嵩县铅矿山土地复垦分析

2021-05-13王晓燕乔天荣刘家橘刘家橙孟凡琳邱庆伦

露天采矿技术 2021年2期

王晓燕，乔天荣，刘家橘，刘家橙，孟凡琳，邱庆伦

（1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南郑州 450001；2.河南省地质调查院，河南郑州 450001；3.河南省城乡建筑设计院有限公司，河南郑州 450001）

嵩县是资源丰富的山区大县，矿产资源极其丰富，同时为省林业大县和国家生态林保护重点县。通过嵩县铅矿山地质环境和土地资源调查，查明矿区地质环境条件，进行规划各种管理手段，采取防范性措施，减少地质环境问题的发生和出现，尽量避免矿山地质环境破坏或将其消除于矿山建设、生产过程当中，可以做到防患于未然；可以达到保护地质环境和土地可持续利用目的。按照“谁损毁、谁复垦”的原则，明确矿权人在获得开发权利的同时，必须承担对损毁土地进行复垦的义务，最大限度实现土地的集约节约利用[1]。

1 矿山地质环境

1.1 矿区基本情况

矿区位于河南省嵩县大王沟村，矿区面积为4.20 km2，开采深度620～378 m，矿体厚度为0.76～3.17 m，生产服务年限为9.5 年，生产规模为3.5×l04t/a，属于小型矿山，开采3 个铅矿体，采用平硐工程PD1、PD2、PD3，斜井开拓。矿区开采的水文地质条件和工程地质条件属简单类型。矿区主要布局有斜井工业场地、回风平硐场地、废石场，矿山道路等。出露岩石主要为熊耳群火山岩系，风化带深度一般5～20 m，最深达30 m，岩石较破碎，裂隙较发育，裂隙宽度0.10 cm 左右，具有一定的透水性，在雨季接受降水补给、水量较小，枯季无水，属于季节性含水层，与地表第四系孔隙水有水力联系。

区内石英脉型铅矿体，矿石一般较致密，局部裂隙发育，呈块状，加上钾化、硅化作用普遍较强，无软弱夹层，自身稳定性良好。同时，其上、下盘围岩为流纹斑岩，其整体强度、硬度较高，风化程度弱，属坚硬类、抗压强度较高、稳固性好类岩石，虽局部构造裂隙发育，但裂隙张开度小、延伸不长，近地表的风化裂隙面平直光滑，多有铁质氧化薄膜，深部多被充填形成裂隙细脉，加上钾化、硅化较强，不易坍塌。

1.2 矿山地质环境影响评估

生态的破坏使得人们的生活和生产受到了严重的影响、因此矿山开采对环境影响评估尤为重要。矿区工业场地、矿山道路建设和一些基建设施进行挖高填低挖损原有的自然地形和植被，对原生的地形地貌景观破坏较大，影响较严重[2]。调查中开采共产生废石2.5 万m3，强降雨和自身重力等条件影响下，有可能作为泥石流灾害的物源，实地调查工业场地上部汇水面积均较小，石方量亦较小，雨水对废石、矿石的冲击力小，而且矿区沟谷发育，支沟较多，易于地表水的排泄，工业场地内渣场引发泥石流的可能性小，危险性小；在时间上与井下采掘工作面的开采速度、距离密切相关[3]；预测未来矿山地表可能出现的最大沉陷值、最大水平移动采用公式为：

式中：Wmax为最大沉陷值，m；Umax为最大水平移动值，m；η 为下沉系数，mm/m，与矿层倾角、开采方法和顶板管理方法有关，本矿取0.5；m 为矿层的采出厚度，m；b 为水平移动系数，本矿取0.3。

铅矿体厚度为0.73～2.90 m，石梯上铅矿体预测地表塌陷深度为0.37～1.45 m。根据《可行性研究报告》对矿体塌陷范围的预测，铅矿体塌陷面积11.96 hm2。判断采矿活动引发地面塌陷、地裂缝灾害危害较大，危险性中等。选矿废石在雨水琳溶作用有可能将废石中的污染物质淋溶出来，造成土壤污染，根据测试分析，固体废弃物废石浸出液各项毒物指标均达到了GB 14848—93 地下水质量标准中的Ⅲ类标准限值要求，故影响不大[4]。

1.3 矿山土地损毁程度

在开采过程中造成破坏的主要环节是平硐工程、工业场地和矿山道路对土地的压占；废石场和临时堆放场对土地的压占、污染；采空塌陷影响区对土的塌陷损毁。在采空区影响下，采矿活动引发和遭受地裂缝、地面塌陷的可能性大，危害程度较大。闭坑期矿山闭坑后地面仍然不稳定，地裂缝和地面塌陷会发生，地表移动期结束，地表基本稳定。依据前期研究地表各损毁区域的损毁类型、原有地类、损毁面积、损毁程度，综合分析其损毁程度，矿区土地损毁程度情况表见表1。

表1 矿区土地损毁程度情况表

1.4 矿区地质环境治理目标和技术方案

充分考虑矿山的地质环境条件的差异和潜在的地质灾害隐患点的分布、危险程度，进行矿山地质环境保护与恢复治理。根据前期调查土地复垦适宜性评价的结果，矿山的自然条件恢复设计主要为塌陷区裂缝、废石场堆积，采硐和工业场地压占等问题。采取的措施为地裂缝充填、采硐封堵、砌筑挡渣墙、设计排水渠、拆除工业场地建筑物等。通过采取适当的工程技术和植被重建措施，恢复生产建设过程中破坏的土地和植被，保护生态环境。

矿区有平硐工程、工业场地和矿山道路等地质环境治理问题，结合破坏的土地类型同时调查矿山周边的社会经济状况，对压占和地面塌陷等土地资源破坏区域，提出土地复垦治理方案分析，矿山环境治理与土地复垦技术路线如图1。

2 矿山恢复治理工程

2.1 工业场地恢复治理工程

进行工业场地平整工程，使场地尽可能避免出现高低不平的地段。在土地平整范围内实现土方量的填挖平衡，参照同类土、岩体的稳定性边坡度值确定，治理后同一标高的平台坡度一般不超过3°[5]。由于压占等建筑因素导致土壤砾石含量过高，在进行土地平整时对表面砾石含量高的土壤进行砾石清理，以满足林草的生长需要。

2.2 采硐封堵工程

图1 矿山环境治理与土地复垦技术路线

矿山闭坑后，PD1～PD3、斜井工业场地和回风平硐场地进行硐口封堵。废渣、废石用于就近封堵井口，填补地面空穴，每回填0.5 m，进行人工夯实，逐层向上回填，直至距离井口8 m 处，采用混合比1∶3的水泥、砂浆浇筑方式进行封堵，预防盗采等现象，保护国家矿产资源，维护矿山秩序，确保矿山安全；闭坑后对占压土地全部复垦为林地。

2.3 挡渣墙工程

在废石场前缘实施拦挡工程，拦挡工程采用重力式、浆砌石结构，根据《国家建筑标准设计图集04J008 挡土墙》设计，挡墙高3 m，地面以上高2 m，墙顶以上边坡按1∶1 坡率放坡。挡墙均采用浆砌块石重力式挡墙，材料选用M7.5 浆砌块石，块石强度不低于MU30。墙体距地面高0.3 m 处设置1 排排水孔，孔间距2 m；沿墙走向每隔10 m 或地基性状突变时设置1 道伸缩缝，缝宽20 mm，缝中填塞沥青麻筋，深度不小于150 mm[6-7]。挡墙排水孔后设置虑水层，墙后填土选用透水性较好的砂类土作为填料，修建挡土墙避免水土流失，及满足要求的排水设施。

2.4 塌陷区恢复治理工程

对于地面塌陷造成的地裂缝进行封填，矿区地表分布大范围第四系黄土，裂缝封填可就近取土进行地裂缝的填埋、整平。一般宽度小于100 mm 的裂缝为轻微等级，宽度为100～300 mm 的裂缝为中等裂缝，宽度大于300 mm 的裂缝为严重裂缝，矿区地表大部分被厚层黄土覆盖，裂缝较大时，需剥离裂缝部位耕作层土壤、就近挖方取土、装运填土、充填裂缝，覆盖耕作层土壤。

根据不同类型强度的裂缝情况其充填土方的工程量亦不同。计算塌陷区地裂缝的填充工作量采用经验公式：

式中：W 为裂缝深度，m；U 为裂缝长度，m；V 为每亩土方量，m3；a 为沉陷裂缝宽度，根据现场调查沉陷裂缝宽度0.1 m；c 为塌陷裂缝的间距，裂缝的间距50 m；n 为裂缝系数，本矿取2.4；s为裂缝数量，调查为2 条。

裂缝深度、长度和每亩充填裂缝土方量分别为3.16 m、32 m 和10.1 m3，上述塌陷区土地复垦面积11.96 hm2，经计算塌陷区地裂缝的填充工作量为1 812 m3，损坏程度为中等级，待闭坑后全部复垦为林地，期间为防止人畜误入塌陷区发生危险，在塌陷区入口醒目位置各设警示牌。

3 矿区土地复垦

3.1 土壤重构工程

针对不同的开采时段，地表熟土进行剥离，剥离厚度为0.60 m。将剥离的表土临时堆放在废石场的表土堆存区，表层与深层单独存放。在土堆上播散草籽，周边设排水沟，防止土壤被雨水冲刷，待土地复垦时利用。塌陷区在平整土地之前应均匀剥离表面耕层熟土，并就近堆放。待开采结束后，对表土覆盖，表土来源是来自基建期剥离的表土，根据矿山林地的种植标准和实际经验设计，覆土厚度0.60 m，可满足乔、灌木的生长需要。

3.2 植被重建工程

根据工业场地和塌陷区复垦面积为12.61 hm2，复垦方向为林地，林木树种选用侧柏，株距和行距均为2 m。造林前穴状整地，预先备好坑，暴露一段时间，坑内填适量土体；坑穴规格为径宽0.6 m，坑深为0.6 m，株行距为2 m×2 m。植树穴切忌挖成锅底形或无规则形，使根系无法自然舒展，坑植时带土球种植，满足植物的生长需要。草类可选择香根草、三叶草适生性极强播撒，覆盖度高的植物配种，利用植物及根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、讲解等作用机理，来清除土壤中的污染物质[8]。复垦后3～5 年，在某些初期种植草地的区域可以适当加种一些灌木，随复垦年限增加可以加种部分乔木，增加区域生物多样性，生态环境趋于合理。

3.3 土壤改善措施

矿区虽然覆盖有良好的土层，但因其养分贫瘠，尤其缺少氮素和有机质，故必须进行施肥。土壤物理性状改良的目标是提高土壤孔隙度、降低土壤密度、改善土壤结构。可采用犁地和施用农家肥、复合肥等，研究表明粉煤灰可以变重土和轻沙土为中间结构土壤，增加土层保水能力和孔隙度；降雨能有效地淋浸出土壤中的盐分，覆盖有机物料以增加淋漓效果[9]；深耕则能有效解除土壤压实，对密度和水分入渗率的影响比穿透阻力和土壤水分含量要大。根据矿区的实际情况，施用有机肥来增加土壤养分，使植物生长良好，提高土壤有机质含量，改良土壤的理化性质。

3.4 地质环境监测

地面塌陷监测采取专业监测与简易监测相结合方式开展。首先在矿区及周边设立水准基点网，利用全站仪、GPS 等仪器及钢卷尺、木桩、贴纸等简易方法，对地面塌陷和地裂缝相关要素的变化情况进行定期监测。监测地表下沉量、水平移动量；地裂缝主要监测地裂缝宽度、深度、走向与长度、两侧相对位移等方面的变化等。

土壤质量监测，监测复垦区内的地形坡度、覆土厚度、土壤pH 值、重金属含量、有效土壤厚度、土壤有机含量、土壤盐分含量、土壤中有害物质含量等，监测方法以《土地复垦技术标准》为准，监测频率为至少每年1 次。土地损毁监测，监测控制点建在预测地面塌陷影响区，布置4 个变形监测点进行监测，监测方法采用经纬仪、全站仪、水准仪监测，有条件的可采用GPS 监测。及时进行记录，及时整理地表岩层移位和变化情况，每月监测1 次，暴雨期间加密监测次数。

3.5 经费分析

结合土地开发整理和复垦有其自身的特点和具体要求进行静态费用估算，为保证恢复治理工程有序进行，可按《河南省土地开发整理项目预算编制》的规定，用人工费、材料费、机械台班费、税费等计算施工费，其它费用按《河南省土地开发整理项目预算定额标准》的有关规定其他费用，包括前期工作费、工程监理费、竣工验收费、业主管理费等。地质灾害监测及土地复垦监测费用按监测工程量计算，其监测单价参考《工程勘察设计收费标准》中相关标准来取费，经综合计算嵩县铅矿区恢复治理及土地复垦静态费为200 万元以上。并根据土地复垦工作计划安排提供土地复垦动态费将会更高，恢复治理及土地复垦费用应纳入到采矿权人生产成本。