礦山地質環境問題分析及防治措施研究

尹 飛

(中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

在生態文明建設不斷推進的大環境下，礦山地質環境問題受到社會各界的廣泛關注，防治礦山地質環境問題尤其是地質災害防治及生態恢復已經逐漸成為生態文明建設中至關重要的一部分[1]。上述背景下，廣大專家學者開始投入研究，致力于從生態恢復、法律政策、采礦技術等方面尋求解決方案，也提出了一系列防治礦山地質環境問題的建議[2]。但由于不同礦山之間存在差異性，在地質環境問題方面也存在一定的差異性，對應的防治方案也必然需要進行針對性的優化調整，才能有效保障防治方案的科學性[3]。因此，該研究以云南東川因民銅礦為例，探討礦山地質環境問題及防治措施，為相關的學術研究提供理論參考。

1 銅礦基礎情況

因民銅礦位于云南省東北部，隸屬昆明市東川區因民鎮，地理極值坐標為東經102°55′30″～102°58′00″，北緯26°13′18″～26°18′15″。礦區面積約9.679 3 km2，地下開采，開采礦種為銅礦、鐵礦，開采標高+3 309～+1 000 m，礦山生產規模為80萬t/a，屬于中型礦山。

礦區位于金沙江右岸，溝谷發育，山脈呈南北走向。地勢南高北低，礦界內海拔標高介于1250.0～3 516 m，相對高差2 260.0 m。區內山體陡峻，地形坡度一般大于30°，局部地段可達50°。區內5-10月為雨季，全年降雨量1 321.5 mm。11月至次年3月常降雪，降雪深度30 mm左右，霜期187天。1-4月份為干季及風季，定時最大風速28 m/s。20年一遇1小時最大暴雨量為52.8 mm，6 h最大暴雨量為78.4 mm，24 h最大暴雨量為109.8 mm。

礦區處于青藏高原隆起區東南緣，新構造運動活躍，山體不斷抬升。地質構造復雜，周圍有小江、普渡河、金沙江等區域性深大斷裂及其派生的次級斷裂，常常是崩塌、滑坡、泥石流等地質災害頻發區[4]。因民礦區恰處于落因破碎帶，巖石節理裂隙發育，地表巖石破碎、松散，導致山體的穩定性較差-差。

2 調查工作概述

調查工作分4個階段進行：①第一階段(前期準備階段)：2018年11月7-9日，充分收集相關的自然地理、社會經濟、區域和礦區地質、水文工程環境地質、儲量核實報告、開發利用方案及土地利用現狀圖、土地利用總體規劃圖、礦山開采歷史及現狀等資料，充分分析區域地質環境條件，編制工作大綱；②第二階段(野外調查階段)：2018年11月10-13日，進行現場地質災害、含水層、地形地貌景觀、土地資源類型、損毀方式、程度及礦山地質環境影響調查。野外調查的重點是礦山已有坑口、辦公生活區、礦山輔助設施(工棚、變壓器等)和礦山進場道路等區段的地質環境條件及土地類型，調查工作以礦山提供的1：10 000礦區總平面布置圖作為工作底圖，嚴格按工作大綱開展工作，調查路線主要采用穿越法，對發現的地質災害點及不良地質現象、土地損毀區段用GPS定位，用數碼相機拍照、錄像并詳細填寫野外調查記錄卡片，共完成野外地質調查路線85.2 km，地質環境綜合調查面積44.40 km2，各類調查點36個；③第三階段(室內綜合整理階段)：2018年11月14-17日，在室內把收集的相關資料、野外現場調查的地質災害、土地類型和重點進行整理，并把實地調研的損毀情況上圖；④第四階段(成果編制階段)：2018年11月18日-12月20日，完成防治報告編制工作。

3 存在的地質環境問題

3.1 采空區地面塌陷

東川銅礦自1952年正規勘查以來已有近70年的開發歷史，以其獨特的成礦地質條件及礦床特征區別于其他類型銅礦，是我國少有的沉積巖容礦的層狀超大型銅礦床之一，銅儲量390萬t，占全國該類礦床銅總儲量的約46 %。礦區采礦方法主要以淺孔留礦法為主，經過多年的開采，礦區范圍內的地質環境破壞情況相對較為嚴重，內部存在大量老窯，現有采空區面積約170 hm2，受限于當時技術和經濟發展水平，這些老窯基本都未做充填或治理。加之受斷裂構造、地震等影響，采空區間柱垮塌、地表常出現開裂、變形，形成塌陷區，地形陡峻的地段地表巖石常崩落下滑，形成崩落區。礦床自開采以來共發生8個部位出現垮塌及陷落情況。采空區上方現狀主要分布巖質崩塌5處及巖土體滑坡5處，推測是采空區變形導致地表移動的結果。其潛在危害尚未完全查明，但推測其危害將會緩慢顯現且較為強烈。礦體上、下盤圍巖較穩固，礦體以急傾斜薄至中厚礦體為主，參照類似礦山經驗，礦體上盤巖體移動角取60°，端部巖體移動角取70°，下盤巖體移動角：當礦體傾角大于65°時，巖石移動角取65°，預測最終地表移動盆地范圍約636.5 hm2。

3.2 崩塌問題

經現場調查，因民銅礦礦區范圍內有5處崩塌，位于礦區中部、南部的斜坡坡頂處，地形陡峻，規模為中型巖質崩塌，崩塌形成的主因為礦山地下開采形成采空區產生地表移動變形甚至地面塌陷，危害工作人員及礦業活動安全，而且崩塌體可為大水溝提供豐富物源，從而形成泥石流災害，進而威脅下游布置廠房、道路及於堵金沙江河床，總體而言，鏈式災害及其危害程度、危險性不容忽視。

3.3 滑坡問題

經現場調查，因民銅礦區范圍內有5處滑坡，位于礦區中部湯因線公路兩側。滑坡H1位于礦區中部，大水溝溝谷左岸。滑坡H2位于礦區中部，大水溝溝谷左岸；同樣為淺層小型牽引式土質滑坡。滑坡H3位于礦區中部，原選廠(遷)的東側；滑坡H4位于礦區中部，大水溝右岸，H3滑坡南東側；滑坡H5位于礦區中部，大水溝右岸，H4滑坡南東側約170 m處。5處滑坡均屬于淺層小型牽引式巖土質滑坡，形成的主因為采空區產生地表移動變形、地面塌陷以及不合理的人工切坡和坡頂加載，已嚴重制約著礦業活動及往來人員的生命財產安全。

3.4 泥石流問題

因民銅礦區內發育有2條泥石流溝，分別為N1大水溝泥石流、N2黑箐溝泥石流，2條溝谷均為侵蝕溝谷，根據野外調查，區內大水溝及黑山箐的左岸支溝歷史上均暴發過泥石流。區內泥石流的形成是多種因素共同作用的結果。其中以降雨、地形地貌、地層巖性、地質構造和人類工程活動的影響最大，其中地表破碎及松散巖土體和人類不合理的工程棄渣共同為箐溝暴發泥石流提供了豐富的物源。泥石流的危害程度、危險性大，治理成本高，已嚴重制約著因民銅礦的發展和安全。

需著重指出的是，區內地質災害，存在鏈式關系。采空區及輔助礦業活動→引發地表移動變形→加劇崩塌、滑坡、潛在不穩定斜坡和地裂縫發展，及引發地表斜坡、廢石場等失穩→形成大量物源供給大水溝、黑箐溝等沖溝暴發泥石流→泥石流沖刷侵蝕溝床→引發溝床崩滑，山體斜坡持久性的失穩，為泥石流提供物源……如此往復惡性循環。

4 防治措施與建議

4.1 采空區防治方案

對于采空區(含老窯)的防治，主要是選擇“開挖+充(回)填+封堵”的模式進行治理，最后再選擇地表進行封土植草[5]。對于采空區的防治方案，主要選擇4種方案綜合治理：①干砌法，在開采完成后產生的空洞當中，選擇灰巖、白云巖、砂巖等硬質巖石完成砌筑處理，使得砌體能夠與洞面之間進行有效的接觸，同時利用磚石來完成洞頂的支撐；②漿砌法，充分利用樁的強度優勢，使用漿砌法來完成支撐，提升空洞的穩定性、安全性；③充填法，利用尾礦砂對采空區進行充填，既能穩定采空區，消除或減小地表移動變形，又能夠減輕堆存尾礦砂的經濟與環境成本；④開挖回填法，對于埋深相對較小的采空區，分別從地面到采空區進行開挖處理，最后再通過分層回填、夯實處理。

4.2 崩塌防治方案

根據現場調查，崩塌體順斜坡堆積于溝谷內，厚度小，結構松散，分選性較差，成分主要為呈塊石狀的白云巖構成，直徑通常10～50 cm，最大達100 cm。現狀在整體斜坡的中下部，2 630 m高程處，設置長170 m左右、高約5 m的漿砌石擋墻，目前崩塌堆積體大部分堆積于擋墻處，現狀下擋墻運營良好，未見傾覆、滑移、開裂及失效情況。對于部分危害程度和危險性相對較小的崩塌問題，需要進一步加強監測工作，對部分危巖進行清除，抑或是在崩塌體下方溝谷的中游設置攔擋措施。

4.3 滑坡防治方案

結合因民銅礦區范圍內5處滑坡特征，盡管目前滑坡處于基本穩定狀態，但在降雨、降雪、地震及車輛擾動、坡腳侵蝕等條件下，滑坡發展趨勢為不穩定。防治方案主要包含3個方面的內容：加強監測、在滑坡體前緣或中部設置支擋措施、修建截排水溝。

4.4 泥石流防治方案

受脆弱的地質環境及人類活動的制約，因民銅礦滑坡、崩塌、泥石流活動較頻繁的基本態勢短期內不會改變。降雨活動的時空變化，仍然是影響地質災害發生范圍和頻度的主要控制因素。針對上述問題，應當專門設置泥石流治理工程，通過排導槽、固床壩、跌水坎及谷坊壩綜合工程治理措施，分別在流域的上游、中游、下游形成物理屏障，從而有效減少泥石流所造成的危害。

需要指出的是，由于礦區的災害不是獨立的，有關聯性，甚至具有鏈式關系的，故而，防治工程也可采取關聯性設計，如區內崩塌(B1～B5)、滑坡(H1～H5)、沖溝與大水溝泥石流溝N1應協同設計，共同治理等。

4.5 生態修復治理方案

結合因民銅礦面臨的地質環境問題，主要參考地區實際情況，通過針對性的生態修復治理方案進行治理。主要是在與周圍環境有效協調的基礎上，因地制宜地開展綠化美化處理[6]。對于邊坡來說，主要通過邊坡植被恢復技術進行生態修復，包括人工鋪花格草皮、撒草籽、滿鋪草皮，同時結合植生帶方式，將種子附著在天然纖維墊覆蓋的斜坡表面[7]。在此基礎之上，設計復墾方案，在完成場地清理以后進行土壤重構，然后分別進行土壤剝覆工程、植被重建工程、檢測與管護工程，保障礦區生態環境順利修復。

5 結 語

綜上所述，針對礦山地質環境問題，需充分研究礦山地質條件，并結合礦山礦業活動的強度規模，進行全面的梳理，摸清其產生的原因，致災的機制，從鏈式問題考量，采用關聯性設計理念，采取工程措施+植物措施+自然休養生息的綜合性生態修復治理方案，從而有效解決礦山地質環境問題，保障礦業活動及生命財產安全的同時，提升治理區的綜合抗災能力，全面保護區域生態環境。