废弃矿山地质环境特征与治理措施研究

陈 静，程继锋，王凤娟

（河南省航空物探遥感中心，河南 郑州 450053）

按照河南省委、省政府关于生态河南建设的决策部署，以矿山地质环境保护与治理恢复目标。新建和生产矿山地质环境得到同步治理，历史遗留矿山地质环境问题得到缓解和治理，“三区两线”，即景观区、自然保护区、居民集中区，主要交通干线、河流湖泊，另外，对历史遗留的矿山和重要的生态保护区加强综合治理，使其恢复率达到70%，建立健全的矿山地质环境动态监测网络体系[1]。2025年展望目标：矿产资源保障和有效供给能力进一步提升，矿产资源开发利用布局更加合理，如今矿产开发企业正在向绿色和环保方向转变，经过政府和相关部门的共同努力，使很多历史遗留的矿山和生态保护区得到了全面的治理。

基于目前我国人口和资源的矛盾日益加剧，河南政府对一些采石场进行的关停处理。这些采石场经过多年的不合理开采，导致环境破坏问题十分严重，有关部门加强了地质环境特征的问题分析，并以此为依据，开展了一系列治理和恢复工程，比如豫北某废弃石灰岩矿山项目[2]。结合具体实例对废弃矿山地质环境特征和治理方法进行研究，仅供参考。

1 废弃矿山的位置分布

废弃矿山主要位于河南省豫南、豫中和豫北三个地区，豫中石灰岩在构造上主要为寒武纪灰岩,豫北石灰岩，在构造上主要为奥陶纪灰岩,分布地域广阔,矿体丰富,豫南石灰岩主要以震旦纪大理岩为主,河南石灰岩是北多南少，西多东少。

2 地质环境条件

2.1 自然条件

河南省处于亚热带地区，具有大陆季风气候，四季比较分明，气象灾害频发，气候条件十分复杂。气温地区差异东西大于南北。年均降水量407.7mm～1295.8mm，全年降水量在60%～70%左右，主要集中在夏季，年均日照1285.7h～2292.9h，全年无霜期201～285天。

2.2 水文地质条件

废弃矿山的地表水主要以洼地存水的方式存在，受到降水量和冰雪融化的影响，对地表水进行补给，通过径流和渗透的方式排泄，地下水分为基岩裂隙水和孔隙水两类。孔隙水具有一定的潜水性质，通过大气降水和边坡基岩裂隙水进行补给，水动态特征极为不明显[3]。废气的岩石堆颗粒粒径很大，容易形成排水口，在大量雨水的冲击下，会导致废气岩石堆发生形变。基岩裂隙水主要赋存于厚度不等的互层裂隙结构中，没有固定的排水位，排水与水供给具有就近特征，大量的降水可以很快的排出坡体，出现了地下水缺乏的现象。

3 废气矿山地质环境问题分析

经过现场实地调查发现，该废弃矿山面临的地质环境问题主要是由于长时期不合理的露天开发导致的，该废弃矿山的地质环境问题十分严重，地质灾害频发，比如泥石流、滑坡、崩塌等等，造成了严重的生态破坏问题。

3.1 崩塌灾害

豫北废弃石灰岩矿山开采的坡度大多数在70°以上，很多坡度接近直角。开采面高度在10m～60m左右，有的甚至达到了100m或者100m以上。随着开采工作的深入，对地质结构的影响也十分明显，打破了原始的地质结构均衡状态，使整个破面的平衡性受到了影响，在资源开采过程中，很多地质结构出现了破碎和危岩，在自然因素和重力的影响下，会导致地应力发生改变，地质崩塌的灾害发生几率变高，严重威胁着当地人们的生命安全。

3.2 泥石流灾害

豫北废弃石灰岩矿山由于坡面十分陡峭，这就为泥石流灾害的发生提供的条件，也大大增加了泥石流灾害发生的几率。在开采过程中，将大量的废弃石料进行顺坡堆放，分别堆放在山坡两侧和沟谷两侧，废弃矿石堆砌出来的废料堆坡度在30°～60°左右，高度在5m～40m左右。在雨水频发季节，为泥石流的发生提供了条件，而且当地由于受到大陆性季风气候的影响，每年的降水量很多，暴雨通常会提高泥石流发生的几率，也是泥石流发生的必然水源条件，在水源条件和地形条件以及物质条件都具备的情况下，导致泥石流灾害频发，危险系数极高[4]。

3.3 生态系统破坏

通过实地调查和分析，豫北地区由于长时间的矿产资源露天开采，开采方式不合理，对当地的生态环境造成了严重的破坏。主要表现在大量的露天采矿会形成很多规模和大小不同的采矿坑，这些采矿坑大量的分布于山坡之上，造成了很多区域形成了负地形，对该区域的原有地貌和地形产生了直接的破坏和影响，地貌景观和植物景观都受了很大的破坏。另外，在采矿工作中，很多废弃矿渣也堆放在山坡，采矿工作结束后，没有进行科学合理的处置，对原有的地形地貌也造成了严重的破坏和影响，导致大面积的植被被废弃矿渣覆盖，不合理的矿渣堆放以及大面积的露天开采是造成当地生态系统破坏的主要原因，对周围的居民会产生不利的影响，同时容易引发矿山荒漠化，并出现水土流失和沙尘暴灾害，不利于社会经济持续和稳定的发展。

4 废弃矿山地质环境恢复与治理措施

4.1 崩塌灾害治理措施分析

崩塌灾害的治理需要采取有效的工程措施，比如遮挡、护坡、拦截、排水等等，在豫北废弃矿山环境治理工作中，基于矿山实际条件和破坏程度的了解和分析，应采取有效的治理方法，利用拦截与削坡结合的方式进行治理较为有效。

豫北某废弃石灰岩的开采面高差在37m左右，坡度是82°，并存在负角和节理裂隙发育的问题，是主要的崩塌灾害发生隐患。采用拦截和削坡相结合的治理方案，对削坡台阶的要求主要有角度应为60°、高度为8m、宽度在4m以上，设置挡石墙，对石墙的宽度和入基岩的深度有一定的要求，应结合具体的挡护需求进行科学设置。挡石墙主要采用毛石进行堆砌，墙体中每5m需要设置100mmPVC管排水设施，同时在15m出设置变形缝，并利用麻丝与沥青等物质进行填充，具体情况见图1，采用这种方式可以有效的改变危岩结构，避免崩塌灾害发生。

图1 开采面崩塌隐患治理示意图

4.2 泥石流灾害的治理

4.2.1 应改变物源与水源条件

首先，应该对采矿工作中的废弃矿渣和矿石进行科学合理的处理，改变泥石流灾害的物源条件，通过有效的清理和运输，使废弃的矿石材料得到有效的利用，对一些采矿坑和采矿沟进行填充。对于一些不方便运输的废弃矿石材料可以通过填埋的方式对矿山采空区进行填充。其次，还需要在矿山的坡脚位置建设挡石墙，防止雨水频发季节造成废弃矿石流动成为泥石流的物源。还需要在边坡顶部建设防水墙，防止大量的雨水和洪水将废弃矿渣冲入沟道，在边坡的不同位置设置人字型的排水沟，能够有效的减少雨水的渗入量，进一步提高了边坡的稳定性。

4.2.2 加强生态环境修复

当地生态环境修复工程应该注重景观的协调性和生态的兼容性，在恢复植被覆盖率的前提下，采取有效的措施对边坡和其他结构进行加固。运用种植植物的方法不但起到了加固边坡的作用，同时还有效调节了生态系统，使生态环境破坏问题有所缓解，植物的品种选择也十分重要，应该选择发育迅速、固地效果良好的植物进行培育。植被的种植恢复工程应该形成规模，实现大区域的绿化和覆盖。

豫北废弃石灰岩矿山的土壤条件很差，具有干旱和少肥的劣势，结合当地的具体情况应该制定合理的绿化方案，首先应该选择合适的品种进行培育，发挥植被美化环境和保持水土的生态功能，削坡平台适合种植侧柏、刺槐等植物，而台阶处应种植爬山虎等攀援类植物，整个治理工程不但具有良好的加固作用，有效地抑制和防止自然灾害的发生，同时也美化了当地的生态环境，减少了矿产开发对环境的不利影响。

5 结语

加强废气矿山地质环境分析，采取有效的措施进行治理，对有效防止自然灾害的发生具有重要的作用。在治理工作中，应该结合废弃矿山的具体情况，选择科学合理的治理方法，秉承生态兼容性和景观的协调性的治理原则，通过植物修复功能，对边坡和其他结构实现了加固。同时，有效调节了生态环境系统，对消除地质灾害的发生、保障人们的生命安全具有重要的现实意义。