河南省矿山地质环境保护与治理研究

杨军伟，李 兰，成玉祥，杨巧玉，孙 淼

(1. 河南省地质环境监测院，河南 郑州 450000； 2. 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054)

河南省矿山地质环境保护与治理研究

杨军伟1，李 兰2，成玉祥2，杨巧玉1，孙 淼1

(1. 河南省地质环境监测院，河南 郑州 450000； 2. 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054)

河南省采矿业发达，矿山地质环境问题较为突出，多年的矿山地质环境保护治理成效显著。抽取16种矿山地质环境关键影响因素，采用聚类分析(Q型聚类法)和神经网络(BP)方法确定赋值，并给予适当人工干预，再用积分值法定量评价了全省矿山地质环境现状。依据现状分区，划分了重点保护预防区及重点治理区，就矿山地质环境保护和治理分别提出了相应对策建议，为河南省矿山地质环境保护和治理工作提供了借鉴。

矿山地质；环境保护；治理建议

河南是矿产资源大省，采矿业为全省经济社会发展起到了重要支撑作用。至2015年底，全省从事采矿活动的矿山共2 608个，包括大型153个、中型256个、小型1 443个、小矿756个。开发利用矿产93种，以煤、铁、铅锌、金、铝土、钼、银、水泥用灰岩、萤石、建筑石料等为主。2015年全省固、液体矿产资源产量31 973万t。但矿山地质环境也遭到较大破坏，给矿区人民生产生活也造成了较大影响。至2015年底，全省矿山地质环境问题累计分布总面积8.11×104hm2，主要分布于豫西、豫南、豫北的丘陵、山区和豫东的永城煤矿区[1]。

1 矿山地质环境问题

1.1 矿山地质环境现状

1.1.1 矿山地质灾害

全省矿山地质灾害主要包括地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流，其中地面塌陷最为突出，分布面积6.1×104hm2，危害严重，主要由煤矿地下开采引起，部分由地下开采铁、金、铅锌等金属矿和萤石等非金属矿引发，主要分布在平顶山、焦作、义马、鹤壁、济源、永城、新密等地煤矿开采区。地面塌陷边缘多伴生地裂缝。崩塌、滑坡主要分布在豫西钼、铁等金属矿山及灰岩、铝土等非金属露天采场(坑)和排土场边坡，威胁边坡上部及坡脚居民、矿山职工及公私建筑、设备等财产安全。泥石流隐患主要为小秦岭金矿区、栾川钼矿区、舞钢鲁山铁矿区等金属矿区的沟道两侧或沟道内未科学设置拦挡、支护和排水措施的排土场、废弃矿渣堆放场、尾矿库等地，易因暴雨激发引发泥石流灾害，对矿山设施及沟道下游居民造成严重威胁。

1.1.2 含水层破坏

全省含水层破坏主要因煤矿开采。全省煤系地层中煤层、含水层、隔水层、弱含水层为交互相沉积，煤矿开采直接影响煤系地层裂隙含水层和下伏奥灰岩溶含水层。煤层开采后由于顶板冒落，采空区上覆含水层结构遭到破坏，原储存于含水层中的水在短时间内排空；在开采深部煤层时，为保证安全生产，煤层下伏含水层特别是奥灰含水层需排水降压甚至疏干，致使形成大范围降落漏斗。全省主要煤矿区年矿坑排水量约4.8×108m3(见表1)。

表1 河南省主要煤矿区年均矿坑排水量 ×104 m3

含水层的破坏还表现在对矿区水文地质条件产生较大扰动：改变了地下水自然流场及补、径、排条件；改变了大气降水、地表水、地下水相互转化关系，改变了原有状态下的循环过程；矿区长期大量的疏干排水，造成矿区地下水位呈区域下降趋势，各矿形成一个个地下水降落漏斗镶嵌在整个矿区大的降落漏斗之中。如平顶山矿区：根据以往资料显示及近年水位监测，矿区经过多年的疏干排水，矿区浅部含水层已基本疏干，寒武系灰岩岩溶水水位也已由1957年10月的83 m下降到2015年的-480 m至-500 m，58年下降幅度达563～583 m，平均年下降幅度9.7～10.1 m，整个矿区形成一个巨大的水位降落漏斗。

1.1.3 土地压占与破坏

土地资源的压占与破坏主要有露天采坑(场)破坏土地资源、工业广场和矿山固体废弃物堆放占压土地资源、地面塌陷及地裂缝破坏土地资源。全省矿山开采压占、破坏土地81 106 hm2(见表2)。

1.1.4 地形地貌景观破坏

全省矿山多分布于山区、丘陵，露天开采铝、铁、钼和建材类矿等直接挖损山体对地形地貌景观造成较大影响或破坏，矿山固体废弃物堆放(排土场、矸石堆、尾矿库等)、采空地面塌陷对地形地貌景观也造成一定影响与破坏。地形地貌景观破坏严重区主要分布在陕县—渑池—新安和巩义—新密—登封—禹州—汝州铝土矿采区、舞钢—鲁山铁矿采区、洛阳栾川钼矿开采区、南阳内乡—南召—镇平—方城—泌阳花岗岩和大理岩及灰岩采区、信阳上天梯珍珠岩采区，以及其他各地市灰岩矿采区等。

表2 河南省矿山压占与破坏土地资源面积 hm2

1.2 矿山地质环境现状评估

1.2.1 评价因子选取

选取16个关键因素作为矿山地质环境评价因子[2]，各评价因子共有75项组成要素(表3)。

表3 河南省矿山地质环境评价因子

1.2.2 评价单元剖分、积分计算和分级

将全省按经纬度剖分网格，网格大小为5 km×5 km，共剖分8 218个评价单元，每个评价单元面积约25 km2。统计各单元评价因子，利用聚类分析(Q型聚类法)把每个单元格内的每个评价因子按其对矿山环境的影响程度分成Ⅰ～Ⅳ 4个类别，并分别赋值 3、2、1、0。第1～4项及15、16项评价因子定性分级并赋值完成量化转变。挑出典型数据作为神经网络程序学习样本，并对每个单元格内的每个评价因子进行相应的分类；并对两种结果进行比较，依据实际情况实施适当人工干预，最后确定各单元各评价因子赋值[2]。分别计算各单元格的矿山地质环境及恢复治理、人类活动及矿山地质背景的得分，并计算其总得分。

计算方法主要采用积分值法：

式中M——某评价单元的总评分值；

αi——第i个评价因子的评分值；

n——i个评价因子数。

将评价单元积分值划分为3个等级：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。分别对应于矿山环境地质问题的发育程度：Ⅰ级为影响严重区；Ⅱ级为影响较严重区；Ⅲ级为影响一般区。

1.2.3 评估分区

在评价单元分级的基础上，全省划分出19个矿山地质环境影响严重区(总面积10 254.78 km2)和9个影响较严重区(总面积6 677.27 km2)(见图1)。

图1 矿山地质环境现状评估分区

2 矿山地质环境保护与治理

2.1 保护与治理成效

2000年以来，通过大力整顿矿产资源开发秩序，全省矿山企业由近万个减少到目前的两千余个，矿山地质环境恶化趋势得到根本扭转[3]。至目前，全省共实施矿山地质环境恢复治理项目392个，资金投入34.31亿元，累计治理面积10 953.6 hm2。其中中央财政项目70个，投入资金14.9亿元；省财政项目263个，投入资金15.81亿元；地方财政及矿山企业自行实施项目59个，投入资金3.6亿元。完成治理地面塌陷区393处、地裂缝443处、崩塌216处、滑坡58处、泥石流61处、矸石山249座、绿化尾矿库52座，恢复耕地3 306 hm2、建设用地1 378 hm2、林地4 474 hm2，建设矿山公园6个，治理效果十分显著。

至2015年底，全省尚有历史遗留及责任人灭失亟需治理矿区2.78×104hm2，各矿山企业责任范围内还需治理面积3.3×104hm2，矿山地质环境保护与治理任务依然繁重[3-4]。

2.2 矿山地质环境保护研究

1)保护与预防区划

依据矿山地质环境现状分区和相关法律、法规，划定矿山地质环境重点保护区和重点预防区(见图2)。重点保护区包括“三区两线”(重要自然保护区、景观区、居民集中生活区的周边和重要交通干线、河流湖泊直观可视范围)和其他矿产资源禁采区等，保护区内禁止或限制采矿，已有矿权逐步关闭退出。矿山地质环境重点预防区主要为矿产资源开发强度较大的地区、生态环境脆弱区和地质灾害易发区，预防区内需采取必要措施，最大程度减小或避免矿山地质环境问题不利影响。

图2 矿山地质环境保护与预防分区

2)保护建议

按照生态文明建设要求，结合供给侧结构改革，落实经济转型、去产能目标，保持矿产资源开采总量与经济、社会发展需求水平相适应，逐步整合、关闭煤炭、铝土、钼等产能过剩型矿山和社会、环境效益较差矿山，减小矿山地质环境破坏总量。深入贯彻《河南省地质环境保护条例》《矿山地质环境保护规定》，建立和完善矿山地质环境动态监测、矿山地质环境治理监督检查及问责等制度，制定矿山企业地质环境动态监测技术标准，进一步规范矿山地质环境保护工作[4]。

按照“源头预防、过程控制、责任追究、损害赔偿”原则，加强矿产资源开发全过程的地质环境保护与监督。强化源头管理，严格执行矿产资源规划，新设矿权须与资源环境保护功能相符合。强化过程控制，矿山立项阶段，加强环境影响评价，严格采矿权设置；设计、建设、生产、闭坑等阶段，按照“绿色矿山”建设标准，实现开采方式科学化、采矿作业清洁化和矿区环境优良化，最大限度避免矿山地质环境破坏。落实矿山企业保护与治理责任，严格按照开发利用方案进行开采，按照矿山土地复垦与地质环境保护治理方案进行监测、治理。

2.3 矿山地质环境治理研究

1)治理区划

依据矿山地质环境现状分区，结合目前治理情况，区分“轻重缓急”，划分出矿山地质环境重点治理区(图3)。重点治理区包括经济社会发展建设规划区域及矿产资源重点开发区；计划经济时期遗留的矿山地质环境问题严重区；矿山地质环境问题对民生影响较大的城镇和矿产开发区；治理后综合效益明显的矿区等，重点治理区近5～10年内需抓紧实施矿山地质环境治理工作。

图3 矿山地质环境重点治理分区

2)调查与监测

依据治理区划图，开展矿山地质环境详细调查评价工作，查明矿山地质环境问题类型、分布、规模及危害程度，为矿山地质环境治理提供技术依据。开展矿山企业自主监测，建立监测网络和核查机制，加快监测基础设施建设，充分利用卫星遥感等先进技术，对矿山地质环境实施动态监测，基本掌握和监控各类矿山地质环境问题的现状和变化情况。

3)治理建议

充分发挥财政资金的引导带动作用，探索构建“政府主导、政策扶持、社会参与、开发式治理、市场化运作”矿山地质环境治理新模式，建立PPP项目库，向社会公开吸引资金开展治理[5]。将矿山地质环境治理与新农村建设、生态移民搬迁、地质灾害治理、精准扶贫等有机结合起来，加强政策与项目资金的整合与合理利用，切实提高矿山地质环境保护和治理成效。

突出“三区两线”矿山地质环境恢复治理，重点实施城镇周边、重要交通沿线与水利工程周边、重要风景区周边历史遗留矿山地质环境问题恢复治理，按“山、水、林、田、湖”因地制宜实施治理。矿山企业矿权范围内，矿山企业为治理主体责任人，应按照批准的矿山土地复垦与地质环境保护治理方案加快治理，使矿山地质环境恢复或改善。具备矿山公园建设条件的，可鼓励规划建设矿山公园。

4)科技创新

加大科技投入，按照“三深一土”科技发展战略，强化测绘地理信息系统等新技术应用，开展矿山地质环境保护与治理科学技术研究，增强矿山地质环境调查监测能力，进一步提高矿山地质环境保护信息化建设和应用水平。

3 结 语

1)河南省采矿业发达，矿山地质环境保护治理任务较重，治理工作成效显著，但仍有大量保护和治理工作有待实施。

2)建议矿山地质环境保护区内禁、限采矿，从源头上切实保护矿山地质环境；预防区内需采取措施预防矿山地质环境恶化，减少存量、限制增量，财政投资治理历史遗留、无主矿山地质环境问题，矿山企业负责矿权内矿山地质环境问题治理。

3)建议近期着重实施重点治理区的矿山地质环境问题治理工作，通过调查、监测、治理及新技术应用，尽快还矿区人民“碧水蓝天、绿水青山”。

[1] 杨军伟, 褚加计. 河南省矿山地质环境保护与治理“十三五”规划研究报告[R]. 郑州: 河南省地质环境监测院, 2017.

[2] 魏玉虎, 齐光辉, 杨军伟, 等. 河南省矿山环境地质问题综合评价分区研究[J]. 水文地质工程地质, 2007(2): 106-108.

[3] 褚加计, 朱洪生, 陈广东, 等. 河南省矿山地质环境问题发展趋势分析[J]. 农村经济与科技, 2016, 27(16): 1-3.

[4] 杨士海, 王西平. 河南省矿山地质环境问题治理对策研究[J]. 中国国土资源经济, 2013(10): 11-14.

[5] 陈永明. 矿山地质环境治理之德国经验[J]. 国土资源导刊, 2015(3): 62-63.

A Research on Mine Geological Environment Protection and Governance in Henan Province

YANG Junwei1, LI Lan2, CHENG Yuxiang2, YANG Qiaoyu1, SUN Miao1

(1.GeologicalEnvironmentalMonitoringInstituteofHenanProvince,Zhengzhou,Henan450000,China;2.CollegeofGeologicalEngineeringandSurveying,Chang’anUniversity,Xi’an,Shanxi710054,China)

In Henan Province, the mining industry is very developed. At the same time, mine geological environment problems are outstanding. After years of mine geological environment protection management, the results are significant. This paper quantitatively evaluates the mine geological environment current situation in Henan Province in integral value method based on 16 kinds of key influencing factors of the mine geological environment. They are assigned by the cluster analysis (Q type cluster method) and the neural network (BP) method, as well as the appropriate human intervention. According to the current situation distribution, the key protection prevention region and management region are divided respectively. In terms of mine geological environment protection, this paper puts forward the corresponding countermeasures and suggestions respectively. It will be the reference significance for the mine geological environment protection and governance work in Henan Province.

Mine geological; Environment protection; Governance suggestion

2017-04-27

国家自然科学基金项目——地下采煤引发黄土滑坡的形成机理研究(41672255)

杨军伟(1972-)，男，河南林州人，高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质和环境地质研究，手机：13633805856，E-mail：8546925900@qq.com.

TD167

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.038