鄧顯石,徐華清,曾 晟,譚曉明,陸劍宇

(1.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院 園林學院, 湖南 衡陽 421005;2.湖南省核工業(yè)地質局三〇六大隊, 湖南 衡陽 421001;3.南華大學 資源環(huán)境與安全工程學院, 湖南 衡陽421001)

我國礦產資源儲量位列世界前列,作為國民經濟發(fā)展的重要物質基礎,在我國工業(yè)化和現(xiàn)代化的發(fā)展進程中發(fā)揮著重要作用[1-2]。礦產開發(fā)規(guī)模逐步擴大,帶來了諸如占用土地、尾礦堆放、誘發(fā)地質災害等一系列環(huán)境問題,對礦山周邊地質生態(tài)環(huán)境破壞程度日趨加重[3-5],新時代背景下開展綠色礦業(yè)、建設生態(tài)礦山是礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢,對礦山地質環(huán)境進行科學合理的修復和治理尤為重要[6-7]。

國外學者主要致力于研究“綠色經濟”相關概念、方法和理論等,在資源開發(fā)利用過程中充分考慮生態(tài)的“容量”范圍,通過分析礦產開發(fā)成本及相關環(huán)境指標探究環(huán)境規(guī)制與企業(yè)發(fā)展間的相互關系[8-9]。壽嘉華[10]基于礦山對周邊環(huán)境的影響程度在區(qū)域環(huán)境可承受范圍內,綜合考慮礦產資源開發(fā)最佳效益和環(huán)境負面影響最小的最優(yōu)化組合,提出綠色礦業(yè)之路。隨著綠色發(fā)展理念的不斷推廣,學者們在我國環(huán)境規(guī)制與綠色生產的關系、基于可持續(xù)發(fā)展的礦產資源開采評價體系等方面開展了一系列研究[11-12],為綠色礦業(yè)的進一步發(fā)展提供理論支持。

在礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復方面,目前歐美國家在礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復上,已從土地、資源、生態(tài)環(huán)境等角度分析礦產資源開發(fā)帶來的一系列問題,到綜合多學科因素探究最優(yōu)化的礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復方法[13]。新中國成立后不久我國就開始提出礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與治理工作,到20世紀80年代,隨著《土地復墾法》《中華人民共和國環(huán)境保護法》等相關法律的頒布實施,我國才正式由政府主導開展有規(guī)模、有組織的礦山環(huán)境治理與生態(tài)修復[14]。隨著新時代生態(tài)文明建設的不斷推進,如何對礦山地質環(huán)境進行有效的治理和生態(tài)修復尤為重要。

本研究以譚子山重晶石礦為例,通過調查礦山的基本情況與地質環(huán)境條件,總結現(xiàn)有的環(huán)境恢復治理工程與保護措施成效,分析礦山地質環(huán)境基本現(xiàn)狀問題,評價其環(huán)境恢復效果,提出環(huán)境修復建議措施,為礦山生態(tài)修復提供參考。

1 譚子山重晶石礦山概況

1.1 礦山位置范圍

譚子山重晶石礦位于衡陽市西南30 km處,屬衡南縣譚子山鎮(zhèn)、泉湖鎮(zhèn)管轄。礦山地理坐標為112°19′14″～112°20′29″ E,26°50′48″～26°51′23″N。礦區(qū)面積為1.182 km2,準采標高為+110～+40 m。

1.2 自然地理

1.2.1 地形地貌

調查區(qū)屬丘陵地貌,平原開闊,分布大面積農田,丘坡主要為灌木林地。地表一般有5 m厚的第四系殘坡積層,多為碎石土及含碎石粘土,植被覆蓋率較高。調查區(qū)最高點為礦山東部探山嶺山頂,海拔標高232 m,最低點位于礦山東北部平地中,海拔標高83 m,區(qū)內最大相對高差149 m,一般海拔標高100～160 m之間。

1.2.2 氣象水文

礦區(qū)屬大陸性亞熱帶潮濕溫暖氣候,全年四季分明。據(jù)衡南縣氣象局資料,歷年平均氣溫17.3 ℃;極端最高氣溫40.3 ℃;極端最低氣溫-3.5 ℃,主要降雨每年4月—6月,多年平均降雨量1 428 mm,年最大降雨量1 517 mm,日最大降雨量196.8 mm。評估區(qū)內地表水系不發(fā)育,但存在較多水塘,水量較小,一般用作農田灌溉,少量用作選礦用水,地表水體對礦山開采影響小。

1.2.3 植被

礦山植被覆蓋率達70%,主要為灌木,少數(shù)經濟林,如油茶、果木等。區(qū)內土壤主要是黃壤,土層厚度因地形而異,一般坡地厚,洼地薄,平均厚2.3 m左右。土壤呈弱酸性,疏松易耕,硫、磷含量較高。

本區(qū)無重要建設工程,無鐵路、高速公路,無超高壓輸電線路,無自然保護區(qū)、文物古跡、地質公園等。

1.3 礦山開采現(xiàn)狀

該礦山創(chuàng)辦于1958年,僅根據(jù)露出地面的重晶石進行開采,年產重晶石達3.5萬t,由于銷量甚微,1962年停止開采。1963年3月恢復開采,1966年轉為地方國營礦山,由于資金緊缺,開采難度增大,企業(yè)逐步虧損,2006年衡陽宇通礦業(yè)有限公司成立。目前礦山開拓方式為露采公路運輸開拓方式,以組合臺階采礦法進行開采,實際生產能力為4.5萬t/a,采礦回采率為71.2%,開采損失率為28.8%,貧化率為3.2%。礦山Ⅰ號礦體已開采至+85 m標高,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號礦體已全部采空,位置如圖1所示:

圖1 礦山示意圖

2 礦山地質問題分析

評估區(qū)為構造侵蝕、剝蝕丘陵區(qū)地貌,相對高差151.83 m,無地表水系。礦區(qū)地層為石炭系梓門橋組灰?guī)r和白堊系砂礫巖、粉砂巖、泥巖及第四系;礦區(qū)主要發(fā)育有兩條北東向正斷層,礦區(qū)構造簡單;巖土體工程地質性質較差,工程地質條件為中等;礦坑充水來源主要為基巖淺部裂隙水和大氣降水,礦山水文地質條件簡單。綜上,評估區(qū)地質環(huán)境條件為中等類型。

2.1 礦山土地資源

礦業(yè)活動對土地資源占用、影響表現(xiàn)為:礦山地面建筑、公路、廢石堆、采石場等共占地約29.36 hm2,其中林地18.13 hm2,草地11.23 hm2。經調查,礦業(yè)活動對土地資源影響較輕,評估區(qū)內未見地面塌陷及地面開裂現(xiàn)象,未對當?shù)氐耐馏w穩(wěn)定性造成較大的影響。目前礦山的廢石堆主要分布在礦山辦公樓對面山坡上山公路至山腳腳底區(qū)域及工業(yè)廣場西部區(qū)域,礦山廢石堆主要集中在辦公樓對面山坡上,廢石堆共占地約2.85 hm2。

2.2 礦山廢渣

本礦有廢石堆兩處,堆放于2號采場西北部和工業(yè)廣場西部,總占地面積約2.85 hm2。其中廢石堆Fs1占地面積約2.45 hm2,最大堆高約50 m,最大坡度約35°,平均堆高約20 m,方量約49萬m3;廢石堆Fs2占地面積約0.40 hm2,最大堆高約10 m,最大坡度約28°,平均堆高約5 m,方量約2萬m3,位置如圖1所示。礦山兩處廢石堆堆體穩(wěn)定性較好,但廢石堆中含有硫化物,長期堆放,破壞堆放地及周邊土壤肥力,影響周邊植被生長。

2.3 礦山水資源和水環(huán)境

經查閱資料和現(xiàn)場調查,礦山最低開采標高為+85 m,目前排水量1～5 m3/h,礦體圍巖淺部裂隙發(fā)育,深部裂隙不發(fā)育,影響范圍為礦體附近淺部裂隙水,現(xiàn)狀調查未見區(qū)內水塘漏水及農田漏失現(xiàn)象,該礦山對地下水資源整體影響較小。

礦山上山公路沉淀池段和礦山廢石堆段,由于道路往外側稍低,往沉淀池方向、山坡方向稍高,故雨天時沿上山公路流下來的雨水會沖刷公路外側的松散土體,造成路邊產生小規(guī)模坍塌和水土流失,可能會影響水環(huán)境。

2.4 礦山地質災害

該礦山未發(fā)生過崩塌、滑坡、泥石流、巖溶地面塌陷等地質災害,因地下開采活動,局部存在老窿。目前礦山為露天開采,據(jù)調查,地表及其周邊未發(fā)生過房屋開裂、地面裂縫、地面塌陷等變形破壞和地質災害現(xiàn)象,暫未造成任何損失,該礦山開采沒有誘發(fā)周邊地質災害。

3 譚子山礦山現(xiàn)有的地質環(huán)境修復工程及效果

3.1 礦山土地復墾工程

2017—2018年,礦山對新露采場和3號采場(老露采場)進行了平整,總表面積約5 000 m2,現(xiàn)已植樹,樹木已部分成活。

3.2 擋土墻工程

廢石堆坡面種植樹木,樹木長勢不良,礦山在其前緣坡腳處修建了擋土墻,如圖2所示。該墻采用毛石砌筑,設置有泄水孔,無伸縮縫的水泥砂漿抹面,墻長約400 m,斷面為矩形,高度為1.2～6 m,基礎埋深0.5 m,頂寬1.2～3 m,砌體方量約7 200 m3,并設置警示牌。

圖2 廢石堆坡腳擋土墻

2號采場溝口處修建了一條攔石壩并設警示牌,該壩采用碎石塊堆壘而成,表面未做處理,未設置泄水孔,壩長約30 m,斷面為梯形,高度1.5 m,底寬約5 m,頂寬約3 m,基礎埋深0.5 m,寬1.2 m,堆體方量約145 m3,沉砂池尺寸(長寬深)為3 m×3 m×1 m。

3.3 截排水溝和礦坑水沉淀池工程

為暢通降雨水流,該礦自行設計施工,在礦山公路沿路、廢石堆每級臺階內側和前緣坡腳、1號采場(老露采場)西南側、2號采場北側、3號采場北側等5個地方均修建了截排水溝,2號采場種了樹,全區(qū)建設了截排水溝,并配備了灑水車降塵;3號采場路邊種植了樹木,采坑回填并平整,公路硬化;在3號采場外側建設了截排水溝及涵管;同時在礦山靠公路邊修建截排水溝。截排水溝均為水泥砂漿抹底抹面,總計長約3 900 m,溝寬0.6 m,深0.5 m,如圖3所示:

圖3 排水工程

該礦井下建設有水倉,礦坑水經沉淀池沉淀后排出,沉淀池已經植樹種草,綠化效果較好,沉淀池周圍建設了沉砂池和截排水溝,排出清水,如圖4所示。2019年對該礦礦坑水進行檢測,水質合格。

圖4 治理效果

3.4 廢石堆分級放坡與綠化修復工程

3.4.1 廢石堆分級放坡工程

目前礦山對廢石堆已經做了臺階整地5級,每級高約10 m,寬6～8 m,每級坡度40°～45°,局部地段達到50°～55°,保證邊坡的穩(wěn)定性,減少了雨水對坡面的沖刷。

3.4.2 復綠工程

目前對礦山公路沿路外側或兩側、廢石堆坡面每級臺階路緣、1號采場(老露采場)、2號采場路邊、3號采場、新露采場等6個地段均未作覆土工作,但部分種植了松樹或樟樹,并配套建設了半自動噴灌水網,既能用于灌溉,也能用于礦區(qū)降塵;礦區(qū)除沉淀池草地綠化效果較好外,其他5個地段的植被綠化較差,樹木成活率較低。

3.4.3 灑水降塵工程

目前對礦山公路沿路外側或兩側、廢石堆坡面每級臺階路緣、1號采場(老露采場)、2號采場建設了自來水管網,接通了半自動灑水設施,并配備了灑水車和專職人員,每天分兩班灑水降塵,進一步減少礦山公路揚塵。

3.5 礦山地質環(huán)境監(jiān)測工程

根據(jù)礦山“環(huán)評報告”的要求,該礦山工作人員不定期對區(qū)內居民房屋、溝渠道路、耕地等進行走訪、觀察、詢問,監(jiān)測礦業(yè)活動對地面的變形影響及地表水體、井泉的漏失情況。據(jù)調查,目前礦區(qū)無明顯地面變形,礦渣堆垮塌、崩滑,溪溝和井泉漏水等現(xiàn)象。

4 譚子山重晶石礦山生態(tài)修復效果評價及建議

4.1 譚子山重晶石礦山生態(tài)修復效果評價

4.1.1 礦區(qū)地質災害調查

根據(jù)礦山地質環(huán)境監(jiān)測結果,在現(xiàn)有條件下,該礦區(qū)未發(fā)生地質災害。

4.1.2 礦山地質環(huán)境修復工程生態(tài)修復效果評價

針對上述礦山地質環(huán)境修復工程實施后的效果,確定礦山地質環(huán)境生態(tài)修復效果評價等級,制定評分標準(如表1所示),設計5項綜合評價指標,并邀請專業(yè)技術人員對指標U1、U5進行評分,邀請礦區(qū)附近居民對U2進行評分,邀請礦山管理人員對U3、U4進行評分,經統(tǒng)計分析得綜合評分情況(如表2所示)。

表1 評分標準

表2 綜合評分

綜上,該礦山采取的一系列生態(tài)修復工程取得了不錯的生態(tài)效益,礦山采取了修建礦坑水沉淀池、排水溝、擋土墻等工程治理措施,工程質量與治理效果良好,經濟成本與景觀效果還有待進一步優(yōu)化。礦山地質環(huán)境問題得到有效改善,現(xiàn)狀條件下除對部分區(qū)域植物生長影響較重外,其余各項對礦山地質環(huán)境影響均較輕,對未來開采可能引起的礦山地質環(huán)境問題防治措施較可行。但經綜合分析還存在以下問題:廢石堆部分臺階未按規(guī)范完成,底部臺階清理不到位;對廢石堆坡面和每級臺階、老露采場及道路兩邊永久邊坡等地均未覆土,導致種植的樹木成活率較低、植被生長不良,綠化效果欠佳;局部排水溝未硬化。

4.2 譚子山重晶石礦山環(huán)境修復的建議

根據(jù)實地調查情況,該礦山現(xiàn)階段實施的有關礦山地質環(huán)境生態(tài)恢復的治理措施投資約323.27萬元,取得了一定的階段性成效。為了踐行綠色礦山發(fā)展理念,針對該礦山現(xiàn)狀提出以下環(huán)境修復措施建議:

(1)廢石堆坡面和每級臺階、1號采場(老露采場)、2號采場、3號采場、新露采場等5個地段均采取覆土措施,利于林草生長,達到復墾條件。填高廢石堆坡頂外側和各臺階外側,使其高于內側,讓降雨匯集于截排水溝中,并做好維護維修工作,保證排水通暢,保護坡體坡面。對廢石堆前緣坡腳修建的擋土墻要采取加固措施,預防水土流失等地質災害。

(2)對礦山公路兩邊陡坎因地制宜,選擇容易生長的藤類植物進行綠化,礦山邊坡局部臺階較陡地段要進一步分級降坡,并整體做好坡面防護措施,防水護土。

(3)做好廢石堆、采場和地面變形與塌陷的監(jiān)測工作,采取有效措施,防止地面變形對區(qū)內居民造成危害影響。

(4)露天開采已形成高陡邊坡,礦山要嚴格按照礦山露采設計方案中的臺階高度和寬度,相關規(guī)范等要求,結合邊坡監(jiān)測,防治崩塌、滑坡等地質災害發(fā)生。

5 結論

(1)湖南譚子山重晶石礦山地質環(huán)境修復工程具備良好的實體質量與治理效果,易于運行維護,未發(fā)生地質災害,取得了較好的生態(tài)效益,該礦山地質環(huán)境問題得到了有效改善。

(2)湖南譚子山重晶石礦山地質環(huán)境修復工程經濟成本與景觀效果一般,工程規(guī)范施工及植被栽培成活率方面有待進一步提高。

(3)基于湖南譚子山重晶石礦山地質環(huán)境修復工程實踐情況,在同類型礦山地質環(huán)境修復實踐中在確保工程實體質量與治理效果的前提下,綜合考慮植物栽培成活率和景觀綠化效果。