湖南谭子山重晶石矿山地质环境修复调查分析

邓显石,徐华清,曾 晟,谭晓明,陆剑宇

(1.湖南环境生物职业技术学院 园林学院, 湖南 衡阳 421005;2.湖南省核工业地质局三〇六大队, 湖南 衡阳 421001;3.南华大学 资源环境与安全工程学院, 湖南 衡阳421001)

我国矿产资源储量位列世界前列,作为国民经济发展的重要物质基础,在我国工业化和现代化的发展进程中发挥着重要作用[1-2]。矿产开发规模逐步扩大,带来了诸如占用土地、尾矿堆放、诱发地质灾害等一系列环境问题,对矿山周边地质生态环境破坏程度日趋加重[3-5],新时代背景下开展绿色矿业、建设生态矿山是矿业发展的必然趋势,对矿山地质环境进行科学合理的修复和治理尤为重要[6-7]。

国外学者主要致力于研究“绿色经济”相关概念、方法和理论等,在资源开发利用过程中充分考虑生态的“容量”范围,通过分析矿产开发成本及相关环境指标探究环境规制与企业发展间的相互关系[8-9]。寿嘉华[10]基于矿山对周边环境的影响程度在区域环境可承受范围内,综合考虑矿产资源开发最佳效益和环境负面影响最小的最优化组合,提出绿色矿业之路。随着绿色发展理念的不断推广,学者们在我国环境规制与绿色生产的关系、基于可持续发展的矿产资源开采评价体系等方面开展了一系列研究[11-12],为绿色矿业的进一步发展提供理论支持。

在矿山环境治理与生态修复方面,目前欧美国家在矿山环境治理与生态修复上,已从土地、资源、生态环境等角度分析矿产资源开发带来的一系列问题,到综合多学科因素探究最优化的矿山环境治理与生态修复方法[13]。新中国成立后不久我国就开始提出矿区生态环境保护与治理工作,到20世纪80年代,随着《土地复垦法》《中华人民共和国环境保护法》等相关法律的颁布实施,我国才正式由政府主导开展有规模、有组织的矿山环境治理与生态修复[14]。随着新时代生态文明建设的不断推进,如何对矿山地质环境进行有效的治理和生态修复尤为重要。

本研究以谭子山重晶石矿为例,通过调查矿山的基本情况与地质环境条件,总结现有的环境恢复治理工程与保护措施成效,分析矿山地质环境基本现状问题,评价其环境恢复效果,提出环境修复建议措施,为矿山生态修复提供参考。

1 谭子山重晶石矿山概况

1.1 矿山位置范围

谭子山重晶石矿位于衡阳市西南30 km处,属衡南县谭子山镇、泉湖镇管辖。矿山地理坐标为112°19′14″～112°20′29″ E,26°50′48″～26°51′23″N。矿区面积为1.182 km2,准采标高为+110～+40 m。

1.2 自然地理

1.2.1 地形地貌

调查区属丘陵地貌,平原开阔,分布大面积农田,丘坡主要为灌木林地。地表一般有5 m厚的第四系残坡积层,多为碎石土及含碎石粘土,植被覆盖率较高。调查区最高点为矿山东部探山岭山顶,海拔标高232 m,最低点位于矿山东北部平地中,海拔标高83 m,区内最大相对高差149 m,一般海拔标高100～160 m之间。

1.2.2 气象水文

矿区属大陆性亚热带潮湿温暖气候,全年四季分明。据衡南县气象局资料,历年平均气温17.3 ℃;极端最高气温40.3 ℃;极端最低气温-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。评估区内地表水系不发育,但存在较多水塘,水量较小,一般用作农田灌溉,少量用作选矿用水,地表水体对矿山开采影响小。

1.2.3 植被

矿山植被覆盖率达70%,主要为灌木,少数经济林,如油茶、果木等。区内土壤主要是黄壤,土层厚度因地形而异,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、磷含量较高。

本区无重要建设工程,无铁路、高速公路,无超高压输电线路,无自然保护区、文物古迹、地质公园等。

1.3 矿山开采现状

该矿山创办于1958年,仅根据露出地面的重晶石进行开采,年产重晶石达3.5万t,由于销量甚微,1962年停止开采。1963年3月恢复开采,1966年转为地方国营矿山,由于资金紧缺,开采难度增大,企业逐步亏损,2006年衡阳宇通矿业有限公司成立。目前矿山开拓方式为露采公路运输开拓方式,以组合台阶采矿法进行开采,实际生产能力为4.5万t/a,采矿回采率为71.2%,开采损失率为28.8%,贫化率为3.2%。矿山Ⅰ号矿体已开采至+85 m标高,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号矿体已全部采空,位置如图1所示:

图1 矿山示意图

2 矿山地质问题分析

评估区为构造侵蚀、剥蚀丘陵区地貌,相对高差151.83 m,无地表水系。矿区地层为石炭系梓门桥组灰岩和白垩系砂砾岩、粉砂岩、泥岩及第四系;矿区主要发育有两条北东向正断层,矿区构造简单;岩土体工程地质性质较差,工程地质条件为中等;矿坑充水来源主要为基岩浅部裂隙水和大气降水,矿山水文地质条件简单。综上,评估区地质环境条件为中等类型。

2.1 矿山土地资源

矿业活动对土地资源占用、影响表现为:矿山地面建筑、公路、废石堆、采石场等共占地约29.36 hm2,其中林地18.13 hm2,草地11.23 hm2。经调查,矿业活动对土地资源影响较轻,评估区内未见地面塌陷及地面开裂现象,未对当地的土体稳定性造成较大的影响。目前矿山的废石堆主要分布在矿山办公楼对面山坡上山公路至山脚脚底区域及工业广场西部区域,矿山废石堆主要集中在办公楼对面山坡上,废石堆共占地约2.85 hm2。

2.2 矿山废渣

本矿有废石堆两处,堆放于2号采场西北部和工业广场西部,总占地面积约2.85 hm2。其中废石堆Fs1占地面积约2.45 hm2,最大堆高约50 m,最大坡度约35°,平均堆高约20 m,方量约49万m3;废石堆Fs2占地面积约0.40 hm2,最大堆高约10 m,最大坡度约28°,平均堆高约5 m,方量约2万m3,位置如图1所示。矿山两处废石堆堆体稳定性较好,但废石堆中含有硫化物,长期堆放,破坏堆放地及周边土壤肥力,影响周边植被生长。

2.3 矿山水资源和水环境

经查阅资料和现场调查,矿山最低开采标高为+85 m,目前排水量1～5 m3/h,矿体围岩浅部裂隙发育,深部裂隙不发育,影响范围为矿体附近浅部裂隙水,现状调查未见区内水塘漏水及农田漏失现象,该矿山对地下水资源整体影响较小。

矿山上山公路沉淀池段和矿山废石堆段,由于道路往外侧稍低,往沉淀池方向、山坡方向稍高,故雨天时沿上山公路流下来的雨水会冲刷公路外侧的松散土体,造成路边产生小规模坍塌和水土流失,可能会影响水环境。

2.4 矿山地质灾害

该矿山未发生过崩塌、滑坡、泥石流、岩溶地面塌陷等地质灾害,因地下开采活动,局部存在老窿。目前矿山为露天开采,据调查,地表及其周边未发生过房屋开裂、地面裂缝、地面塌陷等变形破坏和地质灾害现象,暂未造成任何损失,该矿山开采没有诱发周边地质灾害。

3 谭子山矿山现有的地质环境修复工程及效果

3.1 矿山土地复垦工程

2017—2018年,矿山对新露采场和3号采场(老露采场)进行了平整,总表面积约5 000 m2,现已植树,树木已部分成活。

3.2 挡土墙工程

废石堆坡面种植树木,树木长势不良,矿山在其前缘坡脚处修建了挡土墙,如图2所示。该墙采用毛石砌筑,设置有泄水孔,无伸缩缝的水泥砂浆抹面,墙长约400 m,断面为矩形,高度为1.2～6 m,基础埋深0.5 m,顶宽1.2～3 m,砌体方量约7 200 m3,并设置警示牌。

图2 废石堆坡脚挡土墙

2号采场沟口处修建了一条拦石坝并设警示牌,该坝采用碎石块堆垒而成,表面未做处理,未设置泄水孔,坝长约30 m,断面为梯形,高度1.5 m,底宽约5 m,顶宽约3 m,基础埋深0.5 m,宽1.2 m,堆体方量约145 m3,沉砂池尺寸(长宽深)为3 m×3 m×1 m。

3.3 截排水沟和矿坑水沉淀池工程

为畅通降雨水流,该矿自行设计施工,在矿山公路沿路、废石堆每级台阶内侧和前缘坡脚、1号采场(老露采场)西南侧、2号采场北侧、3号采场北侧等5个地方均修建了截排水沟,2号采场种了树,全区建设了截排水沟,并配备了洒水车降尘;3号采场路边种植了树木,采坑回填并平整,公路硬化;在3号采场外侧建设了截排水沟及涵管;同时在矿山靠公路边修建截排水沟。截排水沟均为水泥砂浆抹底抹面,总计长约3 900 m,沟宽0.6 m,深0.5 m,如图3所示:

图3 排水工程

该矿井下建设有水仓,矿坑水经沉淀池沉淀后排出,沉淀池已经植树种草,绿化效果较好,沉淀池周围建设了沉砂池和截排水沟,排出清水,如图4所示。2019年对该矿矿坑水进行检测,水质合格。

图4 治理效果

3.4 废石堆分级放坡与绿化修复工程

3.4.1 废石堆分级放坡工程

目前矿山对废石堆已经做了台阶整地5级,每级高约10 m,宽6～8 m,每级坡度40°～45°,局部地段达到50°～55°,保证边坡的稳定性,减少了雨水对坡面的冲刷。

3.4.2 复绿工程

目前对矿山公路沿路外侧或两侧、废石堆坡面每级台阶路缘、1号采场(老露采场)、2号采场路边、3号采场、新露采场等6个地段均未作覆土工作,但部分种植了松树或樟树,并配套建设了半自动喷灌水网,既能用于灌溉,也能用于矿区降尘;矿区除沉淀池草地绿化效果较好外,其他5个地段的植被绿化较差,树木成活率较低。

3.4.3 洒水降尘工程

目前对矿山公路沿路外侧或两侧、废石堆坡面每级台阶路缘、1号采场(老露采场)、2号采场建设了自来水管网,接通了半自动洒水设施,并配备了洒水车和专职人员,每天分两班洒水降尘,进一步减少矿山公路扬尘。

3.5 矿山地质环境监测工程

根据矿山“环评报告”的要求,该矿山工作人员不定期对区内居民房屋、沟渠道路、耕地等进行走访、观察、询问,监测矿业活动对地面的变形影响及地表水体、井泉的漏失情况。据调查,目前矿区无明显地面变形,矿渣堆垮塌、崩滑,溪沟和井泉漏水等现象。

4 谭子山重晶石矿山生态修复效果评价及建议

4.1 谭子山重晶石矿山生态修复效果评价

4.1.1 矿区地质灾害调查

根据矿山地质环境监测结果,在现有条件下,该矿区未发生地质灾害。

4.1.2 矿山地质环境修复工程生态修复效果评价

针对上述矿山地质环境修复工程实施后的效果,确定矿山地质环境生态修复效果评价等级,制定评分标准(如表1所示),设计5项综合评价指标,并邀请专业技术人员对指标U1、U5进行评分,邀请矿区附近居民对U2进行评分,邀请矿山管理人员对U3、U4进行评分,经统计分析得综合评分情况(如表2所示)。

表1 评分标准

表2 综合评分

综上,该矿山采取的一系列生态修复工程取得了不错的生态效益,矿山采取了修建矿坑水沉淀池、排水沟、挡土墙等工程治理措施,工程质量与治理效果良好,经济成本与景观效果还有待进一步优化。矿山地质环境问题得到有效改善,现状条件下除对部分区域植物生长影响较重外,其余各项对矿山地质环境影响均较轻,对未来开采可能引起的矿山地质环境问题防治措施较可行。但经综合分析还存在以下问题:废石堆部分台阶未按规范完成,底部台阶清理不到位;对废石堆坡面和每级台阶、老露采场及道路两边永久边坡等地均未覆土,导致种植的树木成活率较低、植被生长不良,绿化效果欠佳;局部排水沟未硬化。

4.2 谭子山重晶石矿山环境修复的建议

根据实地调查情况,该矿山现阶段实施的有关矿山地质环境生态恢复的治理措施投资约323.27万元,取得了一定的阶段性成效。为了践行绿色矿山发展理念,针对该矿山现状提出以下环境修复措施建议:

(1)废石堆坡面和每级台阶、1号采场(老露采场)、2号采场、3号采场、新露采场等5个地段均采取覆土措施,利于林草生长,达到复垦条件。填高废石堆坡顶外侧和各台阶外侧,使其高于内侧,让降雨汇集于截排水沟中,并做好维护维修工作,保证排水通畅,保护坡体坡面。对废石堆前缘坡脚修建的挡土墙要采取加固措施,预防水土流失等地质灾害。

(2)对矿山公路两边陡坎因地制宜,选择容易生长的藤类植物进行绿化,矿山边坡局部台阶较陡地段要进一步分级降坡,并整体做好坡面防护措施,防水护土。

(3)做好废石堆、采场和地面变形与塌陷的监测工作,采取有效措施,防止地面变形对区内居民造成危害影响。

(4)露天开采已形成高陡边坡,矿山要严格按照矿山露采设计方案中的台阶高度和宽度,相关规范等要求,结合边坡监测,防治崩塌、滑坡等地质灾害发生。

5 结论

(1)湖南谭子山重晶石矿山地质环境修复工程具备良好的实体质量与治理效果,易于运行维护,未发生地质灾害,取得了较好的生态效益,该矿山地质环境问题得到了有效改善。

(2)湖南谭子山重晶石矿山地质环境修复工程经济成本与景观效果一般,工程规范施工及植被栽培成活率方面有待进一步提高。

(3)基于湖南谭子山重晶石矿山地质环境修复工程实践情况,在同类型矿山地质环境修复实践中在确保工程实体质量与治理效果的前提下,综合考虑植物栽培成活率和景观绿化效果。