露天采矿活动造成的若干地质环境问题

何芳军 陈福恩 陈庆丰

摘 要:在矿产资源开发过程中,露天开采以其诸多优点而被广泛采用,但其对自然环境的影响与破坏也是明显的,包括对地下水资源、地质灾害、地形地貌、土地资源等方面,本文着重从露天采矿过程中对土地资源的占用和破坏、露天矿边坡失稳破坏和水土流失三方面地质环境问题进行了论述。

关键词:中天采矿土地资源地质灾害边坡失稳水土流失

中图分类号:TD167 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0135-02

露天采矿是一个移走矿体上的覆盖物,得到所需矿物的过程。与地下开采相比,露天开采有许多优点:操作灵便、采收率高、开采成本低、作业安全、生产效率高、劳动条件优越,适合于大规模开采。矿产资源开发总量中50%～60%的煤85%～90%的金属矿藏、50%的化学矿山原料、100%的非金属和建筑材料,都是露天开采。露天采矿对环境的影响表现在:泉水枯竭、河水改道、边坡失稳发生崩塌、滑坡;矿山剥离堆土及矿渣堆积占用土地;淤塞河道、导致水患和矿山泥石流;矿山“三废”(矿渣及尾矿、矿水及尾水、选冶废气及可燃性矿渣自燃)造成的土壤、水体及大气污染;破坏地貌景观,形成矿山荒漠化,加速水土流失等。

1 土地资源的占用和破坏

建设矿山要大兴土木,开山整地,构筑交通网、工业民用厂房和市镇等;采矿,特别是露天采矿,要剥离地表覆盖层,同时有大量的废矿石排放,所有这些都需要占用大量的土地。据统计,一座大型矿山平均占地达(18～20)×104m2,小矿山也达几万平方米。这是采矿业普遍存在的一个严重问题。

土地破坏在一定程度上也影响了矿区的生态平衡。土地破坏了,植物、土壤及其中的微生物也跟着一起被消灭,地表丧失了稳定性,会导致严重的水土流失,乃至造成泥石流和滑坡事故。被破坏的地表、废石堆、尾矿池更是大气、水体、土壤的污染源。

1.1 露天采矿破坏土地

目前,世界上年产15×104t以上矿石的矿山大约有一半是露天开采,矿石产量的75%左右来自于露天开采。

中国重点金属矿山,约有90%是露天开采,每年剥离岩土约为(2.2～2.6)×108t,露天矿坑及堆土(岩)场侵占了大片农田。到1995年,全国1173家国有大中型矿山企业中,占用土地面积729971.6hm2,其中仅露天开采矿场、排土场、尾矿场和塌陷区占地面积就有212817.4hm2,占矿山用地面积的29.15%,其他工业用地、行政生活用地等为5171.54hm2,占70.85%。

对于露天采矿,除采场破坏大量土地外,与之配套的排土场、尾矿库和厂房、住宅等附属设施的占地面积往往是采场的几倍(表1),这不仅造成自然景观和生态环境的破坏,还引起严重的与工农业争地的矛盾。(如表1)

1.2 废石堆、尾矿堆放占用土地

矿山挖出大量的矿渣及尾矿,它们的堆放也占用大量土地。据中国28个重点露天矿调查,堆土(岩)场占地总面积达4470 hm2,每年新占土地约400hm2以上。在1985年全国重点煤矿形成的矸石山有671座,堆放量7.8×108t,至1988年增加到730座,堆放量9×108t,今后每年还要新排放6000t,继续扩大占用土地。

2 露天矿边坡失稳破坏

露天开采人为地塑造了边坡,随着开挖深度的加大,边坡的规模也不断扩大,既严重地破坏了地应力的自然平衡,又导致了人工边坡的变形、破坏和滑移。露天矿边坡的破坏主要有两大类:具有明显滑动面的边坡失稳破坏和蠕变—坍塌变形破坏。前者包括平面滑动模式、楔形体滑动模式和曲面滑动模式,后者有倾倒破坏模式、溃屈破坏模式。此外,还有上述不同模式之间的相互组合形成的复合式破坏模式。边坡岩土体中软弱结构面的发育程度及其组合关系是控制露天矿边坡稳定性的主要地质因素。

中国辽宁抚顺西露天矿是一座大型矿山,东西长6600m,南北宽2200m,设计最终采深400m。1914年投产,1927年首次出现滑坡;尔后,边坡变形、滑坡、倾倒相继发生,几乎遍布采坑四周,采场揭露的不同埋深的各类岩体均发生过变形破坏。其中北帮西区1960～1984年先后发生过13次滑坡,多次破坏采掘平台、运输线路和车辆、排水系统及输电设备,甚至发生机车脱轨事故。位于河北省的首钢迁安水厂露天矿,自投产以来边坡发生109处滑塌和变形失稳,其中35处受断层、节理等软弱结构面控制。

露天矿边坡失稳破坏的影响因素主要有岩石性质、岩体结构、地质构造、水文地质条件、风化条件、边坡形状、爆破振动等。边坡失稳防治的原则是以防为主,综合整治。在边坡开挖和采矿过程中,应及时排除地表水、深降强排地下水,减少爆破次数、降低爆破强度,合理确定不同深度岩体的边坡角,适时修整边坡轮廓,提高边坡稳定性。对大型采矿边坡,还需构筑抗滑挡土墙、抗滑桩、灌注水泥砂浆及减载、排水等工程措施。

3 水土流失

废石堆、尾矿坝如果设置不当或管理不严,会造成严重的滑坡、泥石流事故,导致更大范围的土地破坏以及生命财产的损失。特别是一些小型采矿场,多在河床、公路、铁路两侧采石开矿,乱采乱挖,乱堆乱放,经常把矸石甚至矿石堆放在河床、河口、公(铁)路边等处,一遇暴雨就造成水土流失,产生滑坡、泥石流,将尾矿、矸石等冲入江河湖泊,造成水库河塘淤塞,洪水排泄不通,甚至冲毁公路、铁路,交通中断,给国民经济造成严重损失。

中国1173家大中型矿山的调查表明,产生水土流失及土地沙化所破坏的面积1706.7hm2,及743.5hm2,治理投资的费用已达2393.6万元。1985年,湖南省某金属矿山,因暴雨引发的山洪,冲垮了尾矿坝,使90多万立方米的尾矿随洪流而下,导致河谷两侧矿山和生活区部分建筑物夷为平地,1000hm2良田被淹没,交通全部中断,死亡40余人,造成矿山直接经济损失600余万元。山西某铁矿,尾矿坝被洪水冲垮,使下游两个县的400余hm2良田被毁。

河南秦岭西峪沟金矿是中国最大的黄金生产地之一,由于乱采滥挖,并将数万立方米的矿渣堆放在沟底,以致河道严重受阻。1994年7月中旬,暴雨形成的泥石流沿沟下泄,使道路及生产、生活设施遭到严重破坏,51人丧生,损失惨重。

参考文献

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