江西武宁县东坪矿区地质环境问题及防治对策

沙 珉

(江西应用职业技术学院，江西赣州 342203)

江西武宁县东坪矿区地质环境问题及防治对策

沙 珉

(江西应用职业技术学院，江西赣州 342203)

通过对武宁东坪矿区地质环境背景和现状调查，分析矿区可能产生的地质环境问题，发现主要矿山地质环境问题为:滑坡型泥石流，地裂缝、地面塌陷以及地下水均衡系统破坏以及对土地的侵占和破坏。提出主要防治对策有:修筑拦挡坝和截水沟等防治滑坡型泥石流;加强采场和采空区地压控制和管理，防治地裂缝、地面塌陷以及地下水均衡系统破坏;利用土地复垦的手段恢复被破土地的原始功能。

地质环境;防治对策;东坪矿区;江西武宁县

1 矿山地质环境背景

1.1 矿区自然环境

武宁县东坪矿区位于九宫山脉南侧，属中低山剥蚀地形，地形以东西向山系为区内的地表分水岭，中部高南北低，最高海拔标高800 m，最低海拔标高230 m，最大相对高差约570 m。地形切割较强，多为“V”字形沟谷，山坡陡峻，坡度30～50°。两条溪流分别从矿区的北西侧、南东侧流过，在矿区南西侧边缘汇合，最低侵蚀基准面标高约为+240 m，溪流枯水期流量1.0～1.5 m3/s，丰水期流量8～12 m3/s，沟谷中为季节性支流，水域分布较为均衡。

区内植被发育，森林繁茂，气候温湿多雨，四季分明，年平均降雨量1 600.53 mm，最大年降雨量为2 358.8 mm(1998年)，极端最大日降雨量为232.5 mm(1983年7月7日)，降雨量年内分配不均，6～7月份多为暴雨①江西省地质局区域地质测量大队.1963.1∶20万修水区域地质测量报告.。

1.2 矿区地质特征

矿区地处太平山花岗岩株之外接触带，区内大面积露双桥山群安乐林组浅变质岩系，岩性为变余砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩等②江西省地质调查研究院.2007.江西省武宁县东坪矿区胡家矿段详细地质报告.。经勘查，在矿区范围内共发现工业矿体33条，矿体为含铜钨石英脉，按其走向可划分为北北东、北东两组(图1)，地表延长100～500 m，倾向北西，矿体的厚度在0.18～1.6 m，局部地段密集成带③江西省地质矿产勘查开发局赣西北队.2003.江西武宁县地质灾害调查与区划报告.。区内地质构造简单，无活动性断裂，地震活动性弱。

图1 东坪矿区地质及矿山地质环境略图Fig.1 The geological environment characterization of Dongping ore district

1.3 矿区水文地质特征

区内地表水体主要为东坪和胡家两条溪流，流量受季节性变化大，主要由大气降水补给，短时暴雨可形成迳流。区内地下水主要为包气带水和潜水，根据赋存介质不同潜水主要有孔隙水和构造裂隙水。本矿区构造裂隙水进步可划分为风化裂隙水、构造裂隙水和断裂水等，但以风化裂隙水及构造裂隙水为主，裂隙含水微弱，属裂隙充水矿床。地下水由大气降水及地表水补给，季节性变化大，雨季地下水位相应抬高，流量相应增大。属水文地质条件简单矿床。

1.4 矿区工程地质特征

根据野外调查和勘查资料以及岩石力学试验结果(表1)，按地质体成因、岩性组合、物理力学性质的差异，将矿区岩土体划分成3个工程地质岩组(《工程地质手册》编委会，2007)，其特征如下:

(1)残积土。由残坡积物组成，厚0～2 m，局部可达3～5 m，含较微弱的孔隙潜水，粘塑性较好，具低—中等压缩性，属松散土类。

(2)风化岩组。主要为风化—半风化变质砂岩、板岩等，厚度一般4～8 m，局部可达15～20 m，节理裂隙发育，含较少量风化裂隙潜水，属软-较软岩类。

(3)未风化岩组。由微风化-新鲜变质砂岩、板岩及石英岩等组成，节理裂隙较发育，多呈层状、块状结构，岩石完整性较好。含较微弱的构造裂隙潜水。属较硬—坚硬岩类。

2 矿山地质环境现状

2.1 开采现状

矿区在1960年代就开始有民采活动，至2006年，江西省整顿矿山开采秩序，民采活动停止，目前民采形成大小平窿20余个。对民窿进行调查，各民窿为独立的平窿系统，平窿之间无联系，民采平窿断面多为1.5 m×1.8 m，长度基本上在100 m左右。民采基本上只有一个中段，开采深度小于40 m，采矿宽度0.6～1.2 m。采空区暴露面小且不连续，最大100 m2左右，最小30 m2左右。采空区顶板为变质砂岩和板岩，矿区内矿体围岩均有变质砂岩和板岩，因此顶板厚度为矿区内变质砂岩和板岩的厚度，即数十米至数百米。

2.2 滑坡、塌陷和泥石流调查

通过现场调查，东坪矿区尚未发生过滑坡、塌陷和泥石流。但各民采平窿口无序堆放有100～400 m3松散废石，且均分布在东坪和胡家两溪流上游，根据各堆积体的特征并对其可能形成的危害进行评估，结果见表2。

表1 矿区各矿层及顶、底板岩石物理力学性能测试结果表Table 1 The physical mechanical performance of each layer and its roof and floor rocks

表2 矿山各主要平硐口废石堆放基本情况一览表Table 2 The general situation of piling-up refuse in every major adit

由表2可知，现有松散废石为形成滑坡并滑坡型诱发泥石流提供了固体物质条件。

2.3 地裂缝和地面塌陷调查

通过地面调查，东坪矿区尚未发现地裂缝和地面塌陷，对部分采空区调查，采空区顶板为变质砂岩和板岩，其饱和单轴抗压强度大于60 MPa，为较硬—坚硬岩石类，顶板完整，未出现冒顶和片帮现象，地压稳定。

2.4 矿区污染现状调查

对东坪矿区的地表水和地下水以及土壤污染状况进行实地调查，对可能产生污染的地点分别取样，根据地表水、地下水和土壤的不同要求，分别测试相应指标(表3)。

从表3可知，地表水、地下水和土壤均未受污染，地表水质符合三类水标准，地下水水质符合地下水三类水标准，土壤符合二级土壤标准。

2.5 土地植被破坏现状调查

矿山目前基本建设已完成，废石场和尾矿库依山沟而建，造成大面积的土地侵占和破坏，其破坏类型以压占为主，通过现场调查，土地类型为有林地。其它工程对土地均有侵占破坏，其破坏类型以挖损和压占为主，各工程对土地破坏状况详见表4。

矿区内植被覆盖良好，受人为扰动较多，区内植被具有次生性质，主要植被类型为针阔混交林、人工林及荒山低矮灌木草丛等。矿区水土流失呈轻度状态(《工程地质手册》编委会，2007)。

表3 地表水、地下水和土壤环境质量监测结果④ 九江市环境科学研究所.2009.江西省武宁县东坪矿区胡家矿段铜多金属矿采选项目环境影响报告书.Table 3 The monitoring of surfacewater，groundwater and soil environment quality mg/L

表4 破坏土地情况一览表Table 4 The general situation of destroyed land km2

2.6 地下水现状调查

从矿区水文地质可知，本矿区地下水以风化裂隙水和构造裂隙水为主，通过调查，在各矿体分布区及其附近节理裂隙发育，但多呈闭合状或被石英脉(矿体)充填，少数为微张裂隙，且发育均匀，宽度一般≤1 mm，裂隙的含水性也不均匀，如PD6沿脉(局部非沿脉)长为120 m(标高+224 m)，其中滴水区累计85 m(占70.83%)，潮湿区累计18 m(占15%)，干燥区累计17 m(占14.17%)，滴水部位多为石英脉，地下水多从倾向、近倾向裂隙或层间裂隙中渗出，排水量(4月份)为65 m3/d;再如PD28沿脉长为105 m(标高+358.2 m)，其中滴水区累计仅11 m(占10.48%)，潮湿区累计46 m(占43.81%)，而干燥区累计48 m(占45.71%)，排水量(4月份)为8.5 m3/d。可见富水性，导水性均弱，采矿活动对地下水影响较小。

3 潜在的矿山地质环境问题

一般来说，采矿活动对矿山地质环境影响是主要集中在:①由于采空区的存在形成地压，地压管理不妥造成地裂缝及地面塌陷的形成，进而对地下水均衡系统进行破坏;②采矿活动的大量固定废弃物堆放造成土地被侵占破坏，如果不妥善堆放大量采矿废石，可能造成滑坡型泥石流;③采矿废水造成对地表水、地下水和土壤的污染等。

从前面现状分析可知，东坪矿区虽然经历30余年的采矿活动，但目前地表水、地下水和土壤相关指标均在正常值范围内，可以推测本矿区的采矿活动对地表水、地下水和土壤影响较小，在分析预测矿区潜在的地质环境问题中将着重分析前两个方面。

3.1 地裂缝、地面塌陷和地下水均衡系统破坏

地裂缝、地面塌陷和地下水均衡系统破坏主要原因是地压变化引起。通过现状调查，矿区在民采期尚未发现地裂缝和地面塌陷和地下水均衡系统破坏现象，即地压现象尚未表现或地压显现程度较低。但是，地压具有动态性，岩石工程结构随其所处突然间位置和施工顺序的不同，地压现象的表现形式和显现程度随之变化(刁心宏，2009)。造成地压具有动态性的原因主要有四个方面:①地质条件的变化。矿体及其围岩都是经过漫长的地质年代而形成的地质体，经历了长期的交变地应力作用，因此形成了矿岩体极其复杂的结构特征和物理力学性质。②矿体赋存条件的变化。矿体的赋存条件并不是一成不变的，矿体厚度、倾角、埋深以及顶底板围岩性质均是变化的。③应力环境的变化。应力环境的变化除随开采深度增加地应力随之增加外，上部矿体开采后形成采空区，使下部的采矿工程处于应力升高区承压带中，因此地压显现将更为明显和激烈。④岩石具有应力历史记忆特性。岩矿体为非完全弹性介质岩矿体是否破坏不仅取决于岩矿体的力学性质和应力大小，而且取决于达到这一应力状态所经历的过程。由于采矿工作在空间上是不断推进变化的，在此过程中，采场地质条件、矿体赋存条件、应力环境自始至终不断变化，采场中地压的显现随之发生变化(刁心宏，2009)。地压显现激烈的直接后果就是采场或采空区产生冒顶和边帮，形成大面积的裂缝和垮塌。当裂缝和垮塌波及地表，就形成地裂缝和地面塌陷，进而造成地面岩移范围内的地下水均衡系统被破坏。

东坪矿区在民采期间采空区小且不连续，尚未引起地压太大的变化，因此尚未引起地裂缝、地面塌陷和地下水均衡系统破坏。随着开采活动加大，采场地质条件、矿体赋存条件、应力环境将发生变化，地压也随之变化，当采矿工作未随地压变化调整采场参数和实施控制手段时，地压增加到一定程度，必然造成采场或采空区出现裂缝和垮塌进而波及地表形成地裂缝和地面塌陷，并破坏地下水均衡系统。

综合以上分析，东坪矿区在继续开采过程中，由于可能出现地压控制不当或疏忽管理，使地压增大到一定程度后，造成地裂缝和地面塌陷，从而破坏地表岩移范围内的地下水均衡系统是有可能发生的。

3.2 滑坡型泥石流

一般认为滑坡体的下滑要满足相关的力学条件(李树德，1998):

式中τ为下滑启动力;τ0为临界启动力;Q为土(石)体重量;α为地形坡度;σ为土(石)体对地形破面由Q引起的垂直坡面的正压力;φ为内摩擦角;C为内聚力。

在自然状态下，τ≤τ0，废石堆是稳定的。通常在水的作用下，土(石)的内摩擦角和内聚力均降低，临界启动力也随之减小，废石堆的力学状态也随之向τ＞τ0方向发展，即废石堆向失稳的状态发展。

东坪矿区目前无序堆放有20余堆废石，随着继续规模开采，尚有大量采矿废石需要堆放，当在极端天气下，由于降水的作用，废石堆的内聚力降低，使之处于失稳状态，造成废石堆滑坡是完全有可能的。

泥石流的产生必须同时满足三个条件，即足够的水量、松散的固体物质和沟谷特征。本矿区足够的水量受当地气象条件的影响，江西地质灾害中泥石流、滑坡都发生在雨季，其中滑坡比泥石流更集中，5～7月占87%。另外，两者在6月都达到70%左右。因此，在极端天气下，足够的水量条件是能引发泥石流或滑坡(金卫根等，2007)。沟谷特征，东坪和胡家两溪流以V型谷为主，沟谷纵坡一般在10%左右，基本能满足产生泥石流的条件。前面已经阐述，在极端天气下，废石可能形成滑坡，产生泥石流的三个基本条件基本具备。因此，在极端天气下，无序堆放的废石堆可能形成滑坡和滑坡型泥石流。

4 主要矿山地质环境问题的预防及治理

本区已存在和可能产生的地质环境问题:①滑坡型泥石流;②地裂缝、地面塌陷以及使水均衡系统被破坏;③各矿山开发工程对土地的破坏。笔者将针对此三类矿山地质环境问题的防治理进行探

讨。

4.1 滑坡型泥石流的防治对策

根据滑坡体下滑的力学条件，不难发现，要预防和治理废石堆的滑坡，就是要尽量避免引起临界启动力减小的因素，并且也可以考虑增加临界启动力，以满足下滑启动力永远小于临界启动力，让废石堆下滑的力学条件不成立，从而使形成滑坡型泥石流的松散固体物质条件不成立。

水是引起临界启动力减小的主要因素，减少水对废石堆的作用是防治废石堆滑坡的主要手段。因此，预防和治理废石堆滑坡的主要措施如下:

(1)在废石堆的后缘修筑截水沟，截水沟设计流量要满足设计重现率的最大暴雨的沟谷汇水量，即在设计重现率的最大暴雨条件下，能将废石堆上游坡流的雨水拦截在废石堆之外。

(2)在废石堆下滑前缘修筑拦挡坝，制止废石堆向下滑。拦挡坝要根据废石堆的废石量以及废石的力学特征来设计，要满足抗滑和抗倾覆条件。

(3)新排的废石尽量集中堆放，并选择地形坡度较低和汇水面积较小的场地堆放，集中堆放废石的废石场同时也要修筑拦挡坝和截水沟。

另外，泥石流是山区危害巨大的特殊洪流，是一种严重的山地灾害。泥石流的防治，宜采用标本兼治，因地制宜的方法对策，建立以政策和信息管理的非工程措施与各种工程措施相结合的综合防治体系(周龙茂等，2008)。

4.2 地裂缝、地面塌陷以及水均衡系统被破坏的防治对策

前面已经阐述了造成地裂缝、地面塌陷以及水均衡系统破坏的主要原因是采矿活动中地压失控或疏忽管理而造成的，因此，加强地压管理和控制是预防地裂缝、地面塌陷以及水均衡系统被破坏的主要手段，其主要措施如下:

(1)选用适当的采矿方法，合理确定保安矿柱(本矿品位较高，留保安矿柱造成资源浪费，可以采用人工浇筑矿柱)、保安矿柱的宽度、顶板及矿柱加固方式、加固参数以及中段回采顺序。

(2)对采场地压进行实时监测，根据监测结果，调整采场结构参数、顶板的支护方式和支护参数并调整回采顺序。

(3)在开拓下个中段时，将开拓废石充填于上中段的采空区，以便减小地压，同时也减少废石的排放以及由废石引起的矿山地质环境问题。

4.3 土地破坏的防治对策

作为采矿项目，一定会有相应的地面设施，地面设施的建设势必造成对土地的侵占和破坏，因此，本矿区对土地破坏的防治对策只能以治理为主。表2已经分析了本矿区对土地侵占和破坏的类型和面积，其中尾矿库和废石场对土地破坏面积最大，且以压占为主。其治理手段主要以复垦和复绿为主，恢复土地原有功能，具体措施如下:

(1)收集拟将被破土地的表土层，并集中堆放保存，留作复垦用。

(2)废石场停止堆放废石堆后和尾矿库闭库后对其进行土地整理，并对整理后的土地进行适宜性分析，根据分析结果进行土地复垦，复垦后的土地，宜田则田，宜林则林，宜草则草。

5 结语

通过对武宁东坪矿区地质环境背景和现状调查，根据矿区工程布置和采矿活动，分析矿区潜在的地质环境问题，得出武宁县东坪矿区主要矿山地质环境问题:一是各现有平硐口无序堆放的废石堆，滑坡崩塌可能诱发泥石流;二是由于地压失控或疏忽管理而产生地裂缝、地面塌陷以及水均衡系统被破坏;三是各地面设施对土土地的侵占和破坏。

针对矿山地质环境问题，笔者提出在现有废石堆的前缘修筑拦挡坝，后缘修筑截水沟的措施预防和治理废石堆的滑坡，或利用废石充填于采空区而减小废石的排放的措施，减小由于废石堆滑坡和崩塌而引起泥石流发生的可能性。通过加强地压管理和控制从而预防和治理地裂缝、地面塌陷以及水均衡系统被破坏。通过利用土地复垦的手段恢复被破坏土地的原始功能，使矿区在开发过程中矿山地质环境得到保护，保持矿山经济可持续发展。

《工程地质手册》编委会.2007.工程地质手册［M］.4版.北京:中国建筑工业出版社.

刁心宏.2009.采场地压动态控制［J］.金属矿山，(2):5-7.

金卫根，金云根，陈国华.2007.江西省地质灾害特征、成因及生态防治对策研究［J］.东华理工学院学报:30(3):266-271.

李树德.1998.滑坡型泥石流形成机理［J］.北京大学学报:自然科学版，34(4):519-522.

周龙茂，龚育龄，杨普济，等.2008.武宁县花香林泥石流灾害成因及防治对策［J］.东华理工大学学报:自然科学版，31(2):136-139.

Geo-environmental Problems and Control Countermeasures of Dongping Mining District in Wuning，Jiangxi Province

SHA Ming
(Jiangxi College of Applied Technology，Ganzhou，JX 342203，China)

By investigating the geo-environmental background and current situation of Dongping mining district in Wuning，Jiangxi province，the potential problems are analyzed，and the major geo-environmental problems such as landslide type debris flow，ground crack，ground collapse，the destruction of the water balance system，the occupation and destruction of the land are discovered.Three major controlling countermeasures are proposed.First，the dykes and intercepting ditches are built to control the landslide-type debris flow.Then，the management and control of lithostatic pressure of the stope and the gob area are strengthened to prevent and control the occurrence of the ground crack，ground collapse and the destruction of the water balance system.Finally，the initial functions of the destroyed land are recovered through land reclamation.

geo-environment;controlling countermeasures;Dongping mining district;Wuning county in Jiangxi province

P642.2

A

1674-3504(2011)04-0352-07

沙珉.2011.江西武宁县东坪矿区地质环境问题及防治对策［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(4):352-358. Sha Ming.Geo-environmental problems and control countermeasures of Dongping mining district in Wuning，Jiangxi province［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，34(4):352-358.

矿山地质环境问题是指受采矿活动影响而产生的地质环境破坏现象，主要包括矿区地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡，含水层破坏和地形地貌景观破坏等。近年来，随着民间资本大量涌入矿业开发，使原来不能规模开采的小型矿山得到较好的发展，为缓解我国各类矿产资源短缺做出了一定的贡献。同时也带来一系列矿山地质环境问题，如地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发，大量土地被侵占和破坏，水土流失，水均衡遭受破坏以及地形地貌、地表景观被破坏等。为了达到矿产资源开发和地质环境保护和谐统一，有必要查明矿山地质环境背景，根据环境背景和矿山总体开发方案预测矿山在开发过程中可能造成的地质环境问题，并针对可能出现的矿山地质环境问题提出相应的防治对策，为矿山企业项目论证和矿山地质环境管理提供依据，使“既要金山银山，又要绿水青山”这句话落到实处。本文将根据武宁县东坪矿区的总体开发方案和矿山地质环境背景预测可能出现的矿山地质环境问题，并针对主要矿山地质环境问题的防治对策进行探讨。

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.008

2011-09-22; 责任编辑:吴志猛

沙 珉(1991—)，男，江西应用职业技术学院。研究方向:水文地质与工程地质。E－mail:shamin1991@sohu.com