礦山地質環境恢復治理和土地復墾技術措施探討

曹乃文,白 燁,邱慶良

1.吉林省煤田地質局203勘探隊，吉林 四平 136000；2.吉林省煤田地質局物測隊，吉林 長春 130033；3.吉林省煤田地質局102勘探隊，吉林 通化 135000

0 引言

白山市位于吉林省東南部，地處長白山西南麓森林生態系統區，其獨特的地質、地理環境蘊藏著豐富的礦產資源。據統計，全市已發現各類礦產108種，共有礦山企業276個。礦產資源的開發利用為白山市帶來豐厚經濟效益的同時，也產生了許多生態環境問題[1]。為減輕礦產資源開采活動造成的生態環境破壞，合理開展礦山地質環境恢復治理工作成為實現礦產資源開發利用和經濟社會、資源環境協調發展的必由之路[2-5]。本文以白山市江源區某鐵礦為研究對象，在對礦山生產經營活動過程中產生的地質環境問題進行研究分析的基礎上，探索解決礦山地質環境問題和土地復墾工作的方式方法，同時為同類型礦山的地質環境恢復治理工作提供一定參考。

1 研究區概況

研究區位于吉林省東南部白山市江源區，礦山生產方式為地下開采，生產規模30×104t/a，最終產品為高品位鐵礦粉。礦區總體布局包括采場、地下開采坑口、巷道、工業廣場、廢石堆放場、礦石臨時堆放場以及選礦廠。

研究區地處吉林省東南部，屬北中溫帶大陸性季風氣候，一年四季分明，春秋多風，夏季溫熱多雨，秋季溫涼暫短，冬季寒冷漫長。區內多年平均降水量831 mm，多集中于7～9月；最大積雪深度390 mm。年平均風速1.8 m/s，最大風速24 m/s，全年主導風向WS；最大凍結深度1.6 m，年平均雷暴日數為37天。

圖1 研究礦區地質圖Fig.1 Geological map of the study mining areas1．第四系；2.青白口系釣魚臺組；3.青白口系南芬組

區域主要水系渾江，源于老嶺山脈龍崗山南麓，系鴨綠江一級支流。多年平均流量20 m3/s，最小流量1.8 m3/s，1960年特大洪水流量為5 880 m3/s，豐水期流速為0.5 m/s，枯水期為0.2 m/s。

研究區地處長白山系老嶺山脈西麓，山脈多呈NE向展布，山峰重疊，構成鴨綠江一級支流渾江水系與鴨綠江水系分水嶺。區內地形最高點海拔1 386 m,最低800 m,相對高差586 m,系中山地貌類型。

區內植被發育，次生林茂密，以針闊混交次生林為主，局部低洼邊緣地段分布草叢矮灌，植被覆蓋率80%以上。土壤類型為暗棕色森林土，主要分布在不同坡度、坡向的山坡和不同高度的河流階地上，成土母質為各類基巖風化的殘積—坡積物，土層較薄約為0.2 m左右，礫石多，質地輕。

2 礦山生產開采活動對周圍生態環境影響評估

根據礦山地質環境影響現狀，考慮地質災害危險性評估要求、礦區地形地貌、地質構造條件、開采條件、環境地質問題以及今后生產可能引發或加劇的環境地質問題，預測未來開采可能對地質環境造成的負面影響，綜合評估礦山企業在生產經營過程中對生態環境影響程度。

2.1 破壞地形地貌

礦山企業在生產建設過程中產生的工業廣場、運輸道路、臨時堆場等礦山基礎設施會永久改變礦區原有地形地貌。這不僅破壞了原有的地貌景觀，也對當地的生態系統產生一定負面的影響。

2.2 可能引發地質災害

礦山企業在項目建設期間進行的開挖山體等人類工程活動，一定程度上改變了巖體原有狀態，導致邊坡失衡，可能引發坍塌、崩塌等地質災害，直接威脅附近施工人員及施工設備的安全；堆場中存放的礦石、廢石在強降雨期間也可能成為泥石流的物源，威脅下游居民的生命和財產安全。

2.3 破壞含水層結構

地下礦體開采后，圍巖的原巖應力遭到破壞，上覆巖層在應力作用下產生移動、變形和破壞，破壞原有含水層結構，使得地下水水力聯系發生改變，造成對地下水賦存規律的影響。

2.4 污染水土資源

礦山企業對水土資源的污染主要表現在礦石、廢石受雨水淋濾、滲透溶解產生的廢水流入地下水體及土壤中造成污染以及生活污水、生產廢水的排放對地表水的污染。

2.5 破壞土壤結構

土地資源破壞主要是工業廣場、運輸道路、堆場等礦山基礎設施對土地的壓占致使土壤被壓實，從而改變土壤體積密度、孔隙度和溫度，并加大根系穿透阻力，影響了作物對養分的吸收和生長發育。土壤板結也是導致土壤質量下降，威脅土地生產力，引起土壤侵蝕、流失的關鍵原因所在。

3 土地復墾適宜性評價

土地適宜性評價是針對礦區的破壞土地進行的潛在的適宜性評價，根據破壞土地的自然屬性和破壞狀況，適當對社會經濟因素作為背景條件，來評定未來土地復墾治理后對農、林、牧、副、漁及其他利用方向的適宜性及適宜程度、限制性及限制程度。

3.1 土地復墾適宜性評價方法

土地復墾適宜性評價主要是為了確定土地的適宜性用途和指導復墾工作更有效地進行，礦區土地復墾適宜性的限制因子對復墾方法的選擇具有較大影響，而極限條件法是將土地質量最低評定標準作為質量等級的依據，能夠通過適宜性評價比較清晰地獲得進行復墾工作的各個限制因素，以便為土地的進一步改良利用服務，該方法是基于系統工程中的“木桶原理”，即分類單元的最終質量取決于條件最差的因子的質量。本文既采用極限條件法評價研究礦區的土地復墾適宜性[6]。

極限條件法模型為：Yi=min(Yij)。

式中：Yi為第i個評價單元的最終分值；Yij為第i個評價單元中第j參評因子的分值。

3.2 土地復墾適宜性評價參評因素的選擇

參評因素的選擇應選擇那些對土地利用影響明顯而相對穩定的因素，以便能通過因素指標值的變動決定土地的適宜狀況。研究礦區土地利用受到地形坡度、土壤質地、有效土層厚度和排灌條件等共性因素的影響。借鑒土地復墾經驗，共選出6項參評因子，分別為：地形坡度、地表物質組成、排水條件、非均勻沉降及原土地利用類型。

3.3 土地復墾適宜性評價結果分析說明

依據研究區土地利用總體規劃要求和土地適宜性評價結果，在充分尊重土地權益人意愿的前提下，從礦區實際情況出發，結合盡量恢復其原有土地利用類型為主的目的。根據原土地利用類型、土地損毀情況、公眾參與意見等，確定研究區復墾土地的最佳利用方向為有林地。

4 礦區地質環境恢復治理和土地復墾技術措施探討

礦山閉坑后，為最大限度的避免和減輕因礦山開采引發的地質災害危險，減弱對地下水資源的影響，減輕對地形地貌景觀以及土地資源的影響和破壞，礦山企業應根據當地自然環境與社會經濟實際情況，從下幾個方面進行預防和治理(見圖2)。

圖2 礦山地質環境恢復治理和土地復墾工程部署圖Fig.2 Project deployment map of mine geological environment restoration governance and land reclamation 1.地質環境影響嚴重區；2.臨時建筑拆除；3.植樹種草；4.廢石清運；5.井口封堵；6.表土回填；7.監測工程；8.研究區范圍；9.運輸道路

4.1 礦區地質環境恢復治理措施

(1)地質災害問題防治。為防止廢石滾落、泥石流等災害的發生，廢石場下游修建重力式擋墻，擋墻斷面為梯形，采用質地堅硬、新鮮，不得有剝落層或裂紋的毛料石，并在廢石場上方可能匯入大氣降水側設置截、排水溝，排水溝連接至附近的自然溝渠，將匯水引到低洼處排放；不穩定邊坡可通過人工削坡的方式減小坡角，并在坡面種植草皮減弱地表水和雨水對坡面的沖刷，同時還要進行長期觀測，做到早預防早治理。

表1 復墾土地主要限制因素的等級標準表

(2)地形地貌景觀修復。礦山閉坑后，井口、房屋、擋墻等臨時建構筑物全部拆除，現場的廢石、建筑垃圾等固體廢棄物，還可充填井口、硐口，以達到降低成本和節約土、石資源的目的；廢石堆場中的廢石全部清運出礦區或就近充填塌陷坑；對豎井、硐口進行回填及封堵工程，以避免人員進入造成人員傷亡和財產損失。

(3)含水層破壞問題防治。采用房柱法或膠結充填法采礦，并將廢石及時回填，減小采空區；合理布設井巷，規避各種透水事件；賦存深度較淺的礦體預留保護礦柱，避免因采空區規模過大引起上部巖層松動而產生的地裂縫擴展至地表，造成地下水和地表水的流失。

(4)水資源污染問題防治。礦山廢水(主要為生活污水)先經過化糞池沉淀處理后，再采用小型地埋式一體化污水處理設備進行處理，處理達到相關標準后排放至附近地表水體，不會對附近地表水環境產生污染。

4.2 土地復墾技術措施

(1)清除硬覆蓋。工業廣場、運輸道路等硬化土層可通過剝離硬土層進行硬覆蓋清理，以恢復地表透水性，剝離厚度一般0.2 m，剝離的硬土可用于回填塌陷區。

(2)表土回填。研究區土層厚度較薄，土源均來自外購的客土。客土要保證土壤內不含有害金屬和有毒化學物質，尤其是不應當用被化學污染的土壤，不能用含有高殘留化學除草劑的土壤，以防止二次污染區域環境或影響植被生長。覆土宜采用亞表層及耕作層土壤，在需覆土區域底部先覆蓋土壤質地相對較差、顆粒相對較大的土壤，厚度約0.1 m，將其攤平；然后在其上層覆蓋土壤質地好，養分含量高的土壤，厚度約為0.2 m，進而達到復墾林地的有效土層厚度0.3 m。為了防止剝離表土的流失，表土堆周圍應設置麻袋裝土攔擋措施，雨季、大風季節用土工布遮擋。為了減少水土流失，增加土壤肥力，還可在表土堆上撒播紫花苜蓿草籽。

(3)林木恢復。生物復墾措施是土地復墾工作的重要內容，本區結合當地土壤、氣候、地形等自然條件，覆綠工程主要采用喬、草結合的模式進行。樹種選擇鄉土樹種落葉松，其具有抗旱、耐寒、耐貧瘠和壽命較長的特點，適合當地生長環境。同時選用適應性廣、耐寒、耐霜凍、耐熱、耐旱能力強的紫花苜蓿對林下和林間等各種復雜地表進行覆綠，以減少地表徑流、涵養水源、阻止泥沙流失。

(4)監測與管護。復墾施工期間，監測人員還應通過調查、巡查、臨時監測等方式對土地復墾區范圍內土地破壞類型和面積、基本特征及復墾工程措施實施情況(土地整治、生態防護工程等)進行監測記錄；并且要制定切實可行的植被管護技術方案，通過實施水分管理、養分管理、林木修枝、林木密度調控、林木病蟲害防治等措施保證栽種的植物健康成長。

5 結語

礦山地質環境恢復治理與土地復墾工作不僅對國民生產經濟和生態環境有重要的意義，而且是礦產資源開發區域可持續發展的重要組成部分。礦山企業在結束采礦活動后，要充分結合自然社會、公眾意愿以及礦山土地利用規劃等因素，及時的采取一系列有效措施進行環境恢復和生態重建，以達到取得最佳的生態效益、經濟效益和社會效益的目的。本文僅針對具體建設項目對礦山地質環境恢復治理和土地復墾措施進行了初步探索，還需要在長期的實踐中進一步發展和完善。