甘肅某金屬礦山環(huán)境地質(zhì)問題預(yù)測分析

袁 勝，梁 奔

（江西省地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究院，江西 南昌 330096）

礦山環(huán)境地質(zhì)問題預(yù)測分析是防治礦山環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)生的基礎(chǔ)，也是礦山開發(fā)利用的基礎(chǔ)。合理的礦山環(huán)境地質(zhì)問題預(yù)測可以有效的清除或者治理潛力的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，提高礦山安全生產(chǎn)[1]。此外，隨著礦山的開發(fā)與利用，可能引發(fā)不同程度的環(huán)境地質(zhì)問題，基于此，本文簡要的分析該礦床的環(huán)境地質(zhì)問題，為后期提出合理的治理措施奠定基礎(chǔ)。

1 礦區(qū)基本概況

礦區(qū)位于肅北縣，大地構(gòu)造位置處于塔里木陸塊區(qū)，敦煌陸塊，柳園裂谷區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育[2]。礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造活動強(qiáng)烈，巖漿活動頻繁，構(gòu)造演化經(jīng)五臺～薊縣期至燕山期漫長發(fā)展史，已褶皺的地層受后期構(gòu)造運動的強(qiáng)烈影響，致使區(qū)內(nèi)褶皺發(fā)育，斷層交織。區(qū)內(nèi)次級斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，以東西向為主，該組斷裂控制了區(qū)內(nèi)火山巖及沉積建造的分布，為區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)礦構(gòu)造；北東～南西向次之，該組斷裂控制了測區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)及含礦巖脈的分布，為區(qū)內(nèi)主要的容礦構(gòu)造，礦區(qū)周邊尚未發(fā)現(xiàn)新構(gòu)造運動跡象。礦區(qū)地貌上屬低山丘陵區(qū)，低山與山間洼地相間分布是其顯著特征，屬低山丘陵地形，海拔1670m～1782m，比高60m～100m，無常年性河流，只有干溝。礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦區(qū)無常年性地表水體，礦床主要充水含水層為輝長巖和花崗巖，富水性弱，地下水補給條件差，大氣降雨與礦區(qū)地下水聯(lián)系較為密切，礦體頂板有厚度不等的第四系松散層覆蓋，水文地質(zhì)邊界清楚，水文地質(zhì)類型為裂隙充水的水文地質(zhì)條件簡單礦床。此外，根據(jù)地震資料顯示，礦區(qū)所在區(qū)域地震動峰值加速度＜0.05g，對應(yīng)的地震基本烈度值＜Ⅳ，且無大震發(fā)生歷史，僅發(fā)生小于3級地震7次，因此認(rèn)為該礦區(qū)范圍發(fā)生大震的概率小。

2 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀

礦區(qū)正處于勘查階段，基本處于天然狀態(tài)，無固定人群居住和土地開發(fā)利用活動。地形地貌主要受巖性和構(gòu)造控制，同時也受季節(jié)性降水的影響，在第四系覆蓋較厚的地區(qū)，分布有較多沖溝，但下切深度都很小，平均約20cm。礦區(qū)地形地貌上屬于低山丘陵，地形平緩，相對高差小，自然形成的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害基本沒有。盡管礦區(qū)地表有較厚的第四系覆蓋，但其富水性弱，其下伏變質(zhì)巖系、接觸破碎巖組等富水性弱，鉆孔提水試驗及簡易水文觀測表明，變質(zhì)巖系僅為滴水狀、滲水狀匯集。根據(jù)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)判別依據(jù)“依據(jù)包括：①水文地質(zhì)條件簡單，為弱裂隙充水礦床，礦坑最大涌水量小于50m3/h，礦坑主要為頂板裂隙充水，邊界條件清楚，無老窿水，無地表水體，地下水與大氣降水聯(lián)系不密切；②廢石、礦渣或礦坑水有害組分少，含量低，堆渣條件好，礦渣堆穩(wěn)定，不易污染水、土環(huán)境；③礦區(qū)以東西向構(gòu)造為主，斷層構(gòu)造不發(fā)育，礦體中有侵入接觸破碎巖組，富水性弱，易發(fā)生工程地質(zhì)問題，其他節(jié)理、裂隙對采礦也有一定影響；④礦區(qū)工程地質(zhì)條件中等，可溶巖類不發(fā)育，地表第四系松散層厚度大于5m，礦體頂、底板巖性為砂碎石、角礫巖，巖體質(zhì)量“極差”，為Ⅴ級；⑤礦井開采方式、方法合理，計劃采用充填法開采，首采段深度將達(dá)200m，采空區(qū)被及時充填；⑥現(xiàn)狀條件下地質(zhì)環(huán)境問題少，危害小?！闭J(rèn)為礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度整體上應(yīng)屬簡單類型。

此外，雖然礦區(qū)整體地勢比較平坦，相對高差小，但待采礦體所處的位置位于礦區(qū)中部，可能會遇到洪水淹沒問題。北山地區(qū)降雨集中在7月份～9月份，雨季淹沒礦帶具有突發(fā)性，故在開采過程中要預(yù)防洪水淹沒問題。礦區(qū)各類巖石中含有As、Pb等金屬元素，分別以單質(zhì)、硫化物、氧化物形式存在，對周圍環(huán)境及人群有一定危害。

3 礦山開采地質(zhì)環(huán)境預(yù)測評估

根據(jù)礦體賦存特征、礦體類型、礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件，開采方式，地形地貌，結(jié)合礦區(qū)人居環(huán)境、土壤環(huán)境、地下水環(huán)境，及國內(nèi)類似開采礦山常出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境問題對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行定性預(yù)測[3]。

3.1 地裂縫及山體開裂問題

礦床頂?shù)装鍨槔w閃石化細(xì)粒輝長巖，與礦體呈漸變關(guān)系。因此，礦體及頂?shù)装鍘r性在工程地質(zhì)巖組中屬于輝長巖組，包括輝長巖、鈦磁鐵礦化輝長巖、鈦磁鐵礦體，根據(jù)已有鉆孔資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，該組巖層的RQD統(tǒng)計平均值39.63%，地層完整性差。此外，輝長巖體受礦化影響，巖體較易破碎。巖體力學(xué)參數(shù)測試輝長巖組飽和狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度平均值16.49MPa（三組，最大值25.3MPa，最小值3.46MPa）；干燥狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度平均值26.03MPa（三組，最大值34.4MPa，最小值10.2MPa）；天然狀態(tài)抗剪強(qiáng)度參數(shù)：C=1.79MPa（三組，最大值2.89MPa，最小值1.15MPa），φ=34°15′（三組，最大38°36′，最小31°29′）；軟化系數(shù)平均值0.57＜0.75，屬遇水軟化或易風(fēng)化巖體。

礦體以井下開采為主，隨著開采平硐掘進(jìn)，由于上覆頂板巖層受力狀況的改變，使得上覆巖層彎曲變形、破裂，進(jìn)而引起地裂縫等問題。引起地裂縫范圍主要位于開采平硐的周圍10m范圍內(nèi)，可采用支護(hù)掘進(jìn)的方式進(jìn)行治理，即及時的在坑道內(nèi)設(shè)置支護(hù)裝置，盡可能的減少上覆巖層的受力變化。隨著采礦活動的持續(xù)進(jìn)行，上覆巖層在持續(xù)的上覆壓力作用下為了達(dá)到新的應(yīng)力平衡，壓力逐漸向平硐上方集中，致使平硐上方巖層受力增加而發(fā)生彎曲、變形、破裂等現(xiàn)象，進(jìn)而可引發(fā)地面塌陷、山體開裂等問題。此外，開采條件下，由于底部采空區(qū)的存在和采礦方式的影響，地表可能出現(xiàn)地面塌陷；開采條件下，由于礦體圍巖（輝長巖）原本就比較破碎，受底部采礦爆破及地表開山修路影響，可能出現(xiàn)山體開裂。

3.2 環(huán)境污染問題

開采條件下，將產(chǎn)生大量固體廢棄物并堆放于地表，如堆放地點和堆放形式不當(dāng)，遇暴雨季節(jié)，在降水淋濾作用下將發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害（滑塌等）、重金屬污染等。開采條件下，選礦、采礦將產(chǎn)生大量液體廢棄物，一些有毒元素將污染地表土壤，以及淺層地下水，進(jìn)而影響植物生長，但本區(qū)植被稀少，預(yù)計廢水污染影響較小。此外，礦區(qū)所在區(qū)域無地表季節(jié)性水系，地下水的主要補給來源為大氣降水，礦區(qū)范圍內(nèi)地形變化較小，第四系松散堆積物較厚，導(dǎo)致地表水體下滲較快，隨著開采廢棄物的堆放，對地下水水質(zhì)的影響較大。超基性巖、基性巖中富含較多的Cr、Co、Ni、As、Pb等金屬元素，在開采條件下，礦石與水的接觸界面相對明顯增大，使得交代作用更加強(qiáng)烈，進(jìn)而使得地表水體中的Cr、Co、Ni、As、Pb等金屬元素顯著增加，隨著地表排泄系統(tǒng)的排水，可能引起地表農(nóng)田、水系的污染。

3.3 洪水淹沒加劇問題

前文已述及，雖然礦區(qū)整體地勢比較平坦，相對高差小，但待采礦體所處的位置位于礦區(qū)中部，可能會遇到洪水淹沒問題，北山地區(qū)降雨集中在7月份～9月份，雨季淹沒礦帶具有突發(fā)性。在開采條件下，隨著開采平硐掘進(jìn)以及開采空洞的形成，使得上覆巖層出現(xiàn)地面裂縫、地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題，這些裂縫、塌陷不僅增加了地表水體對地下水體的補給量，更是使得地下水補給通道顯著增多，透水性能明顯增強(qiáng)，可能引起洪水淹沒問題加劇，對礦區(qū)正常開采造成不利影響。

3.4 井下生產(chǎn)水滲漏問題

井下生產(chǎn)水滲漏問題是影響井下生產(chǎn)安全的主要因素之一。在井下巷道掘進(jìn)過程中，破壞了原來的導(dǎo)水通道或者使得巷道附近的巖石裂隙密度增加，使得地表補給水沿著導(dǎo)水通道或者密集裂隙面下滲，形成滲漏問題。此外，隨著各項采礦活動進(jìn)行，不可避免的產(chǎn)生大量的生產(chǎn)廢水。上述水除了一部分隨著巷道排水系統(tǒng)排至礦坑外，其余部分水體沿著坑道內(nèi)部不同類型的結(jié)構(gòu)面運移，在持續(xù)的運移過程中可能將產(chǎn)生巖體軟化、結(jié)構(gòu)面滑移等采礦工程地質(zhì)問題。

3.5 巷道頂板冒落、片幫問題

當(dāng)?shù)V體采動后，則在采動之處形成了一個低壓自由空間，從而破壞了原來的靜力平衡狀態(tài)，引起四周巖體壓力向此自由空間的頂?shù)装寮八谋诩小．?dāng)采空區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，壓力拱的曲率已不能滿足外壓力的平衡時，則壓力拱將被破壞，上覆質(zhì)量極劣巖體將向下冒落。隨著時間的推移，采礦區(qū)范圍越來越大，礦業(yè)活動產(chǎn)生的應(yīng)力會加劇松動的巖石冒落。由于應(yīng)力集中，加之巖體層理、裂隙發(fā)育，極易沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生片幫，危及采礦人群。

4 結(jié)語

綜上所述，礦體處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，無常年性地表水體，充水含水層富水性弱，地下水補給條件差，為裂隙充水的水文地質(zhì)條件簡單礦床。盡管礦區(qū)地表有較厚的第四系覆蓋，但其富水性弱，其下伏變質(zhì)巖系、接觸破碎巖組等富水性弱，鉆孔提水試驗及簡易水文觀測表明，變質(zhì)巖系僅為滴水狀、滲水狀匯集，認(rèn)為礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度整體上應(yīng)屬簡單類型。盡管礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題屬于簡單類型，但是隨著開采活動，可能出現(xiàn)地裂縫及山體開裂、環(huán)境污染、洪水淹沒加劇、井下生產(chǎn)水滲漏、巷道頂板冒落、片幫等問題，應(yīng)加強(qiáng)上述方法的防治工作。