石灰石矿山露天开采对环境的主要影响及保护措施

2016-02-08福建省环境科学研究院张琪敏

海峡科学 2016年6期

福建省环境科学研究院张琪敏

目前我国水泥工业以走新型工业化道路为目标，大力促进新型干法水泥的发展。石灰石资源将为实现这一目标保驾护航。因此，在提倡水泥工艺技术进步的同时，水泥工作者一定要克服重工艺、轻矿山的思想，把矿山的技术进步纳入企业技术进步的整体规划之中。在开采过程中，对各生产环节产生的粉尘要采取有效措施进行控制，同时要重视矿山的生态保护工作。本文以闽西山区某石灰石矿山露天开采为例，探讨其开采过程中产生的主要环境影响以及应采取的环境保护及生态恢复措施。

1 项目概况

闽西某石灰石矿山位于低山丘陵地带，矿区水文地质条件属简单类型，地形坡度大，矿床适于山坡型露天开采。矿山工程建设规模为年产石灰石 4.00×106t，采矿作业为自上而下水平分台段的露天采矿方法。石灰石矿山露天开采会对矿区及周边的大气、生态、地下水和声环境等产生不利影响。相对而言，石灰石矿山露天开采对环境的影响主要体现在生态环境和大气环境两个方面。

2 矿山开采对环境的主要影响

2.1 大气环境影响

露天采矿过程中钻孔、爆破和矿石运输等处会产生扬尘和粉尘，受地面风源气象条件的影响，采矿产生的粉尘易扩散，影响周围大气环境质量。

2.1.1 钻孔粉尘

石灰石矿山露天开采采取潜孔钻机打深孔，钻机配套干式滤式除尘设备。95%粉尘可被除尘设备过滤，扩散到大气中的粉尘量较小，影响局限于钻孔周围50m范围内，受影响的主要为现场操作人员，对周边环境影响不大。

2.1.2 爆破粉尘

本项目采取中深孔爆破，相比浅孔爆破，中深孔爆破具有产尘量较少且爆破矿石量大的特点。通过中深孔一次爆破后，还有约 5%的大块岩石需要进行二次破碎处理。二次破碎采用液压锤头击打法破碎爆破遗留下的大块石头，会产生一定量的粉尘。矿山四周开阔，扩散条件好，二次破碎粉尘影响范围局限于开采平台内。根据类比调查，项目正常生产且在未采取抑尘措施的情况下，爆破粉尘主要影响采场下风向300m范围内区域的大气环境质量。

2.1.3 自卸汽车运输扬尘

自卸汽车在采区转运矿石的过程中会产生一定的扬尘，其产尘强度与路面种类、季节干湿以及汽车运行速度等因素有关。本矿山采场上部各开采平台的矿石经液压挖掘机装车后，由汽车运至水平溜井口卸矿，水平卸矿平台有道路通往采场上部各开采平台，矿石运输过程中会产生一定的扬尘。

根据对矿山道路扬尘的监测情况，矿山道路为砂石路面时，各监测点距道路中心分别为 10m、50m和 200m，道路上风向设1个对照点，采样时间为30min，采样仪器为空气/智能TSP综合采样器（型号：崂应2050）。监测布点示意图见图1，运输道路扬尘浓度测定结果见表1。

图1 矿山道路扬尘布点示意图

从表1可见，运输道路下风侧是粉尘污染最严重地带，当路面干燥时，道路旁10m处的粉尘浓度为5.85mg/Nm3，道路旁50m处的浓度值1.43mg/Nm3，距道路200m的浓度值接近上风向对照点。说明矿山道路扬尘的影响范围在道路两侧200m范围内。采取洒水措施以后，道路的扬尘量大幅度降低，10m测点处与干燥时相比，粉尘浓度下降78%；50m测点处与干燥时相比，粉尘浓度下降63%。

表1 道路扬尘浓度测定结果

2.2 生态环境影响

2.2.1 对植被的影响

矿山开采前期需将开采区域的植被剥离，造成植被生物量的损失。运营期对植被的影响主要是矿山开采产生的扬尘、飘尘等对露天开采区周围植被的影响。矿山爆破以及矿石的装载运输过程中若不采取相关的防尘措施，会产生较强的粉尘污染，粒径较大的粉尘在近距离短时间内沉降，但粒径较小的粉尘、飘尘等导致露天开采区周围一定范围内植被生活环境中粉尘浓度显著增加，这可能会影响到附近植被的光合作用和叶面呼吸，从而影响植物的生长。由于矿区周围存在部分农田，矿山的这种影响也会使农作物的生长受到一定抑制，使附近的农作物产量减少，但其影响不大。

2.2.2 对土壤环境的影响

矿山开采破坏了原有地表土壤和植被，由于矿山开采规模大、年限长，表土层被剥离，地表岩石裸露。在降雨作用下，矿山开采时产生的泥沙、粉尘和飘尘等随雨水可能直接流入矿山周围山脚下的农业用地和林地。由于农田的地势较缓，被雨水冲入的细小颗粒泥砂等会沉积在农田中，导致农田受水冲砂压，会改变农田土壤的粒径组成，导致土壤的理化性质恶化，土壤肥力下降，从而影响农作物的生长。

2.2.3 矿区地质危害影响

矿山开采将形成人工开采边坡，由于岩质边坡的岩石节理裂隙发育，其相互切割形成的楔形体局部外倾，且岩石破碎，在爆破的震动力和降雨等地表水的作用下，存在发生局部岩块崩落、掉块等地质灾害的可能，因此应对露天开采区域及周边高边坡处或地表存在可能崩塌隐患的地段进行削坡减载处理，清除危岩，防止边坡崩塌，以确保边坡稳定安全。针对本矿山原有开采过程中遗留的矿硐、巷道等采空区存在的安全隐患，矿山露天开采至原硐采顶板标高时，应注意采空区对露天开采的影响，并及时采取防护措施，以确保矿山开采安全。矿山开采至今尚未发现有滑坡、崩塌等不良工程地质现象。在加强地质灾害监测，对易造成滑坡、崩塌等地质灾害地段做好工程防护工作等防护措施的前提下，矿区范围内发生地质危害的几率将降低。

2.2.4 对当地景观的影响

矿山开采过程中对当地景观的影响主要表现在地形的不断变化。本矿山按照台阶自上而下开采，随着矿体的不断挖掘矿山台面将逐步变低，相应的局部地形就不断下降，地形的改变破坏了山体连绵不断的视觉效果，因此，在矿山服务期满以后，要根据地形营造与周围环境相适应的景观。

3 环境影响保护措施

3.1 粉尘防治措施

3.1.1 钻孔过程

穿凿中深孔的潜孔凿岩设备采用自带的干式除尘器捕尘。本项目采用潜孔钻机阿特拉斯460和宣化CM358A各1台，均配套干式除尘设备，手持式凿岩机采用湿式凿岩除尘，并辅以洒水抑尘的办法，均可有效控制凿岩时的粉尘污染。

3.1.2 爆破过程

爆破作业粉尘的抑制，除采用合理的炮孔网度、微差爆破以及空气间隔装药，以减少粉尘产生量外，在爆破前向爆破现场洒水，使地面保持潮湿，爆破后对采石区进行洒水增湿抑尘，并对爆破矿堆洒水增湿，避免在矿石采装时产生大量扬尘飞逸，在洒水时注意不要使炸药因受潮而失效。要求有风天气减少运输量、少放炮，在大风天气禁止放炮，在小风天人为提高矿岩湿度，以减少粉尘污染。

3.1.3 铲装及运输过程

在装卸前对矿石和场地进行洒水以减少装卸逸散粉尘的产生。车辆运输路面的防尘措施主要采用洒水为主，非雨季每日洒水 6～10次，始终保持路面湿润，该方法简便及防尘效果好。

3.2 生态景观保护和恢复措施

3.2.1 生态景观保护措施

根据矿山工程露天开采的特点以及其对生态环境的影响，建议采取以下生态保护措施：

(1) 施工时合理布置开挖土石的堆存，不允许乱堆乱填，及时修整边坡和挡土墙，以防止水土流失、滑坡和泥石流的产生。

(2) 施工场地布置前先将其表层土开挖运至表土临时堆场堆放，并采取草包（或纺织袋）填土在堆场周边进行围挡，施工结束后进行植被恢复。

(3) 道路选线不应位于地质不良区域，矿山公路修筑应尽量减少切坡开挖，控制开挖边坡的坡高与坡度比，切坡开挖产生的废石土应妥善堆放，以减少灾害的发生。

(4) 矿山施工地表剥离产生的肥沃表土不能随意堆放，应集中堆置，用于台面覆土绿化。

(5) 截洪沟、排水沟和沉淀池应与工程同步修建，以降低水土流失带来的生态环境影响。

(6) 应采取湿式作业、定时洒水等方式降低矿山施工开采粉尘、扬尘对周围植被、农作物和土壤的影响。

(7) 对长时间裸露闲置区域要采取相应的临时措施或植被绿化措施，防止扬尘和水土流失。

(8) 在临时堆放场地周边码编织袋装土筑砌拦挡，土袋挡墙外围设置排水沟，排水沟末端布设沉沙池。遇雨季要在堆土表面铺塑料薄膜覆盖或铺防水土工布覆盖，表土临时堆放长时间不用时，在堆土表面要进行植被绿化，以减少扬尘和水土流失对周围环境的影响。

(9) 加强地质灾害监测，对易造成滑坡、崩塌等地质灾害地段做好工程防护工作。对于山坡现存的散落土石不稳定区域应尽快采取在坡脚修建挡拦防护以确保工程安全。

3.2.2 生态恢复和土地复垦措施

矿山服务期满后，直接的生态破坏活动将停止，主要环境问题是采场的土地恢复利用和生态恢复问题。同时随着矿山土地复垦工作的开展，被扰动或破坏的矿区生态环境将逐步得到补偿或恢复。矿山退役后，遗留部分废墟及裸露的岩土场地若不加以治理和及时复垦，既会对周围的生态环境继续产生影响，又会影响当地的景观美感。大风天气容易引起扬尘，雨季露天开采区可能会发生水土流失，还可能产生滑坡、崩塌等地质灾害。

矿山开采结束后应根据矿山的特点加以整治。矿山退役后的裸露采区是一种极端生境，不具备正常土壤的基本结构和肥力，土壤生物不复存在，地面碎石间含土量少，水分难以保持，太阳辐射强烈导致高温、干旱或水涝等极端环境条件，几乎没有具活力植物繁殖体。作为一种极端裸地，植被原生演替过程极其缓慢。因此，应以人工手段改良其生境条件满足某些植物的生存需要，促进植被在短时期内得以恢复，缩短自然生态系统的演替过程。矿山露天开采后应及时清理，并对平台、平台坡面和底盘进行人工填土和绿化，种植树木及花草，恢复自然景观。对于每一平台坡面应采取设置网格护坡的方式，平整、下管、覆土植树种草及平面挡墙和排水等工程。随着生态环境条件的逐步改良，矿山废弃地的生态系统会逐渐恢复。

矿山废弃地的复垦首先要保证有植被复绿相宜的立地条件，即需创造和解决土壤条件、营养条件、物理条件和植物物种条件等。因此，矿山开采结束后应根据矿山特点加以整治、复垦，具体措施如下：

(1) 对裸露岩石进行土体再塑。进行土体再塑时，要根据矿山开采结束后形成废弃地，占用破坏地的地形、地貌现状，按照新复垦地利用方向的要求，并结合采矿工程特点，对破坏土地进行顺序回填、平整、覆土及综合整治。将矿区开采过程中剥离的表土覆上，并通过加入部分客土，掺好土，形成再塑土体。再塑土体构造必须遵循“上土下岩，粗下细上，酸、碱的在下，中性的在上，不易风化的在下，易风化的在上，肥沃的在上”的原则。

(2) 对再塑土体进行培肥。对再塑土体培肥要先排除限制植物生长的障碍因素，再加以施肥。根据生态适宜性原理，施肥时应考虑以下几个问题：①矿山土中养分的有效性；②种植植物对养分的需求；③肥料对矿山土性质的影响；④水利条件。在再塑土体的培肥过程中，施用氮素化肥是一项有效的“起步”措施，结合施农家肥等措施改良土壤，可以使土壤有机质含量不断提高，从而增加土壤微生物的数量，使养分循环得以进行，提高土壤肥力。

(3) 选用抗逆性和速生性强的植物种类进行植被恢复。覆土培肥以后要进行植被恢复，矿山复垦地与附近农田和生态林地相比，环境因子变化很大，其土层薄、土质差、微生物活性差，因此应选用抗逆性和速生性强的先锋植物品种。随着先锋植物的生长、繁殖，生境逐渐得以改善，再采取草、灌、乔相结合的方式，构成立体保护的生态模式。

(4) 加强后期跟踪管理，保证植被成活率。常言道“种三管七”，因此，必须做好种植以后的植物管理工作。在管理和养护技术上，要了解恢复植被类型和各种品种的特征与特性，抓好浇水、追肥、修剪、除杂、松土和防治病虫害等工作，使植被适应环境，达到较高的成活率和保育率。