信陽(yáng)上天梯珍珠巖礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理探討

杜安鵬，吳德運(yùn)，張廣山，康 耀

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊(duì)，河南 信陽(yáng) 464000)

信陽(yáng)上天梯珍珠巖礦位于秦嶺造山帶以東，大別山北麓，信陽(yáng)市東南。主要礦產(chǎn)為與中生界白堊系中酸性火山噴發(fā)有關(guān)的非金屬礦產(chǎn)，礦區(qū)的珍珠巖、膨潤(rùn)土、沸石、凝灰?guī)r等礦產(chǎn)均為大—特大型礦床[1]。礦區(qū)出露地層主要為白堊系陳棚組(K1c)與周家灣組(K2z)，其中主要賦礦層位是陳棚組楊家灣段(K1c5)一套火山熔巖[2]。礦區(qū)資源開發(fā)始于1974年，1986年前主要是國(guó)有礦開采，規(guī)模小，年采礦量不足10萬(wàn)t。以后集體、個(gè)體采礦和加工業(yè)迅速發(fā)展，最多時(shí)發(fā)展到百余家，近年來(lái)又逐步回落，目前已整合為5個(gè)礦權(quán)企業(yè)。開采方式主要為露天開采，已形成大小不等的采坑110余個(gè)，較大的有40多個(gè)。隨著采礦深度加大，邊坡規(guī)模也不斷擴(kuò)大，易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。本文以信陽(yáng)上天梯珍珠巖礦礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查資料為依據(jù)，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題分析，探索礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理的措施，取得一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)礦區(qū)其他條件類似的礦山具有借鑒意義。

1 礦山概況與地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 礦山概況

礦區(qū)位于信陽(yáng)市東南約20km，行政區(qū)劃屬信陽(yáng)市平橋區(qū)。礦山始建于1986年，礦區(qū)面積0.065km2，采礦標(biāo)高+75m～-30m，露天開采，汽車運(yùn)輸，年開采能力18萬(wàn)t。目前最低開采標(biāo)高27.53m，實(shí)際動(dòng)用珍珠巖儲(chǔ)量5.32萬(wàn)t，保有總礦石量625.97萬(wàn)t。

1.2 地形地貌

礦區(qū)位于大別山北麓丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)最高海 拔118.20m，最 低 海 拔78.20m，相 對(duì) 高 差20～40m，屬中等剝蝕丘陵。由于多年的采礦活動(dòng)，地形地貌有較大改變，形成一個(gè)大的不規(guī)則采坑，邊坡坡度很陡，坑內(nèi)積水。

1.3 地層與構(gòu)造

礦區(qū)出露的地層主要為中生界下白堊統(tǒng)陳棚組[3]，分布于礦區(qū)中部，第四系在礦區(qū)內(nèi)廣泛分布，基巖出露較少。礦區(qū)地層由老到新分別為：陳棚組喻樓段(K1c3)含礫晶屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、巖屑晶屑凝灰?guī)r，在礦區(qū)南部有少量出露，產(chǎn)狀穩(wěn)定，傾向15°左右，傾角14～20°；陳棚組上天梯段(K1c4)火山碎屑沉積巖，傾向北東，傾角8～15°，是沸石的主要賦存層位；陳棚組楊家灣段(K1c5)珍珠巖、流紋巖，厚度5～80m，流紋巖流動(dòng)構(gòu)造明顯，流面產(chǎn)狀受古地形影響，一般傾角較緩。該層上部有厚度不大的角礫狀流紋巖，其角礫為同生自碎角礫，珍珠巖呈層狀、交錯(cuò)層狀伏于流紋巖下部，是礦區(qū)珍珠巖主要控礦層位[4]。礦區(qū)為單斜構(gòu)造，礦體底板地層總體傾向北東，傾角10～20°，礦區(qū)內(nèi)無(wú)斷裂構(gòu)造。

1.4 礦體(層)地質(zhì)特征

礦體整體形態(tài)為不規(guī)則的開闊巖盆狀(或稱熔巖流狀)，沿北東25°方向拉長(zhǎng)，底板為膨潤(rùn)土礦層，礦體南北長(zhǎng)約310m，東西寬約166～343m，礦體厚度一般大于30m，最厚96m。礦體中夾有少量火山角礫巖、沸石巖、燧石巖等夾石，礦體賦存標(biāo)高+91～-30m(圖1)。

圖1 礦體示意剖面圖

1.5 水文地質(zhì)

根據(jù)礦區(qū)地下水的賦存介質(zhì)、水力性質(zhì)和埋藏條件，可將礦區(qū)地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水[5]。松散巖類孔隙水是礦區(qū)主要含水層，多分布在肖河階地和溝谷地帶，主要由粘土夾砂礫石、塊石組成，水質(zhì)屬HCO3-Ca、Mg型淡水?；鶐r裂隙水主要賦存在礦區(qū)基巖中，含水性較弱，水質(zhì)屬HCO3-Na(Ca)型淡水。礦區(qū)大多為隔水或弱含水巖石，地下水主要來(lái)源為基巖裂隙水及大氣降水(表1)。

表1 露天采場(chǎng)涌水量統(tǒng)計(jì)表

2 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

2.1 土地資源現(xiàn)狀

礦區(qū)土地利用性質(zhì)為采礦用地，土地類型為荒山。礦山開采涉及面積6.65hm2。在礦山生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)置工業(yè)場(chǎng)地、堆場(chǎng)和道路等礦山基礎(chǔ)設(shè)施，改變了礦區(qū)原有地形地貌，對(duì)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。治理前礦區(qū)范圍內(nèi)幾乎無(wú)可利用的土地，礦坑和工業(yè)場(chǎng)地周邊以及運(yùn)輸?shù)缆穬蓚?cè)幾乎沒(méi)有綠化，揚(yáng)塵嚴(yán)重。

2.2 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

礦區(qū)最大開采深度約40m，局部地段近似直立開挖，形成陡峭邊坡，坡度最大約64～80°，部分采坑陡壁已經(jīng)崩塌(圖2、圖3)。該崩塌規(guī)模稍大，危巖體沿陡坡塌落，塌落高度約8m，崩塌體積約300m3，現(xiàn)狀條件下礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等[6]。

圖2 采坑陡峭邊坡

圖3 局部發(fā)生崩塌

2.3 水資源現(xiàn)狀

礦山露天開采最低標(biāo)高為27.53m，位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下[7]，局部積水，對(duì)含水層結(jié)構(gòu)有一定的影響。珍珠巖礦不含有毒和重金屬離子，對(duì)含水層水質(zhì)影響較小，但礦石和廢石長(zhǎng)期受雨水淋濾，以及生活、生產(chǎn)廢水對(duì)地表水體造成一定的污染。治理前礦區(qū)內(nèi)蓄積的地表水已無(wú)法利用，礦區(qū)周邊井水水質(zhì)普遍較差。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境分區(qū)及措施

3.1 分區(qū)原則

在礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)采礦活動(dòng)可能引發(fā)或加劇哪些地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，評(píng)價(jià)其危害程度大小，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境影響預(yù)測(cè)分區(qū)；緊密結(jié)合礦山資源開發(fā)利用方案，以人為本，統(tǒng)籌規(guī)劃，突出重點(diǎn)，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)。

3.2 礦山地質(zhì)環(huán)境影響預(yù)測(cè)分區(qū)

露天采坑劃分為嚴(yán)重區(qū)，工業(yè)場(chǎng)地和廢石場(chǎng)劃分為較嚴(yán)重區(qū)[8](表2)。

表2 礦山地質(zhì)環(huán)境影響預(yù)測(cè)分區(qū)表

3.3 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)

露天采坑劃分為重點(diǎn)防治區(qū)，面積占整個(gè)評(píng)估區(qū)面積的98.05%，工業(yè)場(chǎng)地和廢石場(chǎng)劃分為次重點(diǎn)防治區(qū)[8](表3、圖4)。

圖4 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)圖

表3 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)表

3.4 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)(預(yù)防)措施

3.4.1 露天采坑崩塌、滑坡的保護(hù)(預(yù)防)措施

存在滑坡、崩塌隱患區(qū)域，采取削方減載、坡腳堆載、清除危巖等工程措施消除隱患后再采礦[9]。嚴(yán)禁開采臺(tái)階高度超過(guò)開發(fā)利用方案設(shè)計(jì)高度，避免形成高陡邊坡；保持底板的完整性，不得順向在礦體底板切坡，如無(wú)法避免順向切，應(yīng)采取加固措施；采用預(yù)裂爆破，開采至終了邊坡20～30m時(shí)采用光面爆破，保證邊坡完整性。采礦活動(dòng)期間設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，建立長(zhǎng)期的邊坡觀測(cè)網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

3.4.2 廢石場(chǎng)滑坡的保護(hù)(預(yù)防)措施

堆放廢石前對(duì)基底進(jìn)行整理，清除表面的腐殖土及軟弱層。由于廢石場(chǎng)自然地面有坡度，應(yīng)開挖成臺(tái)階，防止滑坡，設(shè)計(jì)穩(wěn)定的堆土坡角，分臺(tái)階放坡，坡腳處設(shè)置攔石壩，分區(qū)段排棄廢石，倒堆整治，形成各級(jí)碾壓平臺(tái)，確保廢石體密實(shí)度。

3.4.3 廢石場(chǎng)泥石流的保護(hù)(預(yù)防)措施

將廢石綜合利用，減少堆放量；在廢石場(chǎng)上方開挖截水溝，兩側(cè)開挖排水溝，堆土穩(wěn)定后，設(shè)置縱向坡面排水溝，排水系統(tǒng)聯(lián)系成一個(gè)整體，將匯水導(dǎo)入坡底處的沉砂池，澄清后排出場(chǎng)外。

3.5 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理措施

3.5.1 露天采坑恢復(fù)治理措施

(1)采坑回填。閉坑后將廢石場(chǎng)內(nèi)堆土運(yùn)至采坑內(nèi)回填，分層壓實(shí)，整理成斜坡狀。由于開挖范圍內(nèi)最低標(biāo)高位于礦區(qū)南側(cè)(+40m)，為方便回填后地表水排泄，設(shè)計(jì)回填標(biāo)高以+40m為準(zhǔn)，回填深度30m；填土來(lái)源一部分為廢石場(chǎng)堆土，共計(jì)0.3×104m3，另一部分從上天梯非金屬礦管理區(qū)統(tǒng)一管理的固廢堆場(chǎng)取運(yùn)；采坑頂部回填0.5m粘性土，從2km外購(gòu)買，用于植樹綠化(表4)。

表4 露天采坑回填工作量表

(2)覆土綠化?？拥谆靥詈筮M(jìn)行植樹綠化，露天平臺(tái)整理成反坡；平臺(tái)外側(cè)砌筑0.3m高的擋墻，內(nèi)側(cè)修筑排水溝，平臺(tái)中間覆蓋0.3m厚的粘性土并植草，平臺(tái)坡腳處種植攀爬植物[10]；植樹選用刺槐，樹高120cm，間距3.0m×2.0m，植草選用白三葉，攀爬植物選擇紫藤，密度1株/m(表5、圖5)。

圖5 采場(chǎng)邊坡綠化工程示意圖

表5 平臺(tái)整理工作量表

3.5.2 廢石場(chǎng)和工業(yè)場(chǎng)地恢復(fù)治理措施

廢石場(chǎng)的堆土、工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的房屋等設(shè)施全部拆除，均用于采坑回填；場(chǎng)地整理后，廢石場(chǎng)覆蓋0.3m厚的粘性土并植草，選用白三葉，植草面積820m2；工業(yè)場(chǎng)地覆蓋0.50m厚的粘性土并植樹，選用刺槐，間距3.0m×2.0m，植樹80棵。

3.6 恢復(fù)治理后的效果預(yù)測(cè)

措施實(shí)施后，社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益顯著，主要體現(xiàn)在：基本消除治理區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患，修復(fù)破壞的地形地貌景觀，減少礦區(qū)對(duì)地下水的污染，有效保護(hù)和改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境；礦區(qū)可恢復(fù)治理荒山6.782hm2，恢復(fù)林地2.56hm2，恢復(fù)草地3.082hm2，使治理區(qū)植被覆蓋率大幅提高；恢復(fù)治理方案設(shè)計(jì)植樹4 260棵，樹木成材后可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.7 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

由于礦山早期無(wú)序開采，從根本上沒(méi)有建立一套科學(xué)完整的開發(fā)利用體系，已造成的地質(zhì)環(huán)境破壞沒(méi)有及時(shí)修復(fù)，進(jìn)一步影響了開采過(guò)程，導(dǎo)致了更嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。例如采場(chǎng)邊坡過(guò)高過(guò)陡，危巖不清理，引發(fā)崩塌，砸壞部分設(shè)施，掩埋作業(yè)面。亂挖形成的邊坡治理起來(lái)困難，花費(fèi)較大，不治理又影響采礦作業(yè)。經(jīng)預(yù)算，保護(hù)與恢復(fù)治理工程施工總費(fèi)用已達(dá)892萬(wàn)元。該礦的現(xiàn)象在上天梯非金屬礦區(qū)普遍存在，程度不同，值得反思。若最初就進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、合理開采，堅(jiān)持“資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)并重，在保護(hù)中開發(fā)，在開發(fā)中保護(hù)”原則，治理費(fèi)用將大幅降低。在調(diào)查分析和提出措施的過(guò)程中，感受到恢復(fù)治理措施選擇余地較小，特別是礦區(qū)地下水污染在短期內(nèi)很難消除，主要工作還是在預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害和修復(fù)地貌景觀方面。要進(jìn)一步探索國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的治理經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取用盡量少的資金取得盡量好的治理效果。

4 結(jié)論

現(xiàn)狀條件下，礦區(qū)土地資源和水資源破壞程度較大，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等。預(yù)測(cè)露天采坑為礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)，工業(yè)場(chǎng)地、廢石場(chǎng)為較嚴(yán)重區(qū)。

礦山地質(zhì)環(huán)境破壞的根本原因是沒(méi)有踐行綠色發(fā)展理念[11]，盲目無(wú)序開采，造成資源浪費(fèi)和生產(chǎn)成本增加，礦山發(fā)展可持續(xù)性差。在開采礦產(chǎn)資源的全過(guò)程中，礦山企業(yè)要科學(xué)分析礦山地質(zhì)環(huán)境特征，預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境影響，科學(xué)制定合理可行的開采方案，采用適宜的技術(shù)方法 監(jiān)測(cè)與預(yù)警，盡最大可能減少礦山地質(zhì)環(huán)境的影響。

礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)將露天采坑劃分為重點(diǎn)防治區(qū)，工業(yè)場(chǎng)地和廢石場(chǎng)劃分為次重點(diǎn)防治區(qū)。部署保護(hù)工程3項(xiàng)，治理工程3項(xiàng)及地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工程。通過(guò)治理，消除了礦區(qū)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患，已發(fā)生的災(zāi)害得到有效治理，地形地貌景觀得到恢復(fù)，環(huán)境效益顯著，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益良好。