金属矿山地质环境问题及防治措施

袁素凤

（陕西省交通规划设计研究院，西安 710065）

矿产资源的开发利用是一把双刃剑［1]，在促进地区经济发展的同时，矿产开发活动对地质环境产生或重或轻的负面影响，尤其是早期粗放式的开发活动，导致资源毁损，诱发地质灾害，破坏地形地貌景观等。为了实现矿产资源的开发与矿山地质环境协调发展的绿色目标，许多专家、学者对区域性矿山地质环境问题与恢复治理措施进行了大量的研究与探讨［2－3]，但针对具体金属矿山开采后引发的矿山地质环境问题，提出相应防治措施的文章尚不多见。本文以某钼矿为例，探讨金属矿山地质环境问题及防治措施，旨在为打造绿色矿山服务，也为科学预测矿山地质环境问题，主动防治提供实践依据。

1 研究方法

首先进行现场调查，研究王河沟钼矿在地下、露天开采条件下引发的矿山地质环境问题；其次通过定性评价，研究矿山现状和未来开采期内地质环境问题及影响程度，同时分析其影响因素；最后结合已经实施的防治工程，探讨未来服务期内矿山地质环境问题恢复治理措施。

2 矿山概况

王河沟钼矿位于东秦岭分水岭南缘。2006年7月前王河沟内先后有9家企业拥挤在一条沟里开采钼矿，由于矿区地势狭窄，缺乏整体开采规划，矿山地质环境问题较多。2006年7月后，王河沟钼矿被整合，目前由一家矿山企业开采。矿山内主要有选矿厂、露天采场、排土场和矿山道路等工程。

3 矿山地质环境条件

矿区属大陆季风湿润气候区，降水充沛，地处秦岭分水岭地带，属构造侵蚀地形，沟谷与条形山脊相交错，“V”字型沟谷发育，地貌为低中山区和河谷阶地区。土地类型为村民建设用地、公路交通用地和矿山工矿用地、林地等。

出露地层主要为中元古界黄龙铺组和高山河组的细碧岩、砂岩、板岩等，侵入岩以酸性岩为主，有海西－印支期辉绿岩、含钼碳酸岩脉和燕山期二长花岗斑岩等。与成矿关系密切的为二长花岗岩体。二长花岗斑岩体为Ⅰ号矿体，含钼碳酸岩脉构成Ⅱ号矿体。

水系有黄龙河及其支沟，切割中等，水量小，支沟多为季节性河流。含水层主要为基岩裂隙含水层。岩土体为砂岩、板岩岩组，二长花岗岩岩组和第四系松散岩组。钼矿体及围岩由砂岩、板岩及侵入岩组成，断层破碎地段岩体坚固性差。

4 矿山地质环境问题及影响程度

4.1 现状矿山地质环境问题及影响程度

4.1.1 现状矿山地质环境问题

现状矿山地质环境问题［4－5]主要是地质灾害。有5处地面塌陷、2处崩塌及1处泥石流（图1）。5处地面塌陷位于矿区中南部，规模以小型为主，系早期地下开采采空区引发；2处崩塌系道路建设开挖基岩边坡形成，为岩质崩塌，位于矿区西部，规模以中型为主；泥石流位于石家湾沟道，该沟纵坡降大，沟内早期选矿形成大量废渣，加之露采场剥离的表土与围岩位于沟道内，该区地处秦岭南坡，降水量充沛，曾经发生过泥石流，目前洪积物沿沟散布。

采矿对含水层、地形地貌景观、土地资源的影响程度见表1。

表1 其他矿山地质环境问题现状评估影响程度分级表

图1 矿山地质环境现状影响程度评估图

4.1.2 现状影响程度分区

矿区影响程度分为严重、较严重和较轻3级。

（1）影响程度严重区：主要位于矿区中部和南部。

影响程度严重区（A1）：位于露天采场内。区内地下巷道纵横交错，采空区为露天开采埋下了隐患；露采场内各级边坡正在形成中，基岩裸露，影响地貌景观并占用大量天然林地。地下巷道涌水量较小，地表水（大气降水、基岩裂隙的侧向渗漏）由高到低、由西向东经沉淀后汇水王河沟，沟的两侧筑有排水明渠，最后汇水黄龙河，地下开采和露天开采对含水层的影响有限。

影响程度严重区（A2）：位于露天采场南侧王河沟排土场。该排土场正在使用中，仅局部地段进行了植被恢复，大部分渣体沿坡成台阶状堆积，影响地貌景观；同时该排土场占用了大量的林地；排土场在每台阶马道上或顺坡向坡面上筑有排水沟，废渣堆积对地下含水层影响有限。

（2）影响程度较严重区：位于西部矿山公路旁和北部石家湾沟道。

影响程度较严重区（B1）：位于露天采场西南，通往排土场公路沿线和地面塌陷范围内。现状调查发现区内分布2处崩塌，威胁公路；5处地面塌陷，威胁公路和沟道。

影响程度较严重区（B2）：位于露天采场西北，石家湾沟道。以主沟为界，北岸分布有多个尾矿库，南岸有废渣Z3，沟道内有原钼选厂，这些均为泥石流的发生提供了丰富的物源；尾矿库进行了植被恢复，钼选厂废旧设施未拆除，沿沟杂乱堆积，影响了石家湾沟道的地貌景观；Z3废渣沿坡堆积，前缘未采取有效的拦挡，部分渣体沿支沟溜滑、冲淤至沟口。

（3）影响程较轻区（C）：其他地区。东侧排土场已经停止使用，植被正在恢复中，其余的大部分地区为原生态地貌。

4.2 预测矿山地质环境问题及影响程度

4.2.1 预测矿山地质环境问题

矿区各类工程或工程建设遭受或加剧、引发地质灾害预测影响程度见表2。

表2 矿区矿山环境问题预测评估影响程度分级

4.2.2 矿山地质环境预测影响程度分区

矿区影响程度分为严重区和较轻区2级（图2）。

图2 矿山环境问题预测评估分级

（1）影响程度严重区（A）

影响程度严重区（A1）：位于露天采场及周边。

露天采场南部边帮加剧T3、T4采空区地面塌陷的危险性，影响程度属严重。

露天采场西侧、东侧、南侧封闭圈和西南工作台阶斜坡体上，将形成P1、P2、P3、P4基岩边坡，边坡受构造节理的作用，较破碎，稳定性差。P2边坡处在Ⅰ矿体采空区、P3边坡又存在T3采空塌陷区，引发边坡失稳可能性大，危险性大，影响程度属严重。P1、P4边坡失稳可能性较大，危险性中等，影响程度属较严重；整个露天采场内地下采空区分布密集，尤其上覆工作台阶地面标高较大时，地面加载和爆破振动可能加剧地面塌陷，危险性大，影响程度属严重。

露天采场降雨积水、地形地貌景观与土地资源的影响程度属严重。露天采场西南，通往王河沟排土场矿山公路遭受B1崩塌和T1、T2地面塌陷的威胁，危险性中等，影响程度属较严重。

现状露天采场西侧边界与通往石家湾排土场矿山公路遭受B2崩塌的威胁，危险性中等，影响程度属较严重。

影响程度严重区（A2）：位于王河沟排土场内。王河沟排土场继续堆积引发边坡失稳可能性较大，危险性中等，影响程度较严重；排土场内废渣、废土堆积对含水层影响有限，影响程度较轻；排土场破坏了原始地貌景观，影响程度较严重；排土场占用大量未开发利用林地，影程度严重。

影响程度严重区（A3）：位于石家湾排土场内。预测石家湾排土场加剧N1泥石流的危险性小，影响程度较轻；排土场内废渣、废土堆积对含水层影响有限，影响程度较轻；排土场破坏了原地貌景观，影响程度较严重；排土场占用大量林地，影响程度严重。

（2）影响程较轻区（C）

东侧排土场已经停止使用，植被正在恢复中；工业场地已建成，遭受、加剧和引发各类地质灾害的可能性低，同时对含水层、地形地貌和土地资源影响有限；露天采场外围地区为原生态地貌景观，该区影响程度为较轻。

5 矿山地质环境问题影响因素分析

5.1 地质环境条件的影响

钼矿体位于王河沟内，该区为深切的“V”字型沟谷，谷坡较陡，加之地层节理裂缝发育，原生态条件下，地质环境条件较脆弱，降水充沛，自然条件下，常常发生崩滑流地质灾害。

钼矿体的形成与地质构造作用明显相关，构造产生裂隙，含矿岩体沿裂隙侵入，形成矿体（带）。由此可见矿区褶皱、断裂及岩浆岩发育，岩体较为破碎，在人类工程活动作用下易引发地质灾害。

5.2 开采方法的影响

早期的开采不正规，地下开采形成多处采空区引发地面塌陷；矿山道路建设沿山体坡脚开挖，形成陡直基岩边坡，边坡未进行有效的防护，加之岩体破碎，极易发生崩塌。

5.3 矿山地质环境保护意识薄弱

王河沟钼矿整合前由多家企业生产，由于没有统一的规划，开采方案相对独立，采矿工程各自为战，乱挖滥采、越界开采时有发生，“你在上面挖、我在下面采”，“楼上楼、楼边楼”随处可见，矿山地质环境问题类型多且严重，王家湾内沟谷两侧尾矿库众多，废弃的选厂随处可见，严重影响了河道的泄洪，成为泥石流隐患。露采造成基岩裸露，寸草不生。由此可见早期开采，矿权人对生态环境保护意识薄弱。

5.4 历史遗留问题多，治理资金短缺

王河沟钼矿开采历史悠久，大量的矿山环境地质问题系历史积累而成。由于历史欠账太多，矿山环境治理压力大。特别是计划经济时期建立起来的企业，当时矿山生产既没有认识到矿山环境地质问题的严重性，也没有在生产成本中提留治理费用，积累了大量矿山地质环境问题，治理资金较大。

6 防治措施

作者通过现场调查，结合已经实施的恢复治理措施，认为矿山恢复治理工作必须多措并举、综合治理。首先建立矿山地质环境问题监测体系［6]，然后对矿山地质环境问题进行工程治理［7－11]，最后进行生态修复或地面景观的还原，现分述如下：

6.1 矿山地质环境问题监测体系的建立

监测体系建立由矿权人实施。王河沟钼矿矿山地质环境问题为泥石流隐患、高陡边坡和崩塌、地面塌陷等地质灾害及采矿对含水层、土地资源、地貌景观的破坏等。因此，监测工作围绕这些展开。

6.1.1 泥石流隐患监测

泥石流隐患监测主要包括沟道物源和水源监测。

物源监测：泥石流隐患的监测包括排土场内废渣、沟谷内谷坡松散物等监测。监测方法主要应用经纬仪、皮尺等工具和人的目估、判断进行。废渣堆放后排土场边坡易失稳，坡体是否有滑坡、崩塌发生，是否有裂缝产生；同时对沟谷原始地貌进行监测，区内森林覆盖面积的增减情况，林地面积的变化和水土保持的状况及效果，防治沟内边坡失稳，导致排土场边坡失稳。

水源监测：在排土场上下游安装自记式雨量计，经过多次监测后，充分掌握排土场周边在丰水期和枯水期上、下游水量变化情况，若发现水量陡增或陡降，分析原因，看降水是否在坡体某处聚集，或坡面排水渠和渣面排渠排水不畅，这些可能成为边坡失稳的诱发因素，从而导致泥石流发生。

监测频率：物源监测频率随开采规模变化，矿上技术人员自定，雨量每月至少2次，雨季加密。区内排土场是泥石流隐患发生的主要物源，在排土场正常闭库前，必须长期监测。

预警预报：首先要确定预警预报临界值，注意收集矿区周边泥石流发生的临界值，如临界雨强、临界泥位，当上述监测值达到临界值时进行预警、预报。

资料整理：上面各项监测资料均应作好记录，主要包括监测时间和监测数据，并绘制时间与监测值之间的相关曲线。

6.1.2 露天边坡和崩塌监测

露天采场终了边坡形成后，区内以基岩边坡环抱的盆地，边坡高度随开采时间动态变化。在开采初期主要监测各阶段坡体的变化情况，包括危岩体、地表裂缝、地面排水等，发现问题及时处理，如清理危岩体、回填地表裂缝、按地形引导区内地下水和地表水等；在开采后期对各阶段边坡防范的同时要加强后缘边坡顶部的地面变形和大气降水的入渗情况。在露天最终境界外围及主要清扫平台上设置排水沟，防止地表水对边坡岩体的冲刷及渗入边坡软弱结构面中降低岩体强度。同时降低地下水压力对边坡稳定性的影响。

崩塌的防治措施主要是清理危岩体后，加强路边崩塌坡体的变形监测，尤其雨季加密监测。

6.1.3 地面塌陷监测

对所有采空区进行详细的调查、勘测，并标注在平剖面图上。图纸要明确反映地下开采空区的作业中段、平面位置、采空区边界、空区采高、采矿方法、开采时间、矿岩状况、矿主姓名、真实程度等情况。已经塌方到地表的也需明确标志并设警示牌。平面图必须随掌握信息量的增加不断修正完善，以求准确反映空区的真实状态。

6.1.4 含水层（露天采场涌水量）监测

监测内容：定期测量地下水位（露天采场涌水量）变化情况和水质等。

监测点布设：在矿区北侧和东侧的村内找地下水井，作为矿内地下水动态监测点。露天采场设置涌水量监测点，设置于采场东、西和南侧坡脚。

监测方法：地下水位监测频率每月1次，并于每年枯水期和丰水期取样分析，涌水量雨季加密监测。

技术要求：做好监测点保护工作，水位监测点应做标记，使监测位置在同一个点上。绘制水位动态变化曲线，为分析判断提供基础。

险情警报：当水位出现异常时，应及时上报并果断采取应急处置措施。

6.1.5 土地资源、地貌景观监测

监测上述矿山地质环境问题的同时，注意土地资源与地貌景观的变化情况。

6.2 工程治理措施

6.2.1 排土场

王河沟排土场近几年内将堆满，变为永久性弃渣场，目前筑有拦渣坝、渣面排洪渠、坡体排洪渠，需加强生态恢复，保证种植槐树的成活率。

石家湾排土场需修筑拦渣坝、排洪洞、排洪渠等。排土场治理需要进行专门的设计。

6.2.2 露天采场

采空区及地面塌陷防治措施：利用原地下开采的井巷设施，对地下开采所留下的间柱、顶底柱和硐室用爆破法把矿柱崩落填实采空区，直至强制崩落围岩填实采空区为止。

露天采场边坡防治措施：人工边坡是主要矿山环境问题，通过削坡减载和边坡加固等技术进行防治。前者通过改变边坡形状或放缓边角，改变边坡岩体的应力状态，使边坡的稳定性增强；后者用锚杆钢筋网、抗滑桩和支挡增加滑动面摩擦力。采空区的露天采场边坡使用各种方法联合支挡。在清扫平台上修筑排水渠，两侧及底部用混凝土衬砌，外围部分地段坡度较大，需采取人工加粗或底流式消能池。

6.3 生态恢复措施

目前排土场生态恢复效果较明显，后期还需加强槐树成活率。随开采进度的推进，对露天采场平台裸露基岩覆土栽植刺槐，刺槐间播撒紫花苜蓿，该区降水量充沛，易于生态修复。

7 结论

（1）金属矿山开采区矿山地质环境问题为泥石流隐患、高陡边坡和崩塌、地面塌陷等地质灾害及采矿对含水层、土地资源、地貌景观的破坏等。

（2）现状开采条件下，矿山地质环境问题影响程度以严重级和较严重级为主；预测露天开采后，矿区内的矿山地质环境问题影响程度以严重级为主。

（3）矿山地环境问题的形成与钼矿特有的赋存地质环境条件、开采方式和矿山地质环境保护意识薄弱、恢复治理经费短缺有关。

（4）文章根据不同区域的矿山地质环境问题，提出了以建立矿山地质环境问题监测体系、工程治理、生态修复等多措并举的综合治理措施。具有一定的推广意义。

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