露天矿山环境问题及科学治理办法

于明波，张 敏

（1.中国建筑材料工业地质勘查中心广西总队，广西 桂林 541002；2.广西基础勘察工程有限责任公司，广西 桂林 541012）

随着改革开放的不断进行，在经济快速发展的同时，露天矿产开发所引起的环境问题也逐渐凸显。一方面，露天矿产在开采过程中会破坏山体表面的植被[1]，在破坏地质地貌的同时还会引起大量的粉尘污染大气，促使雾霾的产生，危害人体呼吸道；另一方面，矿产的开采活动还会将大量对动植物危害较大的金属矿物质暴露至地表，其会在雨水的冲刷作用下流入河流或入渗至地下水，最终被各种生物吸收。为此应结合现有科技技术，针对露天开采矿山环境恢复方面的研究应尽快开展并落实。

目前已有不少学者围绕矿山土地复垦做了一定量的研究。阿天林等[2]对砂石矿山地质灾害治理与土地复垦进行了分析，建议矿山应修建截排水沟可有效减少矿区雨水冲刷；鲁尚斌[3]提议将改造成本比较高的废弃矿区改造成为公共设施；周虎东[4]就甘肃省东峡矿区矿山的实地状况进行分析，在对矿山地质环境影响评估的同时，对当地土地复垦措施提出建议。

我国地域广阔，历史遗留的矿山地质治理任务较重。为此，在进行相关研究时须与实地情况相联系，类比分析，因地制宜。摸清矿山开采所面临的环境问题，对症下药，对正在进行矿物开采的矿山从源头治理；而对已经开采过的旧矿山，及时利用无人机技术全面勘探实地情况以便进行全面把控。另外，对于破坏较为严重之处，及时取样，采用科学的方式进行分析，寻求复垦措施。

1 矿山开采所致环境问题分析

1.1 生态问题

矿山的组成成分较为复杂，一般说来，目标矿物只是占大部分，矿山中还会含有其他的矿物成分，这其中就会不可避免地夹杂着一些有害物质。比如在金属开采过程中所产生的硫化物在接触空气后会迅速氧化，生成二氧化硫气体及重金属可溶物质。未处理干净的二氧化硫气体进入大气层后会造成酸雨；重金属可溶物质在雨水的冲刷作用下，会致使重金属物质进入到河流中或入渗至地下，导致土壤及河流重金属含量超标。

1.2 固废物处理问题

露天采矿中，固废料任意堆放的现象并不少见，其作为常见的污染源，破碎的矿物质极易随水流的作用而迁移。由于地处位置偏僻，防护措施不到位，固废料堆放的时间也很长，这给环境造成很大的影响。未处理的地面给雨水携带有害矿物质的入渗创造了条件，另外裸露的岩石在风和雨水的作用下，加速了其表面的风化。矿物质很可能还会以灰尘的形式进入大气层，诱导雾霾天气的形成。

1.3 山体表面植被破坏问题

采矿作业强度大，长期的露天采矿作业还会对区内植被造成破坏，植被遭到的大规模破坏将导致区域生态恶化。另外，由于坡面植被较少，还将使得坡体稳定性下降，加剧土水流失。就南方的一些金属矿床来说，由于其采矿环境较为复杂，大多矿山为露天开采。在这种开采模式下，含有植物养分的山地植被及腐殖土层被大量剥离，土地资源遭受破坏程度极其严重。

2 矿山环境治理措施分析

2.1 利用科技加强场地数字化

参考国外的先进理念，并结合现有科学技术，可以将矿山各个设备和系统的数据和信息采集到云端，包括采矿机、输送带、矿井通风系统和水处理系统等。并在矿区场地不同方位安放摄像头，实时传输场地画面，形成智能控制平台。管理登录账户可实现场地信息共享，做到科学合理管理，及时交流并制止不规范操作情况。另外，场地周边做好除尘措施，力求做到科学合理采矿，从源头上解决问题。

2.2 完善矿山环境治理的监督检查制度

要想加强环境治理，就离不开建立健全较为完善的监察制度。政府要加强对矿山环境管理的监督检查，将各项环境保护规定全部落实到实际行动当中。遇到违反规定的不良行为，依法进行强制处理。确保各项制度落到实处，构建矿山环境治理督查体系。安排专业人员不定期对矿区设备使用情况、环境保护计划执行情况及环境治理成效进行检查。如检查发现发生违规行为，及时向相关部门提出整改建议，依据当地的法律法规进行处罚，对于事态严重的，对矿山进行停产甚至提出关闭建议。

2.3 深化固体废料及污水处理

在采矿过程中，引进先进的现代科学技术，提高固体废物的利用率。固体废物作为常见的污染源不可随意堆放，否则将对环境造成很大的影响。根据法规要求将采矿过程中产生的固体废物堆放到处理过的场地上，可以有效减少有害物质的流出。一方面，堆放固体废料的场地需要满足防风防雨的要求，防止固废物因风化形成粉尘飘移；另一方面，所选择的堆放场地还应满足防渗条件，避免固体废物入渗至地下，对土壤及地下水造成污染，排污量多的矿区需要建设相应的污水处理厂，从而对采矿过程中所产生的废水进行净化，在科学检测确认达到相关标准后才可将其排放。另外，应控制地下水开采，避免因过度使用地下水而导致一系列的地质灾害问题出现。为了更加全面有效地治理矿山环境，需要相关部门坚持履行各项职责，严格依法依规对矿山环境治理乱象进行整治。

2.4 结合先进技术复垦复绿

自党的十八大以来，生态文明建设的重视程度与日俱增，我们国家对于矿山修复的要求逐渐从原来的土地复垦转变至综合修复，力求实现矿山废弃土地的可持续利用、恢复矿山废弃土地的生产能力成为矿山生态修复的主要目标[5]。短期的修复虽然可以满足工程验收的要求，但是随着时间的流逝，修复过的边坡会逐渐呈现出生态系统稳定性差的特点。矿山生态修复既要注重整体修复，又要有针对性地开展坡面修复研究，这是矿山生态修复的重点和难点，也是今后科研人员需要继续研究的内容。

2.4.1 土壤重构技术

在进行矿山复垦过程中，为实现重建土壤结构的效果，可选用土壤重构的技术，有效地进行恢复重建。首先，先进行土壤结构改造，将土壤pH 恢复，恢复土壤微观的团聚体结构，提高土壤保水能力以建立适宜生物生长的土壤结构。另外，在土壤重构过程中采取生物修复措施。将植物微生物及动物活动与有机肥料相结合，以改善土壤肥力和性质。通过动植物和微生物的活动这种有多种用途的方法，还可以降解土壤污染物，改善土壤结构和质量。保护水环境和大气环境，避免污染物对生态环境或人类生存造成的危害，很大程度上降低了围垦过程中的成本。为达到土壤结构重建的目的，还可以结合矿区土壤及气候特点，选择生长速度快、固土能力强的植物进行固土。

2.4.2 客土技术复绿

客土喷播技术是从国外引进的一种先进的植被建植技术。客土材料中包含了有机土壤、除菌剂、种子和肥料等成分，在播种后植物存活率高，产生的效果明显。该技术的操作较为简便，工程质量的主要影响因素在于客土喷播机的情况，喷播机采用液压无级集中控制面板等多项高科技术，经国内研究学者的不断改进，当前国产的客土喷播机已基本满足复绿工程的需求。

可根据地区的降雨量、气温及坡比情况来进行植物的选择。可用于岩土、砂粒等无土表面或有机质土壤表面的喷播。为确保喷播土层的稳定，在对坡度较大的场地进行复绿过程中，可以考虑先铺设钢丝网，再进行客土喷播。

3 案例分析

3.1 结合无人机技术进行地质条件分析

本案例来自某一矿山，该采点为一民采露采点，主要是沿重晶石矿露头位置采用露采方式开采。采矿点位于深山老林中，不在居民点、重要道路的可视范围内，对地形地貌及景观无明显影响。采矿点内有原开采时修建的简易公路经过，但该公路年久失修，现大部分地段已垮塌不能通行，交通不便。

为提高调研结果的精确度，采用了无人机技术结合人工测量方式进行场地图像采集。首先制定较为细致的飞行方案，航线设计包括合理设置无人机航高、无人机航向、航向重叠率、旁向重叠率和相机角度等航摄参数，以保证飞行作业安全。

废弃矿山现状，如图1 所示。原采场破坏土地类型为林地，总破坏面积2 895 m2，现已停采多年，原采场道路及采场底部平台现已自然复绿约2 700 m2（采场边坡为岩质边坡，无土层覆盖），自然复绿率约为93%。因该点破坏面积不大，所以对地形地貌景观影响较轻。现状采场内无生物多样性破坏等矿山地质资源问题。但采场内存在废石、边坡下为养殖场，边坡上有掉块现象。该采场约有600 m3的固体废物堆积，无明显涌水点，堆积物多为重晶石矿物。产于沉积岩中，呈结核状出现，纯质重晶石为无色或白色，由于含有少量杂质和受风化条件的影响，现场的重晶石废料呈现暗灰色，周围还有少许泥质灰岩，颜色为灰黑色，硬度较小。该地的矿石风化现象较为明显，由于雨水的侵蚀，现场的矿石与正常矿石相比硬度稍逊。矿山整体情况较好，并未存在坍塌、裂缝等可能造成工程地质灾害的现象。

图1 废弃矿山现状

3.2 废弃矿山废渣渣量计算

首先根据工地现场情况进行像控点布设，再进行航线规划任务制定及影像采集，根据前期踏勘数据及无人机测绘出现有废弃矿渣堆场的地形图，以实地采集标高数据后进行土石方方量计算。内业计算利用南方CASS 土方软件编辑出标高现状图及标高数据文件，导入填渣前的原始地形数据；对比填渣前后情况，利用南方CASS 土方计算软件10 m 方格网计算废渣方量。根据现场踏勘及相关资料，对可能存在重金属的废弃矿山进行废渣渣量模块划分（图2）及建模计算，结果见表1。

表1 废弃矿山废渣方量计算成果表

图2 废渣渣量模块划分

3.3 现场采样和实验室分析

3.3.1 采样方法和程序

现场调查时发现废渣可能有重金属，为此对这个矿点的废渣进行采集，采集重量0.5 kg 左右，装入样品袋，样品袋为塑料袋。采样的同时，由专人填写样品标签、采样记录；标签一式2 份，一份放入袋中，一份系在袋口，标签上标注采样时间、地点、样品编号、监测项目、采样深度和经纬度。采样结束，需逐项检查采样记录、样袋标签、废渣样品，如有缺项和错误，及时补齐更正，并在采样示意图上标出采样地点。

3.3.2 固体废物取样检测

对其固体废物取样检测，根据固体废物的相关检测规范，主要检测水浸固废和酸浸固废的有害元素（铜、锌、铅、镉、砷和六价铬等），具体情况见表2、表3。制样过程中，保证土壤标签与土壤一致，正确编制样品名称和编码；水样采用样品唯一性标识，该标识包括唯一性编码和样品测试状态标识组成，实验室测试过程中由测试人员及时做好分样、移样的样品标识转移，并根据测试状态及时做好相应标记。制样工具每处理一份样品后擦抹（洗）干净，以防交叉污染。样品保存按样品名称、编号、粒径分类保存。预留样品在样品库造册保存。分析取用后的剩余样品保留半年，预留样品保留2年。

表2 酸浸固废检测结果表

表3 水浸固废检测结果表

检测结果表明，本次调查采集的样品重金属含量不存在超出上述规范标准限值的情况，可认为不存在重金属污染的安全隐患。虽然根据本次调查结果，废弃矿渣中重金属含量未超出标准限值[6]，在采场底部边缘挂网格栅支护并栽种爬藤类植物以防止岩质边坡风化裂隙发育掉块伤人，同时在边坡下方树立警示标牌等措施，降低对人体健康及生态环境的风险。

4 结论

综上，露天矿产资源开采对于环境的影响十分巨大。简单的种植植物仅能完成验收，不能经受住时间的考验。矿山的复垦复绿工作相当复杂，需要结合当地气候环境情况，改良土壤结构，种植易生长且经济性好的植物。另外，在进行固体废料堆放时，还应做好防渗措施，并做好化学成分检测，避免对环境造成污染。根据某矿山的实景环境分析可以看到，未能进行有效监督对植被的破坏是毁灭性的。为此笔者根据其工程地质状况，对矿产化学分析确认无重金属污染情况后，给出栽种爬藤类植物和设置网格栅支护及设立警示牌的建议。