礦山地質環境保護與治理解析

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摘要：湖南省寧鄉縣礦山地質環境問題較為突出，主要有礦山地質災害、資源破壞和環境污染。本文基于湖南省寧鄉縣礦山地質環境調查數據，在對礦山地質環境問題分布特征及形成原因分析的基礎上，結合礦山地質環境保護與恢復治理現狀，提出礦山地質環境保護與治理的相關措施。

關鍵詞：礦山地質環境；保護；治理

我國是世界上重要的礦產資源開發國家，礦業開發在促進人類生存與發展、社會進步與物質繁榮的同時，對礦山地質環境也產生了巨大的影響，導致了嚴重的資源毀損，誘發地質災害，污染礦區環境［1－4］。然而，我國礦山地質環境保護與恢復治理工作起步較晚，許多廢棄關閉的礦山未實施地質環境治理和恢復工作，礦山地質環境問題較為突出［3，5－6］。湖南省寧鄉縣蘊藏有豐富的礦產資源，素有“非金屬之鄉”的美譽，礦業開發為寧鄉縣及長沙市國民經濟和社會發展提供了雄厚的物質基礎，同時也產生了一些礦山地質環境問題。在礦產資源開發過程中，挖損、壓占等采礦活動對礦山地質環境造成了不同程度的破壞。近年來，湖南省寧鄉縣政府及自然資源管理部門高度重視礦山地質環境保護工作，相繼出臺了礦山地質環境保護相關政策和法規，取得了較好的成效。本文以湖南省寧鄉縣礦山地質環境調查數據為依據，對寧鄉縣礦山地質環境問題分布特征、成因、保護與恢復治理現狀進行分析，在已有政策、法規基礎上，對進一步恢復治理提出可行性意見。

1礦山地質環境問題及分布特征

礦山地質環境問題分類原則不同，研究側重點不同，分類方案和分類系統也不同［7－10］。本文以礦業活動導致的結果將寧鄉縣礦山地質環境問題劃分為資源破壞、地質災害和環境污染三大類（表1）。其中，礦山地質災害影響最為嚴重，其次是礦山占用破壞土地資源，礦山廢水及固體廢棄物排放造成的礦山地質環境污染問題也較突出。寧鄉縣礦山地質環境問題分布具有明顯的地域性與集中性，與寧鄉縣礦產資源稟賦特征及開發現狀關系密切。由于縣域內煤炭資源集中分布于中北部地區，金屬礦產地分布于北西部、東南部地區，因而地面塌陷、地面沉陷、礦坑突水等地質災害相對集中地分布在寧鄉縣中北部地區，崩塌、滑坡地質災害則主要分布于寧鄉縣北西部、東南部地區。

2礦山地質環境成因分析

這些礦山地質環境問題是人為因素和自然因素疊加導致的，人為因素是主導因素，而自然因素是形成礦山地質環境問題的基礎條件。

2．1導致礦山地質災害的主要因素

1）地面變形的成因。寧鄉煤炭壩境內煤炭資源豐富，開采歷史悠久，素有“湘中煤都”之稱。地面沉陷、地面塌陷災害主要發生在該區，成因主要為：一是礦區外圍碳酸鹽巖分布范圍廣且巖溶發育，巖溶水豐富；二是礦區地質構造復雜，褶皺、斷裂發育，巖體的完整性和穩定性較低；三是礦區礦山數量多、密度大、開采強度大，礦坑排水量大；四是含煤巖系厚度小，頂板抗壓強度較小，開采時易塌落。2）崩塌、滑坡的成因。寧鄉縣崩塌、滑坡地質災害多發生在非金屬礦山，主要原因是采空區地面變形造成山體開裂、土體結構松散以及亂采亂掘和不規范堆放廢渣，在雨水誘發下易產生崩塌、滑坡。3）礦坑突水的成因。礦坑突水地質災害的發生與礦床充水類型、斷裂構造導水性、老窿的分布、頂底板巖性及其工程地質性質、開采深度等均有密切關系，主要發生在煤炭壩地區。區內巖溶發育，煤層上下為強巖溶化的灰巖含水層，由于礦山分布集中、密度大，開采深度大、時間長，易產生礦坑突水地質災害。

2．2導致礦山資源破壞的主要因素

1）地下水系統破壞。縣域內地下水系統破壞呈區域性，集中分布在礦山數量多、開發強度大、利用程度高的煤炭壩煤礦區。開采過程中，部分礦山企業要進行礦坑排水工作，長期的礦坑排水使區內含水層被疏干或局部疏干，造成了區域地下水位下降。2）土地資源被占用。一是礦山地表建筑物、工業廣場、運輸道路等占用土地；二是地面塌陷、地裂縫等礦山地質災害造成土地資源的破壞；三是廢渣堆放量大且綜合利用程度低；四是廢渣的堆放、選址缺乏規范管理。

2．3導致環境污染的主要因素

一是黑色金屬礦山（鐵、錳、釩）、螢石礦的礦坑排水基本未進行處理而直接排放，對廢水排放路徑及周邊區域水、土造成污染；二是礦山排放的廢棄渣石堆內含有的有害元素隨雨水滲入地下，對水土環境造成污染；三是煤礦山廢水中有害物質以硫、懸浮物及酸性水為主，但由于巖溶水的中和作用，礦坑排水中的硫含量較低，主要為懸浮物對水體、土壤的污染。其中黑色金屬礦山廢水、廢渣對環境的污染問題最為嚴重。

3礦山地質環境保護與恢復治理現狀

3．1礦山地質環境保護現狀

近年來，寧鄉縣政府及自然資源行政管理部門高度重視礦山地質環境保護工作，相繼落實并出臺了礦山地質環境保護相關政策和法規，并取得了較好的成效。為了更好地落實礦山地質環境保護工作任務，寧鄉縣開展了礦山地質環境現狀調查，為礦山地質環境保護與恢復治理研究提供了比較全面可靠的基礎資料。

3．2礦山地質環境治理現狀

3．2．1礦山地質災害治理現狀

寧鄉縣共計有17座礦山，發生地質災害33處，影響范圍達213．89hm2，直接經濟損失3728萬元。截至2015年底，礦山地質災害已治理面積130．21hm2，其中能源礦山治理面積為125．28hm2，非金屬礦山治理面積為4．93hm2，治理率為60．9％。災害治理方式主要有回填、擋攔、賠償搬遷、塌陷填埋、地下充填等，能源（煤）礦山地質災害治理以經濟賠償為主，對破壞嚴重的居民居住區采取搬遷避讓的措施［11］。

3．2．2礦山“三廢”綜合利用、治理

1）礦山固體廢棄物綜合利用。截至2014年底，寧鄉縣尾礦、煤矸石及廢石（土）等固體廢物排放場共115處，年產出量71．25萬t，年排放量70．14萬t，累計積存量355．46萬t，年綜合利用57．24萬t，年綜合利用率為80．34％。其中能源礦山廢渣利用率最高，為73．32％，其次是金屬礦產，廢渣利用率為27．68％。被利用的礦渣主要用于礦山修路、磚廠制磚以及外運，這既減少礦渣占用土地，減輕對環境的污染與破壞，又減少礦山修路的費用，取得了很好的環境效益和經濟效益［11］。2）礦山廢水綜合治理。截至2014年底，寧鄉縣礦山廢水年產出量12975．78萬m3，年排放量為12984．56萬m3，年循環利用量57．19萬m3，年治理量6043．89萬m3，占年排放量的46．55％，年綜合利用率僅0．44％。寧鄉縣礦山廢水綜合治理率水平較低，有待于進一步提高［11］。

3．2．3礦山占用土地治理恢復現狀

近年來，在寧鄉縣國土資源局的組織下，部分大型國有礦山企業陸續開展了受損土地恢復治理工作，并取得了一定的成效，但礦山占用、破壞土地資源問題仍然較嚴重。截至2014年底，寧鄉縣礦山占用土地面積636．52hm2，治理恢復面積8．09hm2，土地治理率為1．27％。治理恢復以巖溶塌陷破壞的農田為主，復墾率和還綠率較低［11］。

4礦山地質環境保護與恢復治理研究

礦山地質環境保護與恢復治理工程是一個多學科、多方面、多層次的復雜系統工程，針對寧鄉縣礦山地質環境目前所面臨的實際問題，總結目前普遍運用的成熟防治技術，提出與各問題相對應的防治方法。

4．1地質災害防治

1）崩塌。寧鄉縣礦山歷史上未發生過大型崩塌，也不存在大型崩塌隱患。對于中型、小型崩塌或人工邊坡崩塌的預防通常采用修建明硐、棚硐等工程來遮擋斜坡上部的崩塌物體。對于僅在雨后才有墜石、剝落和小型崩塌的地段可在坡腳或半坡上設置落石平臺和落石槽以停積崩塌物質，修建擋石墻以攔墜石，利用廢鋼軌、鋼釬及鋼絲等編制棚欄來攔截。在巖石突出或不穩定的大孤石下面修建支柱、支擋墻或用廢鋼軌支撐。在易風化剝落的邊坡地段，修建護墻，對緩坡進行水泥護坡等。對坡體中的裂隙、縫、空洞，可用片石填補空洞，水泥砂漿勾縫等防止裂隙、縫、洞的進一步發展。在危石孤石突出的山嘴以及坡體風化破碎的地段，采用刷坡技術放緩邊坡。在有水活動的地段，布置排水構筑物，以進行攔截與疏導。2）滑坡。寧鄉縣的滑坡災害易發生在地面變形造成山體開裂、土體結構松散以及礦山固體廢棄物堆積區。若邊坡為角度較大、結構松散的巖土，需先采取措施削減邊坡角度，使之達到穩定狀態并進一步加固。當邊坡為失穩的破碎巖層，首先圈定危險區范圍，采取避讓措施，撤離區內所有設施、人員，嚴禁進入，再使用爆破等措施主動清除危巖，進而對邊坡進行加固。邊坡加固需根據實際情況采取相應措施。對于深部開裂、體積較大的危巖，應當用長錨桿、深孔預應力錨索進行加固。對高處破碎的裂隙巖體或軟弱巖體應進行表面支護，并對軟弱巖層或巖石裂隙采用注漿加固和錨固法。對發生滑坡或小范圍巖層滑動的巖體，應修建抗滑樁和擋石壩。對于強風化、易形成小塌方的軟巖質邊坡，削坡后高處可使用框格式拱墻護坡，在低處修建擋土墻支擋。對于高度和坡角超過安全邊界的較大邊坡，還應修建排水溝等地表排水工程，并考慮設置臺階。3）地面塌陷、沉陷與地裂縫的治理。此類地質災害主要發生在地下開采的煤礦山，由開采產生大面積地下采空區引起的。對于還在生產使用的地下坑道地面，若出現沉降、塌陷等跡象，必須立即密閉坑道，并采取回填夯實等防塌措施后定期進行監測。廢棄地下坑硐地表出現沉降、地裂縫或塌陷時，應及時回填廢石廢渣，并在其上部使用地表粘土充填，為之后的礦山復綠做準備。若地面塌陷面積過大，短時間內難以治理，應劃定危險區，搬遷區內人員設備，在危險區外圍搭建阻攔警告設施，禁止人員入內活動。由當地國土資源管理部門監督，相關責任礦山企業按計劃組織治理。

4．2環境污染防治

環境污染防治主要為礦業廢水處理。礦業廢水主要為礦坑水和選礦廢水。按其特征可分為一般性廢水、酸性廢水和含高鐵、錳廢水三類。1）一般性廢水處理。一般性廢水主要指從采礦場、選礦廠、排土場以及生活區等地方排出的含有氟化物、油類、重金屬以及固體懸浮物等污染物的廢水。對于該類廢水可首先使用格柵、沉沙池和沉淀池等分離設備處理水中大顆粒懸浮物，降低氟化物、鹽、堿及金屬物質含量。隨后在廢水中加入混凝劑進一步去除水中難以沉淀的剩余細小懸浮物。一般礦坑水經過這一步處理過后即可用來洗煤和澆灌。在此基礎之上，再采用活性污泥法、生物塘法、生物膜法等對廢水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物進行處理。經過上述處理過后的廢水即可供工業回收利用。最后可繼續采用離子交換法、吸附法、清毒法等高級處理方法對水中難以降解的高碳化合物、金屬離子以及病毒細菌等進行深度處理。處理過后水質已基本達到生活飲用水的衛生標準。2）酸性廢水處理。對于礦山酸性廢水處理可采用的方法有人工濕地法、中和法和微生物法。人工濕地法是指人為把砂石、土壤、煤渣等材質按一定比例混合填入坑中，并根據酸性廢水的污染組份，選擇種植相應的水生植物，再使酸性廢水按特定的方向經過有效停留時間后流經植物群落，通過過濾、吸附、沉淀、植物吸收及微生物分解等作用來完成對水質的凈化。中和法是在廢水中加入石灰石和石灰乳，使之和水中的酸性物質發生中和反應，同時重金屬離子與氫氧根離子反應后生成難溶的氫氧化物沉淀，進而凈化酸性廢水。微生物法是利用硫酸鹽還原菌在厭氧條件下將酸性廢水中的硫酸鹽還原成硫化物，生成的硫化物再與廢水中的重金屬發生反應生成難溶的金屬硫化物，從而凈化廢水。3）高鐵、錳廢水處理方法。目前處理高鐵、錳廢水的方法主要有接觸氧化法、自然氧化法、藥劑氧化法和生物氧化法等。根據寧鄉縣的情況宜選用接觸氧化法和藥劑氧化法。接觸氧化法是使廢水曝氣后經濾池過濾，二價鐵、錳離子未經氧化與溶解氧一同被濾料吸附，逐漸氧化分解生成具有催化作用的“濾膜”，鐵、錳在“濾膜”催化作用下快速氧化，最后被濾層截留除去。藥劑氧化法是向高鐵、錳廢水中注入臭氧或氯氣，使廢水中的二價鐵和錳離子完全氧化，再流經濾砂凈化廢水。

4．3資源破壞防治

資源破壞防治主要是對廢棄物堆放場的治理。礦山廢石、廢渣等隨意堆放的現象在寧鄉縣比較普遍。對于這些礦業生產所產生的廢石、廢渣等固體廢棄物，應首先考慮將其綜合利用，如回填采空區、鋪路、制磚等。廢石、廢渣堆積時，應先將塊（粒）度較大的墊在下部，碾壓密實后逐層向上堆積。對于坡度高、坡腳陡的大廢石堆，需適當削減其坡度和坡腳，并對其邊坡進行加固，修建護坡和擋攔工程。若廢渣中含有重金屬等有毒有害物質，還應做好防滲處理，防止淋濾水滲透污染土地資源或水資源。整治好的廢棄物堆放場，可在其表層覆蓋土壤進一步復墾或復綠。此外，礦山地質環境破壞具有可控性，建立健全礦產資源開發與礦山環境保護法律法規是加強礦山企業監督管理的有效手段。建立礦山地質環境監測制度，實施信息化管理，可以及時掌握礦山地質環境狀況的動態變化，便于采取有效的防治措施。拓寬多元化的投資渠道，完善市場化運作機制可以促進礦山恢復治理進度。

作者:?？〗?蘇犁 張林 劉正軍 單位:中國地質大學(北京)科學研究院