以诸阳山矿山地质环境治理为例探讨金属矿山尾矿的综合利用

许士华

（安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽 淮北 235000）

诸阳山项目区位于淮北市烈山区，总面积143553.08m2（215.33亩），为废弃采石区，开采标高75m～25m，因历史建筑石料用灰岩矿开采造成原始地形地貌遭到严重破坏，存在崩塌地质灾害隐患。以下通过矿山地质环境治理与金属矿山尾矿的综合利用相结合的方式进行项目治理可行性探讨。

1 项目区地质特征

1.1 地层

项目区地层出露简单，主要为寒武系上统凤山组上段（∈3f2）、奥陶系下统贾汪组(O1j)、萧县组下段(O1x)及第四系。①寒武系（∈）。凤山组（∈3f2）：主要分布在矿区南部，岩性下部为灰、灰黄色中薄层含泥质白云质灰岩夹页状含泥质灰岩、中厚-薄层重结晶含生物碎屑灰岩，上部为中厚层白云岩、含灰质白云岩与灰岩、页状薄层含泥质白云岩互层。厚度大于20m。②奥陶系（O）。贾汪组（O1j）：主要分布在项目区南部及东部，岩性为土黄色、黄绿色页岩、钙质页岩，夹灰黄色中厚—薄层灰岩。厚度小于15m，与下伏地层寒武系上统凤山组上段为假整合接触关系。③第四系（Q）。主要出露于治理区西部，岩性为棕红色粘土夹砾石，砾石成份主要为灰岩、白云质灰岩，形状各异，大小不等。厚度0m～5m。

1.2 构造

项目区构造单元为皇藏峪复式背斜南段，褶皱和断裂较发育，地层走向NW，倾向NE，倾角12°左右，东部走向NE，倾向ES，倾角32°左右。项目区中东部有一条北东向平移断裂构造，长度约4500m，水平断距约200m，走向约40°，大致形成于燕山期。

1.3 岩浆岩

项目区中东部有一条N-S向闪长玢岩岩脉，岩脉呈纵穿矿区南北，脉宽约28m，岩浆岩侵入接触带附近围岩普遍蚀变，有强烈蛇纹石化大理岩，简单矽卡岩及黄铁矿化，黄铜矿化等[1]。

图1 项目区基岩地质图

1.4 水文地质条件

（1）含、隔水层。①含（透）水岩组：岩溶裂隙含（透）水岩组由生物碎屑灰岩、含白云质灰岩、鲕状灰岩所组成，以岩层面裂隙和构造破碎裂隙处较发育，具有较大的不均一性，分带性。局部地段见直径1cm的溶蚀小孔和沿方解石脉发育的蜂窝状溶孔。②隔水层：据普查资料显示，项目区奥陶系下统贾汪组约11m，主要为薄层—叶片状泥质灰岩、泥质白云灰岩及页岩组成。寒武系凤山组上段地层最大厚度约为40m，该层上部主要为薄层至页片状泥质灰质白云岩，中部为中厚层白云岩，含少量泥质，下部为中厚层灰质白云岩。

（2）地下水的补给、排泄。项目区内无地表水体，主要接受基岩裸露区的大气降水补给，顺地形排泄于外围的径流区；现状径流条件差，基本处于封闭状态[2]。

1.5 工程、环境地质条件

项目区岩体主要为奥陶系下统贾汪组和肖县组、寒武系上统凤山组碳酸盐岩，表层风化破碎，构造裂隙发育，产状较平缓。项目区内基岩完整类为主，较破碎类岩层次之，岩体的整体性良好，工程地质条件简单。

2 存在的矿山地质环境问题

（1）破坏和占用土地。治理区内因历史无序开采形成大片的基岩裸露区域，采坑长约615m，宽约260m，最大高差约40m，破坏山地面积143553.08m2（215.33亩）。

（2）严重破坏自然地貌景观。采掘破坏大量的植被，对治理项目区地貌景观和生态环境造成严重影响，水土流失加剧，且邻近009县道造成视觉污染。

（3）存在崩塌地质灾害隐患。项目区为低山丘陵地貌，原地形坡度一般10°～24°，因历史采掘形成多处人工山体边坡角在70°以上，陡坎相对高差约17m～40m，最大陡崖标高+72.2m。

3 矿区铁尾矿综合利用类型特点

（1）化学成份。见表1。

表1 化学分析结果 单位：%

（2）矿物成份。

表2 主要矿物成份

（3）综合利用主要途径。根据检测报告本地区铁尾矿属低硅（SiO2＜65%）、低铁(Fe2O3＜10%）、高钙镁(CaO+MgO＞15%）,放射性检测结果为使用量不受限制。细度模数（Mx）0.54，特细砂级，烧结温度：1150℃～1170℃，密度1.06g/cm3。

4 综合治理方案

4.1 治理方案比选分析

一般而言，采坑的治理优先考虑采用回填的方式治理，但淮北地区耕地资源有限，人地矛盾突出，难以找到回填所需的大量土石方。

经综合考虑选用尾砂进行采坑回填方案，优点：①尾矿样品经检测属低硅、低铁、高钙镁细粒型铁尾矿，为建筑用特细砂级，建筑使用量不受限制。②减少地方政府地环治理资金投入。③金属矿山无需大量尾矿地面的堆存，减少占用、破坏大量的土地资源。④多家金属矿山距项目区均较近，最远的直线距离不足8km，最近约4.5km，运输方便。

4.2 尾矿回填采坑耕植土封闭复垦方案

在收集治理区资料及踏勘调查基础上，结合当地金属矿山的尾矿产出量并考虑阶段验收的需要，经综合考虑将治理工程划分为五个区，计划约5年内完成。

①项目一、二、三和五区为地层相对完整的有利地段，清基后直接采用尾砂分层压实回填；项目四区断裂发育的不利地段，采取设置泥质防渗层，形成一道人工隔水层，用于减少对地下水的渗透影响。②尾砂分层回填接顶时，为防止固废直接暴露和雨水渗入堆体内，表面覆土50cm厚的耕植土，后进行植草复绿，达到封闭采场目的。③通过以上手段进行植被复绿形成可利用的土地，治理后边坡2°～11°，大体恢复山体原貌，可使大部分降水能够利用山体坡势基本实现自然排泄，底部设置了防渗层可有效的减缓尾砂渗液可能产生的有害物质富集对地下水的影响，从而达到全面综合治理消除地质灾害隐患的目标。

图2 工程布置图

4.3 工程治理环境影响分析

（1）水环境影响分析。经国家权威部门检测，尾矿为低硅、低铁、高钙镁细粒型铁尾矿，属建筑用砂特细砂级，其建筑使用量不受限制；采用尾砂回填采坑后，岩土体的渗流大体为准均匀介质渗流，根据尾砂击实、渗透性试验检测结果及《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）岩土渗透性分级表3，显示击实后最大干密度为1.74g/cm3，最佳含水率为18%，测得压实度85%时，渗透系数为9.85×10-6和压实度93%时，渗透系数9.96×10-7（cm/s），其渗透性等级为极微透型。

表3 岩土渗透性分级表

经分析项目一、二、三和五区尾砂充分压实回填采坑后，回填体本身即形成一道人工弱隔水层，渗透极弱，呈相对封闭状态；项目四区平移断层发育部位，底部设置泥质防渗层后，可有效减少渗漏及克服不良地质条件的影响，且尾砂经检测无毒性超标，故预测回填治理后，对项目区周边地下水影响较小，不会引起项目区周边地下水的水质超标现象。

（2）大气环境影响分析。项目所用尾砂为特细砂级，气候干燥，无遮挡覆盖裸露时，可能对项目区周边产生扬尘污染，但采坑回填治理后采用顶部耕植土封层，辅以植被绿化的工程技术措施，完全可以避免，对项目区周边大气环境无影响。

4.4 治理措施与技术要求

施工工序：清基及危岩清理→泥质防渗层（项目四区平移断层发育部位）→尾砂运输→分层回填、整平、碾压→控制测量→回填、整平、碾压→覆耕植土→植草复绿。

①清基、危岩清理。清基时，应将基底范围内的建筑垃圾、树根、杂草、乱石等清除，后进行平整，碾压，使基底满足承载力要求，避免不均匀沉陷。局部高陡边坡零星危岩体，自上而下进行清理。②泥质防渗层。优选塑性指数Ip>17的细粒级尾砂作为土源，含水量适当，施工时保证含水量偏差最大不超过2%，振动碾压控制在4～6遍，根据土工试验结果，达到最大干密度，碾压密实。构造破碎地段可适量拌合膨润土，机拌不少于2遍，做多组土样配合对比分析，优选最佳配合比。质量合格标准为：该层渗透性达到10-7cm/s，满足抗渗要求。③尾砂运输。采用自卸运输机械将各金属矿山企业尾砂运输到回填治理现场，运输过程中要遮挡覆盖，道路无遗撒，避免扬尘污染。④分层回填、整平、碾压。底层回填细尾砂，摊铺均匀，并控制摊铺厚度，一般在250mm～350mm，采用振动碾压机械进行碾压。设计整平高程以与设计断面高程为标准，压实度达到93%以上。⑤封顶。采坑尾砂回填接顶后，覆50cm的耕植土，植草复绿，以达到封闭废弃采场目的。

4.5 监测工程布置

治理完成后，通过对项目区地质环境的监测，监测的目的和任务主要为：①尾砂回填后地表水入渗对地下水影响程度。②治理后边坡稳定性及排水系统的畅通性。

表4 监测点位置及其说明

5 结论

将尾矿处理及周边废弃采石场的地质环境治理相结合，该方案技术上可行，即可低成本治理当地的地质环境问题，又可打开上述六家金属矿山企业发展的瓶颈；方案的实施，能有效地消除崩塌地质灾害，恢复可利用土地，提高土地利用率，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。