露天铝土矿矿山地质环境评价与恢复治理研究

摘要：对矿山地质环境质量进行评价，并针对存在的问题进行恢复治理，不仅有助于保护矿区生态，还有助于提高矿山开采的安全性和经济效益。探讨了LMBP人工神经网络在矿山地质环境质量评价中的应用，并通过此方法进行了矿山环境综合分区。针对矿坑滑坡和生态破坏问题，提出了基于联合支护法的矿坑滑坡治理和生态恢复方案。研究结果表明，这些方案能有效改善矿山地质环境，有效减少水土流失和土壤侵蚀，提高矿山区域的稳定性，减少地质灾害的发生风险。

关键词：露天铝土矿；地质环境；综合评价；恢复治理

0 " 引言

铝土矿作为冶炼铝的主要原料，对于推动地区经济发展起到了重要作用[1]。然而随着铝土矿开采活动的日益频繁，其对矿山地质环境产生的负面影响也日益凸显。露天开采铝土矿过程中，可能引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，对周边居民的生命财产安全构成严重威胁。同时，铝土矿开采过程中产生的废水、废渣等“三废”污染问题日益严重，对水体、土壤等环境资源造成污染，影响生态系统的平衡[2]。

对矿山地质环境质量进行评价，并针对存在的问题进行恢复治理，不仅有助于保护矿区生态，还有助于提高矿山开采的安全性和经济效益。

1 " 露天铝土矿矿山地质概况

某露天铝土矿矿山地理位置东经位于112°29'40\"～

112°58'52\"，北纬位于34°27'18\"～34°49'03\"。地质基本情况良好，矿体特征明显，开采条件较为优越。然而在开采过程中也暴露出一定的地质环境问题，具体如下：

一是土地资源遭到破坏。露天开采导致大量土地被挖损，地形地貌景观受到破坏。

二是容易引发地质灾害。采坑边坡稳定性较差，存在崩塌、滑坡等地质灾害隐患。滑坡体条件与参数示意如图1所示。

三是水资源受到污染。采矿废水未经处理直接排放，对周边水体造成污染。

四是生态遭到破坏。采矿活动破坏了原有的植被和生态系统，导致生物多样性降低。

2 " 露天铝土矿矿山地质环境评价

2.1 " 地质环境综合评价因子取值

将矿山地质环境影响程度划分为3个等级，分别为影响程度一般、较严重和严重。按照这3个等级，将评价因子指标也同样划分为3个等级。根据有关标准、规范和以往的研究，给出了参评因子3个等级评价标准的参考值。在此基础上，将研究地区的实际情况与研究实际相结合，并考虑到评估的可行性，尽可能地将它们量化[4]。露天铝土矿矿山地质环境影响评价因子基准值如表1所示。

本文以上述矿山为例，采用方格形网格方法，对研究区的地质环境进行评价。将研究区按100m×100m的尺寸、形状等效的网格剖分，将研究区划分为205个单元。以栅格为单位，通过对矿区地质环境和地质环境现状的调查，对研究区质量评价。

2.2 " LMBP人工神经网络在矿山地质环境质量评价中应用

2.2.1 " LMBP人工神经网络拓扑结构设计

BP神经网络的结构通常包含3个主要组成部分：输入层、隐含层（或中间层）和输出层。这些层级在结构上采用全连接方式，即每个层级内的神经元都与其相邻层级中的所有神经元相连，但同一层级内的神经元之间则没有连接[5]。BP神经网络的输入维度和输出维度均根据具体的应用需求进行设定，以确保输入层能够接收外部数据，输出层能够输出符合预期结果的数据。

基于上述BP神经网络的基本结构，本文提出了一种改进的神经网络模型。这种模型在保持BP神经网络基本结构优势基础上，通过引入新的设计理念和优化算法，有效提升了网络的性能。具体来说，该模型能够更高效地处理非线性连续函数问题。这种改进的神经网络模型不仅提高了数据处理的准确性和效率，还为后续的研究和应用提供了有力的支持[6]。含有单个隐含层的BP神经网络拓扑结构如图1所示。

在该结构中，输入矢量为x=（x0，L，xn），隐含层共包含j个神经元，输出为z=（z0，L，zn），输出层包含t个神经元，输出为y=（y0，L，yn），期望输出为d=（d0，L，dt），输入层到隐含层权值为w=（w00，L，wij），隐含层到输出层权值为w'=（w'00，L，w'jk），各层结构神经元输出可写作：

（1）

根据该公式，完成i维空间矢量到k维的映射。计算流程如图2所示。

为优化该算法缺点，引入最速下降法对每一层权值和阈值进行修正，其公式为：

y（k+1）=y（k）-hg（k） " " " " " （2）

式中：y（k）代表第k次迭代中各层之间连接权值，h代表学习率，g（k）代表梯度向量，y（k+1）代表第k+1次迭代中各层之间连接权值。

2.2.2 " 矿山地质环境质量评价

应用上述算法，完成露天铝土矿矿山地质环境评价单元的积分计算和分级。在评估采矿活动对地形地貌、耕地、林地、环境排放以及次生地质灾害影响时，需要针对各个评估单元进行详细量化分析[7]。

首先，针对每个单元格，分别计算其在采矿影响下的地形地貌变化得分、耕地占用与破坏规模得分、林地占用与破坏规模得分、三废排放量得分以及矿山次生地质灾害面积得分。具体而言，根据已有的数据资料和行业标准，为每个评估指标设定具体的评分标准和权重。

然后通过对每个单元格的实际情况进行详细调查和分析，将按照评分标准为其打分，并乘以相应的权重，得出该单元格在该指标下的得分[8]。

最后，将所有指标下的得分进行汇总，计算出每个单元格的总得分，从而全面评估采矿活动对其所在区域的影响程度。计算公式如下：

（3）

式中：M代表总评分值，ai代表某一评价因子评分值，n代表评价因子数。

2.3 "矿山环境综合分区

依据上述内容，对矿山环境进行综合打分和等级划分。在全面考虑地质环境背景、经济活动强度以及人类工程活动的主旨下，主要依据矿山地质环境的规模、危害程度和发育程度作为分级的主导因素。

对总面积达2km2的矿区进行详细调查，基于评价单元分级体系进行了综合评估。评估结果显示，该矿区的地质环境问题主要集中在矿山开采活动所引发的地质灾害上，具体表现为滑坡、崩塌以及矿坑突水等现象。此外，露天采坑占用了部分耕地，并造成矿坑附近区域的水土流失问题。虽然堆渣主要堆积在附近干涸的沟壑中，对耕地的直接占用较少，但由于缺乏防护措施，部分堆渣场存在崩塌、滑坡的潜在风险。

从环境影响的角度来看，露天采矿场距离最近的居民点约为1～2km，因此对当地居民的饮用水和噪声影响相对较小。矿区四周被农田环绕，植被覆盖率高，这些因素共同构成了较为良好的矿山地质环境背景。

根据评估结果，可以将矿区划分为3个环境影响等级区域。具体如下：Ⅰ级环境影响严重区占比18.5%，对该区域需要特别关注并采取有效的防治措施；Ⅱ级环境影响较严重区占比27%，对该区域同样需要加强管理，防止环境问题进一步恶化；Ⅲ级环境影响一般区占比最大，达到54.5%，该区域虽然整体环境状况较好，但仍需保持持续监测和管理，以确保矿山的可持续发展。

3 " 恢复治理方案

3.1 " 铺设柔性边坡防护网

为降低矿山地质滑坡等灾害对矿区地质环境的负面影响，采用铺设柔性边坡防护网的方式进行矿山防护。此方法不仅能够有效拦截碎石，还能显著防治矿山滑坡等地质灾害，确保矿山作业的安全与稳定。柔性边坡防护网布置方式如图3所示。

柔性边坡防护网以其独特的结构和功能，在矿山支护中发挥着重要作用。这种防护网通常由高强度钢丝网、支撑绳、锚杆等部件组成，能够紧密贴合矿山边坡，形成一层坚固的防护屏障。当边坡上的岩石或碎石因风化、地震等原因松动时，防护网能够及时拦截并固定住这些物质，防止其滚落或滑坡。

3.2 " 生态恢复方案

生态恢复方案是矿山开采后环境修复的重要步骤，旨在恢复被采矿活动破坏的生态系统，重建生物多样性和生态平衡。具体施工要点如下：

3.2.1 " 物种优选

对当地原生植被进行调研，了解哪些植物种类能够适应矿区的土壤、气候等自然条件。在物种选择上，优先考虑乡土植物，因为此类植物对当地环境的适应性更强，成活率更高。

3.2.2 " 基质改良

矿山开采后，土壤基质往往受到严重破坏，为此需要对其进行改良。基质改良的主要目标是恢复土壤的肥力、结构和水分保持能力。

3.2.3 " 植被重建

根据当地的气候、土壤等自然条件，选择适合的植被重建方式。在土壤条件较好的区域，可以直接播种适应当地环境的植物种子（直接播种法）。利用植物的枝条、根等部分进行扦插繁殖，可以快速恢复植被（扦插繁殖）。在土壤条件较差或需要快速恢复植被的区域，可以移植已经培育好的苗木（移植苗木）。

3.2.4 " 废弃矿坑充填复垦

将矿坑内的废石、尾矿等废弃物清理干净，为充填复垦做好准备，选择适合的充填材料如土壤、矿渣等，对矿坑进行充填。

3.3 " 恢复治理效果

按照提出的方法，进行铝土矿矿山地质恢复，经过阶段性的实践，对所取得的收益进行综合分析。经过生态恢复工作，矿山的绿化程度得到了显著提升。通过种植适宜的草本植物、灌木和乔木，成功地在矿山区域建立了稳定的植被覆盖。截至目前，矿山区域的植被覆盖率从原来的不足10%提高到了现在的32%以上。这一措施不仅美化了矿山环境，还有效地减少了水土流失和土壤侵蚀，为矿山的可持续发展奠定了坚实的基础。

通过加固边坡、铺设柔性边坡防护网等措施，提高了矿山区域的稳定性，减少了地质灾害的发生风险。自生态恢复工作实施以来，矿山区域未发生任何地质灾害事故，包括滑坡、崩塌、泥石流等，为矿山的安全生产提供了有力保障。

4 " 结束语

本文探讨LMBP人工神经网络在矿山地质环境质量评价中的应用，并通过此方法进行了矿山环境综合分区。针对矿坑滑坡和生态破坏问题，提出了基于联合支护法的矿坑滑坡治理和生态恢复方案。研究结果表明，这些方案能有效改善矿山地质环境，有效减少水土流失和土壤侵蚀，提高矿山区域的稳定性，减少地质灾害的发生风险，促进矿山可持续发展。

参考文献

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