巩义市露天开采矿山地质环境治理工程设计思路探讨——以夹津口镇丁沟村治理Ⅱ区为例

张 华，韩琳琳

(河南省资源环境调查一院，河南 郑州 450000)

0 引言

可持续发展要求经济、社会和环境协调发展，不能以牺牲环境作为经济和社会发展的前提，生态环境改善有利于维持本地区经济和社会的持续发展[1-3]。目前巩义市露天开采矿山存在的地质环境问题严重，显然不满足人们对生活环境的需要，这也大大降低了人民生活的幸福感和安全感，所以恢复矿山地质环境，改善人居生态环境比以往任何时候都紧迫和必要。通过矿山地质环境恢复治理设计工程的实施，一方面可以消除地质灾害隐患，改善地表景观和当地居民生活环境质量；另一方面，对治理区土地开展综合整治，保护脆弱矿山地质环境，恢复土地生态功能和土地利用功能，最终有力支持当地经济的发展[4-5]。

1 巩义市历史遗留矿山恢复治理研究基础

党的十八大以来，生态文明建设被放在突出位置，并成为国策，其实就是把可持续发展提升到绿色发展高度，为后人"乘凉"而"种树"，就是不给后人留下遗憾而是留下更多的生态资产[6]。为贯彻落实《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》，根据《河南省露天矿山综合整治三年行动计划(2018—2020年)实施方案的通知》精神，在全省范围内，巩义市首先展开了全域历史遗留矿山地质环境恢复治理，全面摸清全市范围内露天开采无主矿山现状下存在的问题，排查地质灾害点[7]。进而以镇为单位，分区域划分为多个治理区，同时以治理区为规划整体，以治理区内多个图斑为治理单元部分，编写《巩义市××村治理区矿山地质环境恢复治理与土地复垦工程规划设计》[8]，设计是基于各治理区矿山地质问题现状，明确修复对象土地开发利用规划和植被修复等具体要求，根据地形地貌和地质环境背景，以适宜、有效的修复治理技术与方法为基础，结合当地规划远景构建一整套结构合理、层次分明、系统完整的修复治理技术和方法的最优方案[9]。最后把握治理区内采坑、采场、渣堆等地质环境问题的大小、数量、分布情况以及各治理区的治理费用，首先在全镇范围统筹规划使各项资源趋于平衡，最终在全市范围内实现资源平衡。

2 露天开采矿山产生的地质环境问题及主要原因

截至2016年底，全市露天开采无主矿山开发占用和破坏土地面积约906 hm2，矿山主要分布在7个镇，分别为夹津口镇、米河镇、涉村镇、西村镇、小关镇、新中镇及竹林镇[10]。这些矿山用地遭到严重破坏，长期不能发挥土地利用效益，恢复治理难度大。

本次露天开采矿山以石炭系本溪组铝土矿、石灰岩矿为主，由于历史原因过去采矿多为简单粗放的模式，甚至出现企业和个人盲目乱挖乱采的情况，导致土地、森林资源大量被摧毁[11]。采矿后遗留的裸露高陡边坡和采坑边坡，岩体风化、碎裂、失稳，继而产生危岩体发生崩塌、滑坡等地质灾害。本次重点治理区的地质环境问题有采坑连片(图1)、渣堆随处堆放(图2)、岩体裂隙形成危岩体(图3[8]，地形坑洼不平且多在公路旁或村庄、耕地附近，不仅存在明显安全隐患，而且占压和挖损大量土地资源，原生植被彻底破坏，造成严重的视觉污染和环境破坏。

图1 露天铝土矿采坑连片分布Fig.1 Continuous distribution map of open bauxite mining pits

图2 灰岩采场及渣堆Fig.2 Limestone mining field and slag heap

图3 紧邻农村道路的大裂隙及危岩体Fig.3 Large fissures and dangerous rock mass near rural road

根据本次对整个治理区的现场调查，发现产生矿山地质环境问题的主要原因有3个：

1) 矿山开采技术比较落后，开发无序。原来矿山多采用粗放式开挖，并未按照开发利用方案设计的开采方式和开采顺序，预留平台或者台阶，最终形成陡坡或者陡崖。

2) 矿山资源开发监管薄弱。巩义市矿山分布面积大，范围广，矿山管理意识不强、不严，造成了监管难，难监管的局面。

3) 矿山环境保护方案编制与矿山具体实施两张皮现象普遍。在以往矿山开采中，编制方案只为履行手续，并未将生态恢复，绿色矿山理念贯彻其中。仅关注当前经济利益，让经济效益最大化，而这种不良后果的惩罚机制不健全或者处罚成本较小，导致矿山企业心存侥幸或者无视，最终遗留较多的矿山地质环境问题。

矿山地质环境问题与修复目标，见表1。

表1 矿山地质环境问题与修复目标Table 1 Geological environment problems and restoration objectives of the mine

3 设计原则和技术路线

3.1 设计原则

牢固树立“山水林田湖草”是一个生命共同体的理念，坚持生态优先、区域统筹、分级分类、协同共治，使治理工程综合效益最大化的原则。除了通常提到的安全可靠、经济合理、因地制宜、挖填平衡、就地取材等原则[12]外，在巩义矿山恢复治理设计过程中结合工作实际，另总结出以下3个设计原则：① 保证基本农田红线不动摇。根据全国土地二调数据，使治理区恢复后耕地数量不减少，质量不降低。② 保护优先，加强生态环境修复。在保证了第一条原则的情况下，优先考虑生态环境需要，突出协调、绿色的新发展理念，增大生态系统的多样性和丰富性，增强环境稳定性；③ 与市、镇政府充分沟通，与地方规划做好衔接。按照当地五年规划，平衡耕地、林地、建设用地的指标，既兼顾生态环境恢复的需要，又促进当地经济的发展。

3.2 技术路线

依据矿山地质环境治理技术要求，首先开展矿山环境地质调查，在先查清矿区地质环境问题和条件的基础上，通过地质灾害治理工程、基础设施建设工程、土地资源综合整治工程、生态林建设、景观公园建设及科普教育系统建设等措施的实施，对项目区进行综合治理，建立治理工程数据库，设计工程治理部署图，编写矿山地质环境治理规划设计。

4 设计方法及治理效果

基于历史遗留矿山具有历史跨度时间长、环境资源破坏类型多样、环境治理与资源修复成本高等特点，本次修复工作需要在考虑当地资源条件的基础上，根据修复主体的问题现状选用多种工程手段相配合，最终达到地形地貌得到恢复，生态环境得到改善的目的。

4.1 设计条件

1)渣源：明确回填采坑所需要渣的来源和运输距离，以及渣堆周边采坑的大小和分布情况，统筹规划，做到治理范围内挖填平衡。

2)土源：明确当地土层厚度和土壤性质，做到表土剥离并单独堆放。需要外运客土时，明确客土来源和运输距离，以及土壤性质。如有条件，可以做土壤取样测试。

3)水源：明确养护灌溉所需水的来源和运输距离，水量大小以及是否可持续供给。

4)建材：治理工程所需石料，是否可从治理区内清理危岩、削坡产生的石方量中抵扣，如果可以，在最终计算石方量时，需扣除使用材料的方量。同时在定额计算中要将材料费用归零。

4.2 治理思路及方法

巩义市历史遗留矿山数量多，矿山地质问题复杂，在治理过程中要运用“一矿一策”的原则，依据各治理区的实际情况，设计相适宜的治理方案。以丁沟村治理Ⅱ区为例，根据镇政府规划，治理区复垦方向为耕地和林草地，一方面可以排除多种地质安全隐患，另一方面为当地居民提供较好的农业生产条件和人居环境。根据现场调查可知，本地区复垦耕地存在三大优势：一是本区距居民区较近，不足百米，有农耕的人力条件；二是本区交通条件便利，有道路直穿本治理区，方便生产耕作；三是治理后地块平整且连片，同时有土源条件，为复垦耕地提供了有利保障。

根据目前条件分析，首先将残留山体进行挖高填低，对险陡坡面进行排险处理，再通过以下多种工程相结合的方法进行恢复治理，恢复连片耕地百余亩和林草地近百亩，最终达到提高土地利用和恢复生态环境的目的。

1)边坡治理工程：包含危岩清理、坡面削坡、台阶式削坡。本治理工程重点在顺势整理，根据施工条件，也分为人工和机械两种。

2)场地平整工程：包含挖方(土、石方、渣方)、填方(渣方)、场地平整，根据工作量的体积计算工作量[13]，一般采用南方Cass中方格网法计算，测算出治理面积、挖方量、填方量。

3)覆土工程：包含场内运土，客土外运，推土机推平。覆土厚度依据土壤质量按照土地复垦质量控制标准(TD/T 1036-2013)而定。

4)挡土墙工程：常用的有浆砌石挡土墙和干砌石挡土墙两种，治理区降水偏少，较为干旱，因此基本选用干砌石挡土墙。

5)排水沟工程：常用的有浆砌石截排水沟和干挖沟排水沟。

6)道路工程：道路升级改造为宽4 m的水泥路面的农村道路，同时地块中间隔200 m距离设计有宽3 m的生产路。在道路两边设计截排水沟和绿化带。

7)翻耕培肥工程：对形成的平台进行翻耕培肥，根据当地经验，翻耕深度大于30 cm，有机肥的使用量约为3000 kg/hm2，在有机肥施用的基础上，配合施用复合肥，结合当地复合肥施用的经验，确定培肥和翻耕面积。

9)绿化工程：治理区位于低山丘陵区，土壤贫瘠，干旱少雨，植物的选择要适宜当地气候与环境条件，同时要达到美观的视觉效果。绿化以乔木为主，灌木为辅。乔木树种选择多为侧柏、黄栌、核桃树、刺槐，灌木树种多选择连翘、凌霄，可以遮挡裸露岩壁，同时在林间撒播草籽、树籽，补充绿化效果。大于30°的坡面绿化以撒播草籽、树籽为主要绿化手段，恢复为其他草地。草籽选用荆条、白羊草、羊茅草狗牙根、长芒草、野菊等均可，也可以混合撒播，撒播密度为30 kg/hm2。在岩壁高差较大时，考虑在崖壁下栽种爬山虎，可以有效遮挡崖壁，提高视觉绿化效果。

10)林地养护工程：林地管护工作包括浇水、施肥与人工，管护期为3年，以期达到预期绿化效果。

4.3 治理后生态环境恢复效果

通过灵活选用多种配套工程防护和植被防护相结合，既能消除地质灾害事故隐患、保障道路畅通和人身安全，又可恢复治理区植被，减少水土流失。以夹津口镇丁沟村治理Ⅱ区为例，损毁面积共计13.52 hm2，治理后恢复旱地7.64 hm2、林地1.18 hm2、草地4.11 hm2，新增道路用地0.59 hm2。由治理前后的对比(表2、图4)可见，通过治理，明显改善人居环境质量，提高土地利用，取得较大经济效益，同时建立与周边景观协调一致的生态环境，对恢复地形地貌景观具有重要作用，对城市生态环境恢复治理具有示范及指导意义。

图4 丁沟村治理Ⅱ区治理前后对比图Fig.4 Comparison map of Dinggou Village Treatment AreaⅡbefore and after treatment

表2 丁沟村治理Ⅱ区治理前后土地利用对比Table 2 Comparison of land use before and after treatment in Dinggou Village Treatment AreaⅡ

通过贯彻落实《河南省露天矿山综合整治3年行动计划(2018—2020年)实施方案》(豫政〔2018〕30号)的精神，创新露天矿山治理模式，本次提出采用开发式治理的方式对巩义市历史遗留矿山进行治理，在完成恢复治理目标任务的同时，产出一定规模的矿石量，或有新增耕地面积形成耕地指标，产生一定经济效益[15]。按照矿石市值价格，将产出的矿石价值统归市政府统筹分配，实现收支两条线，用于全域内矿山地质问题统筹治理。通过本项目的实施，最终取得生态环境效益和经济效益双收益，是一项利国利民、造福后代的生态治理工程，综合效益显著。

5 结论

巩义市露天开采遗留的采坑、渣堆、危岩体等地质环境问题作为本次重点治理问题，首先根据巩义市各镇、村的规划发展需要，结合土地利用现状图明确设计原则和设计思路，同时结合治理区地质环境现状及地质条件，重点部署耕地和生态恢复工程，有效的改善当地农业耕作条件和生态环境的地形地貌景观，保证基本农田数量不减少，质量不降低。以丁沟村治理Ⅱ区为例，投入资金762万元，通过场地平整、覆土工程、道路工程、挡土墙工程、排水沟工程、翻耕培肥工程、绿化工程、养护工程等多项工程配套治理的实施，使得治理区由原来的千疮百孔将变为百亩良田和近百亩林草地，同时将崎岖不平的山路升级改造为标准农村道路，人居环境和生态环境得到极大改善。在历史遗留露天开采矿山修复治理的同时，因削坡减荷、消除地灾隐患等修复工程新产生的土石料，不仅可无偿用于本修复工程，而且也产生部分收益，并由市人民政府统筹用于本地区生态修复，产生较好的社会效益、生态环境效益、经济效益。