露天礦山環(huán)境問題及科學(xué)治理辦法

于明波，張 敏

（1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣西總隊(duì)，廣西 桂林 541002；2.廣西基礎(chǔ)勘察工程有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541012）

隨著改革開放的不斷進(jìn)行，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，露天礦產(chǎn)開發(fā)所引起的環(huán)境問題也逐漸凸顯。一方面，露天礦產(chǎn)在開采過程中會破壞山體表面的植被[1]，在破壞地質(zhì)地貌的同時(shí)還會引起大量的粉塵污染大氣，促使霧霾的產(chǎn)生，危害人體呼吸道；另一方面，礦產(chǎn)的開采活動(dòng)還會將大量對動(dòng)植物危害較大的金屬礦物質(zhì)暴露至地表，其會在雨水的沖刷作用下流入河流或入滲至地下水，最終被各種生物吸收。為此應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有科技技術(shù)，針對露天開采礦山環(huán)境恢復(fù)方面的研究應(yīng)盡快開展并落實(shí)。

目前已有不少學(xué)者圍繞礦山土地復(fù)墾做了一定量的研究。阿天林等[2]對砂石礦山地質(zhì)災(zāi)害治理與土地復(fù)墾進(jìn)行了分析，建議礦山應(yīng)修建截排水溝可有效減少礦區(qū)雨水沖刷；魯尚斌[3]提議將改造成本比較高的廢棄礦區(qū)改造成為公共設(shè)施；周虎東[4]就甘肅省東峽礦區(qū)礦山的實(shí)地狀況進(jìn)行分析，在對礦山地質(zhì)環(huán)境影響評估的同時(shí)，對當(dāng)?shù)赝恋貜?fù)墾措施提出建議。

我國地域廣闊，歷史遺留的礦山地質(zhì)治理任務(wù)較重。為此，在進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)須與實(shí)地情況相聯(lián)系，類比分析，因地制宜。摸清礦山開采所面臨的環(huán)境問題，對癥下藥，對正在進(jìn)行礦物開采的礦山從源頭治理；而對已經(jīng)開采過的舊礦山，及時(shí)利用無人機(jī)技術(shù)全面勘探實(shí)地情況以便進(jìn)行全面把控。另外，對于破壞較為嚴(yán)重之處，及時(shí)取樣，采用科學(xué)的方式進(jìn)行分析，尋求復(fù)墾措施。

1 礦山開采所致環(huán)境問題分析

1.1 生態(tài)問題

礦山的組成成分較為復(fù)雜，一般說來，目標(biāo)礦物只是占大部分，礦山中還會含有其他的礦物成分，這其中就會不可避免地夾雜著一些有害物質(zhì)。比如在金屬開采過程中所產(chǎn)生的硫化物在接觸空氣后會迅速氧化，生成二氧化硫氣體及重金屬可溶物質(zhì)。未處理干凈的二氧化硫氣體進(jìn)入大氣層后會造成酸雨；重金屬可溶物質(zhì)在雨水的沖刷作用下，會致使重金屬物質(zhì)進(jìn)入到河流中或入滲至地下，導(dǎo)致土壤及河流重金屬含量超標(biāo)。

1.2 固廢物處理問題

露天采礦中，固廢料任意堆放的現(xiàn)象并不少見，其作為常見的污染源，破碎的礦物質(zhì)極易隨水流的作用而遷移。由于地處位置偏僻，防護(hù)措施不到位，固廢料堆放的時(shí)間也很長，這給環(huán)境造成很大的影響。未處理的地面給雨水?dāng)y帶有害礦物質(zhì)的入滲創(chuàng)造了條件，另外裸露的巖石在風(fēng)和雨水的作用下，加速了其表面的風(fēng)化。礦物質(zhì)很可能還會以灰塵的形式進(jìn)入大氣層，誘導(dǎo)霧霾天氣的形成。

1.3 山體表面植被破壞問題

采礦作業(yè)強(qiáng)度大，長期的露天采礦作業(yè)還會對區(qū)內(nèi)植被造成破壞，植被遭到的大規(guī)模破壞將導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)惡化。另外，由于坡面植被較少，還將使得坡體穩(wěn)定性下降，加劇土水流失。就南方的一些金屬礦床來說，由于其采礦環(huán)境較為復(fù)雜，大多礦山為露天開采。在這種開采模式下，含有植物養(yǎng)分的山地植被及腐殖土層被大量剝離，土地資源遭受破壞程度極其嚴(yán)重。

2 礦山環(huán)境治理措施分析

2.1 利用科技加強(qiáng)場地?cái)?shù)字化

參考國外的先進(jìn)理念，并結(jié)合現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)，可以將礦山各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息采集到云端，包括采礦機(jī)、輸送帶、礦井通風(fēng)系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)等。并在礦區(qū)場地不同方位安放攝像頭，實(shí)時(shí)傳輸場地畫面，形成智能控制平臺。管理登錄賬戶可實(shí)現(xiàn)場地信息共享，做到科學(xué)合理管理，及時(shí)交流并制止不規(guī)范操作情況。另外，場地周邊做好除塵措施，力求做到科學(xué)合理采礦，從源頭上解決問題。

2.2 完善礦山環(huán)境治理的監(jiān)督檢查制度

要想加強(qiáng)環(huán)境治理，就離不開建立健全較為完善的監(jiān)察制度。政府要加強(qiáng)對礦山環(huán)境管理的監(jiān)督檢查，將各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)規(guī)定全部落實(shí)到實(shí)際行動(dòng)當(dāng)中。遇到違反規(guī)定的不良行為，依法進(jìn)行強(qiáng)制處理。確保各項(xiàng)制度落到實(shí)處，構(gòu)建礦山環(huán)境治理督查體系。安排專業(yè)人員不定期對礦區(qū)設(shè)備使用情況、環(huán)境保護(hù)計(jì)劃執(zhí)行情況及環(huán)境治理成效進(jìn)行檢查。如檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)生違規(guī)行為，及時(shí)向相關(guān)部門提出整改建議，依據(jù)當(dāng)?shù)氐姆煞ㄒ?guī)進(jìn)行處罰，對于事態(tài)嚴(yán)重的，對礦山進(jìn)行停產(chǎn)甚至提出關(guān)閉建議。

2.3 深化固體廢料及污水處理

在采礦過程中，引進(jìn)先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，提高固體廢物的利用率。固體廢物作為常見的污染源不可隨意堆放，否則將對環(huán)境造成很大的影響。根據(jù)法規(guī)要求將采礦過程中產(chǎn)生的固體廢物堆放到處理過的場地上，可以有效減少有害物質(zhì)的流出。一方面，堆放固體廢料的場地需要滿足防風(fēng)防雨的要求，防止固廢物因風(fēng)化形成粉塵飄移；另一方面，所選擇的堆放場地還應(yīng)滿足防滲條件，避免固體廢物入滲至地下，對土壤及地下水造成污染，排污量多的礦區(qū)需要建設(shè)相應(yīng)的污水處理廠，從而對采礦過程中所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行凈化，在科學(xué)檢測確認(rèn)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后才可將其排放。另外，應(yīng)控制地下水開采，避免因過度使用地下水而導(dǎo)致一系列的地質(zhì)災(zāi)害問題出現(xiàn)。為了更加全面有效地治理礦山環(huán)境，需要相關(guān)部門堅(jiān)持履行各項(xiàng)職責(zé)，嚴(yán)格依法依規(guī)對礦山環(huán)境治理亂象進(jìn)行整治。

2.4 結(jié)合先進(jìn)技術(shù)復(fù)墾復(fù)綠

自黨的十八大以來，生態(tài)文明建設(shè)的重視程度與日俱增，我們國家對于礦山修復(fù)的要求逐漸從原來的土地復(fù)墾轉(zhuǎn)變至綜合修復(fù)，力求實(shí)現(xiàn)礦山廢棄土地的可持續(xù)利用、恢復(fù)礦山廢棄土地的生產(chǎn)能力成為礦山生態(tài)修復(fù)的主要目標(biāo)[5]。短期的修復(fù)雖然可以滿足工程驗(yàn)收的要求，但是隨著時(shí)間的流逝，修復(fù)過的邊坡會逐漸呈現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。礦山生態(tài)修復(fù)既要注重整體修復(fù)，又要有針對性地開展坡面修復(fù)研究，這是礦山生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是今后科研人員需要繼續(xù)研究的內(nèi)容。

2.4.1 土壤重構(gòu)技術(shù)

在進(jìn)行礦山復(fù)墾過程中，為實(shí)現(xiàn)重建土壤結(jié)構(gòu)的效果，可選用土壤重構(gòu)的技術(shù)，有效地進(jìn)行恢復(fù)重建。首先，先進(jìn)行土壤結(jié)構(gòu)改造，將土壤pH 恢復(fù)，恢復(fù)土壤微觀的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，提高土壤保水能力以建立適宜生物生長的土壤結(jié)構(gòu)。另外，在土壤重構(gòu)過程中采取生物修復(fù)措施。將植物微生物及動(dòng)物活動(dòng)與有機(jī)肥料相結(jié)合，以改善土壤肥力和性質(zhì)。通過動(dòng)植物和微生物的活動(dòng)這種有多種用途的方法，還可以降解土壤污染物，改善土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。保護(hù)水環(huán)境和大氣環(huán)境，避免污染物對生態(tài)環(huán)境或人類生存造成的危害，很大程度上降低了圍墾過程中的成本。為達(dá)到土壤結(jié)構(gòu)重建的目的，還可以結(jié)合礦區(qū)土壤及氣候特點(diǎn)，選擇生長速度快、固土能力強(qiáng)的植物進(jìn)行固土。

2.4.2 客土技術(shù)復(fù)綠

客土噴播技術(shù)是從國外引進(jìn)的一種先進(jìn)的植被建植技術(shù)。客土材料中包含了有機(jī)土壤、除菌劑、種子和肥料等成分，在播種后植物存活率高，產(chǎn)生的效果明顯。該技術(shù)的操作較為簡便，工程質(zhì)量的主要影響因素在于客土噴播機(jī)的情況，噴播機(jī)采用液壓無級集中控制面板等多項(xiàng)高科技術(shù)，經(jīng)國內(nèi)研究學(xué)者的不斷改進(jìn)，當(dāng)前國產(chǎn)的客土噴播機(jī)已基本滿足復(fù)綠工程的需求。

可根據(jù)地區(qū)的降雨量、氣溫及坡比情況來進(jìn)行植物的選擇?？捎糜趲r土、砂粒等無土表面或有機(jī)質(zhì)土壤表面的噴播。為確保噴播土層的穩(wěn)定，在對坡度較大的場地進(jìn)行復(fù)綠過程中，可以考慮先鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)，再進(jìn)行客土噴播。

3 案例分析

3.1 結(jié)合無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)條件分析

本案例來自某一礦山，該采點(diǎn)為一民采露采點(diǎn)，主要是沿重晶石礦露頭位置采用露采方式開采。采礦點(diǎn)位于深山老林中，不在居民點(diǎn)、重要道路的可視范圍內(nèi)，對地形地貌及景觀無明顯影響。采礦點(diǎn)內(nèi)有原開采時(shí)修建的簡易公路經(jīng)過，但該公路年久失修，現(xiàn)大部分地段已垮塌不能通行，交通不便。

為提高調(diào)研結(jié)果的精確度，采用了無人機(jī)技術(shù)結(jié)合人工測量方式進(jìn)行場地圖像采集。首先制定較為細(xì)致的飛行方案，航線設(shè)計(jì)包括合理設(shè)置無人機(jī)航高、無人機(jī)航向、航向重疊率、旁向重疊率和相機(jī)角度等航攝參數(shù)，以保證飛行作業(yè)安全。

廢棄礦山現(xiàn)狀，如圖1 所示。原采場破壞土地類型為林地，總破壞面積2 895 m2，現(xiàn)已停采多年，原采場道路及采場底部平臺現(xiàn)已自然復(fù)綠約2 700 m2（采場邊坡為巖質(zhì)邊坡，無土層覆蓋），自然復(fù)綠率約為93%。因該點(diǎn)破壞面積不大，所以對地形地貌景觀影響較輕?，F(xiàn)狀采場內(nèi)無生物多樣性破壞等礦山地質(zhì)資源問題。但采場內(nèi)存在廢石、邊坡下為養(yǎng)殖場，邊坡上有掉塊現(xiàn)象。該采場約有600 m3的固體廢物堆積，無明顯涌水點(diǎn)，堆積物多為重晶石礦物。產(chǎn)于沉積巖中，呈結(jié)核狀出現(xiàn)，純質(zhì)重晶石為無色或白色，由于含有少量雜質(zhì)和受風(fēng)化條件的影響，現(xiàn)場的重晶石廢料呈現(xiàn)暗灰色，周圍還有少許泥質(zhì)灰?guī)r，顏色為灰黑色，硬度較小。該地的礦石風(fēng)化現(xiàn)象較為明顯，由于雨水的侵蝕，現(xiàn)場的礦石與正常礦石相比硬度稍遜。礦山整體情況較好，并未存在坍塌、裂縫等可能造成工程地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)象。

圖1 廢棄礦山現(xiàn)狀

3.2 廢棄礦山廢渣渣量計(jì)算

首先根據(jù)工地現(xiàn)場情況進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)，再進(jìn)行航線規(guī)劃任務(wù)制定及影像采集，根據(jù)前期踏勘數(shù)據(jù)及無人機(jī)測繪出現(xiàn)有廢棄礦渣堆場的地形圖，以實(shí)地采集標(biāo)高數(shù)據(jù)后進(jìn)行土石方方量計(jì)算。內(nèi)業(yè)計(jì)算利用南方CASS 土方軟件編輯出標(biāo)高現(xiàn)狀圖及標(biāo)高數(shù)據(jù)文件，導(dǎo)入填渣前的原始地形數(shù)據(jù)；對比填渣前后情況，利用南方CASS 土方計(jì)算軟件10 m 方格網(wǎng)計(jì)算廢渣方量。根據(jù)現(xiàn)場踏勘及相關(guān)資料，對可能存在重金屬的廢棄礦山進(jìn)行廢渣渣量模塊劃分（圖2）及建模計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 廢棄礦山廢渣方量計(jì)算成果表

圖2 廢渣渣量模塊劃分

3.3 現(xiàn)場采樣和實(shí)驗(yàn)室分析

3.3.1 采樣方法和程序

現(xiàn)場調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)廢渣可能有重金屬，為此對這個(gè)礦點(diǎn)的廢渣進(jìn)行采集，采集重量0.5 kg 左右，裝入樣品袋，樣品袋為塑料袋。采樣的同時(shí)，由專人填寫樣品標(biāo)簽、采樣記錄；標(biāo)簽一式2 份，一份放入袋中，一份系在袋口，標(biāo)簽上標(biāo)注采樣時(shí)間、地點(diǎn)、樣品編號、監(jiān)測項(xiàng)目、采樣深度和經(jīng)緯度。采樣結(jié)束，需逐項(xiàng)檢查采樣記錄、樣袋標(biāo)簽、廢渣樣品，如有缺項(xiàng)和錯(cuò)誤，及時(shí)補(bǔ)齊更正，并在采樣示意圖上標(biāo)出采樣地點(diǎn)。

3.3.2 固體廢物取樣檢測

對其固體廢物取樣檢測，根據(jù)固體廢物的相關(guān)檢測規(guī)范，主要檢測水浸固廢和酸浸固廢的有害元素（銅、鋅、鉛、鎘、砷和六價(jià)鉻等），具體情況見表2、表3。制樣過程中，保證土壤標(biāo)簽與土壤一致，正確編制樣品名稱和編碼；水樣采用樣品唯一性標(biāo)識，該標(biāo)識包括唯一性編碼和樣品測試狀態(tài)標(biāo)識組成，實(shí)驗(yàn)室測試過程中由測試人員及時(shí)做好分樣、移樣的樣品標(biāo)識轉(zhuǎn)移，并根據(jù)測試狀態(tài)及時(shí)做好相應(yīng)標(biāo)記。制樣工具每處理一份樣品后擦抹（洗）干凈，以防交叉污染。樣品保存按樣品名稱、編號、粒徑分類保存。預(yù)留樣品在樣品庫造冊保存。分析取用后的剩余樣品保留半年，預(yù)留樣品保留2年。

表2 酸浸固廢檢測結(jié)果表

表3 水浸固廢檢測結(jié)果表

檢測結(jié)果表明，本次調(diào)查采集的樣品重金屬含量不存在超出上述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)限值的情況，可認(rèn)為不存在重金屬污染的安全隱患。雖然根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，廢棄礦渣中重金屬含量未超出標(biāo)準(zhǔn)限值[6]，在采場底部邊緣掛網(wǎng)格柵支護(hù)并栽種爬藤類植物以防止巖質(zhì)邊坡風(fēng)化裂隙發(fā)育掉塊傷人，同時(shí)在邊坡下方樹立警示標(biāo)牌等措施，降低對人體健康及生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

綜上，露天礦產(chǎn)資源開采對于環(huán)境的影響十分巨大。簡單的種植植物僅能完成驗(yàn)收，不能經(jīng)受住時(shí)間的考驗(yàn)。礦山的復(fù)墾復(fù)綠工作相當(dāng)復(fù)雜，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境情況，改良土壤結(jié)構(gòu)，種植易生長且經(jīng)濟(jì)性好的植物。另外，在進(jìn)行固體廢料堆放時(shí)，還應(yīng)做好防滲措施，并做好化學(xué)成分檢測，避免對環(huán)境造成污染。根據(jù)某礦山的實(shí)景環(huán)境分析可以看到，未能進(jìn)行有效監(jiān)督對植被的破壞是毀滅性的。為此筆者根據(jù)其工程地質(zhì)狀況，對礦產(chǎn)化學(xué)分析確認(rèn)無重金屬污染情況后，給出栽種爬藤類植物和設(shè)置網(wǎng)格柵支護(hù)及設(shè)立警示牌的建議。