离子型稀土矿矿山地质环境监测与治理对策探讨

曹 毅

(五矿勘查开发有限公司，北京 100010)

离子型稀土矿矿山地质环境监测与治理对策探讨

曹 毅

(五矿勘查开发有限公司，北京 100010)

离子型稀土矿的原地浸矿工艺具有开采成本低，资源利用率高，生态影响小的特点，但如果开采控制不当也可能造成地下水污染、山体滑坡等生态环境破坏问题。本文分析了产生离子型稀土矿矿山地质环境问题的原因，有针对性的提出了离子型稀土矿矿山地质环境监测与治理的措施和建议。

离子型稀土矿；地质环境；治理措施；矿山环境监测

0 引言

离子型稀土矿是我国最具特色的稀土资源，富含镝、铽、钐、镱、铕等中重稀土元素，是现代工业和国防军事高新技术产业的关键原材料，关系国家经济发展和国防安全。离子型稀土矿无论是在轻/中重稀土比例及稀土价值比例方面都独具优势，极具稀缺性和不可替代性。目前，我国离子型稀土以不足全球0.7%的资源储量满足了全球30%以上的需求，在全球中重稀土供给方面占据重要地位，有效保护和合理利用离子型稀土矿，对于保护环境，改造提升传统产业，加快培育发展战略性新兴产业，纵深稀土行业产业链建设，打造国家高端核心竞争力，具有十分重要的战略意义。

与一般固体矿床相比，离子型稀土矿独具特色，主要产于风化壳内，呈“土”状，是矿而非“矿”，在成矿特征、赋存状况、采选工艺等方面差别较大，具有埋藏浅、分布广、采选工费。开采工艺方面，自20世纪70年代发现离子型稀土矿以来，先后发展了池浸、堆浸和原地浸矿等开采工艺。目前，国家大力推行“原地浸矿”工艺，它具有开采成本低，资源利用率高，生态影响小的特点，但如果开采控制不当也可能造成地下水污染、山体滑坡等生态环境破坏问题，需要特别重视环境影响评价与监管，防止浸矿母液渗漏进入地下或地表水体，造成水体污染及引发山体滑坡等地质灾害。因此，为有效保护离子型稀土资源和生态环境，开展离子型稀土矿地质环境全过程监测与实时治理示范工程具有十分重要的意义。

1 离子型稀土矿矿山地质环境问题分析

目前，世界公认的最环保的稀土开采模式被称为原地浸矿工艺，这种开采方式减轻了对矿区生态环境的影响。当然，矿产品的开发利用都会在一定程度上对当地的生态环境产生影响，原地浸矿工艺虽然已经十分环保，但大规模的开采，还是会引起一些地质环境问题[1]。

首先，离子型稀土矿开采过程中因硫酸铵、碳酸氢铵的大量使用[2]，可能有大量的氮素和NH4+由于防渗层渗漏以及收集系统不完善等原因，在降雨的冲刷和淋滤作用下进入到矿区土壤中，氮素不断累积，部分进入地下水和地表水体，造成地下水和地表水氨氮和总氮超标，引发水体污染，威胁生态安全[3-4]。其次，矿中残留的浸矿剂在降雨的冲刷和淋滤作用下，将携带稀土和重金属离子进入下游水体，而且，收集浸出液的集液沟若防渗处理不当，含重金属和稀土离子的废液和废渣将会污染地下水和土壤环境[5]。同时，原地浸矿过程中开挖的浅槽、注液井和集液沟破坏了地表部分植被，并将大量的浸矿剂及顶水注入山体，浸取液长时间浸泡矿层，很容易导致山体滑坡。虽然原地浸矿工艺动土量比池浸工艺少，表面上减少了水土流失，但随着时间的推移，满山遍坡的灌液孔易造成崩塌或山体滑坡，而且崩塌、滑坡在时间和地点上具有不确定性，造成治理目标的不明确[6-7]。

2 离子型稀土矿矿山地质环境监测思路

2.1综合评价矿区风化壳底板渗漏情况、水文地质条件及山体稳定性

风化壳底板是指风化壳与基岩之间的界面，底板的发育情况及结构特征决定着原地浸矿开采工艺的母液收集方式、母液回收率和是否会发生母液渗漏环境污染问题。因此，必须对矿区风化壳底板进行专项勘查，将通过地质填图、机械岩心钻探、物探(探地雷达、浅层地震、抗干扰高密度电法等)等技术方法，重点查清底板位置，基岩中断裂、破碎带、节理等构造发育情况，确定底板位置和性质，矿区基岩的完整性做出评价。

地下水文条件复杂、风化壳内存在复杂渗流通道、渗流无规律可循均可能影响离子型稀土的原地浸矿开采，造成环境污染。因此，需加强钻孔水文地质观察、编录，配合物探方法，对矿区地下水含水层、隔水层、地下水补给、地表汇水区等进行勘查，作出综合评价。

原地浸矿时，若山体自然边坡坡脚较大、注液不当导致矿层含水量高、液孔布置不合理、灌注液体超量、长时间浸泡矿层，极易引发山体滑坡等地质灾害。因此，应对矿区构造、工程岩体稳定性、山体注液后稳定性、潜在的地下工程不稳定体等进行评价。

2.2制定水体环境动态监测方案

开展矿区及周边地下水动态监测技术研究，研究污染源的类型、排污方式、排放量、影响因子和影响方式等。在基本摸清地下水环境和底板赋存状态的基础上，依靠远程控制系统和传感器检测系统，制定地下水体环境动态监测方案。

完善地表水土流失监控与预防技术，利用多参数水质监测仪实时动态监测地表水流量与水质等变化情况。形成在时间上对矿区开采前、开采中和开采后的地表水质进行全过程监控；在空间上对矿区地表水、采场下游水域进行远程实时监控。

矿区地下水监测网范围包含采场地下水、母液处理车间地下水和矿区下游地下水，主要监测氨氮和pH等指标。在采场监控收集系统至溪流之间，沿地下水流向布设一定数量采场地下水监测点；在母液处理车间与下游溪流之间布设一定数量母液处理车间监测点；在矿区下游沿地下水布设若干矿区下游监测点。

2.3实时监测矿区及周边山体

围绕离子型稀土矿山建设，开展矿区山体滑坡监测预警研究，深入研究矿区各类型滑坡产生机理，建立灾变预测模型。在灾害机理研究与动态监测的基础上，优化地质勘探期间的工程布置，优化注液压力、液固比、水固比等。利用GPS、高分辨率遥感、三维地质扫描测量、光纤形变测量等监测仪器，构建动态监测系统，对矿区及周边山体进行实时监测，预测矿区及周边地质灾害。

2.4构建矿山地质环境影响综合评价体系

通过多种传感器(如多参数水质监测仪、土壤监测传感器、滑坡预警伸缩仪、GPS、高分辨率遥感、三维激光扫描、监控摄像头等)，借助数据传输系统实时获取矿区及周边环境的动态信息，对离子型稀土矿开采过程中矿区及周边的土壤、地下水、植被和山体稳定性等进行实时监控，能够及时、快速、准确发现母液泄漏、山体滑坡等事故，对环境风险和地质灾害进行提前预警，解决采矿活动对周边生态环境和社区生活的不利影响。

利用环境影响实时动态监控系统的数据，结合离子型稀土资源赋存状态、原地浸矿工艺特征，构建系统的矿山地质环境影响综合评价体系，利用AHP层次分析法等方法，对地表和地下水、土壤环境、地表植被、水土流失、生物多样性等各单项指标从评价内容、量化模型、现状调查监测与评价等方面进行分析、综合评价。

3 离子型稀土矿矿山地质环境治理对策

离子型稀土矿体一般赋存于山包、山脊及山坳处，埋藏深度一般在10 m 范围内近地表部分，本文针对离子型稀土矿的特点，在对矿区地质灾害及水体污染机理进行充分研究的基础上，提出离子型稀土矿地质灾害防控措施及地下水环境保护措施。

3.1地质灾害防治

(1)制订严格的巡查制度，做好采场内外监测工作，包括巡查采场内外开挖的监测井，有滑坡可能的边坡布设的位移计等，及时观察稀土浸出情况、液位高低，以及边坡位移。密切关注边坡位移计读数，每班对裂缝作好观察记录，并加以对比分析，一旦山体出现位移，应及时通过注液环节，并采取相应措施，停止注液1～2 d后再加注溶液或采用间歇式注液方法以防止采场滑坡。

(2)采场设计时，就要将排水排洪系统安排好。应用截引地表水流和排除地下水等方法，保证山洪暴发时，采场内外地表径流洪水能顺利从排水、排洪系统排出，不发生地表径流水进入注液井与集液沟的现象，可以有效防止暴雨天气的滑坡。

(3)控制注液强度，暴雨期间禁止人员进入采场，防止突发滑坡事故。当拟采矿块其山体坡度较陡(大于45度)时，且表土层不厚(小于3 m)时，可考虑在矿体边缘沿山坡留6～8 m的矿土不注液，作为“保安矿体”，以控制山体滑坡事故。注液孔中注液面要严格控制在表土层以下，禁止溶浸液注入表土层与全风化层的过滤带中，以免发生气泡堵塞与固体堵塞现象，其主要措施是标记注液高度。

(4)如在坡度较陡或事故易发地段提早施工支挡工程、锚固或固结灌浆等，将潜在滑坡体固定。支挡建筑物主要有挡土墙和抗滑桩，用金属锚杆、钢缆或预应力金属锚杆进行锚固，以增大软弱面(带)上的法向压力，相应增大其上的抗滑力，提高坡体的稳定性。对于裂隙岩体，可采用硅酸盐水泥或有机化合材料进行固结灌浆，以提高坡体和结构面的强度，增大抗滑力。

3.2水体污染防治

离子型稀土矿原地浸矿采矿除根据试验情况，结合矿体赋存特点优化原地浸矿采场注液孔的布设外，关键是做好收液工程。污染控制应从源头控制，而不是末端治理，因此提出以下治理措施：

(1)实施清污分流措施，从源头上控制雨水等进入母液系统，原地浸矿采场收液系统与采场地表汇水采取清污分流措施，最大限度防止地表汇水进入收液系统；所有的集液沟沟顶加顶盖，防止沟外清水进入沟内，实现清污分流；母液收集池周边应设排洪沟，防止池外清水进入池内；完善母液处理车间防排洪系统，实现清污分流。

(2)集液横巷必须紧贴微风化基岩布置，如遇到风化层(或矿层)较厚的，可增加集液横巷(集液横巷间距不小于10 m)，或增加集液孔，提高集液率，尽量避免在坡底处地下水位标高以下设置集液巷道，避免浸出液与地下水交汇而降低集液效率。

(3)在母液处理车间与下游溪流之间设一定数量地下水观测井，在矿区设置若干地下水与地表水长期监测点，地下水主要监测水质(氨氮和pH等指标)、水位，地表水则为水质与流量等变化。如发现超标，及时停止注液。

(4)尽量避免注液区(开采区)过于靠近溪流、河流、暗溪等水体，保证注液区(开采区)下游地带与溪流、河流、暗溪等水体之间有一定宽度的氨氮吸附过渡带，保证氨氮不会对水体的直接影响。

4 结论

离子型稀土矿原地浸矿工艺的采矿方式减轻了对矿区生态环境的影响，但大规模的开采，还是会引起一些地质环境问题。本文提出了离子型稀土矿矿山地质环境监测思路，包括综合评价矿区风化壳底板渗漏情况、水文地质条件及山体稳定性，制定水体环境动态监测方案、实时监测矿区及周边山体以及构建矿山地质环境影响综合评价体系；提出了针对离子型稀土矿矿山地质环境治理的对策，包括地质灾害防治和水体污染防治两方面的具体措施。

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Discussiononmonitoringandcontrollingmeasuresofgeologicalenvironmentofion-typerareearthmine

CAO Yi

(MinmetalsExplorationandDevelopmentCo.,Ltd.，Beijing100010,China)

In situ leaching process of Ion - type Rare Earth Mine has the characteristics of low mining cost, high resource utilization rate and small ecological impact. It may cause groundwater pollution, landslides and other ecological environmental damage problems if the mining control improper. This paper analyzes the causes of the geological environment of ionized rare earth ore, and puts forward the measures and suggestions for monitoring and controlling the geological environment of ion-type rare earth ore mine.

ion type rare earth ore; geological environment; controlling measures;environmental monitoring of mine

X83;TD167

A

1003-8035(2017)03-0147-03

曹 毅(1986-)，男，博士，主要从事矿产资源评价工作。E-mail：cy19860725@foxmail.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.03.22

2017-06-21;

2017-08-09