露天采礦活動造成的若干地質環境問題

何芳軍 陳福恩 陳慶豐

摘 要:在礦產資源開發過程中,露天開采以其諸多優點而被廣泛采用,但其對自然環境的影響與破壞也是明顯的,包括對地下水資源、地質災害、地形地貌、土地資源等方面,本文著重從露天采礦過程中對土地資源的占用和破壞、露天礦邊坡失穩破壞和水土流失三方面地質環境問題進行了論述。

關鍵詞:中天采礦土地資源地質災害邊坡失穩水土流失

中圖分類號:TD167 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0135-02

露天采礦是一個移走礦體上的覆蓋物,得到所需礦物的過程。與地下開采相比,露天開采有許多優點:操作靈便、采收率高、開采成本低、作業安全、生產效率高、勞動條件優越,適合于大規模開采。礦產資源開發總量中50%～60%的煤85%～90%的金屬礦藏、50%的化學礦山原料、100%的非金屬和建筑材料,都是露天開采。露天采礦對環境的影響表現在:泉水枯竭、河水改道、邊坡失穩發生崩塌、滑坡;礦山剝離堆土及礦渣堆積占用土地;淤塞河道、導致水患和礦山泥石流;礦山“三廢”(礦渣及尾礦、礦水及尾水、選冶廢氣及可燃性礦渣自燃)造成的土壤、水體及大氣污染;破壞地貌景觀,形成礦山荒漠化,加速水土流失等。

1 土地資源的占用和破壞

建設礦山要大興土木,開山整地,構筑交通網、工業民用廠房和市鎮等;采礦,特別是露天采礦,要剝離地表覆蓋層,同時有大量的廢礦石排放,所有這些都需要占用大量的土地。據統計,一座大型礦山平均占地達(18～20)×104m2,小礦山也達幾萬平方米。這是采礦業普遍存在的一個嚴重問題。

土地破壞在一定程度上也影響了礦區的生態平衡。土地破壞了,植物、土壤及其中的微生物也跟著一起被消滅,地表喪失了穩定性,會導致嚴重的水土流失,乃至造成泥石流和滑坡事故。被破壞的地表、廢石堆、尾礦池更是大氣、水體、土壤的污染源。

1.1 露天采礦破壞土地

目前,世界上年產15×104t以上礦石的礦山大約有一半是露天開采,礦石產量的75%左右來自于露天開采。

中國重點金屬礦山,約有90%是露天開采,每年剝離巖土約為(2.2～2.6)×108t,露天礦坑及堆土(巖)場侵占了大片農田。到1995年,全國1173家國有大中型礦山企業中,占用土地面積729971.6hm2,其中僅露天開采礦場、排土場、尾礦場和塌陷區占地面積就有212817.4hm2,占礦山用地面積的29.15%,其他工業用地、行政生活用地等為5171.54hm2,占70.85%。

對于露天采礦,除采場破壞大量土地外,與之配套的排土場、尾礦庫和廠房、住宅等附屬設施的占地面積往往是采場的幾倍(表1),這不僅造成自然景觀和生態環境的破壞,還引起嚴重的與工農業爭地的矛盾。(如表1)

1.2 廢石堆、尾礦堆放占用土地

礦山挖出大量的礦渣及尾礦,它們的堆放也占用大量土地。據中國28個重點露天礦調查,堆土(巖)場占地總面積達4470 hm2,每年新占土地約400hm2以上。在1985年全國重點煤礦形成的矸石山有671座,堆放量7.8×108t,至1988年增加到730座,堆放量9×108t,今后每年還要新排放6000t,繼續擴大占用土地。

2 露天礦邊坡失穩破壞

露天開采人為地塑造了邊坡,隨著開挖深度的加大,邊坡的規模也不斷擴大,既嚴重地破壞了地應力的自然平衡,又導致了人工邊坡的變形、破壞和滑移。露天礦邊坡的破壞主要有兩大類:具有明顯滑動面的邊坡失穩破壞和蠕變—坍塌變形破壞。前者包括平面滑動模式、楔形體滑動模式和曲面滑動模式,后者有傾倒破壞模式、潰屈破壞模式。此外,還有上述不同模式之間的相互組合形成的復合式破壞模式。邊坡巖土體中軟弱結構面的發育程度及其組合關系是控制露天礦邊坡穩定性的主要地質因素。

中國遼寧撫順西露天礦是一座大型礦山,東西長6600m,南北寬2200m,設計最終采深400m。1914年投產,1927年首次出現滑坡;爾后,邊坡變形、滑坡、傾倒相繼發生,幾乎遍布采坑四周,采場揭露的不同埋深的各類巖體均發生過變形破壞。其中北幫西區1960～1984年先后發生過13次滑坡,多次破壞采掘平臺、運輸線路和車輛、排水系統及輸電設備,甚至發生機車脫軌事故。位于河北省的首鋼遷安水廠露天礦,自投產以來邊坡發生109處滑塌和變形失穩,其中35處受斷層、節理等軟弱結構面控制。

露天礦邊坡失穩破壞的影響因素主要有巖石性質、巖體結構、地質構造、水文地質條件、風化條件、邊坡形狀、爆破振動等。邊坡失穩防治的原則是以防為主,綜合整治。在邊坡開挖和采礦過程中,應及時排除地表水、深降強排地下水,減少爆破次數、降低爆破強度,合理確定不同深度巖體的邊坡角,適時修整邊坡輪廓,提高邊坡穩定性。對大型采礦邊坡,還需構筑抗滑擋土墻、抗滑樁、灌注水泥砂漿及減載、排水等工程措施。

3 水土流失

廢石堆、尾礦壩如果設置不當或管理不嚴,會造成嚴重的滑坡、泥石流事故,導致更大范圍的土地破壞以及生命財產的損失。特別是一些小型采礦場,多在河床、公路、鐵路兩側采石開礦,亂采亂挖,亂堆亂放,經常把矸石甚至礦石堆放在河床、河口、公(鐵)路邊等處,一遇暴雨就造成水土流失,產生滑坡、泥石流,將尾礦、矸石等沖入江河湖泊,造成水庫河塘淤塞,洪水排泄不通,甚至沖毀公路、鐵路,交通中斷,給國民經濟造成嚴重損失。

中國1173家大中型礦山的調查表明,產生水土流失及土地沙化所破壞的面積1706.7hm2,及743.5hm2,治理投資的費用已達2393.6萬元。1985年,湖南省某金屬礦山,因暴雨引發的山洪,沖垮了尾礦壩,使90多萬立方米的尾礦隨洪流而下,導致河谷兩側礦山和生活區部分建筑物夷為平地,1000hm2良田被淹沒,交通全部中斷,死亡40余人,造成礦山直接經濟損失600余萬元。山西某鐵礦,尾礦壩被洪水沖垮,使下游兩個縣的400余hm2良田被毀。

河南秦嶺西峪溝金礦是中國最大的黃金生產地之一,由于亂采濫挖,并將數萬立方米的礦渣堆放在溝底,以致河道嚴重受阻。1994年7月中旬,暴雨形成的泥石流沿溝下泄,使道路及生產、生活設施遭到嚴重破壞,51人喪生,損失慘重。

參考文獻

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