遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山地質環(huán)境保護與治理

劉志強 雷萬杉 武甜甜

摘 要：【目的】通過分析遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)聯辦硼礦礦產資源開發(fā)后的地質環(huán)境問題，為礦山生態(tài)環(huán)境治理修復提供意見?！痉椒ā恳耘Ｃ珵蹑?zhèn)礦區(qū)為研究對象，剖析礦區(qū)的氣候與土壤、地形地貌、水文地質條件后采用截流溝工程、生物技術和化學技術與生物工程進行礦山地質環(huán)境的防治?！窘Y果】目前礦山的地質環(huán)境問題，已得到相應改善?！窘Y論】當前社會由于過度開礦而引發(fā)的地質災害，嚴重阻礙了部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展。因此，要充分關注礦山的地質和生態(tài)環(huán)境問題，及時制定相應的防治措施和修復計劃。

關鍵詞：礦山環(huán)境；地質災害；監(jiān)測措施；防治措施

中圖分類號：TD167;X171.4? ?文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-5168（2023）09-0096-05

Abstract： [Purposes] This paper analyzes the geological environment problems of boron mine mineral resources development in Niumaowu town， Kuandian County， Liaoning province， and provides suggestions for the remediation of mine ecological environment. [Methods] Taking Niumao Wuzhen mining area as the research object， this paper analyzes the climate， soil， landform and hydrogeological conditions of the mining area， and then adopts interception ditch engineering， biotechnology， chemical technology and biological engineering to prevent and control the geological environment of the mine. [Findings] At present， the geological environment of mine has been improved correspondingly. In a word， geological disasters caused by excessive mining have seriously hindered the harmonious development of ecological environment in some areas. [Conclusions] Therefore， we should pay full attention to the geological and ecological environmental problems of mines， and work out the corresponding prevention and control measures and restoration plans in time.

Keywords： mine environment; geological disaster; monitoring measures ; prevention and control measures

1 礦山地質環(huán)境

1.1 氣候與土壤

遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山屬溫帶季風氣候。冬冷夏暖，3—5月溫高接近32 ℃，陰雨濕悶，全年平均降水含量約為1 150 mm。附近較大的河流是北股河，由西向東流過牛毛塢鎮(zhèn)，由西南穿越研究區(qū)流向東北，屬鴨綠江水系支流，水系流量較大。相對侵蝕基準面標高為300 m。北股河地區(qū)年降水量為1 115.5 mm，年平均降水量為978.596 mm，夏季降水量為844.1 mm，夏季降水量最為豐富，變質巖區(qū)滲入系數為0.31，流域面積為1 226 km2，降水滲入量為36 700 kt/a。北股河為常年流水，但季節(jié)性較強，每年大體有兩次汛期，3—5月為春汛，7—9月為夏汛。區(qū)內河流嚴格受到地質構造和地勢的控制，具有流程短、坡降大的特點。

礦山土壤主要分為兩類，即暗棕壤土類和棕壤土類。暗棕壤土類主要分布于礦區(qū)周圍的低丘坡地，丘陵漫崗的中下部，土壤有機質含量高，肥力較大，養(yǎng)分含量高。棕壤土類棕是礦區(qū)所在地分布最大的亞類，該類土容易產生水土流失。土層較薄、肥力較低，保水保肥能力較差。

1.2 地形地貌

遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山地貌類型屬于遼寧省西部低山丘陵區(qū)， 其中剝蝕低山丘陵與丘間谷地是較為常見的地形地貌。區(qū)域盆地常?？v橫于山嶺之中，多展現出長垣型特征，占地面積大小不一。

剝蝕低山丘陵的地形傾斜較大，山體主要呈長條形延伸， 山頂主要為球狀，部分有尖柱狀，山坡呈直形坡或階梯形坡。山坡以松散的碎石土為主，厚度約0.4～1.2 m，山麓以陡坡與山間谷地相接。礦山附近樹木繁盛，山間盆地植被覆蓋率較高。丘間谷地的溝谷相海拔標高在300～310 m。巖性主要為粒徑大于2 mm的砂礫和粒徑較小的碎石及粉砂和粉質黏土。其分選性差，磨圓度低。河流對岸邊有側蝕現象，冬季河水流速較緩。在礦區(qū)范圍內河床被心灘分為兩部分：心灘平均寬為50 m，兩段河床均寬25 m。區(qū)內溝谷較發(fā)育，多呈“U”型，谷底坡度15°～20°，兩側坡度20°～25°，植被繁茂，多以刺槐為主。

1.3 水文地質條件

礦山附近地下水種類豐富，其中以第四紀的孔隙水、基巖裂隙水及結構裂隙水為主。第四紀孔隙水主要存在于各個大江河流域，以中粗砂、黏性土、碎石土為主，具有優(yōu)良的透水性能。中粗砂約占60%，黏性土與碎石土約占40%。水量受氣候變化明顯，干旱和潮濕分化嚴重。大氣降水垂直滲透補給及地表河流的垂（側）向補給，同時滲入補給地表深處進行人工利用和蒸發(fā)?；鶐r裂縫水是本項目的一種重要地下水，它主要賦存于強、中風化巖體內，其地下水量很少，徑流量也很低，以空氣降雨為主；透水性能較差。該地區(qū)地下水主要是由季節(jié)性大氣降水、上覆第四紀的疏松巖石型含水層和地面河流的橫向補充所致。隨著地層厚度的增大，裂縫含水巖的富水能力逐漸下降。結構裂縫水主要集中于該區(qū)的斷裂帶，其中顯示有壓性、壓扭性及張性斷裂。擠壓破碎帶寬度一般為2～5m，兩側巖層有明顯糜棱巖化現象，為不含水斷層。在風化帶中，有幾塊硬巖比一般的巖體具有更高的滲透性。由于張性斷層充水在侵蝕基準面以下受北股河的補給，張性斷裂破裂區(qū)的巖體透水能力很強，部分張性斷裂帶在風化區(qū)內仍存在水分，而巖體整體上沒有水分。

遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山在氣候與土壤上整體顯示冬暖夏涼，年降雨量大，河流廣泛發(fā)育且易產生水土流失；在地形地貌上顯示地形條件復雜，地形種類單一，主要有剝蝕的低山丘和丘間山谷；河流對地形地貌存在剝蝕現象；在水文地質條件上，地表下巖石裂隙廣泛分布，因此礦山地下水常十分發(fā)育，水文地質條件整體相對惡劣。

2 礦業(yè)活動對地質環(huán)境影響評估

2.1 礦業(yè)活動對地質災害影響的現狀評估

在礦區(qū)山上坑口的外圍區(qū)及部分老采坑已經發(fā)生過采空區(qū)塌陷和巷道坍塌，主要是由于開采礦層與上覆巖結構特征導致的。礦體的頂底板圍巖質地較為松散，碎裂帶與蝕變帶常見，穩(wěn)定性相對弱，且礦層采深與采厚比小，巷道維護不到位，發(fā)生巷道坍塌進而導致采空區(qū)塌陷。因巖脈接觸帶破碎且由于斷層充水在侵蝕基準面以下受北股河的補給，裂隙可直接溝通地表水、地下水，因此斷層破碎帶和裂隙發(fā)育帶是主要充水通道。本區(qū)以前沒有出現過滑坡，但因礦區(qū)的采礦，使原有的山形地貌發(fā)生了變化，地面植物遭到了嚴重的損害，此外，由于前表面斜坡上的松軟巖層和風化區(qū)的部分厚度，在強降雨和融雪與地震的影響下，仍然可以用作上面覆蓋巖體的脆弱構造滑動通道。隨著堆放積累物的規(guī)模越來越大，且在降雨、洪水、冰凍等多種條件的影響下，這些堆積物有可能誘發(fā)泥石流，對農田、道路等造成嚴重的危害。因此，礦井施工本身存在誘發(fā)、加劇和遭受泥石流的風險，屬于中等風險。

2.2 礦業(yè)活動對儲水層影響的現狀評估

礦區(qū)內的地下水以第四紀的孔隙水、基巖裂隙水與結構裂隙水為主。礦體的水文地質狀況屬于中等。在現有條件下，少量的準開采體處于沖刷基準之下。礦區(qū)內褶皺構造、斷裂構造較發(fā)育，其充盈滲流能力也較強。但礦井正常涌水量為40～50 m3/d，且研究區(qū)的地形不利于排水和水體的聚集。由于山下巖脈接觸帶易破碎且由于斷層充水在侵蝕基準面以下受北股河的補給，裂隙可直接溝通地表水、地下水，進而使含水層受到一定影響。開展礦業(yè)活動時進行的人為疏干排水和采用形成的導水裂隙對含水層的自然疏干，也可能導致地下水位大面積、大幅度下降，礦區(qū)主要供水水源枯竭，地表植被干枯，自然景觀破壞，農業(yè)產量下降，嚴重時可引起地表土壤沙化［1］。綜上，礦業(yè)活動對儲水層影響的復雜程度屬較嚴重級別。

2.3 礦業(yè)活動對地形地貌的作用評估

寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山設計為露天與地下開采相結合。露天采坑改變了原有地形地貌，對植被和土壤資源造成了損壞。山上坑口的露天采坑、廢石堆，共破壞土地面積2.506 9 hm2。其中礦產土地占1.462 5 hm2，森林面積1.016 hm2，旱地0.028 4 hm2；東山礦段的露天采坑，破壞土地0.1 512 hm2，其中，林地0.053 6 hm2，裸地0.097 6 hm2。廢石場對土地造成壓占破壞，廢石場長度為240～260 m，寬為20～60 m，邊坡坡度為35°～40°，破壞土地面積1.044 4 hm2，破壞地類為林地1.016 hm2，旱地0.028 4 hm2。綜上，礦山開采對地形的綜合影響很大且較復雜。

2.4 礦業(yè)活動對國土資源的影響程度評估

礦區(qū)開采過程中，因采礦活動在現狀條件下形成的破壞單元有：山上坑口為露天采坑，呈不規(guī)則形狀，最長處約160 m，最寬處約70 m，深約25 m；廢石場，呈不規(guī)則形狀，最長處約240 m，最寬處約60 m。東山礦段為露天采坑，呈半圓形，半徑約25 m。小錯草溝礦段為露天采坑，形狀不規(guī)則，最長處約120 m，最寬約50 m。隨著露天及地下采掘工程不斷推進和延伸，對地質環(huán)境的影響程度愈加強烈。根據礦山地質環(huán)境與開采現狀，遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山山上露天采坑已破壞土地有采礦用地，破壞類型為挖損。東山礦段露天采坑現已破壞土地有森地、裸地，破壞類型為挖損。小錯草溝礦段露天采坑已破壞土地有采礦用地、林地，破壞類型為挖損。綜上，采礦行為對土地資源的作用具有很大的復雜性，因此判定采礦作業(yè)對土地的影響的難度等級較高，礦山開采造成的地質災難的復雜程度屬于較高等級。人類活動的不斷推進和延伸對地質環(huán)境的不利影響日益加劇。

根據其地質環(huán)境狀況，綜合分析了礦區(qū)地質環(huán)境對生態(tài)環(huán)境、工農業(yè)生產和區(qū)域經濟發(fā)展的影響，并系統(tǒng)分析了礦區(qū)地質環(huán)境問題對生態(tài)環(huán)境、資源、工程建設造成的破壞程度和危害程度；針對礦區(qū)環(huán)境問題的類型、分布特點及其危害性進行了分類，并將其分為主要控制區(qū)域和一般控制區(qū)域，分別制定相應的監(jiān)測和控制方案。

3 礦山地質環(huán)境的監(jiān)測

3.1 礦山與地面塌陷監(jiān)測

監(jiān)測點布設選擇破壞單元邊坡部和地面預測塌陷區(qū)穩(wěn)定的明顯標志物為監(jiān)測點，當沒有穩(wěn)定的明顯標志物時，埋樁作為監(jiān)測點。在露天采坑邊坡處及預測塌陷區(qū)周邊共布設21個監(jiān)測點，其中，山上坑口7個，東山礦段6個，小錯草溝礦段8個。布設監(jiān)測點數量可根據實際情況進行增減。監(jiān)測方法主要采用人工現場目測和皮尺量測，必要時采用儀器監(jiān)測。監(jiān)測實測數據要有原始記錄，以便于發(fā)現是否變形及變形幅度。當發(fā)現變形加劇時，及時發(fā)布預警信息并撤離人員和財產。監(jiān)測周期為每月一次。

3.2 水量與水質監(jiān)測

水量監(jiān)測主要對礦區(qū)內的匯水處、地表徑流匯集處進行測量。水質監(jiān)測主要對水質進行化驗分析，防止有污染的水對該區(qū)造成危害。各監(jiān)測站在截流溝、井口等地集中設置了監(jiān)控點，共安置了21個監(jiān)控點位，其中，山上坑口6個，東山礦段7個，小錯草溝礦段8個。水量監(jiān)測采用人工現場目測估算與容器計量相結合的方法，監(jiān)測實測數據要有原始記錄，以便發(fā)現水量變化和變化幅度。對于水質采用取樣化驗的方法。監(jiān)測周期為每月一次。

3.3 地形地貌景觀監(jiān)測

影響地表地貌的天然斜坡和植被的天然地貌，可以利用野外手工觀測來監(jiān)控地形地貌的損害。定期組織有關工作人員前往評價區(qū)域對地形和地貌破壞情況實地勘察，并結合影像資料，對地面高度變化、形態(tài)變化、植物破壞情況、破壞面積等進行詳細調查。按現有的監(jiān)測站點布置，對無監(jiān)測的受損單位設置監(jiān)測，新增監(jiān)測點單元為擬建所有工程。監(jiān)控方式采取人工現場測量與無人機遙感觀測，根據現場實測進行記錄，拍照。監(jiān)測周期為每月一次。

遭受破壞的礦山，其修復治理離不開持續(xù)的跟蹤監(jiān)測。目前運用無人機遙感技術監(jiān)測地形地貌景觀與礦山與地面塌陷，極大地提升了人工監(jiān)控效率，再結合傳統(tǒng)的人工安置監(jiān)測點進行水量與水質檢測，為礦山環(huán)境治理修復提供了可靠前提。

4 礦山地質環(huán)境防治工程措施

從總體上看，遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦區(qū)的地質環(huán)境保護與修復規(guī)劃整體上堅持“防”“控”相統(tǒng)一的原則；堅持積極保護，合理開發(fā)，開發(fā)利用同時秉承誰毀壞誰承擔的原則；在發(fā)展中要做到以保護為前提，盡量降低或消除對生態(tài)和生態(tài)的損害；以“科學技術的發(fā)展、發(fā)展綠色礦業(yè)”為核心進行治理和恢復；針對礦區(qū)的地質、生態(tài)、生態(tài)問題的嚴重程度，以及礦井的具體情況，采取相應的綜合整治對策；在實施的過程中，應堅持因地制宜、合理有效的原則，堅持社會效益、經濟效益和環(huán)境效益的協調發(fā)展。

4.1 水土流失的治理

水土流失是礦山地質環(huán)境中需要治理的主要地質災害，為了預防水土流失，減少投資浪費，可在區(qū)域脆弱地段補設水土保持工程，本設計采用擋土墻工程和截流溝工程作為治理手段，以防止水土流失對土地造成破壞。擋土墻地基埋深于地面，最上層由水泥砂漿堆砌而成，中部是擋土墻并且在擋土墻中部置留有排水管。在此基礎上，對尾礦、廢土等廢棄物進行資源化處理，既降低了對生態(tài)的不利影響，又可以將廢物資源化，將采礦期間所占的廢土進行循環(huán)再用［2］。

截流溝工程是依據礦區(qū)內的實際情況，為防止降雨對露天采坑、廢石場和塌陷區(qū)的沖刷，設計在該破壞單元上部高處，采用干砌石襯砌方式修筑3條截流溝，上底寬為200 cm，下底寬為40 cm，設計溝深為80 cm，邊坡比為1∶1，設計流量為0.33 m3/s。截流溝具體布設位置如圖1所示。

4.2 儲水層破壞的治理

礦山開采雖對儲水層造成一定破壞，據礦山提供，由于井下涌水量較?。?0～50 m3/d），在治理過程中要做好排水，依據礦區(qū)地勢特點，上部采用自然排水，下部采用水泵排水。借助生物技術和化學技術防治儲水層受到破壞造成的水污染。

4.3 地形地貌景觀破壞的治理

礦山開采對自然景觀造成了難以預估的損害，主要損害了地表生態(tài)環(huán)境，影響了植被的生長。礦山開采地區(qū)根據原地類，主要恢復成耕地及林地。下文主要介紹恢復為林地的相應情況與治理防護工程。

生物工程的功能表現為：對地面進行覆蓋和優(yōu)化。在進行生物工程時，應采取草相結合、灌木、喬木等措施，以改善生態(tài)狀況［3］。在選取樹種時，應以符合當地氣候特點和良好景觀視野為重點。根據近年來遼寧省地區(qū)礦山環(huán)境治理實踐經驗和寬甸縣氣候、土質、降水及礦區(qū)內主要分布植物，喬木選擇刺槐，在礦區(qū)植被完善中，灌木以紫穗槐為樹種。此樹種是一種本土的植物，易于存活，并可保留地方特性，避免外來物種的入侵，降低生態(tài)風險。功能區(qū)種植設計采用坑穴客土方式，根據其具體的當地條件，因地制宜在平緩單元，選擇適合當地生長的刺槐作為恢復樹種，覆土后平整，坡度不大于25°［4］。平整之后采用坑穴植樹，坑穴內覆土，坑穴規(guī)格為0.5 m×0.5 m×0.5 m，株行距4 m×4 m。邊坡單元平整之后采用坑穴（魚鱗坑）植樹，栽植灌木紫穗槐，株距坑穴規(guī)格為0.3 m×0.3 m ×0.3 m，株行距2 m×2 m，防止水土流失［4］。栽培的方式取決于本地的小氣候，最佳的栽培時機是春天或秋天，在落葉之后到地面結冰前［5］。

本次治理防護工程主要是在距離預測塌陷區(qū)及露天采坑邊緣4～5 m處修建鐵絲網護欄，護欄木樁高為170 cm，斷面規(guī)格為15 cm×15 cm，如圖2所示。采用3層鐵絲，樁距5 m，修建鐵絲網工程1 420 m。在每40 m的距離內，沿著有刺的柵欄設置一塊警示標志，共需36塊。在擬建表土堆放場坡腳處利用編織袋裝土修建防護措施，維護長度242 m，需80 cm×60 cm的編織袋3層。

5 結論

遼寧省寬甸縣牛毛塢鎮(zhèn)礦山河流發(fā)育，泥土易流失，其中剝蝕低山丘陵與丘間谷地較為常見，地下水分布明顯。礦業(yè)活動對地質災害、儲水層、地形地貌景觀、土地資源影響的復雜程度屬嚴重級別。根據采礦作業(yè)對礦區(qū)的地質環(huán)境造成的影響，本研究規(guī)劃了地面塌陷監(jiān)測、水量與水質監(jiān)測、地形地貌景觀監(jiān)測方案。針對水土流失，采用擋土墻與截流溝工程治理；針對儲水層破壞，采用上部自然排水下部水泵排水的方式治理；針對地形地貌景觀破壞，選用刺槐、紫穗槐作為礦山植被恢復優(yōu)選植物，預測塌陷區(qū)及露天采坑邊緣4～5 m處修建鐵絲網護欄作為工程治理防護措施。在保護和改善礦區(qū)的環(huán)境時，應盡量降低采礦對環(huán)境的損害及對人民生產生活的不利影響，有效遏制煤礦的地質災害，促進礦產資源的開采與環(huán)境的協調發(fā)展，促進社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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［4］ 張建華，何芳軍，索赟，等.遼東地區(qū)土地復墾方案水土保持工程設計研究：以遼寧省寬甸滿族自治縣下露河鎮(zhèn)田豐銅礦土地復墾方案為例［J］.農業(yè)與技術，2012，32（3）：173.

［5］ 曹艷妮，劉瑩，王鳳月.多礦區(qū)復雜地形條件下礦山地質環(huán)境治理方案的探討［J］.礦產保護與利用，2013（5）：47-50.