīng)開采、正在開采或準(zhǔn)備開采的礦山及其鄰近地區(qū)的巖石圈表層與大氣圈、水圈、生物圈組分之間不斷進(jìn)行物質(zhì)交換和能量流動(dòng)的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)境系統(tǒng)[1]?,F(xiàn)今主流的礦山地質(zhì)環(huán)境的研究方法以如下4個(gè)方面為主:礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)及礦山地質(zhì)環(huán)境治理。國(guó)外的礦山地質(zhì)環(huán)境研究較早,Venkataraman等[2]在1997年就使用遙感技術(shù)對(duì)植被、土地占用、水土環(huán)境等因素進(jìn)行定性分析;Rigina[3]進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境特征的評(píng)價(jià)方法主要是以利用多數(shù)據(jù)遙感工具評(píng)價(jià)綜合環(huán)境影響,并輔以遙感技術(shù)進(jìn)行礦山現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、實(shí)地調(diào)查和數(shù)學(xué)建模,以達(dá)到分析評(píng)價(jià)的目標(biāo)期望。近年來(lái),國(guó)內(nèi)的學(xué)者也開始注重礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià),何芳等[4]采用客觀和主觀的方法結(jié)合評(píng)價(jià)了烏魯木齊市礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題;王海慶等[5]通過(guò)專家打分法得到多個(gè)礦山環(huán)境評(píng)價(jià)因子的權(quán)重,建立了礦山地質(zhì)環(huán)境定量評(píng)價(jià)模型;賈晗等[6]通過(guò)層次分析法確定了各礦山環(huán)境評(píng)價(jià)因子的權(quán)重,并結(jié)合ArcGIS對(duì)安徽銅陵地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià),取得的效果良好。

    綜上所述,礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)工作的評(píng)價(jià)方法多種多樣,但多以區(qū)域性的礦山地質(zhì)評(píng)價(jià)、金礦及煤礦等較大型礦種進(jìn)行評(píng)價(jià)研究,對(duì)小區(qū)域的礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)尚有局限,同時(shí),國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于干旱半干旱氣候條件為主的新疆地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境特征及評(píng)價(jià)的研究也相對(duì)較少。本文以新疆托克遜縣科克薩特石灰?guī)r礦為例,在收集礦區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘探、調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)礦區(qū)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析,并通過(guò)對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)特征定性和半定量分析對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。

    1? 礦山地質(zhì)環(huán)境及礦山布局

    1.1? 礦山地質(zhì)環(huán)境

    該礦位于托克遜縣295°方位直線距離140 km處,設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為240.00萬(wàn)t/a,礦區(qū)為大型露天礦。

    礦區(qū)位于中天山東段中山區(qū)的溝谷中,礦區(qū)海拔2 468~3 224 m,地形切割甚劇,山坡陡洼,坡度一般在40~60°,最大比高達(dá)756 m,礦區(qū)總體地勢(shì)呈北高南低之勢(shì),地貌類型為構(gòu)造、剝蝕中山地貌,區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)基巖裸露,斜坡結(jié)構(gòu)類型以順向坡為主。礦區(qū)及其影響范圍內(nèi)溝谷較發(fā)育,共發(fā)育3條溝谷,大體均呈北西-南東向展布,溝谷呈U型,相對(duì)高差較大,最大高差可達(dá)190 m,溝谷兩側(cè)山坡較陡,坡度多大于40°。

    礦區(qū)屬大陸性氣候特點(diǎn),四季及晝夜溫差變化較大,年平均氣溫為4.1 ℃,全年降水量為120~180 mm,蒸發(fā)量達(dá)2 000~3 000 mm。艾維爾溝河北距礦區(qū)約2 km,屬礦區(qū)及其附近下游區(qū)域,遠(yuǎn)離礦區(qū),且河面標(biāo)高遠(yuǎn)低于礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面。

    礦區(qū)屬于北天山優(yōu)地槽褶皺帶二級(jí)構(gòu)造單元,低連哈比爾豕復(fù)向斜三級(jí)構(gòu)造單元。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育,礦體呈陡傾斜的單斜構(gòu)造。地層總體產(chǎn)狀基本穩(wěn)定,為156°∠50~215°∠61°,構(gòu)造形態(tài)簡(jiǎn)單。

    礦區(qū)范圍內(nèi)出露地層簡(jiǎn)單,在礦區(qū)中部、北部大面積出露的巖層是下石炭統(tǒng)牙曼蘇組(C1y),土體為第四系全新統(tǒng)洪沖積(Q4al+el)主要分布于礦區(qū)南部地勢(shì)平坦地帶和礦區(qū)內(nèi)的溝谷中。

    礦區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g,地震基本烈度為Ⅷ度,屬地殼次不穩(wěn)定區(qū),工程建設(shè)條件中等。

    根據(jù)地下水埋藏條件,礦區(qū)地下水類型為基巖裂隙水和松散層孔隙水。

    礦區(qū)的礦體呈層狀產(chǎn)于下石炭統(tǒng)牙曼蘇組(C1y)的石灰?guī)r層中,該石灰?guī)r層規(guī)模巨大,其長(zhǎng)度約10 km,寬度約2.6 km,本礦區(qū)內(nèi)礦體石灰?guī)r礦體只是該石灰?guī)r層南部的一部分。整體呈“L”形展布,延展長(zhǎng)度為2 922 m,而沿巖層走向計(jì),長(zhǎng)度為2 528 m。礦體產(chǎn)狀:185°∠50~215°∠61°。礦石為微晶球粒生物屑灰?guī)r,礦石呈灰-灰白色,粒屑結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。

    1.2? 礦山布局

    該礦于2009年正式投產(chǎn),經(jīng)歷多年的開采,在礦區(qū)中部、北側(cè)形成有4個(gè)采場(chǎng),自南向北沿礦體走向展布。礦山總體布局包括礦山公路、生活區(qū)、2個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)、表土場(chǎng)、取土場(chǎng)、露天采場(chǎng)和爆破器材庫(kù),總占地面積約774 800 m2,礦山各項(xiàng)設(shè)施詳如圖1所示。

    2? 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及影響程度評(píng)價(jià)

    2.1? 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀問(wèn)題及評(píng)價(jià)

    2.1.1? 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

    該礦于2009年正式投產(chǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為240.00萬(wàn)t/a,目前礦山正在開采。該礦共有4個(gè)露天采坑,破壞土地類型為天然牧草地,采坑體積約為500萬(wàn)m3,沿礦體走向展布,分別編號(hào)為采1(74 000 m2)、采2(42 000 m2)、采3(65 000 m2)和采4(66 000 m2),均呈不規(guī)則狀。采1位于礦區(qū)最東部,長(zhǎng)510 m,寬140~180 m,采高由26 00~2 780 m不等;采2位于礦區(qū)中部偏東,長(zhǎng)280 m,寬160~200 m,采高由2 620~2 730 m不等;采3位于礦區(qū)中部,長(zhǎng)566 m,寬140~280 m,采高2 600~2 750 m不等;采4位于礦區(qū)北部,長(zhǎng)450 m,寬160~450 m,采高2 800~3 010 m不等。

    礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育,多為人為因素所產(chǎn)生。在礦區(qū)北部因地形較陡,且礦山采礦過(guò)程中未按“自上而下水平分層、臺(tái)階式采礦法”采礦,形成了多處幫坡角較大,局部達(dá)60°,容易發(fā)生崩塌,局部近山坡一側(cè)產(chǎn)生陡坎,嚴(yán)重威脅運(yùn)礦車輛,現(xiàn)狀礦區(qū)內(nèi)共分布有三處崩塌點(diǎn)均位于采坑邊坡,均是人工開挖造成巖體松動(dòng)而形成。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表1,不按規(guī)定的采礦方法進(jìn)行開采,所產(chǎn)生的危害較大。

    礦區(qū)范圍內(nèi)溝谷發(fā)育,通過(guò)對(duì)3條泥石流溝谷進(jìn)行易發(fā)程度綜合評(píng)分,最終結(jié)果得分為77分、81分、81分,均屬于輕度易發(fā)。

    2.1.2? 現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)論

    根據(jù)對(duì)礦區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)的現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果,同時(shí)疊加各方面因素影響面積及現(xiàn)狀情況,將評(píng)估區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀評(píng)估劃分為嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)和較輕區(qū),得到現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)論見(jiàn)表2。

    2.2? 礦山地質(zhì)環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

    礦山在之后的生產(chǎn)中,將按照開發(fā)利用方案中設(shè)計(jì)的開采方式:自上而下水平分層、臺(tái)階式山坡露天開采,新增開采面積325 000 m2,經(jīng)境界圈定,閉坑后所形成的露天采場(chǎng)為“L”型,地表長(zhǎng)2 640 m,寬120~310 m,底部長(zhǎng)1 520 m,寬30~120 m,占地面積為572 000 m2,采坑體積約為2 900萬(wàn)m3,新增體積2 400萬(wàn)m3。

    2.2.1? 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估

    采場(chǎng)東部北側(cè)邊坡:巖性為石灰?guī)r,巖石力學(xué)強(qiáng)度高,屬堅(jiān)硬巖石,采場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性取決于結(jié)構(gòu)面,發(fā)育有一組結(jié)構(gòu)面,產(chǎn)狀210°∠51°,巖層傾向與坡向基本一致,為順向坡,且結(jié)構(gòu)面傾角小于邊坡坡角,為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面,易為崩塌產(chǎn)生滑移面,易產(chǎn)生崩塌,如圖2所示。

    采場(chǎng)西部西側(cè)邊坡:巖性為石灰?guī)r,巖石力學(xué)強(qiáng)度高,屬堅(jiān)硬巖石,采場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性取決于結(jié)構(gòu)面,發(fā)育有一組結(jié)構(gòu)面,產(chǎn)狀210°∠53°,巖層傾向與坡向相反,為逆向坡,為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面,但在機(jī)械振動(dòng)和爆破振動(dòng)的作用下,使巖體內(nèi)部產(chǎn)生裂隙,造成巖石破碎,從而產(chǎn)生崩塌災(zāi)害,如圖3所示。采場(chǎng)西部東側(cè)邊坡的崩塌與之相同,但邊坡為逆向坡,相對(duì)來(lái)說(shuō)較為穩(wěn)定。

    綜上所述,露天開采形成的邊坡屬順向坡,易為崩塌產(chǎn)生滑移面,西部采場(chǎng)西側(cè)邊坡為逆向坡,屬穩(wěn)定邊坡,但在機(jī)械振動(dòng)和爆破振動(dòng)的作用下也易產(chǎn)生崩塌災(zāi)害,威脅采礦機(jī)械設(shè)備及操作人員的安全,威脅到露天采場(chǎng)內(nèi)采礦人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全,威脅人員約54人,威脅經(jīng)濟(jì)價(jià)值約300萬(wàn),預(yù)測(cè)評(píng)估露天采坑崩塌災(zāi)害發(fā)育程度中等,危害程度中等,危險(xiǎn)性中等。

    3條泥石流溝谷綜合得分均小于86分,溝谷泥石流災(zāi)害屬輕度易發(fā),礦區(qū)內(nèi)全年降水量為120~180 mm,蒸發(fā)量達(dá)2 000~3 000 mm,降水量遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量,極為干燥,預(yù)測(cè)礦業(yè)活動(dòng)引發(fā)或加劇泥石流災(zāi)害的可能性小,但其中一條溝谷對(duì)溝谷中下游的工業(yè)廣場(chǎng)1、爆破器材庫(kù)區(qū)和生活區(qū)存在安全隱患,礦山工作制度為兩班制,預(yù)計(jì)威脅人員為10~96人,威脅工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)的采礦設(shè)備,以及生活區(qū)、爆破器材庫(kù)內(nèi)的財(cái)務(wù),威脅財(cái)產(chǎn)價(jià)值100~500萬(wàn)元,危害程度中等,預(yù)測(cè)泥石流災(zāi)害發(fā)育程度小、危害程度中等、危險(xiǎn)性中等。

    2.2.2? 預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)論

    根據(jù)對(duì)礦區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)的預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果,疊加各方面因素預(yù)測(cè)影響的情況及面積,將評(píng)估區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)估劃分為嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)和較輕區(qū),得到現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)論見(jiàn)表3。

    3? 地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)及防治措施

    綜上所述,該礦山地質(zhì)環(huán)境突出問(wèn)題是局部穩(wěn)定性較差的高陡邊坡,同時(shí)因地震、暴雨、坡腳開采設(shè)備機(jī)械振動(dòng)及坡面爆破開采振動(dòng)等自然或人工誘發(fā)條件的影響,可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn),進(jìn)而引發(fā)崩塌災(zāi)害。礦山開采對(duì)于原生地形地貌景觀、原生地質(zhì)環(huán)境造成的破壞程度是不同的,圍巖應(yīng)力重分布后巖體穩(wěn)定性因開挖程度不同也是有分布規(guī)律的,礦區(qū)自然地質(zhì)環(huán)境遭受破壞難以避免[7]。資源開發(fā)利用是地區(qū)發(fā)展不可或缺的,隨之伴隨的環(huán)境破壞也無(wú)法避免,因此,如何在開采過(guò)程中減小對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞,如何設(shè)計(jì)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理措施是至關(guān)重要的。

    “預(yù)防為主,保護(hù)先行”,為從源頭上保護(hù)生態(tài)環(huán)境,礦山在建設(shè)與生產(chǎn)期間,可以采取合理的保護(hù)、預(yù)防及防治措施,減少和控制礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,并且針對(duì)礦山開采過(guò)程中不可避免的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,以下為提出的具體措施。

    1)泥石流災(zāi)害防治措施:①未避免溝谷發(fā)生泥石流災(zāi)害,影響位于溝谷中下游,在工業(yè)廣場(chǎng)1上游設(shè)置截排水溝,在下游設(shè)置漿砌石擋墻,即可預(yù)防泥石流對(duì)礦山生產(chǎn)產(chǎn)生影響。②在溝谷周圍設(shè)置人工巡視路線,派專業(yè)人員定期沿溝谷巡視監(jiān)測(cè)。

    2)崩塌、滑坡災(zāi)害防治措施:①清理現(xiàn)有的3處崩塌點(diǎn)的危巖體。②采礦過(guò)程中按設(shè)計(jì)要求開挖采礦場(chǎng)邊坡。③堆放礦石、廢石過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)臺(tái)階高度和坡度,廢石分層排棄壓實(shí),控制好廢石場(chǎng)邊坡坡度,避免無(wú)序施工引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。④為避免露天采場(chǎng)及廢石場(chǎng)工作人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失,沿露天采場(chǎng)及存土場(chǎng)等外圍設(shè)置鐵絲圍欄共8 500 m并掛警示牌85個(gè)。

    3)礦山開采建設(shè)過(guò)程會(huì)對(duì)地形地貌景觀造成嚴(yán)重的破壞,需在進(jìn)行采礦的同時(shí)對(duì)環(huán)境進(jìn)行治理,即“邊開采,邊治理”,采空區(qū)域回填采礦過(guò)程中產(chǎn)生的廢石,用黃土和表層土來(lái)覆蓋,向原地貌類型進(jìn)行恢復(fù),有效地改善礦山環(huán)境[8]。同時(shí),原生土壤環(huán)境及原生地表植被保護(hù)工作也是不可忽視的,礦山閉坑后對(duì)已被破壞的區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境應(yīng)進(jìn)行土地平整、覆土、植樹種草等綜合治理措施。

    4? 結(jié)束語(yǔ)

    礦山前期已進(jìn)行多年的開采建設(shè),其影響范圍內(nèi)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境已被較大破壞,該區(qū)域在礦山開采之前為畜牧業(yè)發(fā)展建設(shè)區(qū)域,現(xiàn)礦山開采建設(shè)已然影響了畜牧業(yè)活動(dòng);礦山后期將按照開發(fā)利用方案要求進(jìn)行開采,采用露天開采方式,礦山閉坑后會(huì)形成多個(gè)采坑,采坑邊坡易發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害,威脅對(duì)象為周邊過(guò)往的牧民及牲畜等,造成了天然草場(chǎng)資源破壞,因此,需要重視礦山地質(zhì)環(huán)境的治理。

    本文基于新疆托克遜縣科克薩特石灰?guī)r礦的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況及礦山提供的地質(zhì)環(huán)境資料,重點(diǎn)對(duì)礦山水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析探討,根據(jù)礦區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害、礦區(qū)下覆含水層的破壞、礦區(qū)原生地形地貌景觀的影響及破壞、礦區(qū)地表水土環(huán)境的影響和破壞及礦區(qū)產(chǎn)生的大氣污染等方面評(píng)價(jià),得到礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征、地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上提出了可行的、有效的地質(zhì)環(huán)境的防治措施,為將來(lái)礦山的開發(fā)建設(shè)提供了重要依據(jù)。

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