矿产资源勘探开发闭坑地质环境一体化防治研究*

2014-05-31李玉武徐友宁张江华

石油管材与仪器 2014年2期

李玉武徐友宁张江华

（1.宁夏地矿局实验室宁夏银川）（2.中国地质调查局西安地质调查中心陕西西安）

0 引言

矿山地质环境具有资源和环境的双重属性[1]，资源属性表现为矿产资源、土地资源、水资源、地质遗迹资源、地貌景观资源等，是人类生存、发展等的重要物质基础；环境则是矿产资源开发的场所，是人类及动植物栖息的场所。矿区工程地质条件良好、活动性断裂及崩塌、滑坡、泥石流不发育，区域水土环境容量大，则有利于矿产资源开采及选冶活动；反之，地质灾害频发、生态环境脆弱的地质环境区，必然制约和危及矿山正常生产和人员安全。由于历史发展阶段环境保护认识的局限性，过去矿产资源勘探及开发导致资源毁损，诱发地质灾害，污染水土环境，严重的矿山地质环境问题在直接危及矿山正常生产的同时，矿山地貌景观破坏，植被破坏，水土流失、土地沙漠化、水土环境污染、地下水含水层破坏等，直接或间接危害社会公众的利益[2～4]。

2001年以来，我国矿山地质环境调查研究及防治工作取得了重大进展，完成了区域性、省区矿山地质环境调查，典型矿山地质环境调查，编制了《1∶5万矿山地质环境调查规范》、《1∶400万中国地质环境图》等[4]。2009年国土资源部发布了《矿山地质环境保护规定》，明确了矿山地质环境治理恢复的保证金制度、调查评价和规划制度、矿山地质环境保护与治理恢复方案编制与审查制度、矿山地质环境监测制度。实施现有矿山“谁开发、谁治理”的原则，对于历史遗留的矿山地质环境问题，以政府财政出资为主实施补课式治理。2000年～2011年，中央财政累计支助矿山地质环境治理资金172亿元，实施了1753处矿山地质环境治理，加大了资源枯竭型城市历史遗留问题的根治，建成和正在建设61处国家矿山公园。部分矿山，如石嘴山采煤塌陷区经过补课式集中治理，矿区地质环境面貌发生了巨大变化[5]。目前国土资源部正在大力推进绿色矿山建设。2012年开展重点矿山地质环境重点防治示范工程，下半年开始实施“三区两线”矿山复绿行动。矿山地质环境保护与治理恢复工作已经步入了健康发展的轨道。

矿产资源勘探开发活动是叠加在矿山原生地质环境基础上并且与原生地质环境发生相互作用的人为地质作用。掌握矿产资源勘探、开发、闭坑不同阶段对地质环境影响方式及程度，才能更有针对性的保护、预防及治理恢复矿山地质环境，促进绿色矿业。目前有关矿产资源开发及闭坑阶段活动对矿山地质环境影响的研究成果丰富[6～13]，但将矿产资源勘探、开发及闭坑全过程矿业活动对地质环境的影响及一体化防治研究尚属空白。本文重点研究矿产资源勘探、建设、开发、闭坑不同阶段活动矿山地质环境影响的差异规律，为事先预防、过程治理、事后恢复提供科学依据，最大程度地减少、减轻整个矿业活动对地质环境的影响与破坏，实现绿色勘探、绿色开采、绿色闭坑的目的。

1 矿业活动对地质环境的影响

矿产资源勘探、开发活动是影响和改变矿山地质环境的重要人为地质作用，大规模、高强度的矿产资源勘探开发活动已成为矿区最活跃、最显著的地质作用力，表现为剥蚀作用（露天矿表土剥离）、搬运作用及堆积作用（排土场、废石堆、煤矸石山、尾矿库等）[1]。矿产资源开发是在原生地质环境条件之上叠加了人为活动的结果。在大多数情况下，矿山人为地质灾用起了主导作用，如露天剥采、废石堆排等剥离、搬运及堆积作用，塑造了矿区最为显著的人工地貌。如辽宁阜新煤矿开采造就了长3.9km、宽1.8km、深度310 m的海州露天矿[1]。

矿产资源勘探开发活动，不可避免会对矿山地质环境产生负面影响，但是，非科学开采、粗放式的管理会严重破坏矿山地质环境。矿山采选业活动对矿山地质环境破坏的方式呈现出复杂的关系，总的表现为毁损矿区资源、诱发地质灾害、污染水土环境等矿山地质环境问题及众多的表现形式[2]。

2 不同阶段对矿山地质环境影响

矿产资源活动周期主要经历勘探阶段、建设阶段、开发阶段及矿山闭坑阶段。不同阶段由于矿业活动方式、强度的差异，因而对矿山地质环境的影响方式及程度不同。

2.1 勘探阶段对地质环境影响

矿产资源勘探阶段主要活动包括勘探活动（槽探、坑探（浅井）、钻探、硐探等）、道路修建及临时驻地工程活动。主要在于查明矿体埋藏情况、矿石品位及开发的水文地质工程地质条件等。探槽、浅井工程需要剥离地表土石，砍伐树木破坏林草地，表土及渣石就近堆放压占林草地；钻探场地及泥浆池破坏林草地；探矿平硐的废石渣堆排在坑道口的斜坡上，压占植被，加剧水土流失，甚至废石渣成为坡面及沟谷泥石流的物源。如果一个钻进井场及泥浆池占用土地面积约300m2，一般大型矿区多于100孔钻孔，累积毁损林草地约3000 m2，钻场泥浆池、生活垃圾、机器漏油还会污染场地。如包括探槽、硐探的废石渣压占破坏林草地，大型钻井设备搬迁过程中修建便道等各种勘探活动累积至少占压土地10000 m2，因此对地质环境、生态环境造成的影响也非常严重。

2.2 矿建阶段对地质环境影响

在查明可开发的矿产资源之后，需要进行矿山开发工程建设活动，包括矿山办公及生活区、采矿区（平硐、竖井）、选矿厂、矿部至采矿区的矿山公路、尾矿库、炸药库等。在山地峡谷地区，由于地形条件所限，矿部、盘山道路修建、平硐等因边坡开挖均可能诱发和加剧崩塌、滑坡，危及矿山工程及人员安全。削坡整平工业场地、筑路等废石弃渣沿斜坡堆排，破坏林草地，加剧坡面水土流失，在暴雨作用下可成为泥石流的物源。由于矿建阶段工程活动规模及强度远大于勘探阶段，因此对矿区地质环境影响和破坏程度大于勘探阶段。

2.3 开发阶段对地质环境影响

矿产资源开发阶段包括采矿、选矿及冶炼活动，在一些大中型矿山，采矿、选矿活动大多集中在同一个地方，因此矿业开发对矿山地质环境的影响与破坏是所有矿业活动共同作用的结果。露天开采、地下开采对地质影响影响与破坏方式差异加大。

2.3.1 采矿对地质环境的影响

1）露天采矿对地质环境的影响：露天开采需要大量剥离矿体之上的废石及林草，最终形成的凹坑彻底改变了地形地貌；在重要自然保护区、景观区、居民集中生活区的周边及重要交通干线、河流湖泊直观可视范围（“三区两线”）露天采矿，破坏原本绿色的山体。如秦岭北麓华山－少华山风景区沿线，历史开采石渣形成了84处大大小小的采石场，青山的“牛皮癣”，严重影响视觉景观。露天采矿外排土场废石渣占压大量土地，高陡废渣堆场甚至会形成滑塌。严寒对风的北方矿区废渣堆，经强烈物理风化作用，细粒物质经扬尘污染大气或导致周边土地沙化。温湿多雨的南方，含有硫化物的废石渣经长期降水淋溶会形成酸性水，携带淋溶的重金属元素污染地表水、地下水及土壤。露天采坑疏干排水改变了周边地下水的补、经、排方式，形成区域地下水降落漏斗，导致周边井泉水位下降，影响工农业生产。

2）地下开采对地质环境的影响：地下开采排放的废石渣（废石渣、煤矸石等），堆积平硐或竖井周边，占压土地林草地。山地沟坡的废石渣可能成为坡面及沟谷泥石流的物源，在暴雨下形成矿山泥石流。1984-5-27，云南东川铜矿因民矿区黑山沟泥石流造成121人死亡，直接经济损失1100万元14]。1994-7-11，陕豫接壤的西峪发生特大泥石流地质灾害，造成失踪死亡上百人的矿渣型泥石流。截止2005年底，潼关金矿区7条峪道18条沟共有废渣堆944处，占压林地土地面积255.3×10[4]m[2]，矿渣量达1100 ×10[4]m[3]，主要沟谷均是泥石流隐患沟14。可见山地矿山泥石流是最主要、危害最严重的地质灾害类型。

地下矿体厚大的部分及埋藏浅的地方，采矿后会在地表形成地面塌陷及地裂缝。煤矿区是地面塌陷及地裂缝最为普遍且危害严重的矿区。截止2005年，阜新煤矿区共形成20个相对独立的地表沉陷盆地，13个沉陷区，总采空面积73.69 km[2]，总沉陷面积101.38 km[2]，其中严重沉陷面积20 km[2]，采煤沉陷面积81.46km[2][1]。宁夏石嘴山惠农采煤塌陷区形成7处串珠状的地面塌陷坑，土地破坏严重[5]。部分地采煤塌陷会导致严重的含水层破坏，井泉干枯，影响人畜饮水安全，这甚至导致生态环境破坏。

2.3.2 选冶对地质环境的影响

1）选矿活动对地质环境的影响：采矿活动对地质环境的影响主要是物理性破坏，而选冶活动对水土环境的污染影响明显。选矿过程中矿石破碎研磨产生粉尘，选矿排放的尾矿浆往往成为矿区水土环境毒重金属污染的最主要来源。矿业污水排放、尾渣扬尘、污水灌溉农田等，会造成水土环境中重金属严重累积，进而导致水产品、农作物中重金属含量超标，危及农产品及人群健康安全[15～18]。另外山谷型尾矿库溃坝会形成尾沙型泥石流。

2）冶炼活动对地质环境影响：矿石冶炼排放的废气中存在多种重金属元素，会通过大气降尘污染矿区环境，造成农作物重金属含量超标，引发严重的社会环境问题。

2.4 矿山闭坑阶段对地质环境的影响

闭坑阶段矿山存在的地质环境问题有两类：一类是勘探、建设、开发过程中没有及时治理而留存的问题，如露天采矿、排土场、采空塌陷等；二是因矿山闭坑后产生的新问题，如因闭坑露天采矿场或地下采空区不再抽排矿坑水，地下水位上升或因其它原因导致露天边坡失稳形成滑坡[19]。水与残留矿体及围岩接触充分交换，导致地下水中重金属含量增高或形成酸性水污染污染水土环境。采空区因矿柱长期难以支撑，采空塌陷隐患构成人居环境安全的地质灾害隐患。

通过野外调研、综合分析与统计表明，不同阶段活动导致的地质环境问题及其程度存在差异，如图1所示。勘探活动对地质环境影响贡献率约占总影响的10%，矿建及开发利用阶段占70%，闭坑阶段约占20%。

图1 矿产资源不同阶段活动产生的矿山地质环境问题及影响程度

3 矿产资源开发全程一体化防治对策

近年来，历史遗留的矿山地质环境治理工程证明，事后治理恢复被破坏的矿山地质环境的直接代价，高于预防及边开发边治理的代价，这还不包括矿山地质环境破坏对人群安全及社会经济发展的负面影响。因此，矿产资源勘探开发既不能重蹈“先破坏、后治理”的老路，也不能照搬发达国家的“严格环境条件下的资源开发”模式，必须走矿产资源开发与地质环境保护并重的绿色矿业之路。树立全新的矿产资源勘探、建设开发及闭坑全程一体化防治的地质环境保护理念，加强事前预防、过程治理、闭坑恢复行动落实，最大程度减轻矿山地质环境的影响。

3.1 勘探阶段防治对策

在生态环境脆弱区及地质灾害易发区，矿产资源勘查与生态环境保护的矛盾尤为突出。在勘探阶段树立地质环境保护理念，应实施绿色勘探，是建设生态文明的重要步骤，是绿色开发的基础和前提。在勘探阶段应综合考虑后续矿床开发利用情况，优化勘查布局，综合评价贫矿、伴生矿及围岩的可利用情况，为后续综合开发利用、无废生产、少废生产提供勘查依据，从而减少外排废渣压占破坏土地林草地的情况。

矿床勘探时，尽量优选对生态地质环境影响较轻的勘查方法和手段，如用浅钻代替槽探，减少地表土石剥离量和对植被的破坏量。硐探位置尽可能考虑后续采矿利用情况。勘探工作结束后，除保留必要的槽探外，应及时回填探槽、坑探、泥浆池，恢复原有植被。封堵不必要的平硐口。

建议在矿产资源勘查技术规范中，增加勘查活动对生态地质环境保护及恢复内容，地质环境治理恢复经费等，统筹考虑勘探结束后，回填场地、植被恢复、地质灾害治理等费用，改变传统意义上的青苗赔偿费问题。加强矿床水文地质、工程地质情况，矿山自然条件下地质灾害发育特征，利用矿区水系沉积物、土壤化探数据，预测矿区重金属水土环境容量，提出重金属污染防治对策。

3.2 开采阶段防治对策

绿色开采是绿色矿业的关键环节，开发前的预防工作十分重要。加强落实矿业准入条件：矿山环境影响评价、矿山地质环境保护与恢复治理方案、建设水土保持方案、矿山地质环境恢复治理保证金制度等。企业应科学规划、采用科学、绿色开采技术，实施无废生产、少废生产，废石充填废弃巷道及塌陷区，废石资源化利用，减少废石堆排形成的问题灾害链。强化边开发边治理，逐年恢复治理被破坏的生态地质环境。

3.3 闭坑阶段防治对策

矿山闭坑后，对未能在开发过程中治理的对象，如露天采矿坑、弃渣场、塌陷区等矿山废弃地，实施最终的土地复垦、植被恢复和地质灾害治理工作。对于存在地质灾害隐患地段还要设立警示围栏。开展闭坑后地质灾害、水土环境污染变化监测，动态掌握矿山地质环境变化趋势及规律。对于典型的采矿地、重要地质遗迹、矿业文化以及，应实施保护性治理，力所能及地打造矿山公园或科普教育点，充分发挥重要矿业遗迹在科学研究、科普教育、文化旅游方面的重要作用，实现土地复垦、灾害治理、植被恢复、废物资源化利用的最高境界。