新疆石灰岩矿山地质环境现状及防治建议

罗 平，王惠江，王前进，刘益良

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆开源岩土工程勘察设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆石灰岩矿产资源丰富，主要用于生产水泥、建筑石料、石灰、电石、熔剂等。石灰岩矿产资源的开发为新疆社会经济高速发展提供了有力的资源保障，同时也引发了一些矿山地质环境问题。本文收集了新疆石灰岩矿开发利用情况的资料，调查了矿山开采存在的问题和恢复治理情况，总结了石灰岩矿山存在的常见地质环境问题，并针对相应问题提出了恢复治理建议。

1 新疆石灰岩矿山概况

石灰石是常见的一种非金属矿产，是用途极广的宝贵资源。石灰石不仅是水泥和制灰工业不可缺少的重要原料，还广泛应用于建筑用石料、电石、熔剂等行业，具有应用范围广、使用量大的特点。

新疆已探获石灰岩矿产地共有338处，矿床从超大型—矿点均有分布，以中小型矿床为主，其中超大型矿床4处，大型矿床26处，中型矿床48处，小型矿床205处，矿点55处。全疆范围内已开发利用的石灰岩矿山237个，其中水泥用石灰岩161个、建筑石料用石灰岩56个、制灰用石灰岩16个、电石用石灰岩2个、熔剂用石灰岩2个(表1)。已开发利用的石灰岩矿山分布范围较为广泛，阿克苏、昌吉州、巴州、博州、乌鲁木齐是新疆石灰岩矿采选的主要基地。

表1 新疆已开发利用的不同用途石灰岩矿山数量(单位：个)

2 存在的地质环境问题

不同用途石灰岩矿的开采方式通常相同，一般为采用山坡—凹陷露天开采方式，自上而下、水平分层台阶式开采。新疆石灰岩矿山的主要采剥工艺流程为：露天潜孔钻机钻凿中深孔—单排孔或多排孔松动爆破—柴油动力挖掘机采装—自卸汽车运输。因不同用途石灰岩矿的开采方式基本相同，所以矿山开采存在的地质环境问题也基本相同。

2.1 边坡地质灾害问题

石灰岩矿山的地质灾害隐患一般出现在采坑边坡、矿山道路边坡和废石场边坡。①采坑边坡：石灰岩矿一般采用露天山坡—凹陷的开采方式，伴随着采矿的进行常形成露天凹陷采坑，采坑形成的高陡边坡为崩塌提供了有利的空间条件，高陡地形会促进卸荷裂隙的发展，随着裂隙进一步发育可能引起崩塌地质灾害。若边坡倾向和岩层倾向相同时，台阶边坡角不应大于岩层倾角，否则开采时将岩层下部破坏易产生顺层滑坡地质灾害；②矿山道路边坡：修建矿山道路时形成部分高陡边坡，与采坑边坡情况类似，也可能引起崩塌和顺层滑坡地质灾害；③废石场边坡：废石场边坡存在松散的岩石，在重力、爆破震动等的作用下会向下滚落产生崩塌地质灾害。若废石场堆放边坡角过大，在降雨等的影响下，可能形成软弱结构面，产生滑坡地质灾害。

2.2 地形地貌问题

矿山开采活动造成原始地形地貌的改变和破坏，石灰岩矿山开采形成的地面建设工程布局主要包括露天采矿场、废石堆放场、表土堆放场、管理区、生活区、破碎区等，各矿山建设场地会造成植被的破坏、地貌形态的改变，影响可视化景观(图1)。矿山对地形地貌的破坏程度可根据矿山破坏面积、破坏程度以及与各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线的距离等划分为严重、较严重、较轻三个等级。目前很多矿山存在开采不规范的情况，没有按自上而下水平分层台阶式采矿方法，采场凌乱，废石乱堆乱放，加大了对地形地貌的影响和破坏。

图1 采矿场对地形地貌的破坏

2.3 废石场问题

石灰岩矿开采因矿体覆盖层和夹层的情况不同产生数量不等的剥离物，剥离物主要包括第四系覆盖层、夹层、顶底板。未被综合利用的废石堆放会造成对土地的压占(图2)，同时受雨水的冲刷，堆积物中的小颗粒物被冲到土地中，对土地造成污染。剥离物中细小颗粒进入空气，会造成粉尘污染。目前新疆石灰岩矿山在资源节约、环境保护和资源综合利用等方面取得一定成效，石灰岩矿山的废石用于搭配矿石生产水泥实现资源化利用、将废石加工成骨料加以利用等方式得到广泛使用，但是仍有部分废石未得到综合利用。

图2 废石堆对土地的压占

2.4 引起水土环境污染

石灰岩矿山一般仅进行物理性采石，部分矿山会在矿区建立破碎线，进行矿石破碎，无化学分选过程，不会分选出重金属元素，因此石灰岩的开采过程一般对水土环境污染影响小。矿山工作人员产生的生活垃圾和生活污水中存在有毒有害污染物，生活垃圾随意丢弃会对环境造成污染，生活污水不加以处理直接排放也会污染水土环境。有些矿山存在将废机油等随意排放的情况，废油随意排放会对土壤和水体造成污染。

2.5 引起大气环境污染

矿山基本不存在使用国家明令淘汰的落后生产工艺装备和机械设备，机械设备的尾气排放符合国家排放标准。矿山开采过程主要的大气污染为粉尘污染，石灰岩矿山的主要产尘环节为：爆破、破碎、装卸、运输等产生的扬尘。其主要影响表现为：粉尘漂浮在空气中，增加局部空气中悬浮物含量，同时影响区域景观；空气中的粉尘落到机器的转动部件上，会加速转动部件的磨损，降低机器工作的精度和寿命；矿工长期在不良工作环境中接触粉尘会对其健康有一定影响。

3 对地质环境问题的防治建议

3.1 边坡地质灾害隐患防治建议

对于新建和已建矿山，矿山的采掘按设计台阶高度和坡度规范开采；矿山道路边坡符合设计的边坡坡度，不形成过陡的边坡；废石堆放场和表土堆放场在规划区域按设计堆放角度进行堆放，分层堆放，每层边坡角不大于35°。在边坡上形成的松动浮石应及时清理，主要使用机械清理的方式。对于地质灾害危险性较大的边坡，应设计专项治理措施，常用的滑坡防治措施有挡土墙等，常用的崩塌防治措施有主动防护网等。对于废弃矿山，通过清理危岩、削坡等方式将边坡处理至稳定状态，并保持边坡平整。

(1)挡土墙防治措施。

在滑坡前缘设置挡土墙进行治理，主要起护坡止水的作用，承载坡体剩余推力，使坡体达到稳定状态。挡土墙的类型有重力式、锚定式、薄壁式等，其中重力式挡土墙在矿山道路与废石堆放场边坡中使用最为广泛(图3)。重力式挡土墙靠自身重力平衡土体，一般形式简单、施工方便、圬工量大，对基础要求也较高。重力式挡土墙的稳定性分析包括抗滑验算与抗倾覆验算，抗滑验算安全系数取值为Ks≥1.3，抗倾覆验算安全系数取值为Kt≥1.5。

图3 挡土墙剖面图(a)与结构示意图(b)

(2)主动防护网防治措施。

以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上，限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及危岩崩塌，主动防护网结构配置：钢丝绳网、钢丝绳锚杆、支撑绳、缝合绳、钢丝绳绳卡、钢丝格栅网(图4)。主动防护网局部受载，整体作用，从而使系统能承受较大的荷载并降低单根锚杆的锚固力要求，一般在较大的危岩体处设置加强锚。

图4 主动防护网剖面图(a)与系统布置图(b)

3.2 地形地貌破坏防治建议

对于新建和已建矿山，在开采作业时尽量减少扰动面积，不破坏规划使用区域外的面积，作业时保持场地整洁，对于场地不平整、堆放废石不整齐等情况及时进行治理，不再使用的场地及时进行复垦。提高废石综合利用率，减少废石排放。对于废弃矿山，根据矿山具体情况将不能综合利用的部分或全部废石回填至采坑。将边坡削坡平整、各场地平整后，使用前期剥离的表土对各场地进行覆土，而后进行植被复绿。对于坡度较大的采坑边坡可选择挂网喷播的方式进行恢复治理。对于原始地类和周边地类为裸土地或裸岩石砾地的场地则不要求进行植被复绿。恢复治理后的各类场地，应与周边自然环境相协调。

(1)废石的综合利用措施。

注重废石的综合利用，可减少废石的排放，增加可利用资源。结合水泥生产线多种原料配料的特点，高品位矿石搭配低品位矿石使用，实现开采或加工各类产物资源化利用，实现高品位矿石与低品位矿石、夹层、顶底板围岩等综合利用。对于水泥生产无法利用的夹层、顶底板围岩等可用于生产碎石，提高废石的综合利用率。

(2)挂网喷播恢复治理措施。

挂网喷播的工艺流程为：①清坡：将边坡环境受损的部分借助机械手段平整处理，促进网面与边坡更好地结合；②挂网：将铁丝网沿坡面由上至下铺于坡面上，网与坡面之间保持平顺结合，按设计的横纵间距锚固；③喷播：客土喷播前浇水湿润坡面，将泥炭、腐殖土、草纤维、缓释营养肥料等混合材料经过专用机械的搅拌后喷播在铁丝网上。对已完成铺设的坡面进行草籽喷播，将种子与纤维物质、粘合剂、保水剂、缓释肥、微生物菌肥等经过喷播机搅拌混匀成混合液喷播至坡面；④覆盖：为保温保湿防冲刷，采用无纺布(或稻草帘)覆盖；⑤养护：主要包括浇水、施肥、病虫防治、补种及后期苗木种植。

3.3 废石场治理建议

对于水泥用石灰岩矿山，结合水泥生产线多种原料配料的特点，实现开采或加工各类产物资源化利用，实现资源分级利用、优质优用，实现高品位矿石与低品位矿石、夹层、顶底板围岩等综合利用。对于其它用途石灰岩矿山，可将满足要求的废石用于生产骨料。对于不能被利用的废石可在矿山闭坑后回填至采坑，然后覆土复绿。

3.4 水土环境污染防治建议

石灰岩矿山开采不会分选出重金属元素，主要需防治的水土污染环节为生活垃圾和生活污水等。生活垃圾存放于生活区设置的垃圾箱，定期清运至垃圾处理站统一处理。生活污水中主要含有机污染物、有毒污染物(如合成洗涤剂)及生物污染物(如有害微生物)等，在矿部生活区应设置地埋式一体化污水处理装置，生活污水经处理达到《污水综合排放标准》二级标准后用于洒水降尘和绿化。机械设备保养过程中产生的废机油等进行统一收集处理，禁止随意排放。

3.5 大气环境污染防治建议

凿岩作业中通过采用凿岩收尘一体钻机收尘或湿式凿岩工艺等措施降尘，爆破作业中通过喷雾洒水降尘，固定产尘点加设除尘捕尘装备并保持足够的负压与生产设备同步运行等措施，实现抑制和处理采选加工过程中产生的粉尘。运输道路和其它场地配置洒水车定时洒水降尘，由于生产产生粉尘本身特性，其颗粒大，沉降性好，经过洒水降尘后矿区产生的粉尘可得到较好的沉降和改善。同时矿山应该对产尘明显的场所进行动态监测，监测粉尘的排放情况。

4 结论和建议

(1)新疆已探获石灰岩矿产地338处，已开发利用的石灰岩矿山237个，广泛应用于水泥、建筑用石料、制灰、电石、熔剂等行业，应用范围广，使用量大。石灰岩矿山开采引发的主要地质环境问题有边坡地质灾害、地形地貌、废石场、水土环境污染以及大气环境污染等问题。

(2)对于边坡地质灾害问题，生产矿山按设计要求采矿和堆放废石，针对地质灾害危险性较大的边坡应设计专项治理措施；废弃矿山通过清理危岩、削坡等方式将边坡处理至稳定状态。对于地形地貌问题，生产矿山尽量减少扰动面积；废弃矿山可通过废石回填、削坡、平整、植被重构等措施进行治理恢复。对于废石场问题，提高废石的综合利用率，减少废石排放，不能被利用的废石可在矿山闭坑后回填至采坑。对于水土环境污染问题，生活垃圾存放于垃圾箱并定期清运至垃圾处理站统一处理，生活污水经污水处理设备处理达标后用于洒水降尘和绿化。对于大气环境污染问题，固定产尘点加设除尘捕尘装备，运输道路和其它场地配置洒水车定时洒水降尘。

(3)石灰岩矿在社会经济发展中发挥了重要作用，为做好矿山开采中和开采后的地质环境治理与土地复垦工作，需因地制宜选择恢复效果好、经济可行的恢复治理措施，从而推动矿山生态文明建设，践行绿色矿山建设目标。

矿山地质环境保护和恢复治理应与绿色矿山建设工作相结合，对于要开展绿色矿山建设的矿山，地质环境保护和恢复治理工作纳入绿色矿山建设工作的范畴，属于绿色矿山建设的一部分。在实践中，大中型矿山尽快开展绿色矿山建设和评估入库工作，小型矿山和三类矿产矿山按照绿色矿山建设要求规范管理。