露天礦開采地質條件及對地質環境的影響

孫臣鵬

（安徽省地質礦產勘查局326地質隊，安徽 安慶 246000）

1 地形、地貌

礦區地處大別山東南緣構造剝蝕低山丘陵區，周圍大別山余脈主要走向為北西—南東，構成次級分水嶺，地貌形態主要由地山丘陵及山間坳谷構成。山勢陡峻、溝谷縱橫，斷面多呈“V”形，溪流切割深度一般達20m～30m。礦區最高為西面分水嶺，標高+760.4m，最低標高+204m，高差約550m，兩側坡麓的坡腳在30°以上。礦層出露部位標高多在+220m以下，兩側山地標高多在+300～+400m之間

2 地質條件

2.1 地層

礦區位于宿松沉積變質礦化帶的中端，出露地層有下元古界下部大別山群橋嶺組、上部宿松群大興組、柳坪組和虎踏石組及第四系。宿松群巖相變化較大，特別是各組的下段巖性組合較復雜。

2.2 構造

（1）褶皺構造。宿松群總體呈單斜構造分布，走向為320°～330°，傾向北東東，傾角55°～65°。僅虎踏石組上部地層走向轉為20°，傾向南東東，傾角大于50°。平面上宿松群組、段或層之間的走向，不協調或急轉，剖面上下部層位呈背、向斜狀，巖層厚度隨基底起伏（古地形）而變薄（上部）增厚（下部）。

（2）斷裂構造。礦區內斷層不發育，規模亦較小，共分布有7條斷層。斷層走向以286°～310°為主，個別近東西向，傾向北北東，傾角大于55°，多為壓扭性質。

礦區內地質構造較簡單。

（3）新構造運動。區內新構造運動具有繼承性、差異性和階段性三大特征，自晚第三紀以來，區內新構造運動繼承了本區基底構造，地殼運動主要是間歇性的差異垂直運動，表現為在總體隆起背景上，階段性的相對隆起和夷平互現，部分地區抬升，部分地區沉陷。在早更新世，區內以持續上升為主；至中更新世之后進入一個相對穩定時期：到晚更新世早、中期，區內新構造運動再度表現為持續上升，僅在山體周圍堆積了殘、坡積物，晚更新世中期以后，地殼下降后轉為平靜期；晚更新世末期至全新世中期，地殼再度持續緩慢上升，河流下切、溯源侵蝕作用強烈，形成了不同高度的山體和河谷多級階地，且向平原方向傾斜。礦區位于新構造運動大別隆起區和沿江（九江-蕪湖）沉降區接觸帶部位，郯廬構造變形帶南端。

3 水文地質條件

（1）地下水類型及含水巖組。根據地層順序，巖性組合及巖層含水特征，將礦區內巖層歸并為四個含水巖組：第四系孔隙含水巖組；片麻巖裂隙含水巖組；混合巖裂隙含水巖組。在含水巖組中又根據其富水性進一步劃分出六個含水亞組，礦區地下水位平均標高+210m，礦層均位于侵蝕基準面以下。

（2）斷層水文地質特征。礦區為一走向北西（325°）—南東（145°），傾向北東，傾角55°～65°的單斜構造。這一形態基本控制了各含水層的空間展布特征，同時也控制了裂隙、巖溶的總的發育特征。礦區內分布7條斷層，這些斷層多分布在河谷兩側的坡麓地帶，均屬壓扭性質，對礦區水文地質條件影響不大。但有兩條斷層分布在礦層里，可能會起到溝通含水層的作用，造成礦坑突水，故開采時應注意。

（3）巖溶發育特征。礦區大理巖為單斜層狀巖層，其頂底板均為相對隔水層。礦區巖溶較發育，由于受單斜構造控制，因此巖溶只能在可溶巖中順層發育，再加上可溶巖厚度有限（不超過180m)，故其受層控影響宏觀規模有限。

（4）地下水的運動和水力聯系。礦區為一總體傾向北東的單斜構造，傾角50°～65°。大理巖、灰巖層巖溶裂隙含水巖組為礦區主要含水巖組。礦層間接頂板的河谷風化帶以外的柳坪組片巖、片麻巖，層位穩定，厚度大、隔水性能良好，為礦區東側及上部的隔水邊界；基底（混合巖）凸起構成了礦區南部的隔水邊界；1950線以北的大理巖直接裸露地表，且埋深50m以上巖溶裂隙發育，可直接吸收大氣降水和地表水，為礦區北部的補給區。由以上分析可知，礦區為三面（東、南、西）隔水，一面（北面）進水的“簸箕”狀邊界。

綜上所述，本礦床水文地質條件屬復雜類型。

4 工程地質條件

根據礦區出露的巖層巖性，與礦體頂底板的關系及工程地質特征，將礦區劃分為四個工程地質巖組，分別為：第四系松散巖組，片麻巖、片巖類巖層工程地質巖組，混合巖工程地質巖組。

5 礦山地質環境影響和土地損毀評估

（1）礦山地質災害危險性現狀分析及預測。礦區基建期尚未完成，礦區遺留一個以前開挖的老采坑，現已積水。采坑西側邊坡因長期風化、坑內積水浸泡，出現滑坡（崩塌），方量小于100m3，滑坡（崩塌）體落入采坑內，危害程度小，危險性小。從現狀調查結果來看，區內現狀地質災害不發育。

本礦山開采可能引發的環境地質問題主要為露采邊坡地質災害以及巖溶塌陷地質災害。

經計算，露采坑西、北、南邊坡處于基本穩定～穩定狀態，可能出現掉快、小規模平面或楔形體滑動，須進行局部加固，危害對象為施工設備及人員，危害程度較嚴重，地質災害危險性小。東邊坡處于不穩定～欠穩定狀態，面層結構面切割形成的巖柱可能發生彎曲，坡腳小巖柱易出現滑動，特別是在釆坑長期積水和釆空區變形的情況下，可能引起整個邊坡傾倒失穩；強風化段邊坡可能出現圓弧型滑動，發生局部滑坡（崩塌）的可能性大，須進行治理，危害對象為施工設備及人員，危害程度較嚴重，地質災害危險性中等。

礦山長期疏排地下水，造成地下水位大幅度下降，隨著開采面積擴大，排水量將顯著增加，疏干漏斗不斷擴展，使大面積地表水入滲，地下水徑流方向發生改變，原有的均衡狀態遭到嚴重破壞。在礦山地下水位下降頻率增大時，降水滲入潛蝕、消解作用速度和強度增大，地下水沖刷、搬運溶槽和溶洞充填物的能力增強，地表水下滲水力坡度變陡，在巖溶發育部位特別是礦區北部谷地易產生巖溶塌陷。災害影響對象為村莊、水田及道路，地質環境危害程度嚴重，地質災害危險性大。

（2）礦山含水層破壞現狀分析與預測。根據現狀調查，礦區周邊未發現地表水漏失、泉水明顯下降情況，采坑積水主要受大氣降水補給。礦山現狀對含水層破壞程度較輕。

本礦床來水方向主要是北側大理巖帶，其次為南側裂隙發育帶，應受北部大理巖巖溶發育深度控制，強～中巖溶發育標高+130m，含水層厚度約70m，露采坑降深約60m，總涌水量約19000m3/d。因此，礦山開采將造成地下水位大幅度下降，隨著開采深度加深，排水量將顯著增加，使大面積地表水入滲，地下水徑流方向發生改變，原有的均衡狀態遭到嚴重破壞。預測區內泉水、民用井水位將出現水位顯著下降，近礦區附近甚至出現干涸現象，可能造成部分居民用水困難，水田變為旱地。預測礦山開采對含水層破壞程度嚴重。

（3）礦山地形地貌景觀破壞現狀分析與預測。礦山開采方式為露天開采，現狀礦山開采對地形地貌景觀破壞主要表現在露天采場的挖損損毀和排土場、工業場地的挖損壓占。現狀對地形地貌景觀的影響和破壞程度嚴重。

礦山開采終了將形成1個挖損面積達7.67ha的采坑，累計損毀土地面積11.16ha。露采活動改變了原有山坡山脊地形，形成了高度70m～100m、邊坡角39°～40°的高陡邊坡，將自然林地景觀改變為人工采礦裸地景觀，局地改變了地表水流方向，礦業活動對原生地形地貌景觀影響嚴重。

（4）礦山水土環境污染現狀分析與預測。根據調查及水質資料顯示，礦區各類污染物濃度滿足《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）III類標準要求，水環境質量較好；區內基建期遺留渣土基本為原狀表土，不會污染土壤，土壤環境質量較好。區內正常天氣下不產生廢水，但在一定的降雨強度下，臨時堆存的廢石經雨水淋溶后將產生廢石淋溶水，其中部分有害物質將溶解于雨水并隨雨水滲入土壤、流入地表水中，從而可能構成對土壤及地表水的影響，影響程度取決于淋溶水中物質成分及大氣降水的酸堿度等因素。因此，預測礦山后期開采對水土環境污染較嚴重。

（5）礦山土地損毀預測與評估。根據調查，老采坑及其周邊工業場地范圍內原土地利用主要以水田、采礦用地、村莊為主，有林地、河流、水澆地次之，礦山至今已損毀土地共5.98ha。采礦活動對土地資源的破壞影響程度為嚴重。

根據礦區現狀和優化設計，預測隨著礦業活動的開展，加劇土地損毀的形式有露天采場、工業場地建設和廢石場帶來的土地挖損和壓占，以及巖溶塌陷區含水層破壞、巖溶塌陷等。

6 礦山地質環境治理方案

（1）地質塌陷區及礦區含水層。通過礦山地質環境影響現狀和預測評估可知，礦山開采活動對含水層影響嚴重，礦區北部谷地易產生地質塌陷。故本方案采用設置防滲帷幕注漿的治理方法。帷幕注漿堵水技術可以減少礦坑排水量，降低采礦成本，更可以保護地下水資源和減少地面塌陷，但帷幕注漿具有幕墻深度大，鉆探工程量大，注漿消耗材料多，施工難度大、周期長，一次性投資多等特點，其防治難度較大。

（2）露天采場。通過礦山地質環境影響現狀和預測評估可知，礦山開采活動對露天采場區域原生地形地貌景觀影響和破壞程度嚴重，對水土環境污染程度較輕，對含水層影響嚴重。主要地質環境問題是挖損壓占土地和破壞植被資源，開采形成的露天邊坡受巖體風化及開采過程中爆破振動等因素的影響，邊坡存在發生邊坡崩塌（或滑坡）等地質災害的可能性。礦山開采結束后，通過局部削坡減載和砌筑截排水設施能夠提高露天邊坡的穩定性；對邊坡及平臺采用蓄土槽填土植樹措施進行復綠，能夠逐步恢復露天采場生態環境，同時也能防止邊坡巖體進一步風化，確保邊坡長期穩定。

7 結語

該礦山地質環境問題主要是由于礦山開采而引發的破壞地質環境、挖損土地資源、破壞地形地貌景觀及地質災害安全隱患。通過如帷幕注漿阻水及邊坡監測等措施，降低地質災害發生的可能，并在礦山開采結束后，通過一系列的地質環境治理措施，對當地生態環境進行修復。