貴州省某區(qū)歷史遺留礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理模式探討

高建才，梁國禮，劉興金

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000）

貴州礦山開采歷史悠久，以往大多礦山只重視發(fā)展，生態(tài)修復(fù)理念缺乏，破壞原始地形地貌，大量礦坑水直接排放到附近河流，矸石順坡堆放等造成生態(tài)破壞十分嚴(yán)重。現(xiàn)在生態(tài)文明建設(shè)已然成為重中之重，早期的采礦活動(dòng)，規(guī)范管理差，特別礦井水（酸性廢水）[1]污染很難修復(fù)治理。

某區(qū)早期的采礦活動(dòng)，使地下水隔水層（礦層）被開采，地下水系統(tǒng)受到嚴(yán)重的破壞；同時(shí)，開采出的矸石等污染物亂堆亂放，地表水流經(jīng)被破壞的礦層或矸石堆積區(qū)淋濾形成含硫廢水后沿裂隙下滲到地下。受污染的地下水體經(jīng)礦井匯聚、排泄出地表，最終匯入河流?，F(xiàn)場調(diào)查：水體呈黃色、褐紅色，pH值達(dá)2.0，河流及地下水體受污染嚴(yán)重，河流內(nèi)動(dòng)植物絕跡。水是生命之源[2]，污染問題已嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)財(cái)?shù)千居民的生活環(huán)境及飲水安全。而傳統(tǒng)修復(fù)治理只是對破壞區(qū)及矸石場進(jìn)行簡單復(fù)墾復(fù)綠，針對酸性廢水修建污水處理廠或者并無處理，這樣的修復(fù)治理模式存在較多問題，后期維護(hù)成本較大，并不能長久有效地運(yùn)行，本文提出的綜合治理模式，經(jīng)初步估算，采用該法治理后，受污染河流水體pH值可提升至5.5以上，河水清澈度可得到大幅提高，水質(zhì)可大幅改善，礦山生態(tài)環(huán)境、水域生態(tài)環(huán)境得以重建。重現(xiàn)綠水青山。

1 礦山破壞及礦井水污染情況

當(dāng)?shù)卦缙谶M(jìn)行的小規(guī)模礦山開采以硐采結(jié)合露天開采為主，露天開采沒有規(guī)劃，地表土體大面積開挖，淺表礦山層破壞嚴(yán)重，礦渣亂堆亂放造成了大面積的生態(tài)植被環(huán)境破壞；該地區(qū)礦山屬歷史遺留礦山，礦井廢水、礦渣滲濾液等污染源無人治理，造成地下水及地表河流污染。

經(jīng)前期水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等調(diào)查及資料的綜合整理，因礦層采空而造成礦區(qū)形成較多地裂縫，大氣降水直接沿節(jié)理裂隙、地裂縫等下滲補(bǔ)給地下水。地下水流沿巖層節(jié)理裂隙、層間接觸帶徑流運(yùn)移，由于礦山開采，地下水遇阻水礦層于開挖面出露地表。

某區(qū)礦山開采過程中，礦層作為隔水層受到破壞，頂、底含水層中的水發(fā)生水力交換；與此同時(shí)，礦山開采形成采礦巷道及大量矸石堆積體，造成原埋藏于地下礦層中原處于穩(wěn)定還原環(huán)境的硫、鐵、重金屬等化學(xué)物質(zhì)暴露于氧化環(huán)境中，被氧化置換出來?？拥纼?nèi)該類物質(zhì)在水流的帶動(dòng)下進(jìn)入水體，改變水體化學(xué)組分和水質(zhì)；坑道外大量矸石堆積于地表未進(jìn)行處理，形成的大量淋濾水通過地表節(jié)理裂隙和巖溶通道進(jìn)入地下水循環(huán)系統(tǒng)，造成地表、地下水體的污染。

礦山廢水水體常年呈黃褐色、紅褐色，礦井廢水具有酸性強(qiáng)、含鐵高的特點(diǎn)，廢水直接排入河流，嚴(yán)重的水質(zhì)污染導(dǎo)致水體使用功能喪失，水生生態(tài)嚴(yán)重退化，河段水生生物幾乎絕跡，既不能飲用也不能灌溉。貴州大學(xué)2018年11月18日得出河流水質(zhì)監(jiān)測報(bào)告，河流現(xiàn)狀水質(zhì)為劣Ⅴ類水。在當(dāng)?shù)卣谋O(jiān)管和維護(hù)下，地表植被得以恢復(fù)，但由于技術(shù)、資金等問題，地表礦渣未得到合理的處理，礦渣及礦層中的淋濾含硫廢水依然污染河流，下滲污染表、中層地下水。

2 綜合治理模式探討

為有效治理該地區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞問題，在原有進(jìn)行勘查和調(diào)研的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)礦井水的主要補(bǔ)給源和補(bǔ)給通道進(jìn)行詳細(xì)水文地質(zhì)勘查，結(jié)合綜合物探、鉆探等技術(shù)，詳細(xì)查清礦區(qū)地下裂隙水、管道水分布位置，地裂縫深度及分布，采空區(qū)大致范圍等，在全面調(diào)查該地區(qū)廢棄礦山基礎(chǔ)上，通過實(shí)施一系列工程措施及技術(shù)手段，恢復(fù)和重建礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，使礦區(qū)周邊及下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，有效推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

本次提出綜合治理模式，首先對礦山礦井水進(jìn)行治理，礦井水治理方法為部分老窯進(jìn)行回填+含水裂隙封堵+未污染的地表水截流改道+井口倒水閉氣封堵+井口無動(dòng)力爆氧+井口沉淀滲透反應(yīng)池+排水溝，然后治理矸石，矸石處理方法為收攏+回填老窯+削方+場地平整+客土+種植喬木+播撒草籽+排水溝，最后對河道進(jìn)行治理，方法為河道清淤+修建谷坊+修建擋墻（河堤）+水體物理混合+氧化塘建設(shè)。該模式主要工程介紹如下。

綜合調(diào)查：對區(qū)內(nèi)礦井水的主要補(bǔ)給源和補(bǔ)給通道進(jìn)行詳細(xì)水文地質(zhì)勘查，結(jié)合綜合物探、鉆探等技術(shù)，查清礦區(qū)地下裂隙水、管道水分布位置，地裂縫深度及分布，采空區(qū)大致范圍等。

裂隙封堵：對部分含水裂隙進(jìn)行封堵，減少地表水及裂隙水進(jìn)入地下水，并修建排水溝對地表水進(jìn)行截流疏導(dǎo)。

矸石收攏及處理：在礦區(qū)內(nèi)選擇場地對區(qū)內(nèi)的礦山矸石進(jìn)行收攏，以便集中治理，矸石收攏前需對場地進(jìn)行防滲處理，并修建一定的擋墻，并進(jìn)行簡單平整，平整目的為避免形成積水坑，平整標(biāo)高可根據(jù)實(shí)際情況而定。收攏矸石后需要對其進(jìn)行復(fù)綠，減小其淋濾水對環(huán)境污染，由于矸石表面無法種植植物，故需要覆土進(jìn)行土壤重建，為了減小矸石的污染，在覆種植土之前需在矸石上覆厚0.1m以上的不透水粘土（如鋁土質(zhì)粘土），再進(jìn)行客土，覆土厚度0.6m。

植被復(fù)綠：本著生態(tài)修復(fù)理念，在地下水修復(fù)過程中會(huì)造成一定的破壞，施工完畢后，對破壞區(qū)域需進(jìn)行復(fù)綠，同時(shí)區(qū)內(nèi)矸石堆積區(qū)也需進(jìn)行復(fù)綠，復(fù)綠工程主要種植喬木，播撒草籽等，喬木選擇當(dāng)?shù)匾咨L樹種。

井口閉氣封堵：對礦山有礦井水流出的礦井口進(jìn)行井口閉氣封堵，使廢水恢復(fù)一個(gè)密封環(huán)境，減少水體氧化程度，主要擋水墻面外設(shè)計(jì)為滲透墻，主要采用灰?guī)r修建。

無動(dòng)力爆氧裝置：礦井廢水具有酸性強(qiáng)、含鐵高的特點(diǎn)，在閉氣擋墻下方采用無動(dòng)力生態(tài)處理方法，利用水位高差設(shè)置水車進(jìn)行曝氣氧化，方便下一步處理。材質(zhì)為工程防腐塑料，以避免被腐蝕。

沉淀滲透反應(yīng)池：在礦井不遠(yuǎn)處修建沉淀滲透反應(yīng)池，使廢水得到沉淀處理，并除去大量鐵離子及懸浮物，沉淀滲透反應(yīng)池分為：中和調(diào)節(jié)池，池內(nèi)投放石灰石提高廢水pH值[3]，平流沉淀池，沉淀池進(jìn)水口設(shè)水分布槽，避免進(jìn)水沖擊性流入，增加水力停留時(shí)間；將原錳砂過濾罐改為斜管沉淀池，提高沉淀分離穩(wěn)定性。

排水溝：為了減少地表水對地下水的補(bǔ)給，同時(shí)使區(qū)內(nèi)順利排水，防止雨水沖刷，造成水土流失，減輕雨水對矸石的淋濾滲透，造成地表和地下水體的污染。

谷坊：為減緩溝道水流速度，使溝道逐段淤平，減輕下游山洪危害，抬高溪溝溝底侵蝕基點(diǎn)，防止溝底下切和溝岸擴(kuò)張，并使溝道坡度變緩，攔蓄泥沙，形成可利用的壩階地，利于下方建造氧化塘。

擋土墻：礦山矸石大多堆積于河岸邊，對河流污染較嚴(yán)重，河流流量較大，對河岸兩側(cè)侵蝕較嚴(yán)重，局部河岸破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致矸石直接垮塌入河流，故在河岸一側(cè)修建擋土墻，穩(wěn)固河岸，減小河水繼續(xù)淘刷河岸，對河岸上矸石治理建立穩(wěn)固基礎(chǔ)。

河道清理工程：對河流污染嚴(yán)重河道進(jìn)行人工清理，現(xiàn)河道主要呈褐紅色-褐黃色，清除河道內(nèi)受污染碎石、卵石、底泥，保持河道暢通和干凈。局部河道破壞嚴(yán)重段進(jìn)行護(hù)堤。

氧化塘建設(shè)：在合適區(qū)域建造氧化塘，之前處理過的廢水進(jìn)入種植有水生植物的人工氧化塘進(jìn)行生物凈化，利用基質(zhì)、植物、微生物的三重協(xié)同作用凈化廢水，并在氧化塘末端建設(shè)滲透壩，水流經(jīng)細(xì)沙-粗砂-卵石逐層過濾，層層凈化從而實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的目的。氧化塘內(nèi)種植水生植物等，主要種植節(jié)節(jié)草、燈芯草、芒草、雀稗、薹草、白三葉草、銀羊茅、步地錦等，這些植物對礦山污水有一定的生物凈化作用，能吸附鐵離子及水面上的油垢。

滲透壩：采用物理水質(zhì)凈化原理，由內(nèi)而外鋪設(shè)細(xì)沙-粗砂-卵石-擋墻（下部擋墻，上部圓柱體柱子，每隔0.5m修建一根，砂石采用灰?guī)r）。污水流經(jīng)細(xì)沙-粗砂-卵石逐層過濾。層層凈化，達(dá)到減輕污染的效果。

3 結(jié)論

歷史遺留礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理模式主要在結(jié)合污染源的特性及現(xiàn)有工程的基礎(chǔ)上，融入生態(tài)自然凈化理念，擬采用一系列的綜合方法進(jìn)行生態(tài)保護(hù)修復(fù)處理，最終可達(dá)到地下水利用率提高，受污染河流水體pH值可提升至5.5以上，河水清澈度可得到大幅提高，水質(zhì)可大幅改善，礦山生態(tài)環(huán)境、水域生態(tài)環(huán)境得以重建，重現(xiàn)綠水青山的目的。同時(shí)如果該方法試驗(yàn)效果突出，對貴州省歷史遺留礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理積累經(jīng)驗(yàn)，具有很好的推廣意義。