礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾技術(shù)措施探討

曹乃文,白 燁,邱慶良

1.吉林省煤田地質(zhì)局203勘探隊(duì)，吉林 四平 136000；2.吉林省煤田地質(zhì)局物測(cè)隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033；3.吉林省煤田地質(zhì)局102勘探隊(duì)，吉林 通化 135000

0 引言

白山市位于吉林省東南部，地處長(zhǎng)白山西南麓森林生態(tài)系統(tǒng)區(qū)，其獨(dú)特的地質(zhì)、地理環(huán)境蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全市已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)108種，共有礦山企業(yè)276個(gè)。礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用為白山市帶來(lái)豐厚經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了許多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1]。為減輕礦產(chǎn)資源開(kāi)采活動(dòng)造成的生態(tài)環(huán)境破壞，合理開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作成為實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)、資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的必由之路[2-5]。本文以白山市江源區(qū)某鐵礦為研究對(duì)象，在對(duì)礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，探索解決礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題和土地復(fù)墾工作的方式方法，同時(shí)為同類型礦山的地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作提供一定參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省東南部白山市江源區(qū)，礦山生產(chǎn)方式為地下開(kāi)采，生產(chǎn)規(guī)模30×104t/a，最終產(chǎn)品為高品位鐵礦粉。礦區(qū)總體布局包括采場(chǎng)、地下開(kāi)采坑口、巷道、工業(yè)廣場(chǎng)、廢石堆放場(chǎng)、礦石臨時(shí)堆放場(chǎng)以及選礦廠。

研究區(qū)地處吉林省東南部，屬北中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，一年四季分明，春秋多風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季溫涼暫短，冬季寒冷漫長(zhǎng)。區(qū)內(nèi)多年平均降水量831 mm，多集中于7～9月；最大積雪深度390 mm。年平均風(fēng)速1.8 m/s，最大風(fēng)速24 m/s，全年主導(dǎo)風(fēng)向WS；最大凍結(jié)深度1.6 m，年平均雷暴日數(shù)為37天。

圖1 研究礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study mining areas1．第四系；2.青白口系釣魚(yú)臺(tái)組；3.青白口系南芬組

區(qū)域主要水系渾江，源于老嶺山脈龍崗山南麓，系鴨綠江一級(jí)支流。多年平均流量20 m3/s，最小流量1.8 m3/s，1960年特大洪水流量為5 880 m3/s，豐水期流速為0.5 m/s，枯水期為0.2 m/s。

研究區(qū)地處長(zhǎng)白山系老嶺山脈西麓，山脈多呈NE向展布，山峰重疊，構(gòu)成鴨綠江一級(jí)支流渾江水系與鴨綠江水系分水嶺。區(qū)內(nèi)地形最高點(diǎn)海拔1 386 m,最低800 m,相對(duì)高差586 m,系中山地貌類型。

區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，次生林茂密，以針闊混交次生林為主，局部低洼邊緣地段分布草叢矮灌，植被覆蓋率80%以上。土壤類型為暗棕色森林土，主要分布在不同坡度、坡向的山坡和不同高度的河流階地上，成土母質(zhì)為各類基巖風(fēng)化的殘積—坡積物，土層較薄約為0.2 m左右，礫石多，質(zhì)地輕。

2 礦山生產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀，考慮地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估要求、礦區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造條件、開(kāi)采條件、環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題以及今后生產(chǎn)可能引發(fā)或加劇的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，預(yù)測(cè)未來(lái)開(kāi)采可能對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成的負(fù)面影響，綜合評(píng)估礦山企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境影響程度。

2.1 破壞地形地貌

礦山企業(yè)在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廣場(chǎng)、運(yùn)輸?shù)缆贰⑴R時(shí)堆場(chǎng)等礦山基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)永久改變礦區(qū)原有地形地貌。這不僅破壞了原有的地貌景觀，也對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定負(fù)面的影響。

2.2 可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

礦山企業(yè)在項(xiàng)目建設(shè)期間進(jìn)行的開(kāi)挖山體等人類工程活動(dòng)，一定程度上改變了巖體原有狀態(tài)，導(dǎo)致邊坡失衡，可能引發(fā)坍塌、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，直接威脅附近施工人員及施工設(shè)備的安全；堆場(chǎng)中存放的礦石、廢石在強(qiáng)降雨期間也可能成為泥石流的物源，威脅下游居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

2.3 破壞含水層結(jié)構(gòu)

地下礦體開(kāi)采后，圍巖的原巖應(yīng)力遭到破壞，上覆巖層在應(yīng)力作用下產(chǎn)生移動(dòng)、變形和破壞，破壞原有含水層結(jié)構(gòu)，使得地下水水力聯(lián)系發(fā)生改變，造成對(duì)地下水賦存規(guī)律的影響。

2.4 污染水土資源

礦山企業(yè)對(duì)水土資源的污染主要表現(xiàn)在礦石、廢石受雨水淋濾、滲透溶解產(chǎn)生的廢水流入地下水體及土壤中造成污染以及生活污水、生產(chǎn)廢水的排放對(duì)地表水的污染。

2.5 破壞土壤結(jié)構(gòu)

土地資源破壞主要是工業(yè)廣場(chǎng)、運(yùn)輸?shù)缆?、堆?chǎng)等礦山基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)土地的壓占致使土壤被壓實(shí)，從而改變土壤體積密度、孔隙度和溫度，并加大根系穿透阻力，影響了作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和生長(zhǎng)發(fā)育。土壤板結(jié)也是導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，威脅土地生產(chǎn)力，引起土壤侵蝕、流失的關(guān)鍵原因所在。

3 土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)

土地適宜性評(píng)價(jià)是針對(duì)礦區(qū)的破壞土地進(jìn)行的潛在的適宜性評(píng)價(jià)，根據(jù)破壞土地的自然屬性和破壞狀況，適當(dāng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素作為背景條件，來(lái)評(píng)定未來(lái)土地復(fù)墾治理后對(duì)農(nóng)、林、牧、副、漁及其他利用方向的適宜性及適宜程度、限制性及限制程度。

3.1 土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)方法

土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)主要是為了確定土地的適宜性用途和指導(dǎo)復(fù)墾工作更有效地進(jìn)行，礦區(qū)土地復(fù)墾適宜性的限制因子對(duì)復(fù)墾方法的選擇具有較大影響，而極限條件法是將土地質(zhì)量最低評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)作為質(zhì)量等級(jí)的依據(jù)，能夠通過(guò)適宜性評(píng)價(jià)比較清晰地獲得進(jìn)行復(fù)墾工作的各個(gè)限制因素，以便為土地的進(jìn)一步改良利用服務(wù)，該方法是基于系統(tǒng)工程中的“木桶原理”，即分類單元的最終質(zhì)量取決于條件最差的因子的質(zhì)量。本文既采用極限條件法評(píng)價(jià)研究礦區(qū)的土地復(fù)墾適宜性[6]。

極限條件法模型為：Yi=min(Yij)。

式中：Yi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的最終分值；Yij為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元中第j參評(píng)因子的分值。

3.2 土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)參評(píng)因素的選擇

參評(píng)因素的選擇應(yīng)選擇那些對(duì)土地利用影響明顯而相對(duì)穩(wěn)定的因素，以便能通過(guò)因素指標(biāo)值的變動(dòng)決定土地的適宜狀況。研究礦區(qū)土地利用受到地形坡度、土壤質(zhì)地、有效土層厚度和排灌條件等共性因素的影響。借鑒土地復(fù)墾經(jīng)驗(yàn)，共選出6項(xiàng)參評(píng)因子，分別為：地形坡度、地表物質(zhì)組成、排水條件、非均勻沉降及原土地利用類型。

3.3 土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果分析說(shuō)明

依據(jù)研究區(qū)土地利用總體規(guī)劃要求和土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，在充分尊重土地權(quán)益人意愿的前提下，從礦區(qū)實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合盡量恢復(fù)其原有土地利用類型為主的目的。根據(jù)原土地利用類型、土地?fù)p毀情況、公眾參與意見(jiàn)等，確定研究區(qū)復(fù)墾土地的最佳利用方向?yàn)橛辛值亍?/p>

4 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾技術(shù)措施探討

礦山閉坑后，為最大限度的避免和減輕因礦山開(kāi)采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)，減弱對(duì)地下水資源的影響，減輕對(duì)地形地貌景觀以及土地資源的影響和破壞，礦山企業(yè)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)際情況，從下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防和治理(見(jiàn)圖2)。

圖2 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾工程部署圖Fig.2 Project deployment map of mine geological environment restoration governance and land reclamation 1.地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)；2.臨時(shí)建筑拆除；3.植樹(shù)種草；4.廢石清運(yùn)；5.井口封堵；6.表土回填；7.監(jiān)測(cè)工程；8.研究區(qū)范圍；9.運(yùn)輸?shù)缆?/p>

4.1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理措施

(1)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題防治。為防止廢石滾落、泥石流等災(zāi)害的發(fā)生，廢石場(chǎng)下游修建重力式擋墻，擋墻斷面為梯形，采用質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮，不得有剝落層或裂紋的毛料石，并在廢石場(chǎng)上方可能匯入大氣降水側(cè)設(shè)置截、排水溝，排水溝連接至附近的自然溝渠，將匯水引到低洼處排放；不穩(wěn)定邊坡可通過(guò)人工削坡的方式減小坡角，并在坡面種植草皮減弱地表水和雨水對(duì)坡面的沖刷，同時(shí)還要進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，做到早預(yù)防早治理。

表1 復(fù)墾土地主要限制因素的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

(2)地形地貌景觀修復(fù)。礦山閉坑后，井口、房屋、擋墻等臨時(shí)建構(gòu)筑物全部拆除，現(xiàn)場(chǎng)的廢石、建筑垃圾等固體廢棄物，還可充填井口、硐口，以達(dá)到降低成本和節(jié)約土、石資源的目的；廢石堆場(chǎng)中的廢石全部清運(yùn)出礦區(qū)或就近充填塌陷坑；對(duì)豎井、硐口進(jìn)行回填及封堵工程，以避免人員進(jìn)入造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

(3)含水層破壞問(wèn)題防治。采用房柱法或膠結(jié)充填法采礦，并將廢石及時(shí)回填，減小采空區(qū)；合理布設(shè)井巷，規(guī)避各種透水事件；賦存深度較淺的礦體預(yù)留保護(hù)礦柱，避免因采空區(qū)規(guī)模過(guò)大引起上部巖層松動(dòng)而產(chǎn)生的地裂縫擴(kuò)展至地表，造成地下水和地表水的流失。

(4)水資源污染問(wèn)題防治。礦山廢水(主要為生活污水)先經(jīng)過(guò)化糞池沉淀處理后，再采用小型地埋式一體化污水處理設(shè)備進(jìn)行處理，處理達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后排放至附近地表水體，不會(huì)對(duì)附近地表水環(huán)境產(chǎn)生污染。

4.2 土地復(fù)墾技術(shù)措施

(1)清除硬覆蓋。工業(yè)廣場(chǎng)、運(yùn)輸?shù)缆返扔不翆涌赏ㄟ^(guò)剝離硬土層進(jìn)行硬覆蓋清理，以恢復(fù)地表透水性，剝離厚度一般0.2 m，剝離的硬土可用于回填塌陷區(qū)。

(2)表土回填。研究區(qū)土層厚度較薄，土源均來(lái)自外購(gòu)的客土?？屯烈ＷC土壤內(nèi)不含有害金屬和有毒化學(xué)物質(zhì)，尤其是不應(yīng)當(dāng)用被化學(xué)污染的土壤，不能用含有高殘留化學(xué)除草劑的土壤，以防止二次污染區(qū)域環(huán)境或影響植被生長(zhǎng)。覆土宜采用亞表層及耕作層土壤，在需覆土區(qū)域底部先覆蓋土壤質(zhì)地相對(duì)較差、顆粒相對(duì)較大的土壤，厚度約0.1 m，將其攤平；然后在其上層覆蓋土壤質(zhì)地好，養(yǎng)分含量高的土壤，厚度約為0.2 m，進(jìn)而達(dá)到復(fù)墾林地的有效土層厚度0.3 m。為了防止剝離表土的流失，表土堆周圍應(yīng)設(shè)置麻袋裝土攔擋措施，雨季、大風(fēng)季節(jié)用土工布遮擋。為了減少水土流失，增加土壤肥力，還可在表土堆上撒播紫花苜蓿草籽。

(3)林木恢復(fù)。生物復(fù)墾措施是土地復(fù)墾工作的重要內(nèi)容，本區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥?、氣候、地形等自然條件，覆綠工程主要采用喬、草結(jié)合的模式進(jìn)行。樹(shù)種選擇鄉(xiāng)土樹(shù)種落葉松，其具有抗旱、耐寒、耐貧瘠和壽命較長(zhǎng)的特點(diǎn)，適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)環(huán)境。同時(shí)選用適應(yīng)性廣、耐寒、耐霜凍、耐熱、耐旱能力強(qiáng)的紫花苜蓿對(duì)林下和林間等各種復(fù)雜地表進(jìn)行覆綠，以減少地表徑流、涵養(yǎng)水源、阻止泥沙流失。

(4)監(jiān)測(cè)與管護(hù)。復(fù)墾施工期間，監(jiān)測(cè)人員還應(yīng)通過(guò)調(diào)查、巡查、臨時(shí)監(jiān)測(cè)等方式對(duì)土地復(fù)墾區(qū)范圍內(nèi)土地破壞類型和面積、基本特征及復(fù)墾工程措施實(shí)施情況(土地整治、生態(tài)防護(hù)工程等)進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄；并且要制定切實(shí)可行的植被管護(hù)技術(shù)方案，通過(guò)實(shí)施水分管理、養(yǎng)分管理、林木修枝、林木密度調(diào)控、林木病蟲(chóng)害防治等措施保證栽種的植物健康成長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理與土地復(fù)墾工作不僅對(duì)國(guó)民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境有重要的意義，而且是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。礦山企業(yè)在結(jié)束采礦活動(dòng)后，要充分結(jié)合自然社會(huì)、公眾意愿以及礦山土地利用規(guī)劃等因素，及時(shí)的采取一系列有效措施進(jìn)行環(huán)境恢復(fù)和生態(tài)重建，以達(dá)到取得最佳的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。本文僅針對(duì)具體建設(shè)項(xiàng)目對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾措施進(jìn)行了初步探索，還需要在長(zhǎng)期的實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)展和完善。