楊軍偉，李 蘭，成玉祥，楊巧玉，孫 淼

(1. 河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河南 鄭州 450000； 2. 長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054)

河南省礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理研究

楊軍偉1，李 蘭2，成玉祥2，楊巧玉1，孫 淼1

(1. 河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河南 鄭州 450000； 2. 長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054)

河南省采礦業(yè)發(fā)達(dá)，礦山地質(zhì)環(huán)境問題較為突出，多年的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)治理成效顯著。抽取16種礦山地質(zhì)環(huán)境關(guān)鍵影響因素，采用聚類分析(Q型聚類法)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BP)方法確定賦值，并給予適當(dāng)人工干預(yù)，再用積分值法定量評(píng)價(jià)了全省礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀。依據(jù)現(xiàn)狀分區(qū)，劃分了重點(diǎn)保護(hù)預(yù)防區(qū)及重點(diǎn)治理區(qū)，就礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理分別提出了相應(yīng)對(duì)策建議，為河南省礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理工作提供了借鑒。

礦山地質(zhì)；環(huán)境保護(hù)；治理建議

河南是礦產(chǎn)資源大省，采礦業(yè)為全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到了重要支撐作用。至2015年底，全省從事采礦活動(dòng)的礦山共2 608個(gè)，包括大型153個(gè)、中型256個(gè)、小型1 443個(gè)、小礦756個(gè)。開發(fā)利用礦產(chǎn)93種，以煤、鐵、鉛鋅、金、鋁土、鉬、銀、水泥用灰?guī)r、螢石、建筑石料等為主。2015年全省固、液體礦產(chǎn)資源產(chǎn)量31 973萬t。但礦山地質(zhì)環(huán)境也遭到較大破壞，給礦區(qū)人民生產(chǎn)生活也造成了較大影響。至2015年底，全省礦山地質(zhì)環(huán)境問題累計(jì)分布總面積8.11×104hm2，主要分布于豫西、豫南、豫北的丘陵、山區(qū)和豫東的永城煤礦區(qū)[1]。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

1.1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

1.1.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害

全省礦山地質(zhì)災(zāi)害主要包括地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流，其中地面塌陷最為突出，分布面積6.1×104hm2，危害嚴(yán)重，主要由煤礦地下開采引起，部分由地下開采鐵、金、鉛鋅等金屬礦和螢石等非金屬礦引發(fā)，主要分布在平頂山、焦作、義馬、鶴壁、濟(jì)源、永城、新密等地煤礦開采區(qū)。地面塌陷邊緣多伴生地裂縫。崩塌、滑坡主要分布在豫西鉬、鐵等金屬礦山及灰?guī)r、鋁土等非金屬露天采場(chǎng)(坑)和排土場(chǎng)邊坡，威脅邊坡上部及坡腳居民、礦山職工及公私建筑、設(shè)備等財(cái)產(chǎn)安全。泥石流隱患主要為小秦嶺金礦區(qū)、欒川鉬礦區(qū)、舞鋼魯山鐵礦區(qū)等金屬礦區(qū)的溝道兩側(cè)或溝道內(nèi)未科學(xué)設(shè)置攔擋、支護(hù)和排水措施的排土場(chǎng)、廢棄礦渣堆放場(chǎng)、尾礦庫(kù)等地，易因暴雨激發(fā)引發(fā)泥石流災(zāi)害，對(duì)礦山設(shè)施及溝道下游居民造成嚴(yán)重威脅。

1.1.2 含水層破壞

全省含水層破壞主要因煤礦開采。全省煤系地層中煤層、含水層、隔水層、弱含水層為交互相沉積，煤礦開采直接影響煤系地層裂隙含水層和下伏奧灰?guī)r溶含水層。煤層開采后由于頂板冒落，采空區(qū)上覆含水層結(jié)構(gòu)遭到破壞，原儲(chǔ)存于含水層中的水在短時(shí)間內(nèi)排空；在開采深部煤層時(shí)，為保證安全生產(chǎn)，煤層下伏含水層特別是奧灰含水層需排水降壓甚至疏干，致使形成大范圍降落漏斗。全省主要煤礦區(qū)年礦坑排水量約4.8×108m3(見表1)。

表1 河南省主要煤礦區(qū)年均礦坑排水量 ×104 m3

含水層的破壞還表現(xiàn)在對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件產(chǎn)生較大擾動(dòng)：改變了地下水自然流場(chǎng)及補(bǔ)、徑、排條件；改變了大氣降水、地表水、地下水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，改變了原有狀態(tài)下的循環(huán)過程；礦區(qū)長(zhǎng)期大量的疏干排水，造成礦區(qū)地下水位呈區(qū)域下降趨勢(shì)，各礦形成一個(gè)個(gè)地下水降落漏斗鑲嵌在整個(gè)礦區(qū)大的降落漏斗之中。如平頂山礦區(qū)：根據(jù)以往資料顯示及近年水位監(jiān)測(cè)，礦區(qū)經(jīng)過多年的疏干排水，礦區(qū)淺部含水層已基本疏干，寒武系灰?guī)r巖溶水水位也已由1957年10月的83 m下降到2015年的-480 m至-500 m，58年下降幅度達(dá)563～583 m，平均年下降幅度9.7～10.1 m，整個(gè)礦區(qū)形成一個(gè)巨大的水位降落漏斗。

1.1.3 土地壓占與破壞

土地資源的壓占與破壞主要有露天采坑(場(chǎng))破壞土地資源、工業(yè)廣場(chǎng)和礦山固體廢棄物堆放占?jí)和恋刭Y源、地面塌陷及地裂縫破壞土地資源。全省礦山開采壓占、破壞土地81 106 hm2(見表2)。

1.1.4 地形地貌景觀破壞

全省礦山多分布于山區(qū)、丘陵，露天開采鋁、鐵、鉬和建材類礦等直接挖損山體對(duì)地形地貌景觀造成較大影響或破壞，礦山固體廢棄物堆放(排土場(chǎng)、矸石堆、尾礦庫(kù)等)、采空地面塌陷對(duì)地形地貌景觀也造成一定影響與破壞。地形地貌景觀破壞嚴(yán)重區(qū)主要分布在陜縣—澠池—新安和鞏義—新密—登封—禹州—汝州鋁土礦采區(qū)、舞鋼—魯山鐵礦采區(qū)、洛陽欒川鉬礦開采區(qū)、南陽內(nèi)鄉(xiāng)—南召—鎮(zhèn)平—方城—泌陽花崗巖和大理巖及灰?guī)r采區(qū)、信陽上天梯珍珠巖采區(qū)，以及其他各地市灰?guī)r礦采區(qū)等。

表2 河南省礦山壓占與破壞土地資源面積 hm2

1.2 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估

1.2.1 評(píng)價(jià)因子選取

選取16個(gè)關(guān)鍵因素作為礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子[2]，各評(píng)價(jià)因子共有75項(xiàng)組成要素(表3)。

表3 河南省礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子

1.2.2 評(píng)價(jià)單元剖分、積分計(jì)算和分級(jí)

將全省按經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為5 km×5 km，共剖分8 218個(gè)評(píng)價(jià)單元，每個(gè)評(píng)價(jià)單元面積約25 km2。統(tǒng)計(jì)各單元評(píng)價(jià)因子，利用聚類分析(Q型聚類法)把每個(gè)單元格內(nèi)的每個(gè)評(píng)價(jià)因子按其對(duì)礦山環(huán)境的影響程度分成Ⅰ～Ⅳ 4個(gè)類別，并分別賦值 3、2、1、0。第1～4項(xiàng)及15、16項(xiàng)評(píng)價(jià)因子定性分級(jí)并賦值完成量化轉(zhuǎn)變。挑出典型數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序?qū)W習(xí)樣本，并對(duì)每個(gè)單元格內(nèi)的每個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行相應(yīng)的分類；并對(duì)兩種結(jié)果進(jìn)行比較，依據(jù)實(shí)際情況實(shí)施適當(dāng)人工干預(yù)，最后確定各單元各評(píng)價(jià)因子賦值[2]。分別計(jì)算各單元格的礦山地質(zhì)環(huán)境及恢復(fù)治理、人類活動(dòng)及礦山地質(zhì)背景的得分，并計(jì)算其總得分。

計(jì)算方法主要采用積分值法：

式中M——某評(píng)價(jià)單元的總評(píng)分值；

αi——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的評(píng)分值；

n——i個(gè)評(píng)價(jià)因子數(shù)。

將評(píng)價(jià)單元積分值劃分為3個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。分別對(duì)應(yīng)于礦山環(huán)境地質(zhì)問題的發(fā)育程度：Ⅰ級(jí)為影響嚴(yán)重區(qū)；Ⅱ級(jí)為影響較嚴(yán)重區(qū)；Ⅲ級(jí)為影響一般區(qū)。

1.2.3 評(píng)估分區(qū)

在評(píng)價(jià)單元分級(jí)的基礎(chǔ)上，全省劃分出19個(gè)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)(總面積10 254.78 km2)和9個(gè)影響較嚴(yán)重區(qū)(總面積6 677.27 km2)(見圖1)。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估分區(qū)

2 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理

2.1 保護(hù)與治理成效

2000年以來，通過大力整頓礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序，全省礦山企業(yè)由近萬個(gè)減少到目前的兩千余個(gè)，礦山地質(zhì)環(huán)境惡化趨勢(shì)得到根本扭轉(zhuǎn)[3]。至目前，全省共實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理項(xiàng)目392個(gè)，資金投入34.31億元，累計(jì)治理面積10 953.6 hm2。其中中央財(cái)政項(xiàng)目70個(gè)，投入資金14.9億元；省財(cái)政項(xiàng)目263個(gè)，投入資金15.81億元；地方財(cái)政及礦山企業(yè)自行實(shí)施項(xiàng)目59個(gè)，投入資金3.6億元。完成治理地面塌陷區(qū)393處、地裂縫443處、崩塌216處、滑坡58處、泥石流61處、矸石山249座、綠化尾礦庫(kù)52座，恢復(fù)耕地3 306 hm2、建設(shè)用地1 378 hm2、林地4 474 hm2，建設(shè)礦山公園6個(gè)，治理效果十分顯著。

至2015年底，全省尚有歷史遺留及責(zé)任人滅失亟需治理礦區(qū)2.78×104hm2，各礦山企業(yè)責(zé)任范圍內(nèi)還需治理面積3.3×104hm2，礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理任務(wù)依然繁重[3-4]。

2.2 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)研究

1)保護(hù)與預(yù)防區(qū)劃

依據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀分區(qū)和相關(guān)法律、法規(guī)，劃定礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)區(qū)和重點(diǎn)預(yù)防區(qū)(見圖2)。重點(diǎn)保護(hù)區(qū)包括“三區(qū)兩線”(重要自然保護(hù)區(qū)、景觀區(qū)、居民集中生活區(qū)的周邊和重要交通干線、河流湖泊直觀可視范圍)和其他礦產(chǎn)資源禁采區(qū)等，保護(hù)區(qū)內(nèi)禁止或限制采礦，已有礦權(quán)逐步關(guān)閉退出。礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)預(yù)防區(qū)主要為礦產(chǎn)資源開發(fā)強(qiáng)度較大的地區(qū)、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，預(yù)防區(qū)內(nèi)需采取必要措施，最大程度減小或避免礦山地質(zhì)環(huán)境問題不利影響。

圖2 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與預(yù)防分區(qū)

2)保護(hù)建議

按照生態(tài)文明建設(shè)要求，結(jié)合供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，落實(shí)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、去產(chǎn)能目標(biāo)，保持礦產(chǎn)資源開采總量與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展需求水平相適應(yīng)，逐步整合、關(guān)閉煤炭、鋁土、鉬等產(chǎn)能過剩型礦山和社會(huì)、環(huán)境效益較差礦山，減小礦山地質(zhì)環(huán)境破壞總量。深入貫徹《河南省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)條例》《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》，建立和完善礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)環(huán)境治理監(jiān)督檢查及問責(zé)等制度，制定礦山企業(yè)地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步規(guī)范礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作[4]。

按照“源頭預(yù)防、過程控制、責(zé)任追究、損害賠償”原則，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源開發(fā)全過程的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與監(jiān)督。強(qiáng)化源頭管理，嚴(yán)格執(zhí)行礦產(chǎn)資源規(guī)劃，新設(shè)礦權(quán)須與資源環(huán)境保護(hù)功能相符合。強(qiáng)化過程控制，礦山立項(xiàng)階段，加強(qiáng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，嚴(yán)格采礦權(quán)設(shè)置；設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、閉坑等階段，按照“綠色礦山”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)開采方式科學(xué)化、采礦作業(yè)清潔化和礦區(qū)環(huán)境優(yōu)良化，最大限度避免礦山地質(zhì)環(huán)境破壞。落實(shí)礦山企業(yè)保護(hù)與治理責(zé)任，嚴(yán)格按照開發(fā)利用方案進(jìn)行開采，按照礦山土地復(fù)墾與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)治理方案進(jìn)行監(jiān)測(cè)、治理。

2.3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理研究

1)治理區(qū)劃

依據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀分區(qū)，結(jié)合目前治理情況，區(qū)分“輕重緩急”，劃分出礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)治理區(qū)(圖3)。重點(diǎn)治理區(qū)包括經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展建設(shè)規(guī)劃區(qū)域及礦產(chǎn)資源重點(diǎn)開發(fā)區(qū)；計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期遺留的礦山地質(zhì)環(huán)境問題嚴(yán)重區(qū)；礦山地質(zhì)環(huán)境問題對(duì)民生影響較大的城鎮(zhèn)和礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)；治理后綜合效益明顯的礦區(qū)等，重點(diǎn)治理區(qū)近5～10年內(nèi)需抓緊實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作。

圖3 礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)治理分區(qū)

2)調(diào)查與監(jiān)測(cè)

依據(jù)治理區(qū)劃圖，開展礦山地質(zhì)環(huán)境詳細(xì)調(diào)查評(píng)價(jià)工作，查明礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型、分布、規(guī)模及危害程度，為礦山地質(zhì)環(huán)境治理提供技術(shù)依據(jù)。開展礦山企業(yè)自主監(jiān)測(cè)，建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和核查機(jī)制，加快監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，充分利用衛(wèi)星遙感等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，基本掌握和監(jiān)控各類礦山地質(zhì)環(huán)境問題的現(xiàn)狀和變化情況。

3)治理建議

充分發(fā)揮財(cái)政資金的引導(dǎo)帶動(dòng)作用，探索構(gòu)建“政府主導(dǎo)、政策扶持、社會(huì)參與、開發(fā)式治理、市場(chǎng)化運(yùn)作”礦山地質(zhì)環(huán)境治理新模式，建立PPP項(xiàng)目庫(kù)，向社會(huì)公開吸引資金開展治理[5]。將礦山地質(zhì)環(huán)境治理與新農(nóng)村建設(shè)、生態(tài)移民搬遷、地質(zhì)災(zāi)害治理、精準(zhǔn)扶貧等有機(jī)結(jié)合起來，加強(qiáng)政策與項(xiàng)目資金的整合與合理利用，切實(shí)提高礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理成效。

突出“三區(qū)兩線”礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理，重點(diǎn)實(shí)施城鎮(zhèn)周邊、重要交通沿線與水利工程周邊、重要風(fēng)景區(qū)周邊歷史遺留礦山地質(zhì)環(huán)境問題恢復(fù)治理，按“山、水、林、田、湖”因地制宜實(shí)施治理。礦山企業(yè)礦權(quán)范圍內(nèi)，礦山企業(yè)為治理主體責(zé)任人，應(yīng)按照批準(zhǔn)的礦山土地復(fù)墾與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)治理方案加快治理，使礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)或改善。具備礦山公園建設(shè)條件的，可鼓勵(lì)規(guī)劃建設(shè)礦山公園。

4)科技創(chuàng)新

加大科技投入，按照“三深一土”科技發(fā)展戰(zhàn)略，強(qiáng)化測(cè)繪地理信息系統(tǒng)等新技術(shù)應(yīng)用，開展礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理科學(xué)技術(shù)研究，增強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)能力，進(jìn)一步提高礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)信息化建設(shè)和應(yīng)用水平。

3 結(jié) 語

1)河南省采礦業(yè)發(fā)達(dá)，礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)治理任務(wù)較重，治理工作成效顯著，但仍有大量保護(hù)和治理工作有待實(shí)施。

2)建議礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)區(qū)內(nèi)禁、限采礦，從源頭上切實(shí)保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境；預(yù)防區(qū)內(nèi)需采取措施預(yù)防礦山地質(zhì)環(huán)境惡化，減少存量、限制增量，財(cái)政投資治理歷史遺留、無主礦山地質(zhì)環(huán)境問題，礦山企業(yè)負(fù)責(zé)礦權(quán)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境問題治理。

3)建議近期著重實(shí)施重點(diǎn)治理區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題治理工作，通過調(diào)查、監(jiān)測(cè)、治理及新技術(shù)應(yīng)用，盡快還礦區(qū)人民“碧水藍(lán)天、綠水青山”。

[1] 楊軍偉, 褚加計(jì). 河南省礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理“十三五”規(guī)劃研究報(bào)告[R]. 鄭州: 河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院, 2017.

[2] 魏玉虎, 齊光輝, 楊軍偉, 等. 河南省礦山環(huán)境地質(zhì)問題綜合評(píng)價(jià)分區(qū)研究[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2007(2): 106-108.

[3] 褚加計(jì), 朱洪生, 陳廣東, 等. 河南省礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技, 2016, 27(16): 1-3.

[4] 楊士海, 王西平. 河南省礦山地質(zhì)環(huán)境問題治理對(duì)策研究[J]. 中國(guó)國(guó)土資源經(jīng)濟(jì), 2013(10): 11-14.

[5] 陳永明. 礦山地質(zhì)環(huán)境治理之德國(guó)經(jīng)驗(yàn)[J]. 國(guó)土資源導(dǎo)刊, 2015(3): 62-63.

A Research on Mine Geological Environment Protection and Governance in Henan Province

YANG Junwei1, LI Lan2, CHENG Yuxiang2, YANG Qiaoyu1, SUN Miao1

(1.GeologicalEnvironmentalMonitoringInstituteofHenanProvince,Zhengzhou,Henan450000,China;2.CollegeofGeologicalEngineeringandSurveying,Chang’anUniversity,Xi’an,Shanxi710054,China)

In Henan Province, the mining industry is very developed. At the same time, mine geological environment problems are outstanding. After years of mine geological environment protection management, the results are significant. This paper quantitatively evaluates the mine geological environment current situation in Henan Province in integral value method based on 16 kinds of key influencing factors of the mine geological environment. They are assigned by the cluster analysis (Q type cluster method) and the neural network (BP) method, as well as the appropriate human intervention. According to the current situation distribution, the key protection prevention region and management region are divided respectively. In terms of mine geological environment protection, this paper puts forward the corresponding countermeasures and suggestions respectively. It will be the reference significance for the mine geological environment protection and governance work in Henan Province.

Mine geological; Environment protection; Governance suggestion

2017-04-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——地下采煤引發(fā)黃土滑坡的形成機(jī)理研究(41672255)

楊軍偉(1972-)，男，河南林州人，高級(jí)工程師，研究方向：水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究，手機(jī)：13633805856，E-mail：8546925900@qq.com.

TD167

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.038