露天矿开采地质条件及对地质环境的影响

2021-01-05孙臣鹏

世界有色金属 2021年7期

孙臣鹏

（安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽安庆 246000）

1 地形、地貌

矿区地处大别山东南缘构造剥蚀低山丘陵区，周围大别山余脉主要走向为北西—南东，构成次级分水岭，地貌形态主要由地山丘陵及山间坳谷构成。山势陡峻、沟谷纵横，断面多呈“V”形，溪流切割深度一般达20m～30m。矿区最高为西面分水岭，标高+760.4m，最低标高+204m，高差约550m，两侧坡麓的坡脚在30°以上。矿层出露部位标高多在+220m以下，两侧山地标高多在+300～+400m之间

2 地质条件

2.1 地层

矿区位于宿松沉积变质矿化带的中端，出露地层有下元古界下部大别山群桥岭组、上部宿松群大兴组、柳坪组和虎踏石组及第四系。宿松群岩相变化较大，特别是各组的下段岩性组合较复杂。

2.2 构造

（1）褶皱构造。宿松群总体呈单斜构造分布，走向为320°～330°，倾向北东东，倾角55°～65°。仅虎踏石组上部地层走向转为20°，倾向南东东，倾角大于50°。平面上宿松群组、段或层之间的走向，不协调或急转，剖面上下部层位呈背、向斜状，岩层厚度随基底起伏（古地形）而变薄（上部）增厚（下部）。

（2）断裂构造。矿区内断层不发育，规模亦较小，共分布有7条断层。断层走向以286°～310°为主，个别近东西向，倾向北北东，倾角大于55°，多为压扭性质。

矿区内地质构造较简单。

（3）新构造运动。区内新构造运动具有继承性、差异性和阶段性三大特征，自晚第三纪以来，区内新构造运动继承了本区基底构造，地壳运动主要是间歇性的差异垂直运动，表现为在总体隆起背景上，阶段性的相对隆起和夷平互现，部分地区抬升，部分地区沉陷。在早更新世，区内以持续上升为主；至中更新世之后进入一个相对稳定时期：到晚更新世早、中期，区内新构造运动再度表现为持续上升，仅在山体周围堆积了残、坡积物，晚更新世中期以后，地壳下降后转为平静期；晚更新世末期至全新世中期，地壳再度持续缓慢上升，河流下切、溯源侵蚀作用强烈，形成了不同高度的山体和河谷多级阶地，且向平原方向倾斜。矿区位于新构造运动大别隆起区和沿江（九江-芜湖）沉降区接触带部位，郯庐构造变形带南端。

3 水文地质条件

（1）地下水类型及含水岩组。根据地层顺序，岩性组合及岩层含水特征，将矿区内岩层归并为四个含水岩组：第四系孔隙含水岩组；片麻岩裂隙含水岩组；混合岩裂隙含水岩组。在含水岩组中又根据其富水性进一步划分出六个含水亚组，矿区地下水位平均标高+210m，矿层均位于侵蚀基准面以下。

（2）断层水文地质特征。矿区为一走向北西（325°）—南东（145°），倾向北东，倾角55°～65°的单斜构造。这一形态基本控制了各含水层的空间展布特征，同时也控制了裂隙、岩溶的总的发育特征。矿区内分布7条断层，这些断层多分布在河谷两侧的坡麓地带，均属压扭性质，对矿区水文地质条件影响不大。但有两条断层分布在矿层里，可能会起到沟通含水层的作用，造成矿坑突水，故开采时应注意。

（3）岩溶发育特征。矿区大理岩为单斜层状岩层，其顶底板均为相对隔水层。矿区岩溶较发育，由于受单斜构造控制，因此岩溶只能在可溶岩中顺层发育，再加上可溶岩厚度有限（不超过180m)，故其受层控影响宏观规模有限。

（4）地下水的运动和水力联系。矿区为一总体倾向北东的单斜构造，倾角50°～65°。大理岩、灰岩层岩溶裂隙含水岩组为矿区主要含水岩组。矿层间接顶板的河谷风化带以外的柳坪组片岩、片麻岩，层位稳定，厚度大、隔水性能良好，为矿区东侧及上部的隔水边界；基底（混合岩）凸起构成了矿区南部的隔水边界；1950线以北的大理岩直接裸露地表，且埋深50m以上岩溶裂隙发育，可直接吸收大气降水和地表水，为矿区北部的补给区。由以上分析可知，矿区为三面（东、南、西）隔水，一面（北面）进水的“簸箕”状边界。

综上所述，本矿床水文地质条件属复杂类型。

4 工程地质条件

根据矿区出露的岩层岩性，与矿体顶底板的关系及工程地质特征，将矿区划分为四个工程地质岩组，分别为：第四系松散岩组，片麻岩、片岩类岩层工程地质岩组，混合岩工程地质岩组。

5 矿山地质环境影响和土地损毁评估

（1）矿山地质灾害危险性现状分析及预测。矿区基建期尚未完成，矿区遗留一个以前开挖的老采坑，现已积水。采坑西侧边坡因长期风化、坑内积水浸泡，出现滑坡（崩塌），方量小于100m3，滑坡（崩塌）体落入采坑内，危害程度小，危险性小。从现状调查结果来看，区内现状地质灾害不发育。

本矿山开采可能引发的环境地质问题主要为露采边坡地质灾害以及岩溶塌陷地质灾害。

经计算，露采坑西、北、南边坡处于基本稳定～稳定状态，可能出现掉快、小规模平面或楔形体滑动，须进行局部加固，危害对象为施工设备及人员，危害程度较严重，地质灾害危险性小。东边坡处于不稳定～欠稳定状态，面层结构面切割形成的岩柱可能发生弯曲，坡脚小岩柱易出现滑动，特别是在釆坑长期积水和釆空区变形的情况下，可能引起整个边坡倾倒失稳；强风化段边坡可能出现圆弧型滑动，发生局部滑坡（崩塌）的可能性大，须进行治理，危害对象为施工设备及人员，危害程度较严重，地质灾害危险性中等。

矿山长期疏排地下水，造成地下水位大幅度下降，随着开采面积扩大，排水量将显著增加，疏干漏斗不断扩展，使大面积地表水入渗，地下水径流方向发生改变，原有的均衡状态遭到严重破坏。在矿山地下水位下降频率增大时，降水渗入潜蚀、消解作用速度和强度增大，地下水冲刷、搬运溶槽和溶洞充填物的能力增强，地表水下渗水力坡度变陡，在岩溶发育部位特别是矿区北部谷地易产生岩溶塌陷。灾害影响对象为村庄、水田及道路，地质环境危害程度严重，地质灾害危险性大。

（2）矿山含水层破坏现状分析与预测。根据现状调查，矿区周边未发现地表水漏失、泉水明显下降情况，采坑积水主要受大气降水补给。矿山现状对含水层破坏程度较轻。

本矿床来水方向主要是北侧大理岩带，其次为南侧裂隙发育带，应受北部大理岩岩溶发育深度控制，强～中岩溶发育标高+130m，含水层厚度约70m，露采坑降深约60m，总涌水量约19000m3/d。因此，矿山开采将造成地下水位大幅度下降，随着开采深度加深，排水量将显著增加，使大面积地表水入渗，地下水径流方向发生改变，原有的均衡状态遭到严重破坏。预测区内泉水、民用井水位将出现水位显著下降，近矿区附近甚至出现干涸现象，可能造成部分居民用水困难，水田变为旱地。预测矿山开采对含水层破坏程度严重。

（3）矿山地形地貌景观破坏现状分析与预测。矿山开采方式为露天开采，现状矿山开采对地形地貌景观破坏主要表现在露天采场的挖损损毁和排土场、工业场地的挖损压占。现状对地形地貌景观的影响和破坏程度严重。

矿山开采终了将形成1个挖损面积达7.67ha的采坑，累计损毁土地面积11.16ha。露采活动改变了原有山坡山脊地形，形成了高度70m～100m、边坡角39°～40°的高陡边坡，将自然林地景观改变为人工采矿裸地景观，局地改变了地表水流方向，矿业活动对原生地形地貌景观影响严重。

（4）矿山水土环境污染现状分析与预测。根据调查及水质资料显示，矿区各类污染物浓度满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类标准要求，水环境质量较好；区内基建期遗留渣土基本为原状表土，不会污染土壤，土壤环境质量较好。区内正常天气下不产生废水，但在一定的降雨强度下，临时堆存的废石经雨水淋溶后将产生废石淋溶水，其中部分有害物质将溶解于雨水并随雨水渗入土壤、流入地表水中，从而可能构成对土壤及地表水的影响，影响程度取决于淋溶水中物质成分及大气降水的酸碱度等因素。因此，预测矿山后期开采对水土环境污染较严重。

（5）矿山土地损毁预测与评估。根据调查，老采坑及其周边工业场地范围内原土地利用主要以水田、采矿用地、村庄为主，有林地、河流、水浇地次之，矿山至今已损毁土地共5.98ha。采矿活动对土地资源的破坏影响程度为严重。

根据矿区现状和优化设计，预测随着矿业活动的开展，加剧土地损毁的形式有露天采场、工业场地建设和废石场带来的土地挖损和压占，以及岩溶塌陷区含水层破坏、岩溶塌陷等。

6 矿山地质环境治理方案

（1）地质塌陷区及矿区含水层。通过矿山地质环境影响现状和预测评估可知，矿山开采活动对含水层影响严重，矿区北部谷地易产生地质塌陷。故本方案采用设置防渗帷幕注浆的治理方法。帷幕注浆堵水技术可以减少矿坑排水量，降低采矿成本，更可以保护地下水资源和减少地面塌陷，但帷幕注浆具有幕墙深度大，钻探工程量大，注浆消耗材料多，施工难度大、周期长，一次性投资多等特点，其防治难度较大。

（2）露天采场。通过矿山地质环境影响现状和预测评估可知，矿山开采活动对露天采场区域原生地形地貌景观影响和破坏程度严重，对水土环境污染程度较轻，对含水层影响严重。主要地质环境问题是挖损压占土地和破坏植被资源，开采形成的露天边坡受岩体风化及开采过程中爆破振动等因素的影响，边坡存在发生边坡崩塌（或滑坡）等地质灾害的可能性。矿山开采结束后，通过局部削坡减载和砌筑截排水设施能够提高露天边坡的稳定性；对边坡及平台采用蓄土槽填土植树措施进行复绿，能够逐步恢复露天采场生态环境，同时也能防止边坡岩体进一步风化，确保边坡长期稳定。