廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境特征與治理措施研究

陳 靜，程繼鋒，王鳳娟

（河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450053）

按照河南省委、省政府關(guān)于生態(tài)河南建設(shè)的決策部署，以礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)目標(biāo)。新建和生產(chǎn)礦山地質(zhì)環(huán)境得到同步治理，歷史遺留礦山地質(zhì)環(huán)境問題得到緩解和治理，“三區(qū)兩線”，即景觀區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、居民集中區(qū)，主要交通干線、河流湖泊，另外，對(duì)歷史遺留的礦山和重要的生態(tài)保護(hù)區(qū)加強(qiáng)綜合治理，使其恢復(fù)率達(dá)到70%，建立健全的礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系[1]。2025年展望目標(biāo)：礦產(chǎn)資源保障和有效供給能力進(jìn)一步提升，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用布局更加合理，如今礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)正在向綠色和環(huán)保方向轉(zhuǎn)變，經(jīng)過政府和相關(guān)部門的共同努力，使很多歷史遺留的礦山和生態(tài)保護(hù)區(qū)得到了全面的治理。

基于目前我國人口和資源的矛盾日益加劇，河南政府對(duì)一些采石場(chǎng)進(jìn)行的關(guān)停處理。這些采石場(chǎng)經(jīng)過多年的不合理開采，導(dǎo)致環(huán)境破壞問題十分嚴(yán)重，有關(guān)部門加強(qiáng)了地質(zhì)環(huán)境特征的問題分析，并以此為依據(jù)，開展了一系列治理和恢復(fù)工程，比如豫北某廢棄石灰?guī)r礦山項(xiàng)目[2]。結(jié)合具體實(shí)例對(duì)廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境特征和治理方法進(jìn)行研究，僅供參考。

1 廢棄礦山的位置分布

廢棄礦山主要位于河南省豫南、豫中和豫北三個(gè)地區(qū)，豫中石灰?guī)r在構(gòu)造上主要為寒武紀(jì)灰?guī)r,豫北石灰?guī)r，在構(gòu)造上主要為奧陶紀(jì)灰?guī)r,分布地域廣闊,礦體豐富,豫南石灰?guī)r主要以震旦紀(jì)大理巖為主,河南石灰?guī)r是北多南少，西多東少。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 自然條件

河南省處于亞熱帶地區(qū)，具有大陸季風(fēng)氣候，四季比較分明，氣象災(zāi)害頻發(fā)，氣候條件十分復(fù)雜。氣溫地區(qū)差異東西大于南北。年均降水量407.7mm～1295.8mm，全年降水量在60%～70%左右，主要集中在夏季，年均日照1285.7h～2292.9h，全年無霜期201～285天。

2.2 水文地質(zhì)條件

廢棄礦山的地表水主要以洼地存水的方式存在，受到降水量和冰雪融化的影響，對(duì)地表水進(jìn)行補(bǔ)給，通過徑流和滲透的方式排泄，地下水分為基巖裂隙水和孔隙水兩類?？紫端哂幸欢ǖ臐撍再|(zhì)，通過大氣降水和邊坡基巖裂隙水進(jìn)行補(bǔ)給，水動(dòng)態(tài)特征極為不明顯[3]。廢氣的巖石堆顆粒粒徑很大，容易形成排水口，在大量雨水的沖擊下，會(huì)導(dǎo)致廢氣巖石堆發(fā)生形變?；鶐r裂隙水主要賦存于厚度不等的互層裂隙結(jié)構(gòu)中，沒有固定的排水位，排水與水供給具有就近特征，大量的降水可以很快的排出坡體，出現(xiàn)了地下水缺乏的現(xiàn)象。

3 廢氣礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該廢棄礦山面臨的地質(zhì)環(huán)境問題主要是由于長時(shí)期不合理的露天開發(fā)導(dǎo)致的，該廢棄礦山的地質(zhì)環(huán)境問題十分嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，比如泥石流、滑坡、崩塌等等，造成了嚴(yán)重的生態(tài)破壞問題。

3.1 崩塌災(zāi)害

豫北廢棄石灰?guī)r礦山開采的坡度大多數(shù)在70°以上，很多坡度接近直角。開采面高度在10m～60m左右，有的甚至達(dá)到了100m或者100m以上。隨著開采工作的深入，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響也十分明顯，打破了原始的地質(zhì)結(jié)構(gòu)均衡狀態(tài)，使整個(gè)破面的平衡性受到了影響，在資源開采過程中，很多地質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了破碎和危巖，在自然因素和重力的影響下，會(huì)導(dǎo)致地應(yīng)力發(fā)生改變，地質(zhì)崩塌的災(zāi)害發(fā)生幾率變高，嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)厝藗兊纳踩?/p>

3.2 泥石流災(zāi)害

豫北廢棄石灰?guī)r礦山由于坡面十分陡峭，這就為泥石流災(zāi)害的發(fā)生提供的條件，也大大增加了泥石流災(zāi)害發(fā)生的幾率。在開采過程中，將大量的廢棄石料進(jìn)行順坡堆放，分別堆放在山坡兩側(cè)和溝谷兩側(cè)，廢棄礦石堆砌出來的廢料堆坡度在30°～60°左右，高度在5m～40m左右。在雨水頻發(fā)季節(jié)，為泥石流的發(fā)生提供了條件，而且當(dāng)?shù)赜捎谑艿酱箨懶约撅L(fēng)氣候的影響，每年的降水量很多，暴雨通常會(huì)提高泥石流發(fā)生的幾率，也是泥石流發(fā)生的必然水源條件，在水源條件和地形條件以及物質(zhì)條件都具備的情況下，導(dǎo)致泥石流災(zāi)害頻發(fā)，危險(xiǎn)系數(shù)極高[4]。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)破壞

通過實(shí)地調(diào)查和分析，豫北地區(qū)由于長時(shí)間的礦產(chǎn)資源露天開采，開采方式不合理，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。主要表現(xiàn)在大量的露天采礦會(huì)形成很多規(guī)模和大小不同的采礦坑，這些采礦坑大量的分布于山坡之上，造成了很多區(qū)域形成了負(fù)地形，對(duì)該區(qū)域的原有地貌和地形產(chǎn)生了直接的破壞和影響，地貌景觀和植物景觀都受了很大的破壞。另外，在采礦工作中，很多廢棄礦渣也堆放在山坡，采礦工作結(jié)束后，沒有進(jìn)行科學(xué)合理的處置，對(duì)原有的地形地貌也造成了嚴(yán)重的破壞和影響，導(dǎo)致大面積的植被被廢棄礦渣覆蓋，不合理的礦渣堆放以及大面積的露天開采是造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)破壞的主要原因，對(duì)周圍的居民會(huì)產(chǎn)生不利的影響，同時(shí)容易引發(fā)礦山荒漠化，并出現(xiàn)水土流失和沙塵暴災(zāi)害，不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)和穩(wěn)定的發(fā)展。

4 廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)與治理措施

4.1 崩塌災(zāi)害治理措施分析

崩塌災(zāi)害的治理需要采取有效的工程措施，比如遮擋、護(hù)坡、攔截、排水等等，在豫北廢棄礦山環(huán)境治理工作中，基于礦山實(shí)際條件和破壞程度的了解和分析，應(yīng)采取有效的治理方法，利用攔截與削坡結(jié)合的方式進(jìn)行治理較為有效。

豫北某廢棄石灰?guī)r的開采面高差在37m左右，坡度是82°，并存在負(fù)角和節(jié)理裂隙發(fā)育的問題，是主要的崩塌災(zāi)害發(fā)生隱患。采用攔截和削坡相結(jié)合的治理方案，對(duì)削坡臺(tái)階的要求主要有角度應(yīng)為60°、高度為8m、寬度在4m以上，設(shè)置擋石墻，對(duì)石墻的寬度和入基巖的深度有一定的要求，應(yīng)結(jié)合具體的擋護(hù)需求進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。擋石墻主要采用毛石進(jìn)行堆砌，墻體中每5m需要設(shè)置100mmPVC管排水設(shè)施，同時(shí)在15m出設(shè)置變形縫，并利用麻絲與瀝青等物質(zhì)進(jìn)行填充，具體情況見圖1，采用這種方式可以有效的改變危巖結(jié)構(gòu)，避免崩塌災(zāi)害發(fā)生。

圖1 開采面崩塌隱患治理示意圖

4.2 泥石流災(zāi)害的治理

4.2.1 應(yīng)改變物源與水源條件

首先，應(yīng)該對(duì)采礦工作中的廢棄礦渣和礦石進(jìn)行科學(xué)合理的處理，改變泥石流災(zāi)害的物源條件，通過有效的清理和運(yùn)輸，使廢棄的礦石材料得到有效的利用，對(duì)一些采礦坑和采礦溝進(jìn)行填充。對(duì)于一些不方便運(yùn)輸?shù)膹U棄礦石材料可以通過填埋的方式對(duì)礦山采空區(qū)進(jìn)行填充。其次，還需要在礦山的坡腳位置建設(shè)擋石墻，防止雨水頻發(fā)季節(jié)造成廢棄礦石流動(dòng)成為泥石流的物源。還需要在邊坡頂部建設(shè)防水墻，防止大量的雨水和洪水將廢棄礦渣沖入溝道，在邊坡的不同位置設(shè)置人字型的排水溝，能夠有效的減少雨水的滲入量，進(jìn)一步提高了邊坡的穩(wěn)定性。

4.2.2 加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境修復(fù)

當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境修復(fù)工程應(yīng)該注重景觀的協(xié)調(diào)性和生態(tài)的兼容性，在恢復(fù)植被覆蓋率的前提下，采取有效的措施對(duì)邊坡和其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。運(yùn)用種植植物的方法不但起到了加固邊坡的作用，同時(shí)還有效調(diào)節(jié)了生態(tài)系統(tǒng)，使生態(tài)環(huán)境破壞問題有所緩解，植物的品種選擇也十分重要，應(yīng)該選擇發(fā)育迅速、固地效果良好的植物進(jìn)行培育。植被的種植恢復(fù)工程應(yīng)該形成規(guī)模，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的綠化和覆蓋。

豫北廢棄石灰?guī)r礦山的土壤條件很差，具有干旱和少肥的劣勢(shì)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況應(yīng)該制定合理的綠化方案，首先應(yīng)該選擇合適的品種進(jìn)行培育，發(fā)揮植被美化環(huán)境和保持水土的生態(tài)功能，削坡平臺(tái)適合種植側(cè)柏、刺槐等植物，而臺(tái)階處應(yīng)種植爬山虎等攀援類植物，整個(gè)治理工程不但具有良好的加固作用，有效地抑制和防止自然災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)也美化了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，減少了礦產(chǎn)開發(fā)對(duì)環(huán)境的不利影響。

5 結(jié)語

加強(qiáng)廢氣礦山地質(zhì)環(huán)境分析，采取有效的措施進(jìn)行治理，對(duì)有效防止自然災(zāi)害的發(fā)生具有重要的作用。在治理工作中，應(yīng)該結(jié)合廢棄礦山的具體情況，選擇科學(xué)合理的治理方法，秉承生態(tài)兼容性和景觀的協(xié)調(diào)性的治理原則，通過植物修復(fù)功能，對(duì)邊坡和其他結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了加固。同時(shí)，有效調(diào)節(jié)了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，對(duì)消除地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、保障人們的生命安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。