黄石市矿山地质环境问题及防治对策研究论文

　　摘要：本文系统梳理了黄石市矿产资源开发利用过程中产生的地质环境问题并提出了防治对策建议。黄石市矿山地质环境问题包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷与地表变形(沉降)、土地资源占用与破坏、地下水资源衰减、地下水水位下降、地表水地下水污染、土壤污染、水土流失与土地砂化等，主要可归纳为四大类：一是矿山次生地质灾害，二是矿区含水层破坏，三是矿区地形地貌景观破坏，四是矿区水土环境污染。其防治措施有地质灾害防治措施、矿山生态修复措施、固体废渣综合利用等。

 

　　关键词：地质环境；滑坡；地下水；水土环境；黄石市

 

　　矿山地质环境问题是指矿业活动作用于地质环境所产生的环境污染和环境破坏，主要有大气、水、土的污染，采空区的地面塌陷，山体开裂、崩塌、滑坡、泥石流，侵占和破坏土地、水土流失、土地沙化、岩溶塌陷、水均衡遭受破坏等。黄石市矿产资源丰富，已探明矿产4大类78种，铁、铜、金、水泥用灰岩等矿产开发利用程度较高，所引发的矿山地质环境问题十分突出。

 

　　矿业开发为黄石市冶金、建材及后续加工产业的形成与发展奠定了坚实的基础，培育了武钢、大冶有色、湖北三鑫、华新水泥等一批具有较强实力的矿业开发与加工企业，建立起黄石冶金、建材矿业生产基地，矿业已成为黄石市重要的产业，资源经济在全市社会经济发展中发挥了重要的支撑作用。目前黄石市“十四五”时期发展总体思路是以转型升级、高质量发展为主题，提升采矿活动和改善矿山地质环境质量将是黄石市未来重要发展方向之一。因此，做好矿山地质环境问题尤为重要，为黄石市生态文明建设和绿色矿山建设提供技术支撑。

 

 

 

　　1.1地层岩性

 

　　区内地层岩性较齐全，自寒武系至第四系除缺失上志留统、中下泥盆统及下石炭统外，其余地层均有出露。其中：古生界以海相碳酸盐岩为主，其次是浅海相碎屑岩，主要出露在市区南部；中生界下部为海相碳酸盐岩，中部为陆相碎屑岩，上部为火山岩，出露在市区中部和北部；新生界松散岩类零星分布于各地。岩浆岩活动频繁，侵入岩和喷出岩均有分布，侵入岩生主要形成于燕山期，主要包括：灵乡、殷祖、阳新、铁山、金山店、铜山口、铜绿山等岩体，对区内金属矿床的形成具有重要控制作用，大多数金属矿床均处于岩浆岩与碳酸盐岩接触带上。

 

　　1.2地质构造

 

　　本区处在扬子准地台下扬子台褶带咸宁—大冶凹褶断束内，区跨大冶凹褶断束和梁子湖中新断凹两个Ⅳ级构造单元。展布有淮阳山字型前弧构造、新华夏系构造、东西向构造、北西向构造等构造体系。淮阳山字型前弧西翼构造体系横贯市区中部及北部，构造线走向为北西西向，向南过渡为近东西向；东西向构造体系贯穿于区南部；新华夏系构造遍布全区，主要构造方向为北北东向；北西向构造由一系列北40~50°西的压扭性断裂组成。

 

　　1.3水文地质特征

 

　　依据地下水赋存的含水岩类岩性、储水空间形态和水力性质，将区内划分为四大含水岩类，即：碳酸盐岩含水岩类、岩浆岩风化裂隙含水岩类、碎屑岩裂隙含水岩类、第四系松散孔隙含水岩类。大气降雨是区内各类型地下水总的补给来源。在岩浆岩及沉积碎屑岩分布区，大气降雨通过风化裂隙和裂隙入渗补给，地下水受地形控制向附近沟谷运移，并通过泉水及片状散流泄出地表。碳酸盐岩大面积出露于地表，大气降雨入渗后相当一部分通过短暂径流，在沟谷强烈切割地带或山麓隔水层附近以下降泉排泄，部分地下水受储水构造控制，沿其倾伏端作顺向运移；碳酸盐岩覆盖埋藏区受南北两侧山地侧向补给为主，然后自西向东径流，在东部湖区一带越流补给第四系松散层及地表水，矿山疏排水及供水井抽水也是其一个主要排泄方式。长江冲积孔隙水除接受大气降雨和阶地后缘基岩地下水补给外，主要与长江呈互补关系。

 

　　1.4岩土体工程地质特征

 

　　根据岩石建造类型、岩体原始结构面(如层理、片理等)的发育程度或密度、岩性特征及其水理性质，将本区岩体划分为四个工程地质岩类、七个工程地质岩性组，即碳酸盐岩工程地质岩类(包含坚硬厚层状强岩溶化岩性组、坚硬较坚硬中至厚层状中等岩溶化灰岩泥灰岩夹软质页岩岩性组)、碎屑岩工程地质岩类(坚硬至较坚硬层状砂砾岩岩性组、软硬相间层状砂岩泥岩互层岩性组、较坚硬至软弱层状砂页岩岩性组)、岩浆岩工程地质岩类(坚硬块状侵入岩岩组、软硬相间层状火山岩岩性组)、松散土体工程地质岩类。

 

 

　　2.1矿产资源类型

 

　　黄石市已发现矿产资源包括能源、金属、非金属、水气四大类共计76种，占全省已发现矿种的55%，其中已探明资源储量的矿产有37种，包括：能源矿产2种、黑色金属矿产2种、有色金属矿产6种、贵金属矿产2种、稀有金属矿产1种、分散元素矿产6种、冶金辅助原料矿产2种、化工原料非金属矿产1种、建材及其它非金属原料矿产13种、水气矿产业2种。全市已探明的矿区(床)数139处，按单矿种(亚种、含共伴生矿)统计，全市上湖北省储量表的矿区(床)数有238个。

 

　　2.2开发利用现状

 

　　黄石市现已开发利用的矿产38种，利用矿产地144处，占矿产地总数的66.98%。铁、铜、金、水泥用灰岩等矿产开发利用程度较高，80%以上矿区被开发利用；天青石、硅灰石、透闪石等特色矿产的开发利用程度较低；镓、铟、铼、镉、硒、碲等伴生矿产随主矿种开采。水泥配料用粘土、冶金用石英岩、冶金用脉石英、透辉石、饰面用花岗岩、建筑用砂等矿产因环保、安全及资源开发利用条件、市场因素等原因，大多停产或半停产。煤炭矿山在2016年底前已全部政策性关闭。

 

 

　　3.1矿山地质环境问题类型

 

　　黄石市矿产资源丰富，矿产资源开采历史悠久。长期的采矿活动不可避免地对黄石市各大矿区地质环境造成了一定的影响与破坏，由此引发了一系列矿山地质环境问题。区内矿产资源开发产生的地质环境问题包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷与地表变形(沉降)、土地资源占用与破坏、地下水资源衰减、地下水水位下降、地表水地下水污染、土壤污染、水土流失与土地砂化等，种类繁多。主要可归纳为四大类：一是矿山次生地质灾害，二是矿区含水层破坏，三是矿区地形地貌景观破坏，四是矿区水土环境污染。

 

　　3.2矿山地质灾害类型、规模及危害

 

　　黄石市矿山地质灾害类型主要有：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷。

 

　　3.2.1崩塌

 

　　共调查崩塌4处，其中大型、中型各1处、小型2处，总方量36.25×104m3。其中1处中型崩塌为采空诱发，位于大冶新冶(龙角山)铜矿区；另三处崩塌分别位于阳新太子镇和佳采石场、洋港镇立新煤矿区和富池镇王曙建材厂，发生于采矿边坡或陡崖。区内崩塌造成的直接经济损失约200万元，致8人死亡，威胁人口约40人，威胁财产300万元。

 

　　崩塌的形成与地形条件密切相关，山体高耸、悬崖峭壁、临空面高度大于30m的地形是大~中型崩塌、危岩、山体开裂形成的有利条件，这其中包括了自然地形及采矿活动开挖的人工露采边坡。

 

　　崩塌多发育于二叠系、三叠系碳酸盐岩及块状较坚硬的岩浆岩工程地质岩类中，且地质构造作用对崩塌形成也具有明显控制作用，大型崩塌与危岩体多发生在背向斜核部或近核部地段，如大冶龙角山崩塌处于鹿耳山背斜核部，发育方量5.85×104m3。崩塌的控制性结构面、分离面(山体裂缝)大多是在构造结构面基础上继承与发展而来，如：王曙建材厂龙里山分厂崩滑体处于王曙背斜近核位置，受构造挤压近核部岩层破裂面、节理裂隙发育，主要有三组：其一，呈近东西走向；其二，走向180~210度；其三，走向120~135度。三组破裂面和节理裂隙相互交错，强烈切割岩体，分别构成了崩滑体的后缘及侧壁的边界条件。

 

　　无论是露采矿山还是地下开采矿山都有可能诱发崩塌。露采矿山主要是形成高陡边坡，为崩塌提供临空条件。同时也揭露了一些不良地质结构，如断层与破碎带。地下大规模的采矿活动，形成一定面积的采空区，在空区效应下，上部地质体中若存在有利于崩塌形成的地形、地层及构造条件，则易产生山体开裂、座落、危岩等变形破坏。矿山开采诱发崩塌的破坏机制为：高陡边坡或采空区形成后，斜坡或采空区上覆岩体原始平衡状态受到破坏，斜坡应力重新分布与集中，在重力作用下，斜坡岩体向临空面产生位移变形，采空区上覆岩体产生不均匀下沉，形成山体开裂、危岩体等，进一步发展以及在外动力作用的激发下则可能演化为崩塌。另外，地下开采保安矿柱留设不合理、盗采保安矿柱等往往加剧了崩塌、危岩的演化进程，典型的如大冶龙角山崩塌。

 

 

　　3.2.2滑坡

 

　　共调查矿山开采形成的滑坡共计38处。滑坡方量最小的80m3，最大的168.7×104m3，按规模划分大型1处、中型6处、小型31处，滑坡总体积422.46×104m3。滑坡造成29人死亡，直接经济损失3857.7万元，潜在威胁1049人，威胁财产7050万元，威胁古矿冶遗址一座，其社会影响与经济损失难以估量。

 

　　3.2.3泥石流

 

　　共调查区内采矿活动诱发的泥石流灾害共有2处，分别位于金湖街办新冶铜矿区和大冶有色金属股份有限公司铜绿山铜铁矿区。其中金湖街办新冶(龙角山)铜矿泥石流方量4000×104m3，属于巨型泥石流，致28人死亡，直接经济损失2000万元，目前威胁人口400人，威胁财产3000万元；铜绿山铜铁矿区泥石流方量25×104m3，为大型泥石流，直接经济损失1000万元，造成3人死亡，目前威胁人口400人，威胁财产3000万元。

 

　　泥石流的形成除了与降雨、山洪暴发有关外，主要与矿山尾矿、固体废弃排放有关，2处泥石流均是金属矿山废渣排放引起。按形成原因可分为二类：其一是尾矿库溃坝形成；其二是乱采乱挖大量废弃土石沿沟谷无序堆放形成。

 

　　3.2.4地面塌陷

 

　　区内地面塌陷主要包括由采矿疏排地下水引起的岩溶塌陷和地下采空区顶板变形破坏扩展到地面形成的采空区地面塌陷。区内共发现地面塌陷区120处，其中岩溶塌陷区和采空塌陷区各60处，历年来共产生塌陷坑一千余个。其中特大型5处、大型19处、中型36处、小型60处，主要分布于黄石大冶铁矿区、大冶金湖街办、大箕铺镇、陈贵镇、灵乡镇、金山店镇、还地桥镇等矿业开发区以及阳新韦源口、白沙镇、富池镇、浮屠镇等矿业开发区。塌陷区总面积约11.98km2，直接经济损失2697.4万元，致18人死亡，威胁人口18000余人，潜在威胁财产60516.6万元。

 

　　采空区地面沉降与塌陷的形成主要与采空区顶板岩石物理力学性质、岩体工程地质结构、地下水活动条件、矿体厚度产状、埋藏深度、采矿方法等有关，区内采空塌陷广泛分布于金属矿床与煤矿区。

 

　　煤矿采空区沉降与塌陷均是发生在浅埋型地段，采空区顶板岩性为二叠系上统砂页岩、硅质岩夹灰岩，三叠系大冶群第一岩性段页岩、泥灰岩，以薄层~页片状岩体结构为主，由于顶板岩体工程地质性质差，煤层回采后顶板产生冒顶、弯曲破裂，以至于发展到地面产生沉降、塌陷。

 

　　金属矿山采空区沉降与冒落塌陷形成除了与矿体顶板岩层地质因素外，主要与浅部开采、乱采滥挖、崩落法采矿有关。浅部开采形成的冒落塌陷易出现在构造破碎带和强风化岩体中，多是民采矿点诱发，乱采滥挖导致矿柱布置不当，甚至不保留或强行挖掉保安矿柱，使采空区缺乏有效支撑，从而诱发冒落塌陷。

 

　　3.2.5矿业开发占用及破坏土地资源

 

　　黄石市矿山占用与破坏土地总面积14476.19公顷。其中黑色金属类(主要为铁矿)矿山占用和破坏土地资源面积最大，约5307.17公顷，占矿山开发占地总面积的36.66%；其次，建材类矿山数量多、分布密度大且主要为露天开采，占用破坏土地面积大，约4591.17公顷，占矿山开发占地总面积的31.72%；另外，黄石市有色金属(主要为铜矿)矿山企业数量也居全省前列，多为地下开采，占用破坏土地2577.18公顷，占矿山开发占地总面积的17.80%；此外，煤矿开采压占、破坏的土地面积也较大，约994.23公顷，占矿山开发占地总面积的6.87%；金矿压占、破坏土地面积427.86公顷，占矿山开发占地总面积的2.96%；方解石矿压占破坏土地面积386.38公顷、冶金辅助原料非金属矿产压占破坏土地面积55.72公顷、稀有金属及分散元素矿产(锶矿)压占破坏土地面积22.88公顷、化工原料非金属矿产压占破坏土地面积96.86公顷。

 

　　区内矿山占用与破坏土地主要破坏方式包括：污染土地、露天采场、工业广场、固体废料场、尾矿库及矿山地质灾害。

 

　　3.2.6矿业开发对地下水系统的影响与破坏

 

　　矿山长期疏排地下水，已不同程度造成矿区地下水系统破坏。矿山疏排水一方面诱发了大量的岩溶塌陷，对矿区人民生命财产造成严重危害；另一方面矿区和周围地下水位大幅下降，形成区域地下水位降落降斗，地下水补偿失衡，引起井、泉流量衰减以至干枯，地表水通过塌陷下灌、农田储水功能破坏、土地荒废与水土流失加剧等生态环境问题，严重影响了矿区周边人民生产生活。区内长期疏排地下水的矿山主要有104家，总影响面积约46km2。

 

　　3.2.7矿山废水、废渣对环境的影响

 

　　矿山废水、废渣排放对矿区生态环境影响主要表现于：诱发滑坡、泥石流地质灾害，破坏自然景观、加剧水土流失与土地沙化，造成地表水、地下水与土壤污染等。

 

　　3.2.8闭坑、废弃矿山对环境的影响

 

　　闭坑、废弃的煤矿经过多年自然修复，多已自然复绿，对地表地形地貌破坏影响较小，这些矿区的主要地质环境问题是存在历史开采形成的采空区，由于时间久远，资料难以收集，采空区情况不明，存在产生地面塌陷的隐患。

 

　　废弃的金属矿山存在的主要地质环境问题为尾矿库压占破坏土地资源。

 

　　废弃建材类矿山存在的主要地质环境问题为：以往采石形成的高等岩质边坡存在一定的地灾隐患，同时废弃的采石塘口基岩裸露，造成地形地貌景观破坏，影响视觉景观。

 

　　据统计，黄石市闭坑、废弃矿山共计破坏土地资源850.43公顷，其中破坏林地412.72公顷，草地226.04公顷，耕地55.16公顷，其他150.21公顷。

 

 

　　(1)矿山地质环境防治主要根据地质环境问题进行分类治理，其中，地质灾害防治措施主要有：塌陷区恢复、变形工业场地注浆加固、滑坡治理、变形监测、削坡减载、块石护坡、修建挡土墙、清除危岩体、崩塌体等；(2)矿山生态修复措施主要有：废土场治理、农田改造、河道改造、帷幕注浆堵水、植草、植树绿化等；(3)矿山废水废液排放去向：沟、渠、农田、冲沟、河流、水库、尾砂库等；(4)少量矿坑水进行了利用：农牧业用水、工业用水等；(5)固体废渣主要利用方式为：筑路、填料、制砖、水泥用辅料等。

 

 

　　5.1查明了黄石市矿山主要地质环境问题

 

　　黄石市矿山地质环境问题分为四大类10种：矿山地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷4种)、矿业开发对地下水系统的影响与破坏(水均衡破坏)、矿业开发占用及破坏土地植被资源(侵占土地)、矿山废水和废渣对环境影响(土壤污染、水土流失、地表水污染、地下水污染等4种)。

 

　　5.2提出了矿山地质环境防治对策

 

　　黄石市矿山地质环境问题防治措施主要有：塌陷区恢复、帷幕注浆堵水、变形工业场地注浆加固、滑坡治理、清除危岩体(崩塌体)、植草、植树绿化、削坡减载、修建挡土墙、塌陷区农田改造、变形监测等。