新疆某露天矿山地质环境特征及评价

朱建华

摘  要：矿产资源是现代社会发展的重要动力，在人类进行开发的过程中，矿山及周边的地质环境遭受到破坏是难免的。在收集矿区的地质资料和现场勘探、调查数据的基础上，对矿区的地质环境进行现状评价、预测评价和综合评价。根据矿区内采矿活动对地质灾害、矿区下覆含水层的破坏、矿区原生地形地貌景观的影响及破坏、矿区地表水土环境的影响和破坏，以及矿区产生的大气污染等方面，对矿山地质环境特征进行总结，最后，根据地质环境的破坏程度提出相应的矿山地质环境防治措施。

关键词：露天矿山；地质灾害特征；地质环境评价；矿产资源；防治措施

中图分类号：X322      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）05-0095-05

Abstract： Mineral resources are an important driving force of social development. In the process of human development， it is inevitable that the geological environment of the mine and its surroundings will be destroyed. On the basis of collecting the geological data and field exploration and investigation data of the mining area， the present situation evaluation， prediction evaluation and comprehensive evaluation of the geological environment of the mining area are carried out. According to the geological disasters caused by mining activities in the mining area， the destruction of the underlying aquifer in the mining area， the influence and destruction of the primary topography and landscape of the mining area， the influence and destruction of the surface soil and water environment in the mining area， and the air pollution produced in the mining area， as well as the characteristics of mine geological environment are summarized. Finally， the corresponding prevention and control measures of mine geological environment are put forward according to the damage degree of geological environment.

Keywords： open-pit mine; geological hazard characteristics; geological environment assessment; mineral resources; prevention and control measures

矿山所处区域矿产资源的开采，对区域内原生地质环境造成的破坏是不可避免的。矿山地质环境是矿区应建设的整体高效的环境系统中不可或缺的一部分，矿山地质环境的好坏决定了矿山安全建设、高效开发的成功与否。特别是近年来，国家对矿山的开发更加重视，“在保护中开发，在开发中保护”“因地制宜，边开采、边治理、边复垦”等保护矿山環境的概念日益增多。为给矿山的开发利用及资源保护提供依据，矿方企业应对矿山地质环境特征准确分析与客观评价，并予以一定的地质环境保护与恢复治理措施。

矿山地质环境，是指曾经开采、正在开采或准备开采的矿山及其邻近地区的岩石圈表层与大气圈、水圈、生物圈组分之间不断进行物质交换和能量流动的一个相对独立的环境系统[1]。现今主流的矿山地质环境的研究方法以如下4个方面为主：矿山地质环境调查、矿山地质环境监测、矿山地质环境评价及矿山地质环境治理。国外的矿山地质环境研究较早，Venkataraman等[2]在1997年就使用遥感技术对植被、土地占用、水土环境等因素进行定性分析；Rigina[3]进行矿山地质环境特征的评价方法主要是以利用多数据遥感工具评价综合环境影响，并辅以遥感技术进行矿山现场测量、实地调查和数学建模，以达到分析评价的目标期望。近年来，国内的学者也开始注重矿山地质环境评价，何芳等[4]采用客观和主观的方法结合评价了乌鲁木齐市矿山环境地质问题；王海庆等[5]通过专家打分法得到多个矿山环境评价因子的权重，建立了矿山地质环境定量评价模型；贾晗等[6]通过层次分析法确定了各矿山环境评价因子的权重，并结合ArcGIS对安徽铜陵地区矿山地质环境评价，取得的效果良好。

综上所述，矿山地质环境评价工作的评价方法多种多样，但多以区域性的矿山地质评价、金矿及煤矿等较大型矿种进行评价研究，对小区域的矿山地质环境评价尚有局限，同时，国内学者对于干旱半干旱气候条件为主的新疆地区矿山地质环境特征及评价的研究也相对较少。本文以新疆托克逊县科克萨特石灰岩矿为例，在收集矿区基础地质资料和现场勘探、调查数据的基础上，对矿区的环境地质问题进行详细分析，并通过对矿区的水文地质、工程地质、环境地质特征定性和半定量分析对地质环境进行现状评价、预测评价和综合评价。

1  矿山地质环境及矿山布局

1.1  矿山地质环境

该矿位于托克逊县295°方位直线距离140 km处，设计生产规模为240.00万t/a，矿区为大型露天矿。

矿区位于中天山东段中山区的沟谷中，矿区海拔2 468～3 224 m，地形切割甚剧，山坡陡洼，坡度一般在40～60°，最大比高达756 m，矿区总体地势呈北高南低之势，地貌类型为构造、剥蚀中山地貌，区内大部分地区基岩裸露，斜坡结构类型以顺向坡为主。矿区及其影响范围内沟谷较发育，共发育3条沟谷，大体均呈北西-南东向展布，沟谷呈U型，相对高差较大，最大高差可达190 m，沟谷两侧山坡较陡，坡度多大于40°。

矿区属大陆性气候特点，四季及昼夜温差变化较大，年平均气温为4.1 ℃，全年降水量为120～180 mm，蒸发量达2 000～3 000 mm。艾维尔沟河北距矿区约2 km，属矿区及其附近下游区域，远离矿区，且河面标高远低于矿区最低侵蚀基准面。

矿区属于北天山优地槽褶皱带二级构造单元，低连哈比尔豕复向斜三级构造单元。矿区内断裂构造不发育，矿体呈陡倾斜的单斜构造。地层总体产状基本稳定，为156°∠50～215°∠61°，构造形态简单。

矿区范围内出露地层简单，在矿区中部、北部大面积出露的岩层是下石炭统牙曼苏组（C1y），土体为第四系全新统洪冲积（Q4al+el）主要分布于矿区南部地势平坦地带和矿区内的沟谷中。

矿区地震动峰值加速度为0.20 g，地震基本烈度为Ⅷ度，属地壳次不稳定区，工程建设条件中等。

根据地下水埋藏条件，矿区地下水类型为基岩裂隙水和松散层孔隙水。

矿区的矿体呈层状产于下石炭统牙曼苏组（C1y）的石灰岩层中，该石灰岩层规模巨大，其长度约10 km，宽度约2.6 km，本矿区内矿体石灰岩矿体只是该石灰岩层南部的一部分。整体呈“L”形展布，延展长度为2 922 m，而沿岩层走向计，长度为2 528 m。矿体产状：185°∠50～215°∠61°。礦石为微晶球粒生物屑灰岩，矿石呈灰-灰白色，粒屑结构，块状构造。

1.2  矿山布局

该矿于2009年正式投产，经历多年的开采，在矿区中部、北侧形成有4个采场，自南向北沿矿体走向展布。矿山总体布局包括矿山公路、生活区、2个工业广场、表土场、取土场、露天采场和爆破器材库，总占地面积约774 800 m2，矿山各项设施详如图1所示。

2  矿山地质环境问题及影响程度评价

2.1  矿山地质环境现状问题及评价

2.1.1  矿山地质环境现状

该矿于2009年正式投产，设计生产规模为240.00万t/a，目前矿山正在开采。该矿共有4个露天采坑，破坏土地类型为天然牧草地，采坑体积约为500万m3，沿矿体走向展布，分别编号为采1（74 000 m2）、采2（42 000 m2）、采3（65 000 m2）和采4（66 000 m2），均呈不规则状。采1位于矿区最东部，长510 m，宽140～180 m，采高由26 00～2 780 m不等；采2位于矿区中部偏东，长280 m，宽160～200 m，采高由2 620～2 730 m不等；采3位于矿区中部，长566 m，宽140～280 m，采高2 600～2 750 m不等；采4位于矿区北部，长450 m，宽160～450 m，采高2 800～3 010 m不等。

矿区的地质灾害较为发育，多为人为因素所产生。在矿区北部因地形较陡，且矿山采矿过程中未按“自上而下水平分层、台阶式采矿法”采矿，形成了多处帮坡角较大，局部达60°，容易发生崩塌，局部近山坡一侧产生陡坎，严重威胁运矿车辆，现状矿区内共分布有三处崩塌点均位于采坑边坡，均是人工开挖造成岩体松动而形成。通过现场调查及现状评估结果见表1，不按规定的采矿方法进行开采，所产生的危害较大。

矿区范围内沟谷发育，通过对3条泥石流沟谷进行易发程度综合评分，最终结果得分为77分、81分、81分，均属于轻度易发。

2.1.2  现状评估结论

根据对矿区内采矿活动的现状评估结果，同时叠加各方面因素影响面积及现状情况，将评估区内矿山地质环境影响现状评估划分为严重区、较严重区和较轻区，得到现状评估结论见表2。

2.2  矿山地质环境影响预测评价

矿山在之后的生产中，将按照开发利用方案中设计的开采方式：自上而下水平分层、台阶式山坡露天开采，新增开采面积325 000 m2，经境界圈定，闭坑后所形成的露天采场为“L”型，地表长2 640 m，宽120～310 m，底部长1 520 m，宽30～120 m，占地面积为572 000 m2，采坑体积约为2 900万m3，新增体积2 400万m3。

2.2.1  地质灾害预测评估

采场东部北侧边坡：岩性为石灰岩，岩石力学强度高，属坚硬岩石，采场边坡的稳定性取决于结构面，发育有一组结构面，产状210°∠51°，岩层倾向与坡向基本一致，为顺向坡，且结构面倾角小于边坡坡角，为不稳定结构面，易为崩塌产生滑移面，易产生崩塌，如图2所示。

采场西部西侧边坡：岩性为石灰岩，岩石力学强度高，属坚硬岩石，采场边坡的稳定性取决于结构面，发育有一组结构面，产状210°∠53°，岩层倾向与坡向相反，为逆向坡，为稳定结构面，但在机械振动和爆破振动的作用下，使岩体内部产生裂隙，造成岩石破碎，从而产生崩塌灾害，如图3所示。采场西部东侧边坡的崩塌与之相同，但边坡为逆向坡，相对来说较为稳定。

综上所述，露天开采形成的边坡属顺向坡，易为崩塌产生滑移面，西部采场西侧边坡为逆向坡，属稳定边坡，但在机械振动和爆破振动的作用下也易产生崩塌灾害，威胁采矿机械设备及操作人员的安全，威胁到露天采场内采矿人员的生命及财产安全，威胁人员约54人，威胁经济价值约300万，预测评估露天采坑崩塌灾害发育程度中等，危害程度中等，危险性中等。

3条泥石流沟谷综合得分均小于86分，沟谷泥石流灾害属轻度易发，矿区内全年降水量为120～180 mm，蒸发量达2 000～3 000 mm，降水量远小于蒸发量，极为干燥，预测矿业活动引发或加剧泥石流灾害的可能性小，但其中一条沟谷对沟谷中下游的工业广场1、爆破器材库区和生活区存在安全隐患，矿山工作制度为两班制，预计威胁人员为10～96人，威胁工业广场内的采矿设备，以及生活区、爆破器材库内的财务，威胁财产价值100～500万元，危害程度中等，预测泥石流灾害发育程度小、危害程度中等、危险性中等。

2.2.2  预测评估结论

根据对矿区内采矿活动的预测评估结果，叠加各方面因素预测影响的情况及面积，将评估区内矿山地质环境影响预测评估划分为严重区、较严重区和较轻区，得到现状评估结论见表3。

3  地质环境综合评价及防治措施

综上所述，该矿山地质环境突出问题是局部稳定性较差的高陡边坡，同时因地震、暴雨、坡脚开采设备机械振动及坡面爆破开采振动等自然或人工诱发条件的影响，可能导致边坡失稳，进而引发崩塌灾害。矿山开采对于原生地形地貌景观、原生地质环境造成的破坏程度是不同的，围岩应力重分布后岩体稳定性因开挖程度不同也是有分布规律的，矿区自然地质环境遭受破坏难以避免[7]。资源开发利用是地区发展不可或缺的，随之伴随的环境破坏也无法避免，因此，如何在开采过程中减小对地质环境的破坏，如何设计地质环境保护与恢复治理措施是至关重要的。

“预防为主，保护先行”，为从源头上保护生态环境，矿山在建设与生产期间，可以采取合理的保护、预防及防治措施，减少和控制矿山地质环境问题，并且针对矿山开采过程中不可避免的地质环境问题，以下为提出的具体措施。

1）泥石流灾害防治措施：①未避免沟谷发生泥石流灾害，影响位于沟谷中下游，在工业广场1上游设置截排水沟，在下游设置浆砌石挡墙，即可预防泥石流对矿山生产产生影响。②在沟谷周围设置人工巡视路线，派专业人员定期沿沟谷巡视监测。

2）崩塌、滑坡灾害防治措施：①清理现有的3处崩塌点的危岩体。②采矿过程中按设计要求开挖采矿场边坡。③堆放矿石、废石过程中，应严格按设计台阶高度和坡度，废石分层排弃压实，控制好废石场边坡坡度，避免无序施工引发崩塌、滑坡地质灾害。④为避免露天采场及废石场工作人员伤亡及财产损失，沿露天采场及存土场等外围设置铁丝围栏共8 500 m并挂警示牌85个。

3）矿山开采建设过程会对地形地貌景观造成严重的破坏，需在进行采矿的同时对环境进行治理，即“边开采，边治理”，采空区域回填采矿过程中产生的废石，用黄土和表层土来覆盖，向原地貌类型进行恢复，有效地改善矿山环境[8]。同时，原生土壤环境及原生地表植被保护工作也是不可忽视的，矿山闭坑后对已被破坏的区域内地质环境应进行土地平整、覆土、植树种草等综合治理措施。

4  結束语

矿山前期已进行多年的开采建设，其影响范围内区域地质环境已被较大破坏，该区域在矿山开采之前为畜牧业发展建设区域，现矿山开采建设已然影响了畜牧业活动；矿山后期将按照开发利用方案要求进行开采，采用露天开采方式，矿山闭坑后会形成多个采坑，采坑边坡易发生崩塌、滑坡地质灾害，威胁对象为周边过往的牧民及牲畜等，造成了天然草场资源破坏，因此，需要重视矿山地质环境的治理。

本文基于新疆托克逊县科克萨特石灰岩矿的现场调查情况及矿山提供的地质环境资料，重点对矿山水文地质、工程地质及环境地质之间的关系进行了分析探讨，根据矿区内采矿活动对地质灾害、矿区下覆含水层的破坏、矿区原生地形地貌景观的影响及破坏、矿区地表水土环境的影响和破坏及矿区产生的大气污染等方面评价，得到矿区的地质环境特征、地质环境现状及预测评价内容，在此基础上提出了可行的、有效的地质环境的防治措施，为将来矿山的开发建设提供了重要依据。

参考文献：

[1] 吴尚彬.矿山地质环境的研究进展综述[J].世界有色金属，2021（5）：143-144.

[2] VENKATARAMAN G， KUMAR S P， RATHA D S， et al. Open castmine monitoring and environmental impact studies throughremote sensing a case study from Goa， India[J].GeocartoInternational，1997，12（2）：39-53.

[3] RIGINA O. Environmental Impact Assessment of the Mining and Concentration Activities in the Kola Peninsula， Russia by Multidate Remote Sensing[J].Environmental Monitoring&Assessment，2002，75（1）：11-31.

[4] 何芳，徐友宁，袁汉春.矿山环境地质问题综合评价客观权值确定方法探讨[J].中国地质，2008（2）：337-343.

[5] 王海庆，陈玲.玲珑-莱西地区矿山地质环境评价[J].资源与产业，2011，13（3）：72-76.

[6] 贾晗，刘军省，殷显阳，等.安徽铜陵硫铁矿集中开采区矿山地质环境评价研究[J].地学前缘，2021，28（4）：131-141.

[7] 阮善菊，张福生.露天矿山的生态问题及解决对策探讨[J].现代矿业，2010，26（8）：81-84.

[8] 杨洋.矿山地质的评价方法及环境防护措施分析[J].城市建设理论研究（电子版），2020（15）：55.