云浮硫铁矿矿山地质环境问题及对策分析①

苏志军，李英华，杜 鹏，李 竞，贺小黑

1． 中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013 2．中化地质矿山总局，北京 100013

矿山开采可以带来巨大的经济效益，同时也可能产生一系列矿山地质环境问题，比如，地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、含水层破坏、地形地貌景观破坏等。这些地质环境问题已严重影响了当地的生态环境，成为构建和谐社会的一大瓶颈。云浮硫铁矿开采多年，矿山开采给矿区及当地居民的生活工作环境带来了不利影响，通过调查分析云浮硫铁矿矿山地质环境问题，对调查区进行矿山地质环境质量综合评价，积极应对已出现的矿山地质环境问题，防范潜在矿山地质环境问题的威胁，以营造良好的矿区环境，保证矿产资源开发利用与国民经济的可持续发展。

1 云浮硫铁矿矿山概况

云浮硫铁矿矿山企业是国内装备和生产工艺水平高、辅助生产系统和生活福利设施配套较完善的化工矿山单位，20世纪80年代末被誉为我国第一个现代化化学矿山。

云硫露天矿山矿区蕴藏丰富的黄铁矿（硫铁矿）资源，蕴藏量（远景储量）达20 800万t，平均含硫品位31.04%，质量优良。云浮硫铁矿是国内最大的现代化的化学矿山，年开采能力达300万t，露天采场南北长1830m，东西宽820m，硫铁矿可采储量13 800万t，开采年限达45年。

1.1 矿区地形地貌

矿区地势为西高东低、北高南低，由西北向东南倾斜，矿区最高峰海拔 550m。云硫露天矿山平均海拔高度325m～350m。矿区周围的低山、丘陵区种植农作物和果树等。

矿区内有河（溪）流三条。一为大降坪溪流，发源于大镜面东侧，溪流大部分经大降坪村流出矿区；二为高峰河，流经矿区长达2000m；三为罗贵河，流经矿区长700m。

矿区地形受罗定-云浮断裂变质带影响，地表出露主要是中上泥盆系，变质岩系和覆于其上的下侏罗统砂岩、第三纪沼铁矿。大多数山头和山坡表面是碎屑岩、粉土岩、碳酸盐岩等沉积岩。

1.2 气象、水文条件

矿区地处北回归线以南，属南亚热带季风多雨气候，暴雨、雷雨、大风、台风、大雾等自然灾害天气多有出现。云浮地区属于南亚热带西江谷地相对少雨区。

据云浮气象站资料，年平均气温为21.5℃；最高气温为7月，均温为28.5℃；最低气温为1月，均温为12.6℃；平均霜日为3.4天。夏季一般从4月中旬开始至10月底结束，具有气温高、夏长冬暖的特点。

矿区的年均雨量为 1550mm，较南、北部山区偏少；年最大雨量达 2138.8mm，年最少雨量仅881.8mm，年际变化大。年中雨量分配不均，一般自4月上旬至9月底为雨季，其雨量占全年的80.7%。

本地高温与多雨基本同期，暴雨与台风常常为伴等气候特点，对矿区环境影响至为重要。

1.3 矿区构造

矿区位于粤桂隆起带与桂湘赣粤褶皱带毗邻处，属于大绀山背斜北东倾伏部位，区内褶皱及断裂复杂，褶皱轴及断层皆向北东东突出，向北撒开向南收敛，呈帚状弧形展布。

1.4 矿床特点及开采方式

矿床成因为沉积变质、热液富集矿床，黄铁矿体产状与围岩一致，可以明显见到条带状矿石随围岩同步褶皱，矿体总的走向自南往北由尖山区段转到大降坪区段至长排岭区段，呈一向东凸出的弧形分布。倾向由南东渐变为东，北东东以至南西、南南西等。倾角一般为 15～20°，南部矿体倾角稍有变陡现象。矿体基本形态呈层状、似层状、透镜状产出。

云浮硫铁矿属于特大的黄铁矿（硫铁矿）床，矿山地质条件复杂，赋存条件适宜于露天开采。矿体局部地段直接出露地表，硫铁矿体覆土厚度平均约20m。

矿石与围岩均属于碳质粉砂岩、碳质千枚岩、结晶灰岩、片岩、石英岩等沉积岩。矿岩物理机械强度不高，其硬度系数f约为5～8。矿石节理、裂隙发育，爆破性较好。

综合以上条件，云浮硫铁矿开采采用露天开采方式。

2 矿山地质环境问题及其分区

2.1 矿山地质环境问题

2.1.1 滑坡 滑坡是云硫露天矿山生产过程中最为主要的危险、有害因素之一。

矿区曾发生的较大规模滑坡有二处：乌石岭滑坡和南采区西帮滑坡。乌石岭滑坡发生于1975年6月份的一次大雨、暴雨期间，滑坡周界形态为圈椅状，滑动方向为东西向(顺沟向)，长约250m，宽达100多m，前后缘高差40～110m，滑坡体约30万m3，属巨型滑坡；南采区西帮滑坡发生在已形成台阶的固定帮及边帮上部的自然边坡处，先后发生了两次快速下滑，滑坡周界及平面形态总体呈圈椅状，滑动方向近东西，宽130m，滑坡后缘标高达548m，滑出口标高在490m水平附近，失稳段的边坡斜长 40～80m，滑坡厚度大于6m，滑坡体约4万m3，属中型滑坡。

由于边坡的岩石结构和边坡自身的结构，边坡上存在大的地质构造，如断层、破碎带。而断层、破碎带与边坡坡面不垂直交角较小，或边坡岩层的倾向与边坡坡面倾向一致，这种地质结构的边坡就容易发生滑坡。云硫露天矿山局部地质条件具备上述特点，加之大雨、暴雨以及地下水的渗入和冲刷作用，其次是爆破震动的诱导作用，进而导致了滑坡灾害的发生；在矿区周边发生的滑坡主要沿公路、库房建筑物周边分布，经多年的治理预防，现今大部已趋于稳定状态。

2.1.2 泥石流 主要为大台、东安坑排土场泥石流与乌石岭泥石流。1972年大台、东安坑排土场下游发生了泥石流，大量的废土石随大台河洪水直泻而下，泥石流为稀性，最大容重约为1.7t/m3，覆盖了下游近 0.5km2农田和峡谷，覆盖厚度达0.5～1.0m。泥石流通过马头山峡谷4km，泥浆容重近1.5t/m3。造成六都、附城两个乡镇第一次较大的危害和损失。

由于露天采场坡脚与矿体开采点和其他构筑物之间未设置安全距离，未建设泥石流拦挡设施；山坡排土场周围无可靠的截洪和排水设施拦截山坡汇水等因素影响，导致排土场易发生坍塌，堆积物易引发泥石流。此外，矿区内地势陡峻，峡谷多呈V字形，地表风化层较厚且松软，人为破坏外加降雨作用，导致泥石流多发。目前，随着人们环保意识的增强，资金的投入，以及防治措施得到贯彻落实，泥石流灾害已得到控制。

2.1.3崩塌 云浮硫铁矿崩塌多发生在剥离台阶边坡和区外高陡山坡等部位，崩塌主要为露采场北采区的东端帮崩塌，370运输平台下部边坡曾在358平台靠帮时，358～370坡面段发生约10m长的崩塌，不久后在该护坡段下的346m平台靠帮时，346～358坡面又发生了长达30m的崩塌。

引起崩塌的主导因素：一是该部位为F4断层破碎带，断层宽度大于8m，带中岩石松散破碎，且两侧形成了较大范围的强风化带，岩石强度低，岩体完整性差；二是与边坡顺向的节理、裂隙发育。诱发因素主要是F4断裂破碎含水带渗(溢)出的地下水顺坡面长期冲刷作用，其次是爆破震动的诱导作用。

2.1.4地面塌陷 塌陷区位于南采区 12号剖面CK68孔之北山坡上。塌陷面积约3250m2。四周见有宽达10～50cm的张裂缝，有的深达1m以上。塌陷区内见有两个明显的陷洞，面积各约500m2，陷洞壁高达2～5m。塌陷原因主要是该处地处地下民采区(建矿前曾有浅部地下民采)，地下坑道纵横交错，年久失修，支护失效，失去平衡，在外营力作用下，导致冒顶塌陷。该塌陷位于采剥范围之内，现已采剥，已不存在。

2.1.5不稳定边坡 云硫露天矿山的2个排土场汇水面积小，工程地质及水文地质条件较好。排土场坡底有酸性水调节库和大台拦沙水库，排土场安全设施齐全，发生重大安全生产事故的几率较小，但由于受地形条件限制，两个排土场均采用高台阶排土，存在一定不稳定因素。

2.1.6其他矿山地质环境问题 云浮硫铁矿由于采取露天开采方式，开采对周围的土地、水文、植被等会造成不利的影响，最主要的是地形地貌破坏、水土流失和生态环境恶化（见图1）,其次是开挖出的土石方需另地存放，即大量剥离物存放压占土地。

2.2 评价因子的选取

与矿山地质环境相关的各类环境因子主要有地形地貌、气象水文、地层及构造、水文地质条件、岩土体工程地质条件、矿产资源分布、人类工程活动、矿山规模、开采方式、开采强度、开采矿种等、矿山土地占用及破坏、“三废”排放及水土污染、矿山次生地质灾害、地下采空区的空间分布、矿产资源开发利用及保护规划、矿山生态环境恢复治理难易程度等方面。

根据各因子的相互关系及层次关系，上述评价因子可综合为以下四个层次：

（1）地质环境条件：地形地貌、气象水文、地层构造、水文地质条件、岩土体工程地质条件、人类工程活动、地质灾害发育强度，可用地质灾害易发程度来表示。

（2）矿山地质环境现状：矿山土地占用及破坏、“三废”排放及水土污染现状、矿山次生地质灾害现状等，这些因素反映在矿山开发对地质环境影响程度上；

（3）矿产资源开发利用规划：矿山开采矿种及规模、开采方式及强度、矿产资源分布、矿产资源开发利用及保护规划；

（4）矿山生态环境恢复治理难易程度：治理对象、治理工程量、治理经费、治理周期。

1.项目经费开支不规范。体现在基本支出经费列报项目支出，或者项目支出经费用于基本支出。如在项目经费中开支在职人员或离退休人员经费等。究其原因是会计人员不能规范正确使用会计科目，混淆基本支出和项目支出的核算口径。

2.3 评价单元的划分

根据矿山地质环境影响程度分区界线、矿产资源开发利用规划分区界线、地质灾害易发程度分区界线确定评价最小单元。

图1 露天开采形成高陡裸露基岩边坡Fig.1 High and steep exposed basement rock slope formed by surface mining

2.4 评价模型的选择

根据各因子在对环境质量影响存在重大差异及可分层次的实际情况，采用敏感因子—综合分值评价模型作为矿山地质环境综合评价模型。

2.5 评价因子分级、权重及分级标准

本次评价中，一级评价可直接利用已有成果。二级评价中，选择矿山开发对地质环境影响程度为敏感因子，先进行敏感因子评价，再用综合指数法进行综合评价。综合指数计算方法采用加权指数法，计算方法如下：

式中：

F—综合指数。

Fi—某一组成要素单项评价分值，先按表 1确定，再进行归一化处理。

Wi—评价因子权重，采用打分法按表确定。

2.6 矿山地质环境现状分区

本次调查矿区地质环境影响程度评价采用上述方法及标准，分为三个区【1】,见表3。

根据调查采取的样本情况，本次评价未加入水土污染因子进行综合评价（图2），这将在以后工作中逐步完善。

表1 评价因子分级评分及权重表Table 1 Grading and balance sheet of evaluation factor gradation

表2 矿山地质环境综合质量分级标准Table 2 Overall quality grading standard of mining geo-environment

表3 云浮硫铁矿矿山地质环境质量分区结果表Table 3 Yunfu pyrite mine geological environment zoning result

图2 广东云浮硫铁矿矿山地质环境综合评估分区图Fig.2 Overall zoning plan of Yunfu pyrite mine geological environment

3 矿山地质环境问题产生的主要原因

3.1 矿山地质环境恢复治理理念有待提高

目前我国对矿产资源已经和正在进行大规模的开采，矿产资源开发利用在国民经济中的基础保障地位日益重要。但是，矿山地质环境恢复治理的力度却跟不上矿山资源开发利用的增长速度，这就使得大规模的矿产资源开发活动引发的矿山地质环境问题日益突出，已成为影响矿山正常生产和人居生态环境安全的重要因素。提高对矿山地质环境保护的认识，有计划地进行矿山地质环境保护与治理恢复工作，最大限度地减轻其危害，已成为当前一项重要的任务【2】。为了实现矿产资源开发与环境保护并重的绿色矿业目标，需要本着“以防为主，防治结合”、“在保护中开发、在开发中保护”、“实事求是，因地制宜，边开采边治理”、“技术可行，经济合理”为原则，在合理开发利用矿产资源的同时，最大程度的减少、减轻矿业开发对矿山地质环境的负面影响，实现资源开发与地质环境保护协调发展，提高资源开发利用率，避免和减少矿区地质环境破坏和污染，推进构建“和谐矿山环境”。目前，云浮硫铁矿矿山已加入国家绿色矿山建设行列，矿山环境恢复治理理念正逐渐提高。

3.2 矿山地质环境综合恢复治理投入资金不足

矿山地质环境保护与恢复治理专项资金投入不足，可能导致延误甚至无法有效实施矿山地质环境的保护与治理。建立健全矿山地质环境恢复治理保证金制度，开展矿山地质环境恢复治理保证金收缴工作，要求采矿权人在开采矿产资源的同时，同步开展矿山土地复垦和矿山地质环境保护与恢复治理工程，从而使在建矿山的恢复治理得到保障。云硫集团公司不断加大资金申请力度和矿山地质环境保护及恢复治理工作资金投入，不断加大环境保护和治理力度，积极营造绿色环境，努力建设和谐矿区。但是恢复治理所需费用与投入治理费用之间差距依然较大，成为困扰矿山全面综合整治的重要问题之一。

4 矿山地质环境治理措施及成效

1985年设计研究了云浮乌石岭滑坡治理方案，经方案比较，最后采用了“渗沟疏水，顺沟回填反压坡脚治理方案”【3】，乌石岭滑坡体治理措施因地制宜，能就地取材，施工技术简单、方便且不需大型施工机具，经长期监测，治理效果显著。

1988年对云浮乌石岭沟泥石流防治谷坊工程在前人经验的基础上做了进一步改进，谷坊设计根据泥石流的沉积规律，采用向上游分期筑坝的方法【4】，使得每期谷坊工程量减小，施工更简单，在赢得时间的同时提高了效率。

2010年在云浮硫铁矿乌石岭投资新建了主厂房、回水泵房、浓密池、石灰配置抽水池、石灰配置抽水池、中和反应池及室外市政工程、绿化工程等综合性矿山山前废水治理工程，2014年4月10日项目通过了联合专家组验收。

自云浮硫铁矿建成以来，对于矿区地质环境的治理投入不断增加，也得到了较多可喜的恢复治理效果。

5 矿山地质环境治理建议

针对云浮硫铁矿矿区气象、水文、工程地质及已取得的矿山地质环境恢复治理成果提出以下几点建议：

（1）对于滑坡的防治，设置支挡结构（抗滑挡墙、抗滑桩）以支挡滑体或将滑体锚固在稳定岩层之上；滑坡区地表排水尽量在滑坡周界外较稳定地段设置截水沟；疏干雨季滑坡体滞水的疏水渗沟基底应置于滑面之下的稳定层中。

（2）对于崩塌的防治，主要采取缓坡减载、砌体加固和避免超高剥采的方法；矿坑外山坡崩塌主要采取防排水沟，砌挡土坝、种树植被等方法；对谷沟处易诱发崩塌地段,宜采用填沟排土充填, 稳定岩体的方法。

（3）对于不稳定边坡的防治，可降低临空面高度，减小斜坡坡度和上部荷载，提高斜坡稳定性，从而降低危岩体的危险程度；或设置护面墙，以提高土体的完整性，同时加强土体形变监测。

（4）对于泥石流的防治，合理设计排土场的排土顺序、阶段高度、总堆置高度等，预留出坡脚与矿体开采点和其他构筑物之间的安全距离，设置谷坊、拦渣坝及导流槽；同时改进拦渣坝坝肩形式，保护坝体与山体衔接处，使谷坊与山体形成整体，提高泥石流防治设施稳定性。

（5）对矿山进行绿化，选择适合矿区气候、土壤条件的树种及经济农作物对土地实施土壤改良，恢复并提高土地的利用价值。

（6）提高矿山地质环境保护与恢复治理理念，建立健全地质灾害防治机构及监测预报系统，重视矿山地质环境恢复治理资金投入，及时监测矿山地质环境变化信息。

6 结论

（1）本文阐述了云浮硫铁矿矿区的主要矿山地质环境问题为滑坡、泥石流及不稳定斜坡，并分析了矿山地质环境问题的成因。

（2）采用敏感因子—综合分值评价模型法对云浮硫铁矿进行矿山地质环境质量综合评价。选取四个层次的评价因子，并对不同的评价因子分级，利用综合指数法最终将云浮硫铁矿矿山地质环境进行分区。

（3）针对云浮硫铁矿矿区主要的矿山地质环境问题，以及现今取得的矿山地质环境恢复治理措施成效，提出了云浮硫铁矿矿山地质环境恢复治理建议。

（4）现阶段，矿山地质环境恢复治理理念还有待提高，提高对矿山地质环境保护的认识，有计划的进行矿山地质环境保护与恢复治理工作；矿山地质环境保护与恢复治理工作是一项综合性高、技术创新性强、操作性强的新型技术工作，需要在实践中逐步探索与完善。

（5）本次调查对该矿区水土污染方面所做工作相对较少，未提出具有针对性的问题，然而水土污染也逐渐成为该矿区主要环境问题之一，今后要引起重视，加强此方面工作。

（6）加大矿山地质环境保护及恢复治理工作资金投入，不断加大环境保护和治理力度，努力建设“绿色矿山”。

1 苏志军, 王迎霜. 重要化工矿山（磷矿山及硫铁矿矿山）地质环境调查[R], 北京：中化地质矿山总局, 2013.

2 马爱民, 谢亚琼. 矿山地质环境保护与治理恢复方案编制中几个技术问题的探讨[J].中国环境管理干部学院学报,2009,19(2)∶10-13.

3 任耀宗, 陈义君, 戴国富. 云浮硫铁矿乌石岭滑坡体的治理方案[J]. 化工矿山技术, 1986, 4∶18-20.

4 查铭铎, 钟孝亢. 云浮硫铁矿泥石流防治工程中的谷坊设计[J]. 化工矿山技术, 1990, 17(4)∶16-19.