矿山地质环境恢复治理和土地复垦技术措施探讨

曹乃文,白 烨,邱庆良

1.吉林省煤田地质局203勘探队，吉林 四平 136000；2.吉林省煤田地质局物测队，吉林 长春 130033；3.吉林省煤田地质局102勘探队，吉林 通化 135000

0 引言

白山市位于吉林省东南部，地处长白山西南麓森林生态系统区，其独特的地质、地理环境蕴藏着丰富的矿产资源。据统计，全市已发现各类矿产108种，共有矿山企业276个。矿产资源的开发利用为白山市带来丰厚经济效益的同时，也产生了许多生态环境问题[1]。为减轻矿产资源开采活动造成的生态环境破坏，合理开展矿山地质环境恢复治理工作成为实现矿产资源开发利用和经济社会、资源环境协调发展的必由之路[2-5]。本文以白山市江源区某铁矿为研究对象，在对矿山生产经营活动过程中产生的地质环境问题进行研究分析的基础上，探索解决矿山地质环境问题和土地复垦工作的方式方法，同时为同类型矿山的地质环境恢复治理工作提供一定参考。

1 研究区概况

研究区位于吉林省东南部白山市江源区，矿山生产方式为地下开采，生产规模30×104t/a，最终产品为高品位铁矿粉。矿区总体布局包括采场、地下开采坑口、巷道、工业广场、废石堆放场、矿石临时堆放场以及选矿厂。

研究区地处吉林省东南部，属北中温带大陆性季风气候，一年四季分明，春秋多风，夏季温热多雨，秋季温凉暂短，冬季寒冷漫长。区内多年平均降水量831 mm，多集中于7～9月；最大积雪深度390 mm。年平均风速1.8 m/s，最大风速24 m/s，全年主导风向WS；最大冻结深度1.6 m，年平均雷暴日数为37天。

图1 研究矿区地质图Fig.1 Geological map of the study mining areas1．第四系；2.青白口系钓鱼台组；3.青白口系南芬组

区域主要水系浑江，源于老岭山脉龙岗山南麓，系鸭绿江一级支流。多年平均流量20 m3/s，最小流量1.8 m3/s，1960年特大洪水流量为5 880 m3/s，丰水期流速为0.5 m/s，枯水期为0.2 m/s。

研究区地处长白山系老岭山脉西麓，山脉多呈NE向展布，山峰重叠，构成鸭绿江一级支流浑江水系与鸭绿江水系分水岭。区内地形最高点海拔1 386 m,最低800 m,相对高差586 m,系中山地貌类型。

区内植被发育，次生林茂密，以针阔混交次生林为主，局部低洼边缘地段分布草丛矮灌，植被覆盖率80%以上。土壤类型为暗棕色森林土，主要分布在不同坡度、坡向的山坡和不同高度的河流阶地上，成土母质为各类基岩风化的残积—坡积物，土层较薄约为0.2 m左右，砾石多，质地轻。

2 矿山生产开采活动对周围生态环境影响评估

根据矿山地质环境影响现状，考虑地质灾害危险性评估要求、矿区地形地貌、地质构造条件、开采条件、环境地质问题以及今后生产可能引发或加剧的环境地质问题，预测未来开采可能对地质环境造成的负面影响，综合评估矿山企业在生产经营过程中对生态环境影响程度。

2.1 破坏地形地貌

矿山企业在生产建设过程中产生的工业广场、运输道路、临时堆场等矿山基础设施会永久改变矿区原有地形地貌。这不仅破坏了原有的地貌景观，也对当地的生态系统产生一定负面的影响。

2.2 可能引发地质灾害

矿山企业在项目建设期间进行的开挖山体等人类工程活动，一定程度上改变了岩体原有状态，导致边坡失衡，可能引发坍塌、崩塌等地质灾害，直接威胁附近施工人员及施工设备的安全；堆场中存放的矿石、废石在强降雨期间也可能成为泥石流的物源，威胁下游居民的生命和财产安全。

2.3 破坏含水层结构

地下矿体开采后，围岩的原岩应力遭到破坏，上覆岩层在应力作用下产生移动、变形和破坏，破坏原有含水层结构，使得地下水水力联系发生改变，造成对地下水赋存规律的影响。

2.4 污染水土资源

矿山企业对水土资源的污染主要表现在矿石、废石受雨水淋滤、渗透溶解产生的废水流入地下水体及土壤中造成污染以及生活污水、生产废水的排放对地表水的污染。

2.5 破坏土壤结构

土地资源破坏主要是工业广场、运输道路、堆场等矿山基础设施对土地的压占致使土壤被压实，从而改变土壤体积密度、孔隙度和温度，并加大根系穿透阻力，影响了作物对养分的吸收和生长发育。土壤板结也是导致土壤质量下降，威胁土地生产力，引起土壤侵蚀、流失的关键原因所在。

3 土地复垦适宜性评价

土地适宜性评价是针对矿区的破坏土地进行的潜在的适宜性评价，根据破坏土地的自然属性和破坏状况，适当对社会经济因素作为背景条件，来评定未来土地复垦治理后对农、林、牧、副、渔及其他利用方向的适宜性及适宜程度、限制性及限制程度。

3.1 土地复垦适宜性评价方法

土地复垦适宜性评价主要是为了确定土地的适宜性用途和指导复垦工作更有效地进行，矿区土地复垦适宜性的限制因子对复垦方法的选择具有较大影响，而极限条件法是将土地质量最低评定标准作为质量等级的依据，能够通过适宜性评价比较清晰地获得进行复垦工作的各个限制因素，以便为土地的进一步改良利用服务，该方法是基于系统工程中的“木桶原理”，即分类单元的最终质量取决于条件最差的因子的质量。本文既采用极限条件法评价研究矿区的土地复垦适宜性[6]。

极限条件法模型为：Yi=min(Yij)。

式中：Yi为第i个评价单元的最终分值；Yij为第i个评价单元中第j参评因子的分值。

3.2 土地复垦适宜性评价参评因素的选择

参评因素的选择应选择那些对土地利用影响明显而相对稳定的因素，以便能通过因素指标值的变动决定土地的适宜状况。研究矿区土地利用受到地形坡度、土壤质地、有效土层厚度和排灌条件等共性因素的影响。借鉴土地复垦经验，共选出6项参评因子，分别为：地形坡度、地表物质组成、排水条件、非均匀沉降及原土地利用类型。

3.3 土地复垦适宜性评价结果分析说明

依据研究区土地利用总体规划要求和土地适宜性评价结果，在充分尊重土地权益人意愿的前提下，从矿区实际情况出发，结合尽量恢复其原有土地利用类型为主的目的。根据原土地利用类型、土地损毁情况、公众参与意见等，确定研究区复垦土地的最佳利用方向为有林地。

4 矿区地质环境恢复治理和土地复垦技术措施探讨

矿山闭坑后，为最大限度的避免和减轻因矿山开采引发的地质灾害危险，减弱对地下水资源的影响，减轻对地形地貌景观以及土地资源的影响和破坏，矿山企业应根据当地自然环境与社会经济实际情况，从下几个方面进行预防和治理(见图2)。

图2 矿山地质环境恢复治理和土地复垦工程部署图Fig.2 Project deployment map of mine geological environment restoration governance and land reclamation 1.地质环境影响严重区；2.临时建筑拆除；3.植树种草；4.废石清运；5.井口封堵；6.表土回填；7.监测工程；8.研究区范围；9.运输道路

4.1 矿区地质环境恢复治理措施

(1)地质灾害问题防治。为防止废石滚落、泥石流等灾害的发生，废石场下游修建重力式挡墙，挡墙断面为梯形，采用质地坚硬、新鲜，不得有剥落层或裂纹的毛料石，并在废石场上方可能汇入大气降水侧设置截、排水沟，排水沟连接至附近的自然沟渠，将汇水引到低洼处排放；不稳定边坡可通过人工削坡的方式减小坡角，并在坡面种植草皮减弱地表水和雨水对坡面的冲刷，同时还要进行长期观测，做到早预防早治理。

表1 复垦土地主要限制因素的等级标准表

(2)地形地貌景观修复。矿山闭坑后，井口、房屋、挡墙等临时建构筑物全部拆除，现场的废石、建筑垃圾等固体废弃物，还可充填井口、硐口，以达到降低成本和节约土、石资源的目的；废石堆场中的废石全部清运出矿区或就近充填塌陷坑；对竖井、硐口进行回填及封堵工程，以避免人员进入造成人员伤亡和财产损失。

(3)含水层破坏问题防治。采用房柱法或胶结充填法采矿，并将废石及时回填，减小采空区；合理布设井巷，规避各种透水事件；赋存深度较浅的矿体预留保护矿柱，避免因采空区规模过大引起上部岩层松动而产生的地裂缝扩展至地表，造成地下水和地表水的流失。

(4)水资源污染问题防治。矿山废水(主要为生活污水)先经过化粪池沉淀处理后，再采用小型地埋式一体化污水处理设备进行处理，处理达到相关标准后排放至附近地表水体，不会对附近地表水环境产生污染。

4.2 土地复垦技术措施

(1)清除硬覆盖。工业广场、运输道路等硬化土层可通过剥离硬土层进行硬覆盖清理，以恢复地表透水性，剥离厚度一般0.2 m，剥离的硬土可用于回填塌陷区。

(2)表土回填。研究区土层厚度较薄，土源均来自外购的客土。客土要保证土壤内不含有害金属和有毒化学物质，尤其是不应当用被化学污染的土壤，不能用含有高残留化学除草剂的土壤，以防止二次污染区域环境或影响植被生长。覆土宜采用亚表层及耕作层土壤，在需覆土区域底部先覆盖土壤质地相对较差、颗粒相对较大的土壤，厚度约0.1 m，将其摊平；然后在其上层覆盖土壤质地好，养分含量高的土壤，厚度约为0.2 m，进而达到复垦林地的有效土层厚度0.3 m。为了防止剥离表土的流失，表土堆周围应设置麻袋装土拦挡措施，雨季、大风季节用土工布遮挡。为了减少水土流失，增加土壤肥力，还可在表土堆上撒播紫花苜蓿草籽。

(3)林木恢复。生物复垦措施是土地复垦工作的重要内容，本区结合当地土壤、气候、地形等自然条件，覆绿工程主要采用乔、草结合的模式进行。树种选择乡土树种落叶松，其具有抗旱、耐寒、耐贫瘠和寿命较长的特点，适合当地生长环境。同时选用适应性广、耐寒、耐霜冻、耐热、耐旱能力强的紫花苜蓿对林下和林间等各种复杂地表进行覆绿，以减少地表径流、涵养水源、阻止泥沙流失。

(4)监测与管护。复垦施工期间，监测人员还应通过调查、巡查、临时监测等方式对土地复垦区范围内土地破坏类型和面积、基本特征及复垦工程措施实施情况(土地整治、生态防护工程等)进行监测记录；并且要制定切实可行的植被管护技术方案，通过实施水分管理、养分管理、林木修枝、林木密度调控、林木病虫害防治等措施保证栽种的植物健康成长。

5 结语

矿山地质环境恢复治理与土地复垦工作不仅对国民生产经济和生态环境有重要的意义，而且是矿产资源开发区域可持续发展的重要组成部分。矿山企业在结束采矿活动后，要充分结合自然社会、公众意愿以及矿山土地利用规划等因素，及时的采取一系列有效措施进行环境恢复和生态重建，以达到取得最佳的生态效益、经济效益和社会效益的目的。本文仅针对具体建设项目对矿山地质环境恢复治理和土地复垦措施进行了初步探索，还需要在长期的实践中进一步发展和完善。