龙南离子型稀土矿山地质环境质量评估研究

2014-11-16廖振楠何文刘洪兴王晓军

有色金属科学与工程 2014年4期

廖振楠，何文，刘洪兴，王晓军

（1.赣州市地质队，江西赣州 341000；2.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000）

江西省赣州市龙南县离子型稀土矿始采于1971年，矿区主要集中于足洞、富坑两地.1994年以前，矿山开采工艺主要采用池浸工艺的方式，后改为原地浸矿[1-4]，三十多年来，共生产稀土约86 000 t.

露天开采池浸工艺的开采方式被称之为“搬山运动”，一方面剥除了植被，使花岗岩风化层裸露；另一方面产生大量的尾砂，为水土流失、泥石流等提供了丰富的物质来源，同时易产生水土污染、矿山固体废弃物、山林耕地荒芜等环境破坏.原地浸矿[5]工艺相对来说，对地质环境的破坏要小，主要表现为诱发滑坡、泥石流等次生地质灾害.采用池浸工艺生产的矿山三废排放污染较为严重，导致矿山及周边居民生活环境日益恶化，矿山土地破坏、污染纠纷时有发生[6-9].

龙南县离子型稀土矿山由于受经济状况不佳影响，环保资金投入不够，矿山地质环境恢复治理方面欠帐太多，地质灾害频发，现已成为江西省矿山地质环境问题最为突出的矿区之一[10].因此开展稀土矿山地质环境问题及灾害调查以及矿山地质环境质量评估，可为矿山地质环境的治理提供重要的指导作用.

1 矿山地质环境问题及危害

目前，露天稀土矿开采后矿山地质环境问题主要有：露天采场及相关设施侵占土地，破坏植被，造成水土流失，河道淤塞，使矿山及周边生态环境退化；大量尾砂的不规范堆放，易诱发泥石流或水土流失；原地浸矿易产生滑坡等次生地质灾害，存在较大安全隐患；矿山排水引起的水土污染等.

1.1 矿山开采占用破坏土地、造成严重的植被破坏和水土流失

矿山开采侵占大量土地、植被遭受严重破坏，水土流失严重.矿区开发前，植被覆盖率可达40%～70%，主要为松杉及灌木.矿山开采时，首先剥离、废弃表土及植被，然后把风化矿石放入进料池中加浸矿剂浸矿，浸矿结束后将尾砂倾倒于堆场堆放.由于浸矿化学用料一般呈酸性，因此，采矿场地多呈酸性，不利于植物的生长.现场调查表明，采矿场地基本无植被覆盖.因露天剥离开采及废土尾砂堆放，导致矿区万余亩山地荒芜、岩石裸露、砂土遍地等矿业荒漠化问题（如图1和图2所示），形成重大水土流失等矿山次生地质灾害隐患.

1994年以后矿山实行的原地浸矿开采，因需开挖大量的注液井，对地表植被与地貌景观也造成了一定程度的破坏，致使大片山体成“瘌痢头山”（如图3所示），酸性浸矿剂不仅破坏原有的岩土应力平衡状态，土壤可蚀性相应增加，抗侵蚀能力降低，地形切割加剧，从而导致土壤侵蚀程度加大，也不利于植物的生长，矿区内池浸工艺采矿造成植被遭受破坏的总面积约为17.77 km2，形成潜在的水土流失威胁（如图4所示）.

图1 岩石裸露

图2 矿区山地荒芜

图3 矿区“瘌痢头山”

图4 尾砂堆积区水土流失

1.2 矿山次生地质灾害，严重危害矿区和周边人民生命财产安全

大量的弃土尾砂堆积易诱发次生地质灾害，严重威胁矿区及周边人民生命财产安全.稀土矿床的开发过程中，因地表环境受到严重破坏，也带来了较为严重的地质灾害问题，灾害类型主要有滑坡和泥石流等.

1）滑坡.因暴雨期间地表水流冲刷，矿区发生滑坡现象较多，不但直接对人民生命财产构成威胁，且由此产生的大量泥砂，为泥石流提供重要物质来源.

矿山因实施露天剥离开采及尾砂堆放，形成了大量的高陡边坡；而原地浸矿开采过程中，由于灌液浸取稀土，导致土壤理化性能发生改变，结构变得疏松，这些都加剧了滑坡现象的发生（如图5）.经统计，原地浸矿引起的滑坡30余处.

2）泥石流.泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾害引发的携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流.泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点.野外调查时发现，晴天尚有沟谷内溪流略显混浊，水流携带少许泥砂呈推移向前移动，但到暴雨期间，水流携带的泥砂增多，则形成泥石流.结合以往统计资料，23条冲沟在暴雨期间均发生过大小不等的泥石流，淤满或冲毁原有的拦挡坝（见图6），在冲沟内及沟口形成堆积区，严重影响河道的泄洪能力和冲毁下游居民的建筑物（见图 7）.

3）矿山边坡失稳问题.矿山的矿体剥采活动，没有做到正规的开采，加之管理不到位，破坏区内原有地貌景观及岩体的完整性，形成陡坎、临空面，破坏斜坡的自然坡度角，导致斜坡的稳定性受到影响，加之岩体表层风化，容易发生石块滑落、崩塌等边坡失稳现象，从而影响矿区安全（如图8所示）.

图5 矿区原地浸矿诱发的滑坡

图6 矿区拦挡坝被泥石流淤满

图7 泥石流在河道口冲毁的建筑物

图8 矿区不稳定边坡

1.3 矿山排水引起的水土污染，严重危害人民身体健康

矿区水土污染问题主要体现在2个方面，一是由于原矿床砂土中所含的有害元素在浸取稀土过程中的富集作用（主要是Pb、Cd等），致使土壤、水体受到一定程度的污染.据测定，建材一矿尾砂库中废水的Pb含量高达14 mg/L，而足洞共大矿废水的Cd含量达到0.024 mg/L，均远远达不到国家地面水Ⅲ级标准；二是由于稀土生产过程中所使用的浸矿剂、沉淀剂的渗漏排放等致使土壤、水体受到严重的污染（主要是原地浸矿），其污染途径来自以下3个方面：①稀土原地浸矿中渗漏出少量的硫铵；②部分车间沉淀稀土以后向外排放上清液（主要含碳铵）；③清池后违规外排稀土渣头（主要含碳铵、氢氧化铝稀土及泥浆等）.据环保部门资料，矿区及矿区下游地表水中NH4+-N含量严重超标，达不到国家废水排放标准，而SO42-含量也达不到国家地面水水质Ⅲ级标准.

由于土壤及地表水污染严重，致使矿区下游黄沙、东江、汶龙、关西及龙南等乡镇的3万多人口日常饮水、生产用水受到影响，2 757 306m2（即4 136多亩）农田因灌溉用水受到污染而减产或绝收，其中266 664m2，即400余亩农田因板结成荒滩无法耕种，严重制约当地农村经济发展.

2 矿山地质环境质量评估

2.1 评估指标体系

在纳入本次地质环境质量评估范围内的矿山中，以单个矿山（矿区）为评价单元.评价体系划分为2个层次：要素层（3个）和指标层（9个），如图9所示.

图9 稀土矿矿山地质环境质量评价体系

评估指标等级分为：地质环境质量极差、差、较差及较好.各等级指标因子等级赋值标准及加权评定分值见表1.

结合国家或者行业的相关标准及当地的实际情况[11-13]，决定采用表1中的指标等级作为此次稀土矿矿山地质环境质量评价的依据.

表1 各指标因子等级赋值标准及加权评定分值等级

2.2 评估方法

本次评价采用要素指标加权值综合评价法.

1）要素各指标加权评价

式（1）中：Fj为要素加权分值（j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三要素）； Fi为每一个要素中各指标评定分值；Wi为各指标权值；n为各要素指标个数.

2）地质环境质量等级综合评价式（2）中：F0为要素加权分值（j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三要素）；Wj为每一个要素中各指标的权值；j为环境地质问题所含要素，一般 j=1，2，3，对应于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ要素.求出 F0后，即可根据综合加权评定分值（表2）确定地质环境质量综合评定等级.指标权值见表3.

2.3 计算结果

根据表2和表3计算得到稀土矿山地质环境质量结果见表4.计算结果表明龙南县下属3个主要稀土矿区——富坑、龙南县矿和关西稀土矿的地质环境质量评估等级分别为极差、极差和差.

表2 龙南县废弃稀土矿山地质环境质量评估指标等级表

表3 稀土矿矿山地质环境质量评估权重表

表4 龙南县稀土矿矿山地质环境质量计算表

3 矿山地质环境问题的成因分析

造成重大矿山地质环境问题的成因主要原因如下：

1）矿山开采.矿山采用池浸工艺开采时，首先剥除表土植被，然后把风化矿石搬运至进料池中加浸矿剂浸矿，浸矿结束后将尾砂倾倒于堆场堆放，大量尾砂堆积成山，堆积物既高且陡，结构松散；而采用原地浸矿开采，致使部分山体成“瘌痢头山”，酸性浸矿剂不仅破坏原有的岩土应力平衡状态，土壤可蚀性相应增加，抗侵蚀能力降低，地形切割加剧，从而导致土壤侵蚀程度加大，也不利于植物的生长，形成潜在的水土流失威胁.从现场调查来看，矿区基本无植被覆盖.

地质条件是矿山崩、滑、流地质灾害发生的基础，斜坡坡度较大、岩层力学强度低易发生坡体崩塌、滑坡，结构松散、既高且陡的废土尾砂堆又为泥石流提供了先决的物源条件[14].

2）尾砂、废石排放.露天开采过程中所产生的固体废弃物及提取稀土所产生的尾砂被排弃在采矿点周围及沟坡地中堆积成山，堆积物既高且陡，高度几米至几十米不等，结构松散，尾砂、废石性质很差.另外在废石排放过程中采取了顺排方式，上部截水、下部拦挡设施不完善.从现场调查分析来看，浆砌块石与干砌块石本身的稳定性较好，水土流失也较轻，但大部分土坝已溃坝，是导致严重的废土尾砂堆水土流失的主要原因之一.矿区内大量无序堆放的尾砂、废石以及不稳定的尾砂库，严重破坏了矿区周围地区的生态环境，并构成对下游区域的长期威胁.

3）大气降雨.本区雨量充沛，降雨强度大.年平均降雨量1 535.96 mm，最大年降雨量2 595.50 mm，最大的月降雨量高达590.40 mm.降雨使岩土层力学强度减弱，地下水位抬升增加静、动水压力，诱发山体、废石场崩塌、滑坡，尤其是本区在暴雨时更易发生泥石流.