露天废弃矿坑地质环境综合治理研究现状

2021-03-10张文辉

建材与装饰 2021年5期

张文辉

（云南磷化集团海口磷业有限公司，云南昆明 650114）

0 引言

随着我国经济水平不断提高，矿产资源的开采规模不断扩大，露天开采所占的比重不断提高。首先，但露天矿山开采工作结束后，就会留下诸多地质问题以及环境问题，由于矿山开采的过程中需挖损大量的土林地，导致地表发生错位或是塌陷，形成矿坑或地裂缝，坑内或裂缝内土壤的理化性质受到严重破坏，不能在用于种植或养殖工作。其次，露天矿山会形成坡度较大的坡面，受到爆破活动以及风化作用的影响，存在坍塌、滑坡等安全隐患。最后，露天矿山在开采过程中会产生大量的废弃物以及矿渣，若不进行科学的存放，极易引起泥石流等地质灾害。为解决上述情况，需不断对开采技术进行创新和优化，加大信息技术的应用程度，进一步推动矿产开采行业的可持续发展。现作者结合自身工作矿区及工作经历，对露天废弃矿坑地质环境综合治理研究现状进行一个阐述。

1 矿区地质情况概述

1.1 地层结构

矿区位于香条冲背斜北翼。矿区内主要地层出露线与香条冲背斜轴线一致，呈东西向展布。地层发育齐全，从元古界至新生界地层均有出露；地层出露有第四系、下第三系、二叠系、石炭系、泥盆系中上统、寒武系下统、震旦系上统、昆阳群。除昆阳群为一套浅变质岩、上二叠统峨嵋山玄武岩为火山喷发岩外，其余均为沉积岩层。

各时代地层分布特征是：矿区南部和西部以前震旦系昆阳群地层为主，中部及东部以古生代地层为主，北部和北东部以中生代地层为主，新生代地层多呈零星分布。

1.2 区域构造

矿区内区域构造主要发育近走向南北和近走向东西的两组主要构造系统。近走向南北的构造带在昆明以北向南经滇池，并旁及大青山、观音山入玉溪境内，长达70 余公里，由延伸很长的断层和一些紧密褶皱构成。

地层有元古界到中生界红层，同时控制了上第三系含煤盆地和第四系谷地和湖泊的分布。近走向东西的构造带，在安宁以南的县街到晋宁之间，宽达20 余公里，该带大致分布呈东西走向的三个褶皱，其中最主要的是开阔的香条冲背斜，控制着矿层的分布，为矿区的主体构造。

2 露天废弃矿山综合整治的目标

2.1 全面摸排基本情况

为进一步改善露天废弃矿坑地质环境综合治理情况，需将违规违法开采的露天矿山作为重点排查对象，对矿山开采后的生态环境保护落实情况进行监督和检查。对合法持有相关证明的开采单位的技术以及方法进行考量，确保其在开采过程中，不存在过度破坏生态环境、过度采伐等问题[1]。除此之外，还需对矿渣的存放情况进行检查，并帮助开采单位根据实际情况，制定相应的整改措施，帮助开采单位明确治理任务以及治理标准，进一步推动矿山开采行业的发展。

2.2 全面开展综合整治

组织相关部门，集合多方力量对矿山开采后环境情况进行综合检查，对于严重违规建设的矿山，依法进行封闭，对于不能保证环境健康的开采单位，责令其限期整改，待相关部门检验合格后才能继续投入使用。若开采单位拒绝停产整改，工作人员应依法进行强制关闭，避免环境遭到更严重的破坏。除此之外，相关部门还需对露天矿山开采中的运输、装卸等工作环节进行监督，谨防水土流失，冒烟和自燃的情况[2]。

2.3 全面加强生态修复

对于已经完成开采工作的露天矿山，其管理人员需明确在矿山关闭后应履行的主体责任和义务，按照“谁开采、谁治理”以及“边开采、边治理”的方式展开相关工作。

3 露天废弃矿山边坡稳定性分析方法研究

露天废弃矿坑环境地质问题中最主要问题就是矿坑边坡的稳定性问题。由于露天废弃矿山边坡存在的裂缝较多，柔软结构面较多，导致边坡的坡度始终得不到降低，加之矿山开采时，矿渣等资源的不规则存放，导致边坡的结构稳定性降低，甚至发生坍塌。现对矿山稳定性以及影响因素进行分析，并根据实际问题，制定相应的保护措施，对露天废弃矿坑地质环境综合问题的治理有重要意义[3]。

3.1 赤平投影法

这是一种把物体三维空间的几何要素反应在平面上，并进行研究的方式，其计算方式极为简便，并能做到综合、形象的定量图解，被广泛应用在地质科学中，常用于分析矿坑边坡的稳定性。赤平投影不涉及线的长短、面的大小以及其间的距离问题，但在配合正投影图解的情况下，就可以相互补充，进而解决边角距离的内在计量问题。

图1 赤平投影法确定矿山边坡稳定性

3.2 极限平衡法

极限平衡法是历史最悠久的确定半坡稳定性的方式，其利用静力平衡等原理，对露天矿坑半坡的受到不同影响下的受力状态。根据剪切力与抗剪力之间的比值，进而得出安全系数。现阶段常见的极限平衡法包括毕恩肖普法、普通条分法以及瑞典条分法[4]。

图2 极限平衡法测量矿山边坡稳定性原理

3.3 数值分析法

数值分析法其中包括边界元法、限元法、快速拉格朗日分析法以及离散单元法等。数值该方法通利用计算机对露天矿坑边坡进行模拟，能够计算出边坡岩土体的应力关系。适用于可各种大型、复杂露天矿坑边坡。随着计算机信息技术的发展，数值分析方法在测量矿山边坡稳定性中的应用程度越来越广泛[5]。利用该方式进行边坡稳定性分析时，可以使用GEO-Studio 软件对该矿边坡情况进行模拟，利用信息技术能够进一步保证计算结果的精确性，以便于后续工作的开展和进行。

图3 数值分析法测量边坡稳定性计算模式

3.4 综合分析法

单一的分析方法存在局限性，因此了提高测量结果的精确性，可以将多种方式进行组合，这种方式能够在最大程度上保证测量数据的精确性和安全性。例如可以先使用赤平投影法寻找可能存在破坏威胁或是已经被破坏的位置，然后利用极限平衡法对数据进行计算和分析。对露天废弃矿坑边坡的稳定性作出精确分析，通过多种方式的相互对比分析，进一步提高了结果的精确性，为露天矿坑地质环境综合治理工作注入动力。