新疆某露天礦山地質環境特征及評價

朱建華

摘? 要：礦產資源是現代社會發展的重要動力，在人類進行開發的過程中，礦山及周邊的地質環境遭受到破壞是難免的。在收集礦區的地質資料和現場勘探、調查數據的基礎上，對礦區的地質環境進行現狀評價、預測評價和綜合評價。根據礦區內采礦活動對地質災害、礦區下覆含水層的破壞、礦區原生地形地貌景觀的影響及破壞、礦區地表水土環境的影響和破壞，以及礦區產生的大氣污染等方面，對礦山地質環境特征進行總結，最后，根據地質環境的破壞程度提出相應的礦山地質環境防治措施。

關鍵詞：露天礦山；地質災害特征；地質環境評價；礦產資源；防治措施

中圖分類號：X322? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0095-05

Abstract： Mineral resources are an important driving force of social development. In the process of human development， it is inevitable that the geological environment of the mine and its surroundings will be destroyed. On the basis of collecting the geological data and field exploration and investigation data of the mining area， the present situation evaluation， prediction evaluation and comprehensive evaluation of the geological environment of the mining area are carried out. According to the geological disasters caused by mining activities in the mining area， the destruction of the underlying aquifer in the mining area， the influence and destruction of the primary topography and landscape of the mining area， the influence and destruction of the surface soil and water environment in the mining area， and the air pollution produced in the mining area， as well as the characteristics of mine geological environment are summarized. Finally， the corresponding prevention and control measures of mine geological environment are put forward according to the damage degree of geological environment.

Keywords： open-pit mine; geological hazard characteristics; geological environment assessment; mineral resources; prevention and control measures

礦山所處區域礦產資源的開采，對區域內原生地質環境造成的破壞是不可避免的。礦山地質環境是礦區應建設的整體高效的環境系統中不可或缺的一部分，礦山地質環境的好壞決定了礦山安全建設、高效開發的成功與否。特別是近年來，國家對礦山的開發更加重視，“在保護中開發，在開發中保護”“因地制宜，邊開采、邊治理、邊復墾”等保護礦山環境的概念日益增多。為給礦山的開發利用及資源保護提供依據，礦方企業應對礦山地質環境特征準確分析與客觀評價，并予以一定的地質環境保護與恢復治理措施。

礦山地質環境，是指曾經開采、正在開采或準備開采的礦山及其鄰近地區的巖石圈表層與大氣圈、水圈、生物圈組分之間不斷進行物質交換和能量流動的一個相對獨立的環境系統[1]。現今主流的礦山地質環境的研究方法以如下4個方面為主：礦山地質環境調查、礦山地質環境監測、礦山地質環境評價及礦山地質環境治理。國外的礦山地質環境研究較早，Venkataraman等[2]在1997年就使用遙感技術對植被、土地占用、水土環境等因素進行定性分析；Rigina[3]進行礦山地質環境特征的評價方法主要是以利用多數據遙感工具評價綜合環境影響，并輔以遙感技術進行礦山現場測量、實地調查和數學建模，以達到分析評價的目標期望。近年來，國內的學者也開始注重礦山地質環境評價，何芳等[4]采用客觀和主觀的方法結合評價了烏魯木齊市礦山環境地質問題；王海慶等[5]通過專家打分法得到多個礦山環境評價因子的權重，建立了礦山地質環境定量評價模型；賈晗等[6]通過層次分析法確定了各礦山環境評價因子的權重，并結合ArcGIS對安徽銅陵地區礦山地質環境評價，取得的效果良好。

綜上所述，礦山地質環境評價工作的評價方法多種多樣，但多以區域性的礦山地質評價、金礦及煤礦等較大型礦種進行評價研究，對小區域的礦山地質環境評價尚有局限，同時，國內學者對于干旱半干旱氣候條件為主的新疆地區礦山地質環境特征及評價的研究也相對較少。本文以新疆托克遜縣科克薩特石灰巖礦為例，在收集礦區基礎地質資料和現場勘探、調查數據的基礎上，對礦區的環境地質問題進行詳細分析，并通過對礦區的水文地質、工程地質、環境地質特征定性和半定量分析對地質環境進行現狀評價、預測評價和綜合評價。

1? 礦山地質環境及礦山布局

1.1? 礦山地質環境

該礦位于托克遜縣295°方位直線距離140 km處，設計生產規模為240.00萬t/a，礦區為大型露天礦。

礦區位于中天山東段中山區的溝谷中，礦區海拔2 468～3 224 m，地形切割甚劇，山坡陡洼，坡度一般在40～60°，最大比高達756 m，礦區總體地勢呈北高南低之勢，地貌類型為構造、剝蝕中山地貌，區內大部分地區基巖裸露，斜坡結構類型以順向坡為主。礦區及其影響范圍內溝谷較發育，共發育3條溝谷，大體均呈北西-南東向展布，溝谷呈U型，相對高差較大，最大高差可達190 m，溝谷兩側山坡較陡，坡度多大于40°。

礦區屬大陸性氣候特點，四季及晝夜溫差變化較大，年平均氣溫為4.1 ℃，全年降水量為120～180 mm，蒸發量達2 000～3 000 mm。艾維爾溝河北距礦區約2 km，屬礦區及其附近下游區域，遠離礦區，且河面標高遠低于礦區最低侵蝕基準面。

礦區屬于北天山優地槽褶皺帶二級構造單元，低連哈比爾豕復向斜三級構造單元。礦區內斷裂構造不發育，礦體呈陡傾斜的單斜構造。地層總體產狀基本穩定，為156°∠50～215°∠61°，構造形態簡單。

礦區范圍內出露地層簡單，在礦區中部、北部大面積出露的巖層是下石炭統牙曼蘇組（C1y），土體為第四系全新統洪沖積（Q4al+el）主要分布于礦區南部地勢平坦地帶和礦區內的溝谷中。

礦區地震動峰值加速度為0.20 g，地震基本烈度為Ⅷ度，屬地殼次不穩定區，工程建設條件中等。

根據地下水埋藏條件，礦區地下水類型為基巖裂隙水和松散層孔隙水。

礦區的礦體呈層狀產于下石炭統牙曼蘇組（C1y）的石灰巖層中，該石灰巖層規模巨大，其長度約10 km，寬度約2.6 km，本礦區內礦體石灰巖礦體只是該石灰巖層南部的一部分。整體呈“L”形展布，延展長度為2 922 m，而沿巖層走向計，長度為2 528 m。礦體產狀：185°∠50～215°∠61°。礦石為微晶球粒生物屑灰巖，礦石呈灰-灰白色，粒屑結構，塊狀構造。

1.2? 礦山布局

該礦于2009年正式投產，經歷多年的開采，在礦區中部、北側形成有4個采場，自南向北沿礦體走向展布。礦山總體布局包括礦山公路、生活區、2個工業廣場、表土場、取土場、露天采場和爆破器材庫，總占地面積約774 800 m2，礦山各項設施詳如圖1所示。

2? 礦山地質環境問題及影響程度評價

2.1? 礦山地質環境現狀問題及評價

2.1.1? 礦山地質環境現狀

該礦于2009年正式投產，設計生產規模為240.00萬t/a，目前礦山正在開采。該礦共有4個露天采坑，破壞土地類型為天然牧草地，采坑體積約為500萬m3，沿礦體走向展布，分別編號為采1（74 000 m2）、采2（42 000 m2）、采3（65 000 m2）和采4（66 000 m2），均呈不規則狀。采1位于礦區最東部，長510 m，寬140～180 m，采高由26 00～2 780 m不等；采2位于礦區中部偏東，長280 m，寬160～200 m，采高由2 620～2 730 m不等；采3位于礦區中部，長566 m，寬140～280 m，采高2 600～2 750 m不等；采4位于礦區北部，長450 m，寬160～450 m，采高2 800～3 010 m不等。

礦區的地質災害較為發育，多為人為因素所產生。在礦區北部因地形較陡，且礦山采礦過程中未按“自上而下水平分層、臺階式采礦法”采礦，形成了多處幫坡角較大，局部達60°，容易發生崩塌，局部近山坡一側產生陡坎，嚴重威脅運礦車輛，現狀礦區內共分布有三處崩塌點均位于采坑邊坡，均是人工開挖造成巖體松動而形成。通過現場調查及現狀評估結果見表1，不按規定的采礦方法進行開采，所產生的危害較大。

礦區范圍內溝谷發育，通過對3條泥石流溝谷進行易發程度綜合評分，最終結果得分為77分、81分、81分，均屬于輕度易發。

2.1.2? 現狀評估結論

根據對礦區內采礦活動的現狀評估結果，同時疊加各方面因素影響面積及現狀情況，將評估區內礦山地質環境影響現狀評估劃分為嚴重區、較嚴重區和較輕區，得到現狀評估結論見表2。

2.2? 礦山地質環境影響預測評價

礦山在之后的生產中，將按照開發利用方案中設計的開采方式：自上而下水平分層、臺階式山坡露天開采，新增開采面積325 000 m2，經境界圈定，閉坑后所形成的露天采場為“L”型，地表長2 640 m，寬120～310 m，底部長1 520 m，寬30～120 m，占地面積為572 000 m2，采坑體積約為2 900萬m3，新增體積2 400萬m3。

2.2.1? 地質災害預測評估

采場東部北側邊坡：巖性為石灰巖，巖石力學強度高，屬堅硬巖石，采場邊坡的穩定性取決于結構面，發育有一組結構面，產狀210°∠51°，巖層傾向與坡向基本一致，為順向坡，且結構面傾角小于邊坡坡角，為不穩定結構面，易為崩塌產生滑移面，易產生崩塌，如圖2所示。

采場西部西側邊坡：巖性為石灰巖，巖石力學強度高，屬堅硬巖石，采場邊坡的穩定性取決于結構面，發育有一組結構面，產狀210°∠53°，巖層傾向與坡向相反，為逆向坡，為穩定結構面，但在機械振動和爆破振動的作用下，使巖體內部產生裂隙，造成巖石破碎，從而產生崩塌災害，如圖3所示。采場西部東側邊坡的崩塌與之相同，但邊坡為逆向坡，相對來說較為穩定。

綜上所述，露天開采形成的邊坡屬順向坡，易為崩塌產生滑移面，西部采場西側邊坡為逆向坡，屬穩定邊坡，但在機械振動和爆破振動的作用下也易產生崩塌災害，威脅采礦機械設備及操作人員的安全，威脅到露天采場內采礦人員的生命及財產安全，威脅人員約54人，威脅經濟價值約300萬，預測評估露天采坑崩塌災害發育程度中等，危害程度中等，危險性中等。

3條泥石流溝谷綜合得分均小于86分，溝谷泥石流災害屬輕度易發，礦區內全年降水量為120～180 mm，蒸發量達2 000～3 000 mm，降水量遠小于蒸發量，極為干燥，預測礦業活動引發或加劇泥石流災害的可能性小，但其中一條溝谷對溝谷中下游的工業廣場1、爆破器材庫區和生活區存在安全隱患，礦山工作制度為兩班制，預計威脅人員為10～96人，威脅工業廣場內的采礦設備，以及生活區、爆破器材庫內的財務，威脅財產價值100～500萬元，危害程度中等，預測泥石流災害發育程度小、危害程度中等、危險性中等。

2.2.2? 預測評估結論

根據對礦區內采礦活動的預測評估結果，疊加各方面因素預測影響的情況及面積，將評估區內礦山地質環境影響預測評估劃分為嚴重區、較嚴重區和較輕區，得到現狀評估結論見表3。

3? 地質環境綜合評價及防治措施

綜上所述，該礦山地質環境突出問題是局部穩定性較差的高陡邊坡，同時因地震、暴雨、坡腳開采設備機械振動及坡面爆破開采振動等自然或人工誘發條件的影響，可能導致邊坡失穩，進而引發崩塌災害。礦山開采對于原生地形地貌景觀、原生地質環境造成的破壞程度是不同的，圍巖應力重分布后巖體穩定性因開挖程度不同也是有分布規律的，礦區自然地質環境遭受破壞難以避免[7]。資源開發利用是地區發展不可或缺的，隨之伴隨的環境破壞也無法避免，因此，如何在開采過程中減小對地質環境的破壞，如何設計地質環境保護與恢復治理措施是至關重要的。

“預防為主，保護先行”，為從源頭上保護生態環境，礦山在建設與生產期間，可以采取合理的保護、預防及防治措施，減少和控制礦山地質環境問題，并且針對礦山開采過程中不可避免的地質環境問題，以下為提出的具體措施。

1）泥石流災害防治措施：①未避免溝谷發生泥石流災害，影響位于溝谷中下游，在工業廣場1上游設置截排水溝，在下游設置漿砌石擋墻，即可預防泥石流對礦山生產產生影響。②在溝谷周圍設置人工巡視路線，派專業人員定期沿溝谷巡視監測。

2）崩塌、滑坡災害防治措施：①清理現有的3處崩塌點的危巖體。②采礦過程中按設計要求開挖采礦場邊坡。③堆放礦石、廢石過程中，應嚴格按設計臺階高度和坡度，廢石分層排棄壓實，控制好廢石場邊坡坡度，避免無序施工引發崩塌、滑坡地質災害。④為避免露天采場及廢石場工作人員傷亡及財產損失，沿露天采場及存土場等外圍設置鐵絲圍欄共8 500 m并掛警示牌85個。

3）礦山開采建設過程會對地形地貌景觀造成嚴重的破壞，需在進行采礦的同時對環境進行治理，即“邊開采，邊治理”，采空區域回填采礦過程中產生的廢石，用黃土和表層土來覆蓋，向原地貌類型進行恢復，有效地改善礦山環境[8]。同時，原生土壤環境及原生地表植被保護工作也是不可忽視的，礦山閉坑后對已被破壞的區域內地質環境應進行土地平整、覆土、植樹種草等綜合治理措施。

4? 結束語

礦山前期已進行多年的開采建設，其影響范圍內區域地質環境已被較大破壞，該區域在礦山開采之前為畜牧業發展建設區域，現礦山開采建設已然影響了畜牧業活動；礦山后期將按照開發利用方案要求進行開采，采用露天開采方式，礦山閉坑后會形成多個采坑，采坑邊坡易發生崩塌、滑坡地質災害，威脅對象為周邊過往的牧民及牲畜等，造成了天然草場資源破壞，因此，需要重視礦山地質環境的治理。

本文基于新疆托克遜縣科克薩特石灰巖礦的現場調查情況及礦山提供的地質環境資料，重點對礦山水文地質、工程地質及環境地質之間的關系進行了分析探討，根據礦區內采礦活動對地質災害、礦區下覆含水層的破壞、礦區原生地形地貌景觀的影響及破壞、礦區地表水土環境的影響和破壞及礦區產生的大氣污染等方面評價，得到礦區的地質環境特征、地質環境現狀及預測評價內容，在此基礎上提出了可行的、有效的地質環境的防治措施，為將來礦山的開發建設提供了重要依據。

參考文獻：

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[3] RIGINA O. Environmental Impact Assessment of the Mining and Concentration Activities in the Kola Peninsula， Russia by Multidate Remote Sensing[J].Environmental Monitoring&Assessment，2002，75（1）：11-31.

[4] 何芳，徐友寧，袁漢春.礦山環境地質問題綜合評價客觀權值確定方法探討[J].中國地質，2008（2）：337-343.

[5] 王海慶，陳玲.玲瓏-萊西地區礦山地質環境評價[J].資源與產業，2011，13（3）：72-76.

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[7] 阮善菊，張福生.露天礦山的生態問題及解決對策探討[J].現代礦業，2010，26（8）：81-84.

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