矿山地质环境治理措施的研究

一、引言伴随中国的经济腾飞，中国对能源的急缺，矿业成了中国能源需求。与之相对的，就是中国矿业浪潮的兴起。问题在于早期的中国矿业人员对于矿产的开采并没有限制，不仅导致了很多生产时发生的生命问题，还导致了中国多种类型的矿山都不断的累积了各项环境和地质问题。要解决矿山的环境与地质问题，必须先了解矿山的环境问题，然后才能进行相应的治理。中国大多数矿产资源分布在地质条件相对薄弱、易发生地质灾害的区域。所以无限制的开采带来的无穷尽的地质遗害。针对这种情况，我国出台了一系列保护环境的措施，并且民众也意识到环境恶化所带来的恶果。在上世纪80年代，英美和澳大利亚等发达国家也发生过这类情况，跟我国一样，牺牲环境来发展经济，先发展再治理。付出了巨大的代价。所以我国现在喊出“绿水青山就是金山银山”的口号，由于我国是矿业大国，所以若要走先发展在治理的路，未来肯定付出巨额代价，现在对污染最严重的矿山进行边开发边治理，开始着力保护我们的生态环境。合理开采矿山，针对每一个矿区，都以环保节能为中心，由许多环境保护专家部署行动，到目前为止，已有显著成效。二、矿区环境背景及存在的问题（一）矿区环境背景中国芒硝盐分最丰富的一个省份——四川，矿产储量153.2亿吨。矿带的南北长度为170公里，东西宽40-60公里，面积约为1000平方公里，分布在新津、彭山、乐山、眉山、洪雅和大洪山等地。从上个世纪90年代开始，芒硝盐已被充分开采，但随着采矿时间的演唱，矿产的地质环境渐渐变得严峻起来。如地下水和地表水逐渐干涸、采空的区域沉陷、同时还有周边水资源被矿渣污染等问题。这些问题已经威胁到了周边居民的生产和生活。虽然现在芒硝矿产的开采大部分暂停了，并且负责机构也已消失。但是建设美丽繁荣四川是四川人民的理想，所以恢复好采矿区的环境，是非常有必要的。1、地形地貌该矿区地形以山丘为主，海拔440560米。相对高差1080米，坡度10-20度，谷面宽度50200米。斜坡30°45°的单山或桌形山，山沟狭窄。2、矿区地质简介矿区的地层一般为东南、西南方向，倾斜度为5°、10°,局部倾角为14°。矿区不发育断裂、褶皱构造，只在基岩的浅表面上形成了风化裂隙和两套构造裂隙。面对矿山不断涌现的环境问题，显然，恢复矿区环境是一个长期而又具有系统性的任务。（二）矿山治理过程存在的困境中国经济持续发展的同时，矿产资源的消费日益增加，生态环境日益恶化。同时，矿山的管理也面临着很多困难，主要是：（1）意识形态困境：自经济高速发展后，当地GDP增速是衡量一个国家最主要的衡量标准，因此环境反而成了相对不重要的点。矿山就是政府GDP的增长点，因此，虽然政府主导的环保治理模式，在很长一段时间内都在推行，但对于矿山产业来说，效果并不明显。（2）制度上的困境：虽然中国在矿业环境恢复与治理上取得了比较明显的成效，但是问题仍然存在。安寿林等学者指出，问题的根源在于中国现有的立法尚不够具体，权利与义务的问题尚未得到清晰的界定，同时也存在着法律效力和制度上的失效。（3）管理困境：矿山产业一直处于野蛮发展的境地，所以管理的缺乏和无力一直存在，同时矿山产权的划分也不明确，管理制度也有所缺失。（三）芒硝矿矿山地质环境问题芒硝矿企业在不断的发展中，给人类提供了较为丰富的能源和较为妥帖的帮助，但是在早期的野蛮生长过程中，大部分企业其实是没有制定保护地质环境的规章制度，更没有相应的措施，因此，在我们获得巨额财富的同时，也出现了各种各样的环境问题。在图（1）中，从现场可以看到大量的矿渣堆放、废水污染、土壤污染、坡体变形、矿山废弃等方面的问题。并结合矿山的实际情况，归纳出了下列地质环境问题。图1芒硝矿矿山平面图1、地下水污染（1）地下水、地表水疏干对于矿井中倾斜矿井的建设，通常情况下，没有采取任何堵漏措施，由于其穿越矿山的基岩风化带，地下水进入，会对矿山产生不同程度的水患。同时，斜井中的地下水也会被从地面上的升降装置排出。这将导致地下水、地表水的不断下降，从而对疏干区的居民的生产和生活产生不利的影响。这些问题包括：水源枯竭，难以或缺少生活用水，和质量不好。此外，由于地下水和地表水的耗尽，土壤中的营养成分流失，导致土地开始变得贫瘠，甚至退化为荒地，造成巨大经济损失。（2）采空区地面塌陷东坡区万胜镇天乐村4组的地表塌陷区，采空区的地表变形面积为0.13km2，地表高度457468m，地下开采高度389m。地面塌陷，呈椭圆形，两侧裂缝的大小不一。在这一地区，5间房屋遭到了不同程度的损坏。如果放任不管，对当地人民的生命和财产构成了巨大的威胁。（3）地下水、地表水污染其中，矿山渗滤液和工厂污水是二者的主要污染物。由于没有采取有效的防渗措施，导致大量的滤液渗透到周边区域，对地下水和地表水体造成了严重的污染。另外，一些工业污水也被排入了邻近的海域，也造成了不同程度的水源污染，这直接危害到当地人的生命健康。（4）矿渣场污染矿体中的渣层以砂岩、砂质泥岩、第四系冰水沉积为主，也有少量的卵石粉粘土和砾石粘土。这就导致了邻近地区的水源富集度较差，污染负荷能力较弱。据统计，眉山芒硝矿区都有一个矿渣场，并随着矿渣的累积，不断变大，从而污染也是日积月累。2、土地压覆芒硝矿渣的贮存和含硝酸盐废水的排放也会对周边环境产生污染。矿渣渗滤液对仓库及周边土壤的污染是必然的。这就意味着，距离矿坑越来越近，污染也越来越大。眉山芒硝矿的开采和建设，大量的矿渣占用了大量的村民的土地，而且大部分都是农田。根据数据，芒硝矿的矿渣累积面积达2072公顷，至今已有994英亩，占总面积47.97%（表1），堆积如山的矿渣对人民的生活造成了很大的影响，环保问题日益突出，对人民的生活造成了很大的威胁，而土地压覆的问题也在不断的得到解决。表1眉山市主要芒硝矿矿渣土地侵占面积统计表3、土壤污染矿场矿渣的堆积和工业废水的排放不当引起了土地污染，其特点是越靠近矿渣污染越严重，其次是渗透液也对周围土地造成严重污染。在矿场的下游，含有硝酸盐的废水也是未经处理就直接排放，废水肆意流淌也加剧了周围的土地污染，所以下游土地的污染更加的严重。在矿场的上游，由于被污染的河水流入地下，或用于饮用或灌溉庄稼，土壤的污染变得更加严重。根据统计，长钙芒硝钙矿、丹陵红钙芒硝钙矿、东靖区钙镁云母精矿的污染面积约为0.3-10km2，这种大范围的土地污染，对当地居民的生活和身体健康构成了极大的威胁。土壤污染的主要危害有：1)丧失部分土壤肥力，导致农作物产量降低。据统计，土壤受到污染后大米产量会下降20-50%相较于正常水平，严重时甚至无产量。并且受到污染的土壤长出的庄稼还可能会危害人体健康。2)局部盐渍化，使得植物根部受到损害而无法正常耕作，这会影响农民的作物收获，使得农民无法通过耕种收成庄稼。3)有毒有害污染物积累。由于一些具有毒理性的污染成分如重金属难以降解，这些污染物会长期积累在土壤中，并且通过食物链转移到人体，危害人体健康。4、边坡变形边坡岩体在地球重力的作用以及周围环境的影响下，会产生或大或小的变形情况，当边形到一定程度时，会出现裂缝和滑坡现象。即使是已经成型的边坡，也会因为外界的干扰发生状态的变化。边坡滑体属于自然界中的常见现象，由于岩体抗剪切强度小于边坡剪切应力，导致边坡发生物理位移，如果剪切应力过大，大于岩体抗剪切应力，这个时候边坡的位移速度会加快，导致出现边坡滑体。边坡变形是山区，特别是矿山开采环境中不可小觑的现象，由于矿山被不断开采，大多数采矿井周围都存在边坡变形导致的坍塌情况，所以，边坡的稳定性决定了矿区开采的安全情况，在对矿山环境的整治管理中，应当警醒和重视。在日常开采时，巡逻和预防，并开展定期检查惯例，尽量避免因边坡变形引起的灾难。一旦出现边坡的位移和坍塌情况时，发现者应当立即联系相关工作人员，对发生位移的边坡进行保护和维护，必要时需停采施工加以改造。在以往的调查中，我们发现边坡的坡角越大，越容易发生位移，且位移速度很快，除此之外，在现场调查中发现，很多边坡堆放了碎石，但碎石下的边坡有很多大裂缝，这样一来，加大了日常事务的危险性，对矿区的安全性造成了很严重的威胁。下图为坡体变形图。图2坡体变形图5、废弃矿坑在矿山中很容易出现积水矿坑，这是由于没有及时对开采过矿产资源的地方回填导致的。由于长时间开采，矿区的地质由坚硬变的疏松，疏松土质在开采作业中很容易发生塌陷，严重威胁正在作业的工人。除此之外，由于废弃矿坑的出现，在下雨天还会发生积水行为，堆积废水的渗透率很高，会对周围的土壤造成重金属污染，产生重大的环境问题。下图是一处废弃矿坑图。图3废弃矿坑图三、大洪山矿区治理及治理效益（一）矿山环境修复治理模式建立过程如图4所示，以对矿山的土质环境修复为出发点，经过一系列技术改进措施，初步构建了以顺时针周期的治理流程。在流程的每个过程，矿山的理化性质指标均得到监测，权衡了步骤对矿山的影响特征，评估了该过程对环境的危害程度，如果危害严重，会对开采作业经行停止建议。以矿山环境修复为初步目标，包括土壤修复、生态修复以及地质工程三个目标。明确目标后进行修复，修复技术与典型国家级别的案例以及当地的实际情况相结合。第一步是制定修复的模式，然后实时掌握矿区基本情况后降两者相结合应用。对于环境污染问题，采取适当的措施进行整治。治理完成后，请相关专家经行作业评估和验收，检查是否已对问题进行有效治理，如果达不到专家要求，应当立马进行返修，直到满足标准。经过长期的经验总结，矿山环境修复技术在逐渐提高，与此同时，结合前人的经验，工程师提炼了预防为主的治理模式，这对环境治理和保护有着绝对性的作用。从根本上解决矿山地质问题，普及地质安全问题，治理势在必得。大洪矿山环境恢复和治理流程图如下。图4大洪山矿山环境治理模式图（二）治理对策1、地下水和地表水疏干的防治设计矿井的时候应该结合当地的水资源状况，避免由于不合理的设计造成开发区域的地下水和地表水流失疏干，具有的措施包括两个方面，首先是在设计之前需要加强对矿山地质的研究，特别是矿山风华浸出带和导水裂隙带间隔水层的阻水作用。另一方面，在实地考察的过程中应当注意矿山的安全边界，确保开采区域以及周围有效范围的安全。2、改进斜井的开发技术1）采取帷幕灌浆的工程措施。在进行倾斜矿井开凿时，为防止地下水入渗倒灌倾斜井，应采取适当的措施，将含水层中的地下水封住；2）使用具有良好防渗性能的衬砌材料。良好的衬砌材料能够防止地下水入渗，有效的减少对周边的土壤及用水污染，提高矿井的使用安全性。3、斜井堵水由于倾斜井的流量较大（疏干区的水头高度大于4070m），在施工过程中，很难使用常规的方法将水流堵住。在进行措施改进后，现在常规的办法如下：1）密封倾斜井周边的水区；2）注满井上部后停止抽水；3）向倾斜井周围的含水层注入石浆形成隔离帘；4）使泥浆固化；5）将倾斜井中的污泥抽干并注入清水；6）上升地面检查施工效果；7）开始运行生产。4、防治地下水和地表水污染通过收集相关案例以及结合当地矿山地质，我们制订了一些方法以预防开采矿井对周边地下水和地表水的污染。主要措施如下：1）舍弃废旧渣场，建立新的渣场。在进行铺底工作时，应选用厚实的材料。2）进行防水处理。在渗滤液回收系统中，回收泥浆块和土块会含有大量水分，应该将其进行防水处理，避免对地下水和地表水产生污染。3）将水源污染区的家庭搬离受污染区。如果矿区严重污染了周边的水源致使周边家庭的饮用水安全得不到保障，可以将其搬离安置在安全区域。4）加大绿化地带。建立新的渣场后，应放弃原旧渣场，在其表层填土，种植绿化以净化土壤。考虑到经济效益，可种植常青树木以恢复生态环境。5、废水排放污染的防治废水的大量甚至超量排放以及治理是矿山环境治理过程中的一个难题。首先，废水的肆虐排放会造成环境污染，如果得不到有效的把控，很容易引起生态问题，导致矿区所在地的土壤在未来几十年内得不到恢复，生态多样性受到严重破坏。对于周边居民，废水的排放若得不到整顿，会下渗到地下水，引起饮用水危机，致使在人群中出现地方病。因此，更应当改进技术，减少废水的污染程度，把控排放量，减少废水的放出。对于矿区，治理废水时应当采取的措施有：1）坚决执行排污许可证措施。未取得排污标准的企业禁止排放废水，未经过相应处理的工业废水禁止排放，从源头上切断污染；2）严格按照国标监测废水水质。对于重金属元素的量，一定要达到标准才准许排放；3）排水道做放渗透处理。在进行排水道作业中，为防止后续使用时产生污染，应使用泥浆和混凝土进行放渗透处理。在检查时，若发现不达标的排水管道，应马上停止使用并改善。6、防止斜井涌水污染为防止斜井涌水污染采取的主要措施有：1）将从倾斜井中涌出的水进行回收，采取措施将其排放到地表水中。2）在斜井可能会出现涌水的通道做一些防渗透的措施。3）将斜井用水进行一系列处理，使其达到相应的国家废水排放标准后，再进行外排。7、防治土壤污染可以对芒硝矿含盐矿渣进行二次利用以防止矿渣浸出的水中含有的有毒有害污染物对土壤造成污染。在渣场建造防渗透措施或在渣场上构建具有足够防水层的场地，用以防止矿渣浸出水中的有毒有害污染物污染土壤。但是要注意的是，所构建的防水措施必须要有足够的蓄水能力，满足蓄水量要求，防止由于雨季导致矿渣浸出水外溢。此外，还应该对工业所产生的废水排放进行管控，防止废水肆意排入受纳水体中。这就需要必要时修建专用的废水储蓄池或处理厂对废水进行专门处理，从源头上控制废水排放，保护受纳水体及土壤环境质量。8、边坡加固（1）绿化护坡绿化护坡是在坡面种植一定的绿化植物，使得坡面和植被连为一体对坡面进行有效保护。这种方式相较于其他护坡工程不仅更为方便快捷，并且可以净化空气、涵养水源、美化环境，还在一定程度上可以防止山体滑坡和水土流失。在对坡面进行整治和配备完整的排水等设施后，坡面种植一些成活率较高以及根系发达的植被，可以达到下图所示效果。图5边坡绿化效果图（2）浆砌片石护坡采用片石工程进行护坡，其主要材料为片石和砂浆，片石的厚度要大于150mm，同时要去除片石表面的油脂以及污渍等有害物质，防止这些物质对砂浆的粘结产生影响。此外，砂浆骨料的最大直径要小于5mm。需要注意的是，在进行浆砌片石护坡工程前，必须要将基面和坡面多余的泥土进行清楚，并夯实较为软弱的土层，砌筑好以后，还要定期做好砂浆的养护工作。9、矿坑修复（1）废弃矿坑建为垃圾处理厂将废弃矿坑改造为垃圾填埋场，这不仅可以解决垃圾占地、污染环境、有效利用土地资源，还降低了建造垃圾填埋场的成本。（2）矿坑积水处理可以将矿坑产生的积水根据不同的水质类别要求进行再利用。在原来的水池的基本上砌筑墙体以后，将水池改造为四池三级过滤系统，矿坑水在经过初步沉淀后，通过多级过滤后进入清水池进行二次利用。（3）矿坑回填将开采不合理的废弃矿山，应当进行清理和填埋，或者种植树木和攀山植物，进行科学合理的绿化建设，从而改善矿区生态环境，提高环境质量。（三）治理效果1、治理后的环境效益随着大洪山矿区完成一系列环境治理措施，治理后的矿区周边环境逐渐恢复；该矿区主要环境问题：地下水被污染、土壤污染以及土地压覆都得到了很好的治理改善和恢复。现很大一部分的土壤已经满足了农业耕种的要求，而矿区环境以及地下水水质也有了较好改善。矿区周围人民生活环境质量得到了保障。这为矿山环境治理建立了参考，树立了良好的模范作用，成为了绿化矿山的典范。2、治理后的社会效益大洪山矿区经过一系列措施治理后，矿区周边环境得到有效改善的同时也为矿区带来了一定的良好的社会效益。在经过一系列的绿化后，大红山矿区显得生机勃勃、充满活力，这里的治理不光是环境治理，也是社会治理。这也为今后矿区治理工作留下了较为宝贵的经验，具有十分重要的参考。下图为大洪山矿区环境治理绿化图。图7大洪山矿山环境治理绿化图四、结论与展望（一）结论近些年，我国正处于经济高速发展的关键时期，与此同时，矿产资源给我们带来了巨大的经济和能源。然而，在发展的同时，由于很多不合理开发导致了一系列地质环境问题，这在很大程度上加剧了环境压力。因此，开发矿产资源所导致的环境危害是目前亟待解决的现实问题。本文以系统地介绍了矿区的研究现状以及环境背景，透彻地分析了目前矿山地质环境所面临的环境问题以及在治理环境问题过程中所遇到的各种难题。通过案例分析系统地总结了目前治理成功的矿区，对大洪山矿区环境治理的方式进行了拆分介绍，在此基础上构建了一套关于矿区环境治理恢复的模型。对于芒硝矿产生的地下水污染、土壤污染以及土壤压覆问题，提出了地下水和地表水疏干的防治、改进斜井的开发技术、斜井堵水、防治地下水和地表水污染、废水排放污染的防治、防治土壤污染、边坡加固、矿坑修复等措施对矿区环境问题进行综合治理，这不仅加快了矿区的环境恢复，使矿区环境得到了有效改善，还使得周围人民的生活环境质量得到了有效保障，具有经济和社会双重效应。简而言之，在生态文明建设的时代背景下，保护矿山地质环境、保障人民生活环境质量、促进绿色开矿采矿、促进矿产资源可持续发展是我们在开发矿产资源过程中必须要重