矿山地质环境问题分析及防治措施研究

尹 飞

(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

在生态文明建设不断推进的大环境下，矿山地质环境问题受到社会各界的广泛关注，防治矿山地质环境问题尤其是地质灾害防治及生态恢复已经逐渐成为生态文明建设中至关重要的一部分[1]。上述背景下，广大专家学者开始投入研究，致力于从生态恢复、法律政策、采矿技术等方面寻求解决方案，也提出了一系列防治矿山地质环境问题的建议[2]。但由于不同矿山之间存在差异性，在地质环境问题方面也存在一定的差异性，对应的防治方案也必然需要进行针对性的优化调整，才能有效保障防治方案的科学性[3]。因此，该研究以云南东川因民铜矿为例，探讨矿山地质环境问题及防治措施，为相关的学术研究提供理论参考。

1 铜矿基础情况

因民铜矿位于云南省东北部，隶属昆明市东川区因民镇，地理极值坐标为东经102°55′30″～102°58′00″，北纬26°13′18″～26°18′15″。矿区面积约9.679 3 km2，地下开采，开采矿种为铜矿、铁矿，开采标高+3 309～+1 000 m，矿山生产规模为80万t/a，属于中型矿山。

矿区位于金沙江右岸，沟谷发育，山脉呈南北走向。地势南高北低，矿界内海拔标高介于1250.0～3 516 m，相对高差2 260.0 m。区内山体陡峻，地形坡度一般大于30°，局部地段可达50°。区内5-10月为雨季，全年降雨量1 321.5 mm。11月至次年3月常降雪，降雪深度30 mm左右，霜期187天。1-4月份为干季及风季，定时最大风速28 m/s。20年一遇1小时最大暴雨量为52.8 mm，6 h最大暴雨量为78.4 mm，24 h最大暴雨量为109.8 mm。

矿区处于青藏高原隆起区东南缘，新构造运动活跃，山体不断抬升。地质构造复杂，周围有小江、普渡河、金沙江等区域性深大断裂及其派生的次级断裂，常常是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发区[4]。因民矿区恰处于落因破碎带，岩石节理裂隙发育，地表岩石破碎、松散，导致山体的稳定性较差-差。

2 调查工作概述

调查工作分4个阶段进行：①第一阶段(前期准备阶段)：2018年11月7-9日，充分收集相关的自然地理、社会经济、区域和矿区地质、水文工程环境地质、储量核实报告、开发利用方案及土地利用现状图、土地利用总体规划图、矿山开采历史及现状等资料，充分分析区域地质环境条件，编制工作大纲；②第二阶段(野外调查阶段)：2018年11月10-13日，进行现场地质灾害、含水层、地形地貌景观、土地资源类型、损毁方式、程度及矿山地质环境影响调查。野外调查的重点是矿山已有坑口、办公生活区、矿山辅助设施(工棚、变压器等)和矿山进场道路等区段的地质环境条件及土地类型，调查工作以矿山提供的1：10 000矿区总平面布置图作为工作底图，严格按工作大纲开展工作，调查路线主要采用穿越法，对发现的地质灾害点及不良地质现象、土地损毁区段用GPS定位，用数码相机拍照、录像并详细填写野外调查记录卡片，共完成野外地质调查路线85.2 km，地质环境综合调查面积44.40 km2，各类调查点36个；③第三阶段(室内综合整理阶段)：2018年11月14-17日，在室内把收集的相关资料、野外现场调查的地质灾害、土地类型和重点进行整理，并把实地调研的损毁情况上图；④第四阶段(成果编制阶段)：2018年11月18日-12月20日，完成防治报告编制工作。

3 存在的地质环境问题

3.1 采空区地面塌陷

东川铜矿自1952年正规勘查以来已有近70年的开发历史，以其独特的成矿地质条件及矿床特征区别于其他类型铜矿，是我国少有的沉积岩容矿的层状超大型铜矿床之一，铜储量390万t，占全国该类矿床铜总储量的约46 %。矿区采矿方法主要以浅孔留矿法为主，经过多年的开采，矿区范围内的地质环境破坏情况相对较为严重，内部存在大量老窑，现有采空区面积约170 hm2，受限于当时技术和经济发展水平，这些老窑基本都未做充填或治理。加之受断裂构造、地震等影响，采空区间柱垮塌、地表常出现开裂、变形，形成塌陷区，地形陡峻的地段地表岩石常崩落下滑，形成崩落区。矿床自开采以来共发生8个部位出现垮塌及陷落情况。采空区上方现状主要分布岩质崩塌5处及岩土体滑坡5处，推测是采空区变形导致地表移动的结果。其潜在危害尚未完全查明，但推测其危害将会缓慢显现且较为强烈。矿体上、下盘围岩较稳固，矿体以急倾斜薄至中厚矿体为主，参照类似矿山经验，矿体上盘岩体移动角取60°，端部岩体移动角取70°，下盘岩体移动角：当矿体倾角大于65°时，岩石移动角取65°，预测最终地表移动盆地范围约636.5 hm2。

3.2 崩塌问题

经现场调查，因民铜矿矿区范围内有5处崩塌，位于矿区中部、南部的斜坡坡顶处，地形陡峻，规模为中型岩质崩塌，崩塌形成的主因为矿山地下开采形成采空区产生地表移动变形甚至地面塌陷，危害工作人员及矿业活动安全，而且崩塌体可为大水沟提供丰富物源，从而形成泥石流灾害，进而威胁下游布置厂房、道路及於堵金沙江河床，总体而言，链式灾害及其危害程度、危险性不容忽视。

3.3 滑坡问题

经现场调查，因民铜矿区范围内有5处滑坡，位于矿区中部汤因线公路两侧。滑坡H1位于矿区中部，大水沟沟谷左岸。滑坡H2位于矿区中部，大水沟沟谷左岸；同样为浅层小型牵引式土质滑坡。滑坡H3位于矿区中部，原选厂(迁)的东侧；滑坡H4位于矿区中部，大水沟右岸，H3滑坡南东侧；滑坡H5位于矿区中部，大水沟右岸，H4滑坡南东侧约170 m处。5处滑坡均属于浅层小型牵引式岩土质滑坡，形成的主因为采空区产生地表移动变形、地面塌陷以及不合理的人工切坡和坡顶加载，已严重制约着矿业活动及往来人员的生命财产安全。

3.4 泥石流问题

因民铜矿区内发育有2条泥石流沟，分别为N1大水沟泥石流、N2黑箐沟泥石流，2条沟谷均为侵蚀沟谷，根据野外调查，区内大水沟及黑山箐的左岸支沟历史上均暴发过泥石流。区内泥石流的形成是多种因素共同作用的结果。其中以降雨、地形地貌、地层岩性、地质构造和人类工程活动的影响最大，其中地表破碎及松散岩土体和人类不合理的工程弃渣共同为箐沟暴发泥石流提供了丰富的物源。泥石流的危害程度、危险性大，治理成本高，已严重制约着因民铜矿的发展和安全。

需着重指出的是，区内地质灾害，存在链式关系。采空区及辅助矿业活动→引发地表移动变形→加剧崩塌、滑坡、潜在不稳定斜坡和地裂缝发展，及引发地表斜坡、废石场等失稳→形成大量物源供给大水沟、黑箐沟等冲沟暴发泥石流→泥石流冲刷侵蚀沟床→引发沟床崩滑，山体斜坡持久性的失稳，为泥石流提供物源……如此往复恶性循环。

4 防治措施与建议

4.1 采空区防治方案

对于采空区(含老窑)的防治，主要是选择“开挖+充(回)填+封堵”的模式进行治理，最后再选择地表进行封土植草[5]。对于采空区的防治方案，主要选择4种方案综合治理：①干砌法，在开采完成后产生的空洞当中，选择灰岩、白云岩、砂岩等硬质岩石完成砌筑处理，使得砌体能够与洞面之间进行有效的接触，同时利用砖石来完成洞顶的支撑；②浆砌法，充分利用桩的强度优势，使用浆砌法来完成支撑，提升空洞的稳定性、安全性；③充填法，利用尾矿砂对采空区进行充填，既能稳定采空区，消除或减小地表移动变形，又能够减轻堆存尾矿砂的经济与环境成本；④开挖回填法，对于埋深相对较小的采空区，分别从地面到采空区进行开挖处理，最后再通过分层回填、夯实处理。

4.2 崩塌防治方案

根据现场调查，崩塌体顺斜坡堆积于沟谷内，厚度小，结构松散，分选性较差，成分主要为呈块石状的白云岩构成，直径通常10～50 cm，最大达100 cm。现状在整体斜坡的中下部，2 630 m高程处，设置长170 m左右、高约5 m的浆砌石挡墙，目前崩塌堆积体大部分堆积于挡墙处，现状下挡墙运营良好，未见倾覆、滑移、开裂及失效情况。对于部分危害程度和危险性相对较小的崩塌问题，需要进一步加强监测工作，对部分危岩进行清除，抑或是在崩塌体下方沟谷的中游设置拦挡措施。

4.3 滑坡防治方案

结合因民铜矿区范围内5处滑坡特征，尽管目前滑坡处于基本稳定状态，但在降雨、降雪、地震及车辆扰动、坡脚侵蚀等条件下，滑坡发展趋势为不稳定。防治方案主要包含3个方面的内容：加强监测、在滑坡体前缘或中部设置支挡措施、修建截排水沟。

4.4 泥石流防治方案

受脆弱的地质环境及人类活动的制约，因民铜矿滑坡、崩塌、泥石流活动较频繁的基本态势短期内不会改变。降雨活动的时空变化，仍然是影响地质灾害发生范围和频度的主要控制因素。针对上述问题，应当专门设置泥石流治理工程，通过排导槽、固床坝、跌水坎及谷坊坝综合工程治理措施，分别在流域的上游、中游、下游形成物理屏障，从而有效减少泥石流所造成的危害。

需要指出的是，由于矿区的灾害不是独立的，有关联性，甚至具有链式关系的，故而，防治工程也可采取关联性设计，如区内崩塌(B1～B5)、滑坡(H1～H5)、冲沟与大水沟泥石流沟N1应协同设计，共同治理等。

4.5 生态修复治理方案

结合因民铜矿面临的地质环境问题，主要参考地区实际情况，通过针对性的生态修复治理方案进行治理。主要是在与周围环境有效协调的基础上，因地制宜地开展绿化美化处理[6]。对于边坡来说，主要通过边坡植被恢复技术进行生态修复，包括人工铺花格草皮、撒草籽、满铺草皮，同时结合植生带方式，将种子附着在天然纤维垫覆盖的斜坡表面[7]。在此基础之上，设计复垦方案，在完成场地清理以后进行土壤重构，然后分别进行土壤剥覆工程、植被重建工程、检测与管护工程，保障矿区生态环境顺利修复。

5 结 语

综上所述，针对矿山地质环境问题，需充分研究矿山地质条件，并结合矿山矿业活动的强度规模，进行全面的梳理，摸清其产生的原因，致灾的机制，从链式问题考量，采用关联性设计理念，采取工程措施+植物措施+自然休养生息的综合性生态修复治理方案，从而有效解决矿山地质环境问题，保障矿业活动及生命财产安全的同时，提升治理区的综合抗灾能力，全面保护区域生态环境。