林德洪，曾曉林，劉漢武

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)隊，貴州 遵義 563000； 2.貴州省地礦局第二工程勘察院，貴州 遵義 563000)

礦產(chǎn)資源是人類社會發(fā)展不可或缺的原材料之一，尤其是現(xiàn)代化工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域?qū)ΦV產(chǎn)資源的需求逐漸增多，主要體現(xiàn)在：①礦產(chǎn)資源數(shù)量方面，如石油、煤炭、金屬資源等；②種類方面，如稀有、稀散和稀土資源等，在航空航天的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。但是，礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)或者不合理開發(fā)容易造成生態(tài)環(huán)境問題，對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)影響較大[4-5]。在“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)保國策下，加強(qiáng)礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理，逐步走向可持續(xù)發(fā)展的道路是緩解礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的主要途徑。鑒于此，本文以貴州鬃嶺煤礦礦山為研究對象，分析礦山地質(zhì)環(huán)境問題，進(jìn)而提出治理方案，為推動綠色礦山發(fā)展提供參考。

1 礦山開采歷史及現(xiàn)狀

研究區(qū)位于上揚子地塊黔北隆起區(qū)之織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)，區(qū)域構(gòu)造發(fā)育，對礦山生態(tài)環(huán)境存在一定的影響[6-8]。鬃嶺煤礦區(qū)范圍為114 km2，重點勘查區(qū)42 km2，區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，自20世紀(jì)60年代以來，民采嚴(yán)重，形成了大量的小煤窯。經(jīng)過此次礦山環(huán)境問題調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)小煤窯64處、老煤窯97處，地面塌陷坑8處，明顯的裂縫59條，受影響泉點35處；礦區(qū)內(nèi)累計設(shè)置采礦權(quán)70余個，形成采空區(qū)范圍累計達(dá)15 km2，多分布在鬃嶺鎮(zhèn)及勺窩鄉(xiāng)一帶。研究區(qū)煤礦資源以井下開采模式為主，主要為斜井開拓，走向長壁采煤，放炮及手鎬落煤，人工裝車，機(jī)械運載，坑木支護(hù)；選礦方法均采用重選的工藝；煤矸石巖石種類主要為高嶺石泥巖、泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，均為露天堆棄。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

2.1 地質(zhì)災(zāi)害問題

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，此次調(diào)查共識別出崩塌、滑坡和地面塌陷等災(zāi)害54處。其中，崩塌(危巖體)38處，主要分布在左家營村—鬃嶺鎮(zhèn)—湖壩村一帶，在坪菁村附近也分布有較多的崩塌災(zāi)害；滑坡及不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害共9處，主要分布在坪菁村、祠堂邊村、尾巴村以及沒天地村等區(qū)域；地面塌陷共7處，主要集中在鬃嶺鎮(zhèn)采空區(qū)和石板坡村采空區(qū)范圍內(nèi)(圖1)。由圖1可知：鬃嶺煤礦區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害在空間上與采空區(qū)以及開采區(qū)密切相關(guān)，其中崩塌體多集中分布在正在開采區(qū)域，而地面塌陷主要分布在較老的采空區(qū)內(nèi)，滑坡不僅與開采區(qū)相關(guān)，而且與礦山運輸公路等具有良好的吻合關(guān)系。同時，根據(jù)對已識別出的54處地質(zhì)災(zāi)害分析可知，其中48處災(zāi)害是人類采礦活動誘發(fā)形成。

2.2 水體污染問題

研究區(qū)水體污染問題主要包括農(nóng)村面源污染、工業(yè)礦業(yè)污水源、煤矸石堆場污染、老(小)窯礦坑排水和線狀污染河流(溪溝)等類型。其中，工礦業(yè)污染8處，老(小)窯礦坑排水6處，煤矸石堆場98處，線狀污染河流(溪溝)12處。

圖1 鬃嶺煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布Fig.1 Distribution map of geological disasters Zongling Coal Mine Area

農(nóng)村面源污染主要分布在河壩河小流域與后河小流域內(nèi)(圖2)，與農(nóng)村生活污水、生活垃圾以及農(nóng)戶燃煤散堆污染等有關(guān)，按照農(nóng)村人均垃圾產(chǎn)生量0.4 kg/d計算，得到農(nóng)村面源區(qū)產(chǎn)生垃圾量為14.55 t/d，生活污水排放量2 290.9 m3/d。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查農(nóng)村面源污染區(qū)及周邊存在的生活污水直排24處，排污量1 114.56 m3/d；生活垃圾149處，占地面積31.00 hm2，堆積體積14 941.5 m3；農(nóng)戶燃煤散堆182處，占地面積2.96 hm2。

工業(yè)礦業(yè)污水在礦區(qū)內(nèi)較為嚴(yán)重，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦區(qū)地表水pH值為7.28～9.45，水質(zhì)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Na、HCO3·SO4-Ca型；地下水pH值為6.09～8.12，水質(zhì)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Na、HCO3·SO4-Ca型；污泥的pH值為7.33～8.18，呈堿性，污泥中重金屬鐵、錳含量超高。由圖2可知，工業(yè)礦業(yè)污水主要分布在河壩河小流域與后河小流域內(nèi)，該區(qū)域是老(小)窯和采空區(qū)密集分布區(qū)域。由此可知，礦區(qū)內(nèi)的工業(yè)礦業(yè)污水主要與煤炭資源的開采有關(guān)。

2.3 地表河網(wǎng)及地貌景觀破壞問題

研究區(qū)的河道岸坡類型主要有土質(zhì)岸坡及漿砌石岸坡兩類，其中土質(zhì)岸坡形態(tài)主要為V形斜坡土質(zhì)岸坡地帶，河岸土質(zhì)特性為粉質(zhì)黏土及含碎石粉質(zhì)黏土，漿砌石岸坡形態(tài)主要為U形。經(jīng)調(diào)查，研究區(qū)共調(diào)查發(fā)現(xiàn)35處土質(zhì)岸坡垮塌點，9處漿砌石岸坡垮塌點。河道岸坡垮塌總長度共計2 001.5m，垮塌總規(guī)模5.94×104m3；其中塌岸規(guī)模大于1.0×104m3的有2處，塌岸規(guī)模0.5×104～1.0×104m3的有1處，塌岸規(guī)模0.2×104～0.5×104m3的有5處，塌岸規(guī)?！?.2×104m3的有36處。岸坡塌岸類型主要為圓弧滑動及平面滑動2種形式，其中圓弧滑動的有25處，平面滑動的有19處，垮塌區(qū)平面形態(tài)多呈帶狀及舌狀，局部沿河道兩岸呈串珠狀分布(圖3)。

圖2 鬃嶺煤礦區(qū)水環(huán)境及河道污染分布Fig.2 Distribution of water environment and river pollution in Zongling Coal Mine Area

圖3 鬃嶺煤礦區(qū)連片山體崩塌地形地貌景觀破壞照片F(xiàn)ig.3 Photo of landscape destruction of mountain collapse and landscape in Zongling Coal Mine Area

2.4 土地壓占及水土流失問題

土地壓占問題在煤礦資源開采中極為明顯，尤其是井下開采模式。隨著煤炭資源的不斷開發(fā)利用，可形成大規(guī)模的運輸巷道等，導(dǎo)致礦山地表大面積堆積矸石、碎石等(圖4)；同時，老礦區(qū)廢棄的工礦企業(yè)占地、宅基地占地以及礦渣占地等，均占用了地表大量的耕地、林地等資源，使得鬃嶺煤礦區(qū)土地壓占總面積共計83個地塊297.91 hm2。另外，選礦廢渣隨意堆放以及高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)墾殖極易造成地表水流失，調(diào)查統(tǒng)計顯示礦區(qū)內(nèi)輕度以下的水土流失面積為104.7 km2，占礦區(qū)總面積的91.32%；中度水土流失區(qū)面積為0.087 km2，占礦區(qū)總面積的0.08%；重度以上水土流失面積為9.86 km2，占礦區(qū)總面積的8.60%。

圖4 鬃嶺煤礦區(qū)土地壓占現(xiàn)狀照片F(xiàn)ig.4 Photo of land pressure cccupancy in Zongling Coal Mine Area

3 礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)規(guī)劃

3.1 方案優(yōu)選原則

針對鬃嶺煤礦區(qū)已存在各類礦山地質(zhì)環(huán)境問題，結(jié)合綠色礦山發(fā)展最終目的，此次礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)方案的制定遵循以下原則：①從已有礦山地質(zhì)環(huán)境問題出發(fā)，識別關(guān)鍵問題，分析其影響因素，再從影響因素出發(fā)，按治標(biāo)治本的思路提出解決礦山地質(zhì)環(huán)境問題的恢復(fù)治理方案；②從人與自然和諧共生的目標(biāo)出發(fā)，提升各生態(tài)服務(wù)功能區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能，具體是提升人居安全保障、提升納雍縣鬃嶺煤礦區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)功能、開展水土保持、改善和提升人居環(huán)境，為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造生態(tài)條件；③策劃出如何科學(xué)、環(huán)保地利用現(xiàn)有自然資源去解決目前已經(jīng)發(fā)生的以及未來可能發(fā)生的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，形成新的業(yè)態(tài)，并形成長效機(jī)制，可因地制宜地策劃出“解決問題、實現(xiàn)目標(biāo)”的恢復(fù)治理方案[9-13]。

根據(jù)礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)原則，采用必選分析方法，初步擬定2個方案：①以工程措施為主的方案Ⅰ；②以政策幫扶和指引為主的方案Ⅱ。本文以地表水污染修復(fù)治理為例進(jìn)行比選分析，其比選結(jié)果見表1。推薦方案為：以方案Ⅰ為主，輔助方案Ⅱ。

3.2 礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)方案

礦山環(huán)境地質(zhì)問題是礦山資源開采與保護(hù)之間的矛盾關(guān)系，因此，礦山生態(tài)環(huán)境治理必須堅持以“自然恢復(fù)為主，人為干預(yù)為輔”的治理理念，這是由于人為干預(yù)活動僅僅是在恢復(fù)治理初期具有較大的作用，后期與區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)關(guān)系密切。研究區(qū)位于貴州烏蒙山區(qū)內(nèi)，其氣候條件以及自然生態(tài)系統(tǒng)對礦山治理恢復(fù)極為有利。因此，本文選擇“從源到匯、從山上到山下”的治理思路，最終實現(xiàn)“控源治匯、山上保護(hù)山下自然恢復(fù)”的目的。根據(jù)上述目的，此次將鬃嶺煤礦區(qū)劃分出：輔助恢復(fù)區(qū)1處(勺窩)、自然恢復(fù)區(qū)3處(小屯、壓落菁和大坪地)、綜合治理恢復(fù)區(qū)1處(鬃嶺)和珍稀植物保護(hù)區(qū)2處(吊水巖、雍熙)(圖5)。

表1 研究區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境問題修復(fù)措施分析Tab.1 Analysis of restoration measures for mine ecological environment problems

圖5 鬃嶺煤礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理規(guī)劃Fig.5 Geological environment restoration and governance plan of Zongling Coal Mine Area

3.3 治理措施分析

雖然礦山生態(tài)環(huán)境問題多，且不同問題相互交織影響，但是通過問題的源頭追溯以及成因分析認(rèn)為，可將治理措施集中在地質(zhì)災(zāi)害防治、河道水環(huán)境治理以及土地復(fù)墾3個方面。

(1)地質(zhì)災(zāi)害防治措施。地質(zhì)災(zāi)害的防治設(shè)計一般需要結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征、穩(wěn)定性現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及危害對象等因素綜合分析后選擇安全、經(jīng)濟(jì)的措施。根據(jù)工作區(qū)內(nèi)54處地質(zhì)災(zāi)害的基本情況，綜合研究認(rèn)為可采用5個主要措施輔助多種措施的治理手段。①針對治理難度大或治理效益低的19處地災(zāi)隱患點，采用永久搬遷避讓措施；②對于整體穩(wěn)定性較好，但是易發(fā)生小規(guī)模崩塌及落石的24處隱患點，采用以被動網(wǎng)、攔石墻、落石槽為主、輔助危巖清除的措施；③對巖體破碎、單體危巖規(guī)模不大的2處危巖帶，采用主動防護(hù)網(wǎng)工程措施，亦可減少工程措施對生態(tài)環(huán)境的破壞；④對于斜坡堆積較厚、受煤礦山開采影響形成的滑坡及不穩(wěn)定斜坡等3處地災(zāi)隱患點，采用抗滑樁、擋土墻、排水溝的單一措施或組合措施；⑤對地質(zhì)結(jié)構(gòu)脆弱、處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，目前無變形跡象或者變形跡象不明顯的6處地災(zāi)隱患點，暫時未達(dá)到工程治理或搬遷避讓必要的，則采用自動化監(jiān)測防治措施，根據(jù)災(zāi)害變形情況確定綜合防治措施。

(2)河道水環(huán)境治理措施。造成研究區(qū)地表水污染及河網(wǎng)破壞的原因較多，有農(nóng)村燃煤污染及生活污水、河道岸坡坍塌及淤積，礦坑排水、選煤排水、煤炭運輸線污染、矸石堆淋濾液污染，企業(yè)排污、養(yǎng)殖場排污、釀酒、豆制品小作坊排污等。在治理過程中，將遵循“點、線、面”結(jié)合的治理思路，采取源頭治理、源頭控制，沿河道及支溝分段分散凈化水質(zhì)改善水生態(tài)環(huán)境的措施，最終達(dá)到區(qū)域治理的效果。具體可以采取小規(guī)模分散收集、小型生物凈化濕地、急流緩灘、河灘濕地、河岸順勢生態(tài)防護(hù)、一體化生活污水處理裝置及生活污水收集管網(wǎng)等綜合治理措施，最終目標(biāo)是改善河道水環(huán)境、提升地表水生態(tài)服務(wù)功能。

河壩河植物緩沖帶(人工濕地)治理預(yù)期效果如圖6所示。河壩河通過上游及源頭管控、中游多級治理后，下游利用地理條件再采用植物緩沖處理，緩沖帶根據(jù)地理形狀及地質(zhì)特征確定緩沖帶的工藝方案為多級表面流人工強(qiáng)化系統(tǒng)；上游的污水經(jīng)緩沖帶入口新建水渠攔截后，由引水渠導(dǎo)流引入配水區(qū)，使污水均勻分布到初沉凈化區(qū)，經(jīng)短暫停留后，污水由重力流依次經(jīng)第一級挺水植物凈化區(qū)、第二級挺水植物與浮葉植物凈化區(qū)和第三級沉水植物凈化區(qū)，完成污染物的去除后，經(jīng)出水導(dǎo)流區(qū)排入下部河流及地下水系統(tǒng)。

圖6 河壩河植物緩沖帶(人工濕地)治理預(yù)期效果Fig.6 Expected effect of plant buffer zone(constructed wetland) in Heba River

(3)土地復(fù)墾措施。研究區(qū)造成土地?fù)p毀和壓占主要因素有矸石堆場、廢棄工業(yè)場地、廢棄宅基地和地質(zhì)災(zāi)害，而且為分散式，從而導(dǎo)致在土地壓占及破壞復(fù)墾時，將面臨工程點分散、單點面積小、難以規(guī)劃成產(chǎn)業(yè)的特點，一般結(jié)合周邊地類復(fù)耕、復(fù)林、復(fù)園。綜合分析后將工作區(qū)內(nèi)的受損土地復(fù)墾分為3類，分別采取不同的復(fù)墾措施：①地質(zhì)災(zāi)害治理整體搬遷廢棄宅基地復(fù)墾區(qū)，該區(qū)原為納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)城鎮(zhèn)居民點，采取復(fù)林、復(fù)園恢復(fù)自然生態(tài)；②廢棄工況用地及渣石堆場復(fù)墾區(qū)，該區(qū)域分布較為分散，采取復(fù)耕、復(fù)園措施；③風(fēng)電場項目土地復(fù)墾區(qū)，該區(qū)域因風(fēng)電場的修建需要臨時用地、渣場等造成對土地的挖損及占壓，采取復(fù)林措施。

3.4 社會經(jīng)濟(jì)效益

研究區(qū)大規(guī)模的采煤活動形成了一系列采空區(qū)，進(jìn)而誘發(fā)了一系列滑坡、崩塌以及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，同時導(dǎo)致大量水土流失、地貌景觀破壞等，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。采取上述治理處理后，有效地緩解了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，恢復(fù)耕地面積226.80 hm2，恢復(fù)林地面積571.33 hm2，使山體得到復(fù)綠，有效地預(yù)防礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，改善礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)承載力，更有利于促進(jìn)“生態(tài)實驗區(qū)”建設(shè)的進(jìn)程，生態(tài)效益明顯。

4 結(jié)論

通過對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的識別診斷以及修復(fù)措施的研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)具有問題多、目標(biāo)交叉、學(xué)科交叉的特點，需要綜合比對研究，還需要考慮資金來源和使用。由此從技術(shù)角度出發(fā)，應(yīng)注意將解決生態(tài)環(huán)境問題中的安全問題和污染問題放到第一位，并在此前提下來討論融合及兼顧，甚至適當(dāng)照顧地方需求，提高社會的可接受度，以便生態(tài)修復(fù)措施能夠落地實施。

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