甘肅某金屬礦山環境地質問題預測分析

袁 勝，梁 奔

（江西省地質環境調查研究院，江西 南昌 330096）

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

1 礦區基本概況

礦區位于肅北縣，大地構造位置處于塔里木陸塊區，敦煌陸塊，柳園裂谷區，區內構造復雜，斷裂發育[2]。礦區區域構造活動強烈，巖漿活動頻繁，構造演化經五臺～薊縣期至燕山期漫長發展史，已褶皺的地層受后期構造運動的強烈影響，致使區內褶皺發育，斷層交織。區內次級斷裂構造十分發育，以東西向為主，該組斷裂控制了區內火山巖及沉積建造的分布，為區內主要的導礦構造；北東～南西向次之，該組斷裂控制了測區內礦產及含礦巖脈的分布，為區內主要的容礦構造，礦區周邊尚未發現新構造運動跡象。礦區地貌上屬低山丘陵區，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。礦體位于當地侵蝕基準面以下，礦區無常年性地表水體，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，大氣降雨與礦區地下水聯系較為密切，礦體頂板有厚度不等的第四系松散層覆蓋，水文地質邊界清楚，水文地質類型為裂隙充水的水文地質條件簡單礦床。此外，根據地震資料顯示，礦區所在區域地震動峰值加速度＜0.05g，對應的地震基本烈度值＜Ⅳ，且無大震發生歷史，僅發生小于3級地震7次，因此認為該礦區范圍發生大震的概率小。

2 礦區環境地質現狀

礦區正處于勘查階段，基本處于天然狀態，無固定人群居住和土地開發利用活動。地形地貌主要受巖性和構造控制，同時也受季節性降水的影響，在第四系覆蓋較厚的地區，分布有較多沖溝，但下切深度都很小，平均約20cm。礦區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、泥石流等地質災害基本沒有。盡管礦區地表有較厚的第四系覆蓋，但其富水性弱，其下伏變質巖系、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，變質巖系僅為滴水狀、滲水狀匯集。根據礦區環境地質判別依據“依據包括：①水文地質條件簡單，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，礦渣堆穩定，不易污染水、土環境；③礦區以東西向構造為主，斷層構造不發育，礦體中有侵入接觸破碎巖組，富水性弱，易發生工程地質問題，其他節理、裂隙對采礦也有一定影響；④礦區工程地質條件中等，可溶巖類不發育，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200m，采空區被及時充填；⑥現狀條件下地質環境問題少，危害小?！闭J為礦區地質環境條件復雜程度整體上應屬簡單類型。

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

3 礦山開采地質環境預測評估

根據礦體賦存特征、礦體類型、礦區水文地質工程地質條件，開采方式，地形地貌，結合礦區人居環境、土壤環境、地下水環境，及國內類似開采礦山常出現的地質環境問題對礦區地質環境進行定性預測[3]。

3.1 地裂縫及山體開裂問題

礦床頂底板為纖閃石化細粒輝長巖，與礦體呈漸變關系。因此，礦體及頂底板巖性在工程地質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，根據已有鉆孔資料統計發現，該組巖層的RQD統計平均值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。巖體力學參數測試輝長巖組飽和狀態單軸抗壓強度平均值16.49MPa（三組，最大值25.3MPa，最小值3.46MPa）；干燥狀態單軸抗壓強度平均值26.03MPa（三組，最大值34.4MPa，最小值10.2MPa）；天然狀態抗剪強度參數：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′）；軟化系數平均值0.57＜0.75，屬遇水軟化或易風化巖體。

礦體以井下開采為主，隨著開采平硐掘進，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，可采用支護掘進的方式進行治理，即及時的在坑道內設置支護裝置，盡可能的減少上覆巖層的受力變化。隨著采礦活動的持續進行，上覆巖層在持續的上覆壓力作用下為了達到新的應力平衡，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生彎曲、變形、破裂等現象，進而可引發地面塌陷、山體開裂等問題。此外，開采條件下，由于底部采空區的存在和采礦方式的影響，地表可能出現地面塌陷；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，可能出現山體開裂。

3.2 環境污染問題

開采條件下，將產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，遇暴雨季節，在降水淋濾作用下將發生次生地質災害（滑塌等）、重金屬污染等。開采條件下，選礦、采礦將產生大量液體廢棄物，一些有毒元素將污染地表土壤，以及淺層地下水，進而影響植物生長，但本區植被稀少，預計廢水污染影響較小。此外，礦區所在區域無地表季節性水系，地下水的主要補給來源為大氣降水，礦區范圍內地形變化較小，第四系松散堆積物較厚，導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烈，進而使得地表水體中的Cr、Co、Ni、As、Pb等金屬元素顯著增加，隨著地表排泄系統的排水，可能引起地表農田、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中部，可能會遇到洪水淹沒問題，北山地區降雨集中在7月份～9月份，雨季淹沒礦帶具有突發性。在開采條件下，隨著開采平硐掘進以及開采空洞的形成，使得上覆巖層出現地面裂縫、地面塌陷等環境地質問題，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，可能引起洪水淹沒問題加劇，對礦區正常開采造成不利影響。

3.4 井下生產水滲漏問題

井下生產水滲漏問題是影響井下生產安全的主要因素之一。在井下巷道掘進過程中，破壞了原來的導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行，不可避免的產生大量的生產廢水。上述水除了一部分隨著巷道排水系統排至礦坑外，其余部分水體沿著坑道內部不同類型的結構面運移，在持續的運移過程中可能將產生巖體軟化、結構面滑移等采礦工程地質問題。

3.5 巷道頂板冒落、片幫問題

當礦體采動后，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，引起四周巖體壓力向此自由空間的頂底板及四壁集中。當采空區進一步擴大，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，上覆質量極劣巖體將向下冒落。隨著時間的推移，采礦區范圍越來越大，礦業活動產生的應力會加劇松動的巖石冒落。由于應力集中，加之巖體層理、裂隙發育，極易沿軟弱結構面產生片幫，危及采礦人群。

4 結語

綜上所述，礦體處于當地侵蝕基準面以下，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條件簡單礦床。盡管礦區地表有較厚的第四系覆蓋，但其富水性弱，其下伏變質巖系、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，變質巖系僅為滴水狀、滲水狀匯集，認為礦區地質環境條件復雜程度整體上應屬簡單類型。盡管礦區環境地質問題屬于簡單類型，但是隨著開采活動，可能出現地裂縫及山體開裂、環境污染、洪水淹沒加劇、井下生產水滲漏、巷道頂板冒落、片幫等問題，應加強上述方法的防治工作。