山东半岛矿山地质环境问题及成因研究

2021-11-03宋明忠

世界有色金属 2021年14期

宋明忠

（山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东威海 264209）

山东半岛是我国著名的黄金储备基地和生产基地，同时也是铜、铅、锌、铁多金属矿以及花岗石、粘土、石墨矿等非金属矿的重要产地。多年来持续开采以及民众的非法开采等活动，导致山东半岛因采矿活动而诱发的矿山地质环境问题极为突出[1]。鉴于此，本文在对山东半岛矿山地质环境问题调查统计的基础上，总结了常见的矿山地质环境问题，并对地面塌陷及地裂缝和崩塌、滑坡与泥石流的形成原因进行了简要的分析，为进一步制定治理措施提供参考。

1 矿山地质环境问题

1.1 破损山体及露天采坑

根据调查统计结果显示：由于多年来金矿、石墨矿、花岗岩矿山开采，导致山东半岛现有各类关闭及废弃矿山开采形成的破损山体1115处，露天采坑721处，总面积约6164.11公顷。破损山体及露天采坑造成的危害主要为山体破损导致的视觉污染、破坏山体及植被。破损山体及露天采坑的主要危害为破坏土地、破坏植被、影响地形地貌景观等（图1）。

图1 矿山破损山体

1.2 工业广场

山东半岛已关闭及废弃矿山存在工业广场地质环境问题110处，总面积约574.97公顷，造成此类矿山地质环境问题的矿山开采的矿种主要为建筑石料、石墨、金、铁、砖瓦用粘土（页岩）等开采引起。这些因采矿活动而形成的废弃工业广场，大部分处于闲置状态，占用了大量的土地资源，未能得到合理利用，造成了土地闲置、资源浪费等（图2）。

图2 关闭矿山工业广场示意图

1.3 采空区及废弃矿井

山东半岛已关闭及废弃矿山存在采空区99处，分布面积513.64hm2，采空区内大部分已充水，终采时间均大于3年，最长30年。造成此类矿山地质环境问题的矿山开采的矿种主要为金矿、铁矿、铅锌矿、重晶石、萤石、滑石等开采引起。此外，山东半岛现存废弃矿井众多，约643个，集中分布于采空区周围。山东半岛遗留废弃矿井主要位于各开采区内矿体附近，沿矿脉走向呈条带状分布，绝大部分为民采形成[2]。其中，废弃竖井井深一般20m～120m，井径5m2～10m2；废弃平硐一般垂直于矿体发育方向，个别废弃竖井深部存在开采巷道，相邻废弃竖井间的开采巷道少量相通，巷道规模小（图3）。

图3 矿山废弃平硐

1.4 采空塌陷及地裂缝

由于山东半岛大规模开采金矿、铁矿、煤矿、重晶石矿、滑石矿等，导致已关闭及废弃矿山存在采空塌陷及地裂缝地质环境问题29处，但规模均为小型。采空塌陷及地裂缝是一种危害极大的矿山地质灾害，它不仅直接影响当地人们的生活、生产环境，制约国民经济建设的正常发展，而且使地表植被、土壤及地层结构遭到破坏，严重恶化了当地的自然生态环境。采空塌陷具有较强的危害性，对地表建筑、人民生命财产安全构成严重威胁，同时破坏生态环境，影响社会稳定。随着煤、铁矿采空范围的扩大，采空塌陷及地裂缝仍会发生。

1.5 崩塌、滑坡、泥（渣）石流

根据调查统计数据可知：山东半岛已发生的崩塌、滑坡、泥（渣）石流地质环境问题92处，直接经济损失207万元，规模全部为小型，造成此类矿山地质环境问题的矿山开采的矿种主要为露天开采的非金属矿山采掘活动导致的。

2 成因分析

2.1 地面塌陷与地裂缝

根据调查，山东半岛产生地面塌陷及地裂缝等矿山地质环境问题主要为地下开采矿山形成地下采空区导致，主要发生在烟台矿产开采区，大多数为开采金矿、铁矿、煤矿、滑石矿等矿产资源而产生的地面塌陷。地面塌陷及地裂缝造成耕地报废或减产，损坏地面建筑，恶化矿山地质环境，严重影响矿区群众的生活及生产环境。其中，区内地面塌陷均与采矿活动有关，大多数为开采金矿、煤矿等矿产资源而产生的地面塌陷，受矿区开采方式的影响，其塌陷方式可将其归为累进突发型冒落式塌陷，采空塌陷诱发因素为采空区顶板冒落；山东半岛已发现的地裂缝均为非构造地裂缝，属拉张性质，属于采空塌陷的伴生灾害，在塌陷坑体周围常伴有倾向塌陷坑的平行、环状裂缝或沿陷坑长轴方向的延伸裂缝，同时独体地裂缝一般是塌陷的前兆，由于附近存在大量不明空区，在重力作用下岩体发生整体位移开裂，开裂形态一般为折线型。

2.2 崩塌、滑坡、泥石流

根据调查，山东半岛产生崩塌、滑坡、泥石流等矿山地质环境问题多为露天开采的非金属矿山采掘活动导致的，多发生于鲁中南及鲁东变质岩、侵入岩、寒武系石灰岩组成的中低山丘陵区，具有突发性强特点。露天开采形成的高陡边坡通常存在诸多不稳定因素，在强降雨、冻融或较强震动条件下易造成边坡岩体产生崩塌、滑坡、泥（渣）石流等重力地质灾害。不同类型的地质灾害成因如下：

（1）崩塌形成原因。由于原来矿山开采及民采时，多数没有规划设计指导或未按规划设计采矿，形成大量高陡边坡，这些边坡岩体多以块状构造为主，近地表地段或不同岩性接触的坡段，岩石裂隙发育，破坏了岩体的完整性，坡体稳定性差，易形成拉裂形式的崩塌；边坡经过卸荷回弹，在重力和降水入渗、冲刷及爆破震动等因素影响下，在边坡岩体松驰带内容易产生鼓胀形式的崩塌[3]；在具有层理构造的采场，随着开采深度增加，自然应力均衡场不断遭到破坏，沿层理或其它软弱结构面易发生滑移形式的崩塌。尤其是在汛期或受震动影响时，极易形成崩塌矿山地质环境问题。

（2）滑坡形成原因。山东半岛出现的滑坡地质灾害形成主要是由于软弱结构面的存在而形成的，以外窑滑坡为例，工程开挖形成的边坡坡度为70°，而顺向的软弱结构面倾角为51°，该软弱结构面存在为该滑坡地质灾害形成的主要诱发因素；而蓬家夼滑坡为牵引式岩质工程滑坡，滑坡体东西向韧性剪切带和脆性构造均很发育，且所处区域暴雨量较大，在水动力和爆破震动下发生滑坡；俚岛滑坡为多年、渐变式、以蠕滑变形为主的滑坡，诱发因素主要包括降水、地震、人工开挖等，其中暴雨、长时间连续降雨是产生滑坡的最主要自然因素。

（3）泥石流形成原因。山东半岛矿山活动强度高的山区，尾矿、毛石等固废堆积的规模和汇水面积均较大，其中稳定性差的堆积体是泥石流的主要物质来源，主要灾害类型为泥石流(区内称为渣石流)，大型尾矿库一旦发生溃坝，则产生的渣石流造成财产生命损失巨大。据调查，工作区矿渣占地数百公顷，尾矿总占地面积可达上千公顷。矿渣、尾矿现分布于招远、莱州、蓬莱，牟平和威海等地，固废堆积以金矿最为严重，仅招远市大大小小的尾矿库就有230多处，其中60%堆积于低山丘陵区沟谷汇水处，泥(渣)石流灾害隐患突出。