露天礦山環境問題及科學治理辦法

于明波，張 敏

（1.中國建筑材料工業地質勘查中心廣西總隊，廣西 桂林 541002；2.廣西基礎勘察工程有限責任公司，廣西 桂林 541012）

隨著改革開放的不斷進行，在經濟快速發展的同時，露天礦產開發所引起的環境問題也逐漸凸顯。一方面，露天礦產在開采過程中會破壞山體表面的植被[1]，在破壞地質地貌的同時還會引起大量的粉塵污染大氣，促使霧霾的產生，危害人體呼吸道；另一方面，礦產的開采活動還會將大量對動植物危害較大的金屬礦物質暴露至地表，其會在雨水的沖刷作用下流入河流或入滲至地下水，最終被各種生物吸收。為此應結合現有科技技術，針對露天開采礦山環境恢復方面的研究應盡快開展并落實。

目前已有不少學者圍繞礦山土地復墾做了一定量的研究。阿天林等[2]對砂石礦山地質災害治理與土地復墾進行了分析，建議礦山應修建截排水溝可有效減少礦區雨水沖刷；魯尚斌[3]提議將改造成本比較高的廢棄礦區改造成為公共設施；周虎東[4]就甘肅省東峽礦區礦山的實地狀況進行分析，在對礦山地質環境影響評估的同時，對當地土地復墾措施提出建議。

我國地域廣闊，歷史遺留的礦山地質治理任務較重。為此，在進行相關研究時須與實地情況相聯系，類比分析，因地制宜。摸清礦山開采所面臨的環境問題，對癥下藥，對正在進行礦物開采的礦山從源頭治理；而對已經開采過的舊礦山，及時利用無人機技術全面勘探實地情況以便進行全面把控。另外，對于破壞較為嚴重之處，及時取樣，采用科學的方式進行分析，尋求復墾措施。

1 礦山開采所致環境問題分析

1.1 生態問題

礦山的組成成分較為復雜，一般說來，目標礦物只是占大部分，礦山中還會含有其他的礦物成分，這其中就會不可避免地夾雜著一些有害物質。比如在金屬開采過程中所產生的硫化物在接觸空氣后會迅速氧化，生成二氧化硫氣體及重金屬可溶物質。未處理干凈的二氧化硫氣體進入大氣層后會造成酸雨；重金屬可溶物質在雨水的沖刷作用下，會致使重金屬物質進入到河流中或入滲至地下，導致土壤及河流重金屬含量超標。

1.2 固廢物處理問題

露天采礦中，固廢料任意堆放的現象并不少見，其作為常見的污染源，破碎的礦物質極易隨水流的作用而遷移。由于地處位置偏僻，防護措施不到位，固廢料堆放的時間也很長，這給環境造成很大的影響。未處理的地面給雨水攜帶有害礦物質的入滲創造了條件，另外裸露的巖石在風和雨水的作用下，加速了其表面的風化。礦物質很可能還會以灰塵的形式進入大氣層，誘導霧霾天氣的形成。

1.3 山體表面植被破壞問題

采礦作業強度大，長期的露天采礦作業還會對區內植被造成破壞，植被遭到的大規模破壞將導致區域生態惡化。另外，由于坡面植被較少，還將使得坡體穩定性下降，加劇土水流失。就南方的一些金屬礦床來說，由于其采礦環境較為復雜，大多礦山為露天開采。在這種開采模式下，含有植物養分的山地植被及腐殖土層被大量剝離，土地資源遭受破壞程度極其嚴重。

2 礦山環境治理措施分析

2.1 利用科技加強場地數字化

參考國外的先進理念，并結合現有科學技術，可以將礦山各個設備和系統的數據和信息采集到云端，包括采礦機、輸送帶、礦井通風系統和水處理系統等。并在礦區場地不同方位安放攝像頭，實時傳輸場地畫面，形成智能控制平臺。管理登錄賬戶可實現場地信息共享，做到科學合理管理，及時交流并制止不規范操作情況。另外，場地周邊做好除塵措施，力求做到科學合理采礦，從源頭上解決問題。

2.2 完善礦山環境治理的監督檢查制度

要想加強環境治理，就離不開建立健全較為完善的監察制度。政府要加強對礦山環境管理的監督檢查，將各項環境保護規定全部落實到實際行動當中。遇到違反規定的不良行為，依法進行強制處理。確保各項制度落到實處，構建礦山環境治理督查體系。安排專業人員不定期對礦區設備使用情況、環境保護計劃執行情況及環境治理成效進行檢查。如檢查發現發生違規行為，及時向相關部門提出整改建議，依據當地的法律法規進行處罰，對于事態嚴重的，對礦山進行停產甚至提出關閉建議。

2.3 深化固體廢料及污水處理

在采礦過程中，引進先進的現代科學技術，提高固體廢物的利用率。固體廢物作為常見的污染源不可隨意堆放，否則將對環境造成很大的影響。根據法規要求將采礦過程中產生的固體廢物堆放到處理過的場地上，可以有效減少有害物質的流出。一方面，堆放固體廢料的場地需要滿足防風防雨的要求，防止固廢物因風化形成粉塵飄移；另一方面，所選擇的堆放場地還應滿足防滲條件，避免固體廢物入滲至地下，對土壤及地下水造成污染，排污量多的礦區需要建設相應的污水處理廠，從而對采礦過程中所產生的廢水進行凈化，在科學檢測確認達到相關標準后才可將其排放。另外，應控制地下水開采，避免因過度使用地下水而導致一系列的地質災害問題出現。為了更加全面有效地治理礦山環境，需要相關部門堅持履行各項職責，嚴格依法依規對礦山環境治理亂象進行整治。

2.4 結合先進技術復墾復綠

自黨的十八大以來，生態文明建設的重視程度與日俱增，我們國家對于礦山修復的要求逐漸從原來的土地復墾轉變至綜合修復，力求實現礦山廢棄土地的可持續利用、恢復礦山廢棄土地的生產能力成為礦山生態修復的主要目標[5]。短期的修復雖然可以滿足工程驗收的要求，但是隨著時間的流逝，修復過的邊坡會逐漸呈現出生態系統穩定性差的特點。礦山生態修復既要注重整體修復，又要有針對性地開展坡面修復研究，這是礦山生態修復的重點和難點，也是今后科研人員需要繼續研究的內容。

2.4.1 土壤重構技術

在進行礦山復墾過程中，為實現重建土壤結構的效果，可選用土壤重構的技術，有效地進行恢復重建。首先，先進行土壤結構改造，將土壤pH 恢復，恢復土壤微觀的團聚體結構，提高土壤保水能力以建立適宜生物生長的土壤結構。另外，在土壤重構過程中采取生物修復措施。將植物微生物及動物活動與有機肥料相結合，以改善土壤肥力和性質。通過動植物和微生物的活動這種有多種用途的方法，還可以降解土壤污染物，改善土壤結構和質量。保護水環境和大氣環境，避免污染物對生態環境或人類生存造成的危害，很大程度上降低了圍墾過程中的成本。為達到土壤結構重建的目的，還可以結合礦區土壤及氣候特點，選擇生長速度快、固土能力強的植物進行固土。

2.4.2 客土技術復綠

客土噴播技術是從國外引進的一種先進的植被建植技術。客土材料中包含了有機土壤、除菌劑、種子和肥料等成分，在播種后植物存活率高，產生的效果明顯。該技術的操作較為簡便，工程質量的主要影響因素在于客土噴播機的情況，噴播機采用液壓無級集中控制面板等多項高科技術，經國內研究學者的不斷改進，當前國產的客土噴播機已基本滿足復綠工程的需求。

可根據地區的降雨量、氣溫及坡比情況來進行植物的選擇。可用于巖土、砂粒等無土表面或有機質土壤表面的噴播。為確保噴播土層的穩定，在對坡度較大的場地進行復綠過程中，可以考慮先鋪設鋼絲網，再進行客土噴播。

3 案例分析

3.1 結合無人機技術進行地質條件分析

本案例來自某一礦山，該采點為一民采露采點，主要是沿重晶石礦露頭位置采用露采方式開采。采礦點位于深山老林中，不在居民點、重要道路的可視范圍內，對地形地貌及景觀無明顯影響。采礦點內有原開采時修建的簡易公路經過，但該公路年久失修，現大部分地段已垮塌不能通行，交通不便。

為提高調研結果的精確度，采用了無人機技術結合人工測量方式進行場地圖像采集。首先制定較為細致的飛行方案，航線設計包括合理設置無人機航高、無人機航向、航向重疊率、旁向重疊率和相機角度等航攝參數，以保證飛行作業安全。

廢棄礦山現狀，如圖1 所示。原采場破壞土地類型為林地，總破壞面積2 895 m2，現已停采多年，原采場道路及采場底部平臺現已自然復綠約2 700 m2（采場邊坡為巖質邊坡，無土層覆蓋），自然復綠率約為93%。因該點破壞面積不大，所以對地形地貌景觀影響較輕。現狀采場內無生物多樣性破壞等礦山地質資源問題。但采場內存在廢石、邊坡下為養殖場，邊坡上有掉塊現象。該采場約有600 m3的固體廢物堆積，無明顯涌水點，堆積物多為重晶石礦物。產于沉積巖中，呈結核狀出現，純質重晶石為無色或白色，由于含有少量雜質和受風化條件的影響，現場的重晶石廢料呈現暗灰色，周圍還有少許泥質灰巖，顏色為灰黑色，硬度較小。該地的礦石風化現象較為明顯，由于雨水的侵蝕，現場的礦石與正常礦石相比硬度稍遜。礦山整體情況較好，并未存在坍塌、裂縫等可能造成工程地質災害的現象。

圖1 廢棄礦山現狀

3.2 廢棄礦山廢渣渣量計算

首先根據工地現場情況進行像控點布設，再進行航線規劃任務制定及影像采集，根據前期踏勘數據及無人機測繪出現有廢棄礦渣堆場的地形圖，以實地采集標高數據后進行土石方方量計算。內業計算利用南方CASS 土方軟件編輯出標高現狀圖及標高數據文件，導入填渣前的原始地形數據；對比填渣前后情況，利用南方CASS 土方計算軟件10 m 方格網計算廢渣方量。根據現場踏勘及相關資料，對可能存在重金屬的廢棄礦山進行廢渣渣量模塊劃分（圖2）及建模計算，結果見表1。

表1 廢棄礦山廢渣方量計算成果表

圖2 廢渣渣量模塊劃分

3.3 現場采樣和實驗室分析

3.3.1 采樣方法和程序

現場調查時發現廢渣可能有重金屬，為此對這個礦點的廢渣進行采集，采集重量0.5 kg 左右，裝入樣品袋，樣品袋為塑料袋。采樣的同時，由專人填寫樣品標簽、采樣記錄；標簽一式2 份，一份放入袋中，一份系在袋口，標簽上標注采樣時間、地點、樣品編號、監測項目、采樣深度和經緯度。采樣結束，需逐項檢查采樣記錄、樣袋標簽、廢渣樣品，如有缺項和錯誤，及時補齊更正，并在采樣示意圖上標出采樣地點。

3.3.2 固體廢物取樣檢測

對其固體廢物取樣檢測，根據固體廢物的相關檢測規范，主要檢測水浸固廢和酸浸固廢的有害元素（銅、鋅、鉛、鎘、砷和六價鉻等），具體情況見表2、表3。制樣過程中，保證土壤標簽與土壤一致，正確編制樣品名稱和編碼；水樣采用樣品唯一性標識，該標識包括唯一性編碼和樣品測試狀態標識組成，實驗室測試過程中由測試人員及時做好分樣、移樣的樣品標識轉移，并根據測試狀態及時做好相應標記。制樣工具每處理一份樣品后擦抹（洗）干凈，以防交叉污染。樣品保存按樣品名稱、編號、粒徑分類保存。預留樣品在樣品庫造冊保存。分析取用后的剩余樣品保留半年，預留樣品保留2年。

表2 酸浸固廢檢測結果表

表3 水浸固廢檢測結果表

檢測結果表明，本次調查采集的樣品重金屬含量不存在超出上述規范標準限值的情況，可認為不存在重金屬污染的安全隱患。雖然根據本次調查結果，廢棄礦渣中重金屬含量未超出標準限值[6]，在采場底部邊緣掛網格柵支護并栽種爬藤類植物以防止巖質邊坡風化裂隙發育掉塊傷人，同時在邊坡下方樹立警示標牌等措施，降低對人體健康及生態環境的風險。

4 結論

綜上，露天礦產資源開采對于環境的影響十分巨大。簡單的種植植物僅能完成驗收，不能經受住時間的考驗。礦山的復墾復綠工作相當復雜，需要結合當地氣候環境情況，改良土壤結構，種植易生長且經濟性好的植物。另外，在進行固體廢料堆放時，還應做好防滲措施，并做好化學成分檢測，避免對環境造成污染。根據某礦山的實景環境分析可以看到，未能進行有效監督對植被的破壞是毀滅性的。為此筆者根據其工程地質狀況，對礦產化學分析確認無重金屬污染情況后，給出栽種爬藤類植物和設置網格柵支護及設立警示牌的建議。