湖南譚子山重晶石礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)調(diào)查分析

鄧顯石,徐華清,曾 晟,譚曉明,陸劍宇

(1.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院, 湖南 衡陽(yáng) 421005;2.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇六大隊(duì), 湖南 衡陽(yáng) 421001;3.南華大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院, 湖南 衡陽(yáng)421001)

我國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量位列世界前列,作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),在我國(guó)工業(yè)化和現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用[1-2]。礦產(chǎn)開發(fā)規(guī)模逐步擴(kuò)大,帶來了諸如占用土地、尾礦堆放、誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等一系列環(huán)境問題,對(duì)礦山周邊地質(zhì)生態(tài)環(huán)境破壞程度日趨加重[3-5],新時(shí)代背景下開展綠色礦業(yè)、建設(shè)生態(tài)礦山是礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)合理的修復(fù)和治理尤為重要[6-7]。

國(guó)外學(xué)者主要致力于研究“綠色經(jīng)濟(jì)”相關(guān)概念、方法和理論等,在資源開發(fā)利用過程中充分考慮生態(tài)的“容量”范圍,通過分析礦產(chǎn)開發(fā)成本及相關(guān)環(huán)境指標(biāo)探究環(huán)境規(guī)制與企業(yè)發(fā)展間的相互關(guān)系[8-9]。壽嘉華[10]基于礦山對(duì)周邊環(huán)境的影響程度在區(qū)域環(huán)境可承受范圍內(nèi),綜合考慮礦產(chǎn)資源開發(fā)最佳效益和環(huán)境負(fù)面影響最小的最優(yōu)化組合,提出綠色礦業(yè)之路。隨著綠色發(fā)展理念的不斷推廣,學(xué)者們?cè)谖覈?guó)環(huán)境規(guī)制與綠色生產(chǎn)的關(guān)系、基于可持續(xù)發(fā)展的礦產(chǎn)資源開采評(píng)價(jià)體系等方面開展了一系列研究[11-12],為綠色礦業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供理論支持。

在礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)方面,目前歐美國(guó)家在礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)上,已從土地、資源、生態(tài)環(huán)境等角度分析礦產(chǎn)資源開發(fā)帶來的一系列問題,到綜合多學(xué)科因素探究最優(yōu)化的礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)方法[13]。新中國(guó)成立后不久我國(guó)就開始提出礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理工作,到20世紀(jì)80年代,隨著《土地復(fù)墾法》《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》等相關(guān)法律的頒布實(shí)施,我國(guó)才正式由政府主導(dǎo)開展有規(guī)模、有組織的礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)[14]。隨著新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn),如何對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行有效的治理和生態(tài)修復(fù)尤為重要。

本研究以譚子山重晶石礦為例,通過調(diào)查礦山的基本情況與地質(zhì)環(huán)境條件,總結(jié)現(xiàn)有的環(huán)境恢復(fù)治理工程與保護(hù)措施成效,分析礦山地質(zhì)環(huán)境基本現(xiàn)狀問題,評(píng)價(jià)其環(huán)境恢復(fù)效果,提出環(huán)境修復(fù)建議措施,為礦山生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 譚子山重晶石礦山概況

1.1 礦山位置范圍

譚子山重晶石礦位于衡陽(yáng)市西南30 km處,屬衡南縣譚子山鎮(zhèn)、泉湖鎮(zhèn)管轄。礦山地理坐標(biāo)為112°19′14″～112°20′29″ E,26°50′48″～26°51′23″N。礦區(qū)面積為1.182 km2,準(zhǔn)采標(biāo)高為+110～+40 m。

1.2 自然地理

1.2.1 地形地貌

調(diào)查區(qū)屬丘陵地貌,平原開闊,分布大面積農(nóng)田,丘坡主要為灌木林地。地表一般有5 m厚的第四系殘坡積層,多為碎石土及含碎石粘土,植被覆蓋率較高。調(diào)查區(qū)最高點(diǎn)為礦山東部探山嶺山頂,海拔標(biāo)高232 m,最低點(diǎn)位于礦山東北部平地中,海拔標(biāo)高83 m,區(qū)內(nèi)最大相對(duì)高差149 m,一般海拔標(biāo)高100～160 m之間。

1.2.2 氣象水文

礦區(qū)屬大陸性亞熱帶潮濕溫暖氣候,全年四季分明。據(jù)衡南縣氣象局資料,歷年平均氣溫17.3 ℃;極端最高氣溫40.3 ℃;極端最低氣溫-3.5 ℃,主要降雨每年4月—6月,多年平均降雨量1 428 mm,年最大降雨量1 517 mm,日最大降雨量196.8 mm。評(píng)估區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育,但存在較多水塘,水量較小,一般用作農(nóng)田灌溉,少量用作選礦用水,地表水體對(duì)礦山開采影響小。

1.2.3 植被

礦山植被覆蓋率達(dá)70%,主要為灌木,少數(shù)經(jīng)濟(jì)林,如油茶、果木等。區(qū)內(nèi)土壤主要是黃壤,土層厚度因地形而異,一般坡地厚,洼地薄,平均厚2.3 m左右。土壤呈弱酸性,疏松易耕,硫、磷含量較高。

本區(qū)無重要建設(shè)工程,無鐵路、高速公路,無超高壓輸電線路,無自然保護(hù)區(qū)、文物古跡、地質(zhì)公園等。

1.3 礦山開采現(xiàn)狀

該礦山創(chuàng)辦于1958年,僅根據(jù)露出地面的重晶石進(jìn)行開采,年產(chǎn)重晶石達(dá)3.5萬t,由于銷量甚微,1962年停止開采。1963年3月恢復(fù)開采,1966年轉(zhuǎn)為地方國(guó)營(yíng)礦山,由于資金緊缺,開采難度增大,企業(yè)逐步虧損,2006年衡陽(yáng)宇通礦業(yè)有限公司成立。目前礦山開拓方式為露采公路運(yùn)輸開拓方式,以組合臺(tái)階采礦法進(jìn)行開采,實(shí)際生產(chǎn)能力為4.5萬t/a,采礦回采率為71.2%,開采損失率為28.8%,貧化率為3.2%。礦山Ⅰ號(hào)礦體已開采至+85 m標(biāo)高,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)礦體已全部采空,位置如圖1所示:

圖1 礦山示意圖

2 礦山地質(zhì)問題分析

評(píng)估區(qū)為構(gòu)造侵蝕、剝蝕丘陵區(qū)地貌,相對(duì)高差151.83 m,無地表水系。礦區(qū)地層為石炭系梓門橋組灰?guī)r和白堊系砂礫巖、粉砂巖、泥巖及第四系;礦區(qū)主要發(fā)育有兩條北東向正斷層,礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單;巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)較差,工程地質(zhì)條件為中等;礦坑充水來源主要為基巖淺部裂隙水和大氣降水,礦山水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。綜上,評(píng)估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件為中等類型。

2.1 礦山土地資源

礦業(yè)活動(dòng)對(duì)土地資源占用、影響表現(xiàn)為:礦山地面建筑、公路、廢石堆、采石場(chǎng)等共占地約29.36 hm2,其中林地18.13 hm2,草地11.23 hm2。經(jīng)調(diào)查,礦業(yè)活動(dòng)對(duì)土地資源影響較輕,評(píng)估區(qū)內(nèi)未見地面塌陷及地面開裂現(xiàn)象,未對(duì)當(dāng)?shù)氐耐馏w穩(wěn)定性造成較大的影響。目前礦山的廢石堆主要分布在礦山辦公樓對(duì)面山坡上山公路至山腳腳底區(qū)域及工業(yè)廣場(chǎng)西部區(qū)域,礦山廢石堆主要集中在辦公樓對(duì)面山坡上,廢石堆共占地約2.85 hm2。

2.2 礦山廢渣

本礦有廢石堆兩處,堆放于2號(hào)采場(chǎng)西北部和工業(yè)廣場(chǎng)西部,總占地面積約2.85 hm2。其中廢石堆Fs1占地面積約2.45 hm2,最大堆高約50 m,最大坡度約35°,平均堆高約20 m,方量約49萬m3;廢石堆Fs2占地面積約0.40 hm2,最大堆高約10 m,最大坡度約28°,平均堆高約5 m,方量約2萬m3,位置如圖1所示。礦山兩處廢石堆堆體穩(wěn)定性較好,但廢石堆中含有硫化物,長(zhǎng)期堆放,破壞堆放地及周邊土壤肥力,影響周邊植被生長(zhǎng)。

2.3 礦山水資源和水環(huán)境

經(jīng)查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,礦山最低開采標(biāo)高為+85 m,目前排水量1～5 m3/h,礦體圍巖淺部裂隙發(fā)育,深部裂隙不發(fā)育,影響范圍為礦體附近淺部裂隙水,現(xiàn)狀調(diào)查未見區(qū)內(nèi)水塘漏水及農(nóng)田漏失現(xiàn)象,該礦山對(duì)地下水資源整體影響較小。

礦山上山公路沉淀池段和礦山廢石堆段,由于道路往外側(cè)稍低,往沉淀池方向、山坡方向稍高,故雨天時(shí)沿上山公路流下來的雨水會(huì)沖刷公路外側(cè)的松散土體,造成路邊產(chǎn)生小規(guī)模坍塌和水土流失,可能會(huì)影響水環(huán)境。

2.4 礦山地質(zhì)災(zāi)害

該礦山未發(fā)生過崩塌、滑坡、泥石流、巖溶地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害,因地下開采活動(dòng),局部存在老窿。目前礦山為露天開采,據(jù)調(diào)查,地表及其周邊未發(fā)生過房屋開裂、地面裂縫、地面塌陷等變形破壞和地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象,暫未造成任何損失,該礦山開采沒有誘發(fā)周邊地質(zhì)災(zāi)害。

3 譚子山礦山現(xiàn)有的地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程及效果

3.1 礦山土地復(fù)墾工程

2017—2018年,礦山對(duì)新露采場(chǎng)和3號(hào)采場(chǎng)(老露采場(chǎng))進(jìn)行了平整,總表面積約5 000 m2,現(xiàn)已植樹,樹木已部分成活。

3.2 擋土墻工程

廢石堆坡面種植樹木,樹木長(zhǎng)勢(shì)不良,礦山在其前緣坡腳處修建了擋土墻,如圖2所示。該墻采用毛石砌筑,設(shè)置有泄水孔,無伸縮縫的水泥砂漿抹面,墻長(zhǎng)約400 m,斷面為矩形,高度為1.2～6 m,基礎(chǔ)埋深0.5 m,頂寬1.2～3 m,砌體方量約7 200 m3,并設(shè)置警示牌。

圖2 廢石堆坡腳擋土墻

2號(hào)采場(chǎng)溝口處修建了一條攔石壩并設(shè)警示牌,該壩采用碎石塊堆壘而成,表面未做處理,未設(shè)置泄水孔,壩長(zhǎng)約30 m,斷面為梯形,高度1.5 m,底寬約5 m,頂寬約3 m,基礎(chǔ)埋深0.5 m,寬1.2 m,堆體方量約145 m3,沉砂池尺寸(長(zhǎng)寬深)為3 m×3 m×1 m。

3.3 截排水溝和礦坑水沉淀池工程

為暢通降雨水流,該礦自行設(shè)計(jì)施工,在礦山公路沿路、廢石堆每級(jí)臺(tái)階內(nèi)側(cè)和前緣坡腳、1號(hào)采場(chǎng)(老露采場(chǎng))西南側(cè)、2號(hào)采場(chǎng)北側(cè)、3號(hào)采場(chǎng)北側(cè)等5個(gè)地方均修建了截排水溝,2號(hào)采場(chǎng)種了樹,全區(qū)建設(shè)了截排水溝,并配備了灑水車降塵;3號(hào)采場(chǎng)路邊種植了樹木,采坑回填并平整,公路硬化;在3號(hào)采場(chǎng)外側(cè)建設(shè)了截排水溝及涵管;同時(shí)在礦山靠公路邊修建截排水溝。截排水溝均為水泥砂漿抹底抹面,總計(jì)長(zhǎng)約3 900 m,溝寬0.6 m,深0.5 m,如圖3所示:

圖3 排水工程

該礦井下建設(shè)有水倉(cāng),礦坑水經(jīng)沉淀池沉淀后排出,沉淀池已經(jīng)植樹種草,綠化效果較好,沉淀池周圍建設(shè)了沉砂池和截排水溝,排出清水,如圖4所示。2019年對(duì)該礦礦坑水進(jìn)行檢測(cè),水質(zhì)合格。

圖4 治理效果

3.4 廢石堆分級(jí)放坡與綠化修復(fù)工程

3.4.1 廢石堆分級(jí)放坡工程

目前礦山對(duì)廢石堆已經(jīng)做了臺(tái)階整地5級(jí),每級(jí)高約10 m,寬6～8 m,每級(jí)坡度40°～45°,局部地段達(dá)到50°～55°,保證邊坡的穩(wěn)定性,減少了雨水對(duì)坡面的沖刷。

3.4.2 復(fù)綠工程

目前對(duì)礦山公路沿路外側(cè)或兩側(cè)、廢石堆坡面每級(jí)臺(tái)階路緣、1號(hào)采場(chǎng)(老露采場(chǎng))、2號(hào)采場(chǎng)路邊、3號(hào)采場(chǎng)、新露采場(chǎng)等6個(gè)地段均未作覆土工作,但部分種植了松樹或樟樹,并配套建設(shè)了半自動(dòng)噴灌水網(wǎng),既能用于灌溉,也能用于礦區(qū)降塵;礦區(qū)除沉淀池草地綠化效果較好外,其他5個(gè)地段的植被綠化較差,樹木成活率較低。

3.4.3 灑水降塵工程

目前對(duì)礦山公路沿路外側(cè)或兩側(cè)、廢石堆坡面每級(jí)臺(tái)階路緣、1號(hào)采場(chǎng)(老露采場(chǎng))、2號(hào)采場(chǎng)建設(shè)了自來水管網(wǎng),接通了半自動(dòng)灑水設(shè)施,并配備了灑水車和專職人員,每天分兩班灑水降塵,進(jìn)一步減少礦山公路揚(yáng)塵。

3.5 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工程

根據(jù)礦山“環(huán)評(píng)報(bào)告”的要求,該礦山工作人員不定期對(duì)區(qū)內(nèi)居民房屋、溝渠道路、耕地等進(jìn)行走訪、觀察、詢問,監(jiān)測(cè)礦業(yè)活動(dòng)對(duì)地面的變形影響及地表水體、井泉的漏失情況。據(jù)調(diào)查,目前礦區(qū)無明顯地面變形,礦渣堆垮塌、崩滑,溪溝和井泉漏水等現(xiàn)象。

4 譚子山重晶石礦山生態(tài)修復(fù)效果評(píng)價(jià)及建議

4.1 譚子山重晶石礦山生態(tài)修復(fù)效果評(píng)價(jià)

4.1.1 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果,在現(xiàn)有條件下,該礦區(qū)未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

4.1.2 礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程生態(tài)修復(fù)效果評(píng)價(jià)

針對(duì)上述礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程實(shí)施后的效果,確定礦山地質(zhì)環(huán)境生態(tài)修復(fù)效果評(píng)價(jià)等級(jí),制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(如表1所示),設(shè)計(jì)5項(xiàng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),并邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)指標(biāo)U1、U5進(jìn)行評(píng)分,邀請(qǐng)礦區(qū)附近居民對(duì)U2進(jìn)行評(píng)分,邀請(qǐng)礦山管理人員對(duì)U3、U4進(jìn)行評(píng)分,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得綜合評(píng)分情況(如表2所示)。

表1 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 綜合評(píng)分

綜上,該礦山采取的一系列生態(tài)修復(fù)工程取得了不錯(cuò)的生態(tài)效益,礦山采取了修建礦坑水沉淀池、排水溝、擋土墻等工程治理措施,工程質(zhì)量與治理效果良好,經(jīng)濟(jì)成本與景觀效果還有待進(jìn)一步優(yōu)化。礦山地質(zhì)環(huán)境問題得到有效改善,現(xiàn)狀條件下除對(duì)部分區(qū)域植物生長(zhǎng)影響較重外,其余各項(xiàng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響均較輕,對(duì)未來開采可能引起的礦山地質(zhì)環(huán)境問題防治措施較可行。但經(jīng)綜合分析還存在以下問題:廢石堆部分臺(tái)階未按規(guī)范完成,底部臺(tái)階清理不到位;對(duì)廢石堆坡面和每級(jí)臺(tái)階、老露采場(chǎng)及道路兩邊永久邊坡等地均未覆土,導(dǎo)致種植的樹木成活率較低、植被生長(zhǎng)不良,綠化效果欠佳;局部排水溝未硬化。

4.2 譚子山重晶石礦山環(huán)境修復(fù)的建議

根據(jù)實(shí)地調(diào)查情況,該礦山現(xiàn)階段實(shí)施的有關(guān)礦山地質(zhì)環(huán)境生態(tài)恢復(fù)的治理措施投資約323.27萬元,取得了一定的階段性成效。為了踐行綠色礦山發(fā)展理念,針對(duì)該礦山現(xiàn)狀提出以下環(huán)境修復(fù)措施建議:

(1)廢石堆坡面和每級(jí)臺(tái)階、1號(hào)采場(chǎng)(老露采場(chǎng))、2號(hào)采場(chǎng)、3號(hào)采場(chǎng)、新露采場(chǎng)等5個(gè)地段均采取覆土措施,利于林草生長(zhǎng),達(dá)到復(fù)墾條件。填高廢石堆坡頂外側(cè)和各臺(tái)階外側(cè),使其高于內(nèi)側(cè),讓降雨匯集于截排水溝中,并做好維護(hù)維修工作,保證排水通暢,保護(hù)坡體坡面。對(duì)廢石堆前緣坡腳修建的擋土墻要采取加固措施,預(yù)防水土流失等地質(zhì)災(zāi)害。

(2)對(duì)礦山公路兩邊陡坎因地制宜,選擇容易生長(zhǎng)的藤類植物進(jìn)行綠化,礦山邊坡局部臺(tái)階較陡地段要進(jìn)一步分級(jí)降坡,并整體做好坡面防護(hù)措施,防水護(hù)土。

(3)做好廢石堆、采場(chǎng)和地面變形與塌陷的監(jiān)測(cè)工作,采取有效措施,防止地面變形對(duì)區(qū)內(nèi)居民造成危害影響。

(4)露天開采已形成高陡邊坡,礦山要嚴(yán)格按照礦山露采設(shè)計(jì)方案中的臺(tái)階高度和寬度,相關(guān)規(guī)范等要求,結(jié)合邊坡監(jiān)測(cè),防治崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

5 結(jié)論

(1)湖南譚子山重晶石礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程具備良好的實(shí)體質(zhì)量與治理效果,易于運(yùn)行維護(hù),未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,取得了較好的生態(tài)效益,該礦山地質(zhì)環(huán)境問題得到了有效改善。

(2)湖南譚子山重晶石礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程經(jīng)濟(jì)成本與景觀效果一般,工程規(guī)范施工及植被栽培成活率方面有待進(jìn)一步提高。

(3)基于湖南譚子山重晶石礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程實(shí)踐情況,在同類型礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)實(shí)踐中在確保工程實(shí)體質(zhì)量與治理效果的前提下,綜合考慮植物栽培成活率和景觀綠化效果。