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西部地區(qū)的開發(fā)近年被列入國家各類計劃之中。其中,西部地區(qū)的礦產(chǎn)資源的開發(fā)也進入了一個新的高潮。然而,對礦山大規(guī)模的開發(fā)必然會對自然環(huán)境造成很大的影響,從而引發(fā)許多工程地質(zhì)和環(huán)境問題,客觀分析、正確認識近年來西部地區(qū)開發(fā)所帶來的工程地質(zhì)以及環(huán)境問題,不僅可以對工程地質(zhì)作業(yè)進行有效地指導(dǎo),而且也有利于工程地質(zhì)學(xué)科的不斷發(fā)展。本文將對西部工程地質(zhì)與環(huán)境所存在的問題進行探討,以便更好地為我國西部人民的生產(chǎn)、生活服務(wù)。
1西部地區(qū)主要工程地質(zhì)問題
由于西部地區(qū)多高山峽谷,獨特的地形造就了其不同于東部地區(qū)的工程地質(zhì)問題。其存在的主要工程地質(zhì)問題如下:
1)構(gòu)造活動帶巖土體動力失穩(wěn)問題,具體有:①在斷裂帶及影響帶內(nèi)構(gòu)造破碎脆性巖體的特性;②工程區(qū)域地殼失穩(wěn)問題;③河床深厚覆蓋層的地基動力失穩(wěn)問題;④巖體的動力參數(shù)與本構(gòu);⑤地震及活動斷裂引發(fā)的群發(fā)性崩滑流等自然災(zāi)害。
2)高陡邊坡易形變及尺寸影響和動力失穩(wěn)問題,具體有:①高地應(yīng)力下斜坡巖體的卸荷及參數(shù)影響;②高邊坡巖體的動力形變及破壞;③巖體動力參數(shù)的高程效應(yīng)。
3)高地應(yīng)力下的巖體性質(zhì)及應(yīng)變儲能問題,具體有:①巖體應(yīng)變儲能和高應(yīng)變巖體的工程行為的推斷,例如,硬巖的巖爆問題,軟巖的形變問題等;②礦山深部高地壓問題及采場頂板的管理問題;③持續(xù)高地應(yīng)力影響下巖體與工程建筑的相互作用。
4)深埋隧洞中巖體結(jié)構(gòu)的考察和施工地質(zhì)的超前預(yù)報,具體有:①深層巖體精細結(jié)構(gòu)的偵測與預(yù)判技術(shù);②長大隧洞超前地質(zhì)預(yù)報方法。
5)大跨度復(fù)雜洞群形變及失穩(wěn)問題,其中有:①復(fù)雜洞群的圍巖形變及失穩(wěn);②大跨度高洞群軟巖形變及流變問題;③大跨度高邊墻洞群的形變及失穩(wěn)問題。
6)凍土的凍融形變、穩(wěn)定性和維穩(wěn)機制,具體有:①凍土的融沉、凍脹及流變問題;②凍土區(qū)域施工的處理方案等問題。
7)可溶巖巖溶與巖體探測、預(yù)報及治理技術(shù),具體有:①巖溶的狀態(tài)及探測問題;②深埋隧洞巖溶突水的預(yù)判及防控問題;③管道巖溶化巖體的利用處理問題。④巖溶水庫滲漏的防控措施等。
8)河床深厚覆蓋層的應(yīng)對措施。西部高山峽谷中的河床覆蓋層往往厚達幾百米,其引發(fā)的地質(zhì)工程問題具體有:①工程荷載引起的河床深厚覆蓋層沉降;②地震引起的河床深厚覆蓋層液化問題;③滲透形變問題;④壩基滲漏問題;⑤河床深厚覆蓋層防滲及固話問題。
2西部開發(fā)的主要環(huán)境地質(zhì)問題及其類型
自從西部大開發(fā)計劃實施以來,西北地區(qū)源源不斷地礦產(chǎn)開發(fā),為我國經(jīng)濟以及區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展有著不可磨滅的貢獻。但是在歷史條件與地理環(huán)境的大背景下,以及受制于政策、管理、技術(shù)等因素,礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生了大量的環(huán)境地質(zhì)問題。甘肅省礦山所存在的較為嚴重的環(huán)境地質(zhì)問題是:滑坡、泥石流、水土流失、崩塌、地面塌陷、沙漠化、水污染等。在西北地區(qū)地理位置、氣候條件等因素影響下,原本水資源十分匱乏的西北干旱、半干旱地區(qū)在大規(guī)模的礦產(chǎn)資源的開發(fā)下,出現(xiàn)了不同程度的水土流失與荒漠化,嚴重破壞了這些地區(qū)的生存環(huán)境。一部分礦山由于山勢比較險峻并且容易突降暴雨,所以,成為滑坡與泥石流的重災(zāi)區(qū)。井下煤炭開采區(qū)則成為礦井突水、地面沉降、地基塌陷以及地裂縫的主發(fā)區(qū)。作為采、選、冶三位一體的有色金屬礦山,因其特殊的行業(yè)加工程序通常成為環(huán)境污染的主要誘因。由礦產(chǎn)資源開發(fā)所導(dǎo)致的環(huán)境地質(zhì)問題表現(xiàn)在很多方面,可以概括為三種類型:礦山資源破壞、礦山地質(zhì)災(zāi)害以及礦區(qū)環(huán)境污染。
2.1礦區(qū)資源破壞
礦山開發(fā)是人類活動中對地形地貌破壞較大的一類活動,在其開發(fā)過程中大規(guī)模的剝土棄渣、采掘礦石,不僅對自然景觀產(chǎn)生了極大的破壞,而且使地質(zhì)遺址受到大范圍的毀壞。伴隨著礦山開發(fā)而來的大量的棄土棄渣不斷地壓占土地,擠壓礦區(qū)周圍植被與動物的生存空間,導(dǎo)致土石不斷裸露,增加了地表徑流,加劇了礦區(qū)土壤受侵蝕的程度,導(dǎo)致水土流失與水資源不斷衰減,嚴重破壞了礦區(qū)環(huán)境資源。
2.2礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害
礦產(chǎn)開發(fā)不僅在很大程度上破壞了礦區(qū)的環(huán)境與資源,而且還導(dǎo)致了一系列重大的地質(zhì)災(zāi)害。其所誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要有采礦區(qū)崩塌、地面塌陷、地裂縫、沉降、滑坡、泥石流、礦井突水、瓦斯爆炸等。而礦山開發(fā)勢必會導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的顯著變化,從而誘發(fā)一系列的地質(zhì)災(zāi)害。倘若采礦規(guī)劃、設(shè)計方案不當,使得采礦區(qū)虛空面積過大,加之采礦過后遺留下來的廢棄坑道沒有及時回填以及邊坡過于高陡等不合理的開采活動,則將使礦區(qū)地應(yīng)力失衡,導(dǎo)致采礦崩塌、地面塌陷沉降、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。而廢石、尾礦渣等通常被就近地堆放在山坡上,在一定量雨水的作用下,必會誘發(fā)滑坡以及泥石流災(zāi)害。地下煤炭采礦區(qū)空心區(qū)域過大則會造成地面塌陷、沉降等地質(zhì)災(zāi)害。此類災(zāi)害在新疆的六道灣煤礦、甘肅的新窯、華亭、王家山煤礦、寧夏的石嘴山、石炭井煤礦、陜西的渭北、神府煤田等礦區(qū)均有不同程度的發(fā)生。
2.3礦區(qū)環(huán)境污染
采礦業(yè)作為一個比較典型的污染行業(yè),不可避免地會對當?shù)氐沫h(huán)境造成一定的不利影響。在對礦山開發(fā)過程中會導(dǎo)致各種環(huán)境污染,最主要的是對地表水的污染,其次是對地下水、土壤、作物以及大氣環(huán)境的污染。而造成這些污染的源頭是采選礦過程中排放的廢水、廢渣以及廢氣中有毒、有害物質(zhì),主要包括煙(粉)塵、SO2、氰化物、重金屬等。由于西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、生態(tài)恢復(fù)能力較弱,所以,當生態(tài)環(huán)境一旦遭遇破壞,在短期內(nèi)將很難恢復(fù),這就導(dǎo)致部分礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題尤為突出。不斷惡化的生態(tài)環(huán)境不僅使礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn),而且伴隨著沙漠化而來的沙塵暴等問題日益突出。一些礦產(chǎn)開發(fā)所導(dǎo)致的嚴重環(huán)境問題已經(jīng)影響到中部乃至東部地區(qū)的環(huán)境安全,值得我們深思。
3結(jié)束語
通過對當前西部地區(qū)所存在的工程地質(zhì)和環(huán)境問題進行概括性的闡述,以此作為西部礦山地質(zhì)工作者在進行工程作業(yè)時的參考。
作者:時強 吳鵬 單位:甘肅工程地質(zhì)研究院