矿山地质环境保护与治理解析

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摘要：湖南省宁乡县矿山地质环境问题较为突出，主要有矿山地质灾害、资源破坏和环境污染。本文基于湖南省宁乡县矿山地质环境调查数据，在对矿山地质环境问题分布特征及形成原因分析的基础上，结合矿山地质环境保护与恢复治理现状，提出矿山地质环境保护与治理的相关措施。

关键词：矿山地质环境；保护；治理

我国是世界上重要的矿产资源开发国家，矿业开发在促进人类生存与发展、社会进步与物质繁荣的同时，对矿山地质环境也产生了巨大的影响，导致了严重的资源毁损，诱发地质灾害，污染矿区环境［1－4］。然而，我国矿山地质环境保护与恢复治理工作起步较晚，许多废弃关闭的矿山未实施地质环境治理和恢复工作，矿山地质环境问题较为突出［3，5－6］。湖南省宁乡县蕴藏有丰富的矿产资源，素有“非金属之乡”的美誉，矿业开发为宁乡县及长沙市国民经济和社会发展提供了雄厚的物质基础，同时也产生了一些矿山地质环境问题。在矿产资源开发过程中，挖损、压占等采矿活动对矿山地质环境造成了不同程度的破坏。近年来，湖南省宁乡县政府及自然资源管理部门高度重视矿山地质环境保护工作，相继出台了矿山地质环境保护相关政策和法规，取得了较好的成效。本文以湖南省宁乡县矿山地质环境调查数据为依据，对宁乡县矿山地质环境问题分布特征、成因、保护与恢复治理现状进行分析，在已有政策、法规基础上，对进一步恢复治理提出可行性意见。

1矿山地质环境问题及分布特征

矿山地质环境问题分类原则不同，研究侧重点不同，分类方案和分类系统也不同［7－10］。本文以矿业活动导致的结果将宁乡县矿山地质环境问题划分为资源破坏、地质灾害和环境污染三大类（表1）。其中，矿山地质灾害影响最为严重，其次是矿山占用破坏土地资源，矿山废水及固体废弃物排放造成的矿山地质环境污染问题也较突出。宁乡县矿山地质环境问题分布具有明显的地域性与集中性，与宁乡县矿产资源禀赋特征及开发现状关系密切。由于县域内煤炭资源集中分布于中北部地区，金属矿产地分布于北西部、东南部地区，因而地面塌陷、地面沉陷、矿坑突水等地质灾害相对集中地分布在宁乡县中北部地区，崩塌、滑坡地质灾害则主要分布于宁乡县北西部、东南部地区。

2矿山地质环境成因分析

这些矿山地质环境问题是人为因素和自然因素叠加导致的，人为因素是主导因素，而自然因素是形成矿山地质环境问题的基础条件。

2．1导致矿山地质灾害的主要因素

1）地面变形的成因。宁乡煤炭坝境内煤炭资源丰富，开采历史悠久，素有“湘中煤都”之称。地面沉陷、地面塌陷灾害主要发生在该区，成因主要为：一是矿区外围碳酸盐岩分布范围广且岩溶发育，岩溶水丰富；二是矿区地质构造复杂，褶皱、断裂发育，岩体的完整性和稳定性较低；三是矿区矿山数量多、密度大、开采强度大，矿坑排水量大；四是含煤岩系厚度小，顶板抗压强度较小，开采时易塌落。2）崩塌、滑坡的成因。宁乡县崩塌、滑坡地质灾害多发生在非金属矿山，主要原因是采空区地面变形造成山体开裂、土体结构松散以及乱采乱掘和不规范堆放废渣，在雨水诱发下易产生崩塌、滑坡。3）矿坑突水的成因。矿坑突水地质灾害的发生与矿床充水类型、断裂构造导水性、老窿的分布、顶底板岩性及其工程地质性质、开采深度等均有密切关系，主要发生在煤炭坝地区。区内岩溶发育，煤层上下为强岩溶化的灰岩含水层，由于矿山分布集中、密度大，开采深度大、时间长，易产生矿坑突水地质灾害。

2．2导致矿山资源破坏的主要因素

1）地下水系统破坏。县域内地下水系统破坏呈区域性，集中分布在矿山数量多、开发强度大、利用程度高的煤炭坝煤矿区。开采过程中，部分矿山企业要进行矿坑排水工作，长期的矿坑排水使区内含水层被疏干或局部疏干，造成了区域地下水位下降。2）土地资源被占用。一是矿山地表建筑物、工业广场、运输道路等占用土地；二是地面塌陷、地裂缝等矿山地质灾害造成土地资源的破坏；三是废渣堆放量大且综合利用程度低；四是废渣的堆放、选址缺乏规范管理。

2．3导致环境污染的主要因素

一是黑色金属矿山（铁、锰、钒）、萤石矿的矿坑排水基本未进行处理而直接排放，对废水排放路径及周边区域水、土造成污染；二是矿山排放的废弃渣石堆内含有的有害元素随雨水渗入地下，对水土环境造成污染；三是煤矿山废水中有害物质以硫、悬浮物及酸性水为主，但由于岩溶水的中和作用，矿坑排水中的硫含量较低，主要为悬浮物对水体、土壤的污染。其中黑色金属矿山废水、废渣对环境的污染问题最为严重。

3矿山地质环境保护与恢复治理现状

3．1矿山地质环境保护现状

近年来，宁乡县政府及自然资源行政管理部门高度重视矿山地质环境保护工作，相继落实并出台了矿山地质环境保护相关政策和法规，并取得了较好的成效。为了更好地落实矿山地质环境保护工作任务，宁乡县开展了矿山地质环境现状调查，为矿山地质环境保护与恢复治理研究提供了比较全面可靠的基础资料。

3．2矿山地质环境治理现状

3．2．1矿山地质灾害治理现状

宁乡县共计有17座矿山，发生地质灾害33处，影响范围达213．89hm2，直接经济损失3728万元。截至2015年底，矿山地质灾害已治理面积130．21hm2，其中能源矿山治理面积为125．28hm2，非金属矿山治理面积为4．93hm2，治理率为60．9％。灾害治理方式主要有回填、挡拦、赔偿搬迁、塌陷填埋、地下充填等，能源（煤）矿山地质灾害治理以经济赔偿为主，对破坏严重的居民居住区采取搬迁避让的措施［11］。

3．2．2矿山“三废”综合利用、治理

1）矿山固体废弃物综合利用。截至2014年底，宁乡县尾矿、煤矸石及废石（土）等固体废物排放场共115处，年产出量71．25万t，年排放量70．14万t，累计积存量355．46万t，年综合利用57．24万t，年综合利用率为80．34％。其中能源矿山废渣利用率最高，为73．32％，其次是金属矿产，废渣利用率为27．68％。被利用的矿渣主要用于矿山修路、砖厂制砖以及外运，这既减少矿渣占用土地，减轻对环境的污染与破坏，又减少矿山修路的费用，取得了很好的环境效益和经济效益［11］。2）矿山废水综合治理。截至2014年底，宁乡县矿山废水年产出量12975．78万m3，年排放量为12984．56万m3，年循环利用量57．19万m3，年治理量6043．89万m3，占年排放量的46．55％，年综合利用率仅0．44％。宁乡县矿山废水综合治理率水平较低，有待于进一步提高［11］。

3．2．3矿山占用土地治理恢复现状

近年来，在宁乡县国土资源局的组织下，部分大型国有矿山企业陆续开展了受损土地恢复治理工作，并取得了一定的成效，但矿山占用、破坏土地资源问题仍然较严重。截至2014年底，宁乡县矿山占用土地面积636．52hm2，治理恢复面积8．09hm2，土地治理率为1．27％。治理恢复以岩溶塌陷破坏的农田为主，复垦率和还绿率较低［11］。

4矿山地质环境保护与恢复治理研究

矿山地质环境保护与恢复治理工程是一个多学科、多方面、多层次的复杂系统工程，针对宁乡县矿山地质环境目前所面临的实际问题，总结目前普遍运用的成熟防治技术，提出与各问题相对应的防治方法。

4．1地质灾害防治

1）崩塌。宁乡县矿山历史上未发生过大型崩塌，也不存在大型崩塌隐患。对于中型、小型崩塌或人工边坡崩塌的预防通常采用修建明硐、棚硐等工程来遮挡斜坡上部的崩塌物体。对于仅在雨后才有坠石、剥落和小型崩塌的地段可在坡脚或半坡上设置落石平台和落石槽以停积崩塌物质，修建挡石墙以拦坠石，利用废钢轨、钢钎及钢丝等编制棚栏来拦截。在岩石突出或不稳定的大孤石下面修建支柱、支挡墙或用废钢轨支撑。在易风化剥落的边坡地段，修建护墙，对缓坡进行水泥护坡等。对坡体中的裂隙、缝、空洞，可用片石填补空洞，水泥砂浆勾缝等防止裂隙、缝、洞的进一步发展。在危石孤石突出的山嘴以及坡体风化破碎的地段，采用刷坡技术放缓边坡。在有水活动的地段，布置排水构筑物，以进行拦截与疏导。2）滑坡。宁乡县的滑坡灾害易发生在地面变形造成山体开裂、土体结构松散以及矿山固体废弃物堆积区。若边坡为角度较大、结构松散的岩土，需先采取措施削减边坡角度，使之达到稳定状态并进一步加固。当边坡为失稳的破碎岩层，首先圈定危险区范围，采取避让措施，撤离区内所有设施、人员，严禁进入，再使用爆破等措施主动清除危岩，进而对边坡进行加固。边坡加固需根据实际情况采取相应措施。对于深部开裂、体积较大的危岩，应当用长锚杆、深孔预应力锚索进行加固。对高处破碎的裂隙岩体或软弱岩体应进行表面支护，并对软弱岩层或岩石裂隙采用注浆加固和锚固法。对发生滑坡或小范围岩层滑动的岩体，应修建抗滑桩和挡石坝。对于强风化、易形成小塌方的软岩质边坡，削坡后高处可使用框格式拱墙护坡，在低处修建挡土墙支挡。对于高度和坡角超过安全边界的较大边坡，还应修建排水沟等地表排水工程，并考虑设置台阶。3）地面塌陷、沉陷与地裂缝的治理。此类地质灾害主要发生在地下开采的煤矿山，由开采产生大面积地下采空区引起的。对于还在生产使用的地下坑道地面，若出现沉降、塌陷等迹象，必须立即密闭坑道，并采取回填夯实等防塌措施后定期进行监测。废弃地下坑硐地表出现沉降、地裂缝或塌陷时，应及时回填废石废渣，并在其上部使用地表粘土充填，为之后的矿山复绿做准备。若地面塌陷面积过大，短时间内难以治理，应划定危险区，搬迁区内人员设备，在危险区外围搭建阻拦警告设施，禁止人员入内活动。由当地国土资源管理部门监督，相关责任矿山企业按计划组织治理。

4．2环境污染防治

环境污染防治主要为矿业废水处理。矿业废水主要为矿坑水和选矿废水。按其特征可分为一般性废水、酸性废水和含高铁、锰废水三类。1）一般性废水处理。一般性废水主要指从采矿场、选矿厂、排土场以及生活区等地方排出的含有氟化物、油类、重金属以及固体悬浮物等污染物的废水。对于该类废水可首先使用格栅、沉沙池和沉淀池等分离设备处理水中大颗粒悬浮物，降低氟化物、盐、碱及金属物质含量。随后在废水中加入混凝剂进一步去除水中难以沉淀的剩余细小悬浮物。一般矿坑水经过这一步处理过后即可用来洗煤和浇灌。在此基础之上，再采用活性污泥法、生物塘法、生物膜法等对废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物进行处理。经过上述处理过后的废水即可供工业回收利用。最后可继续采用离子交换法、吸附法、清毒法等高级处理方法对水中难以降解的高碳化合物、金属离子以及病毒细菌等进行深度处理。处理过后水质已基本达到生活饮用水的卫生标准。2）酸性废水处理。对于矿山酸性废水处理可采用的方法有人工湿地法、中和法和微生物法。人工湿地法是指人为把砂石、土壤、煤渣等材质按一定比例混合填入坑中，并根据酸性废水的污染组份，选择种植相应的水生植物，再使酸性废水按特定的方向经过有效停留时间后流经植物群落，通过过滤、吸附、沉淀、植物吸收及微生物分解等作用来完成对水质的净化。中和法是在废水中加入石灰石和石灰乳，使之和水中的酸性物质发生中和反应，同时重金属离子与氢氧根离子反应后生成难溶的氢氧化物沉淀，进而净化酸性废水。微生物法是利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下将酸性废水中的硫酸盐还原成硫化物，生成的硫化物再与废水中的重金属发生反应生成难溶的金属硫化物，从而净化废水。3）高铁、锰废水处理方法。目前处理高铁、锰废水的方法主要有接触氧化法、自然氧化法、药剂氧化法和生物氧化法等。根据宁乡县的情况宜选用接触氧化法和药剂氧化法。接触氧化法是使废水曝气后经滤池过滤，二价铁、锰离子未经氧化与溶解氧一同被滤料吸附，逐渐氧化分解生成具有催化作用的“滤膜”，铁、锰在“滤膜”催化作用下快速氧化，最后被滤层截留除去。药剂氧化法是向高铁、锰废水中注入臭氧或氯气，使废水中的二价铁和锰离子完全氧化，再流经滤砂净化废水。

4．3资源破坏防治

资源破坏防治主要是对废弃物堆放场的治理。矿山废石、废渣等随意堆放的现象在宁乡县比较普遍。对于这些矿业生产所产生的废石、废渣等固体废弃物，应首先考虑将其综合利用，如回填采空区、铺路、制砖等。废石、废渣堆积时，应先将块（粒）度较大的垫在下部，碾压密实后逐层向上堆积。对于坡度高、坡脚陡的大废石堆，需适当削减其坡度和坡脚，并对其边坡进行加固，修建护坡和挡拦工程。若废渣中含有重金属等有毒有害物质，还应做好防渗处理，防止淋滤水渗透污染土地资源或水资源。整治好的废弃物堆放场，可在其表层覆盖土壤进一步复垦或复绿。此外，矿山地质环境破坏具有可控性，建立健全矿产资源开发与矿山环境保护法律法规是加强矿山企业监督管理的有效手段。建立矿山地质环境监测制度，实施信息化管理，可以及时掌握矿山地质环境状况的动态变化，便于采取有效的防治措施。拓宽多元化的投资渠道，完善市场化运作机制可以促进矿山恢复治理进度。

作者:海俊杰 苏犁 张林 刘正军 单位:中国地质大学(北京)科学研究院