河南报庄铝土矿矿山环境地质问题及治理措施研究

2021-09-01王丽伟杨延伟

中国锰业 2021年4期

王丽伟，阎昆，杨延伟

(河南省资源环境调查一院，河南郑州 450000)

河南报庄铝土矿为一生产矿山，开采方式以露天开采为主，地下开采为辅，生产规模为10×104t/a，开采标高为+518.8～+420 m。矿床属于沉积型铝土矿，呈单层状产出，且在铝土矿体(层)的上下或中间多为似层状或透镜状的黏土矿，其经济价值较高[1-3]。随着资源开采的持续推进，导致矿山出现不同程度的环境地质问题，在“绿水青山就是金山银山”的环保政策下，加强矿山生态环境修复治理，逐步走向可持续发展的道路是缓解矿产资源开发与环境保护之间矛盾的主要途径[4]。因此，以报庄铝土矿床为研究对象，分析其现存的矿山环境地质问题，进而提出相应的治理恢复方案，为推动河南省绿色矿山发展提供参考。

1 矿山环境地质问题

1.1 地质灾害问题

矿区内地质灾害主要包括露天采坑不稳定边坡及排土场不稳定边坡形成的滑坡、崩塌灾害，对矿山生产影响较大。其中，露天采坑形成的不稳定边坡包括CK1～CK4边坡，排土场形成的不稳定边坡包括PT1～PT3边坡。

1)露天采坑不稳定边坡

CK1边坡位于矿区西部，坑底有少量积水，采坑西部深约35 m，坡度为70(°)～80(°)，第四系和砾石层厚7～8 m(图1a)，由南至北逐渐变厚，在强降雨或持续阴雨条件下，易发生边坡失稳，引发滑坡和崩塌灾害；CK2边坡深约40 m，坡度70(°)～85(°)，第四系和砾石层厚约9 m(图1b)，在强降雨和不可预见的地面震动条件下容易引起边坡失稳，引发滑坡和崩塌灾害；CK3边坡东部坡度为70(°)～80(°)，坑深约45 m，第四系厚度由南至北逐渐变厚(见图1c)，在强降雨和不可预见的地面震动条件下容易引起边坡失稳，引发滑坡和崩塌灾害[5]；CK4边坡坑深约32 m，坡度60(°)～85(°)，东侧近直立(见图1d)，边缘距东侧房屋和道路仅5～8 m，在强降雨或持续阴雨条件下易发生边坡失稳，引发滑坡和崩塌灾害。

图1 露天采坑不稳定边坡

2)排土场不稳定边坡

PT1边坡位于矿区南部，边坡高18～27 m，坡度65(°)，为渣土松山堆积，在强降雨条件下极易引发滑坡灾害(图2)。

图2 PT1排土场不稳定边坡

PT2边坡位于CK2边坡西北部和东部，大小形状不一，坡高18～22 m，坡度40(°)～55(°)为渣土松散堆积，在强降雨和不良天气下容易引发滑坡等灾害[6]；PT3边坡位于CK3边坡南部，坡高20～22 m，坡度45(°)～60(°)，为渣土松散不规则堆积，在强降雨和不良天气下容易引发滑坡等灾害。

1.2 地形地貌景观破坏问题

矿区铝土矿资源开采以露天开采为主，导致矿区内开采区域的地形地貌景观全部被破坏，致使植被破坏、基岩裸露(图1a、b)[7]，并形成形态不规则的采坑5处。根据采坑形态，矿区采坑均属于缓坡型采坑，采坑底部较平坦或呈缓坡上升，采壁位于某一方位，整体呈开放状。采坑场地内一般基岩裸露，边坡陡立。区内遗留渣堆3处，形态体现上也存在两类：①圆台体形，渣堆在缓坡上逐渐堆高，顶部形成平台(图3a)；②坡面形，废渣顺坡堆放，形成渣坡(图3b)。

图3 矿区内遗留渣堆

1.3 土地资源破坏问题

矿区铝土矿资源开采对土地资源的破坏主要表现为矿产开采将上覆岩层和表土剥离后形成废弃采坑，进而造成土地资源毁损，以及开挖产生的废弃矿渣随意堆放压占土地资源，矿区内土地资源破坏调查统计数据见表1。

表1 损毁或压占各土地类型面积明细 hm2

由表1可知：矿区破坏或压占土地面积共计40.14 hm2，其中因采矿作业破坏旱地面积21.11 hm2，占比52.59%，是破坏面积最大的土地类型。

1.4 土壤污染问题

报庄铝土矿以露天开采为主，导致在矿区地表形成大面积的裸露基岩、矿石堆以及废渣，使得岩(矿)石裸露于地表，在强降雨或持续阴雨条件下，铝土矿石及矿渣中的有害成分可以通过淋滤作用渗透至附近的土壤中，造成土壤结构或理化性质的改变，进而对居民身体健康造成危害[8]。为查明矿区临近农田土壤污染问题，在矿区排土场下游附近的农田土壤中进行土壤样品采集，其分析结果见表2。

表2 排土场土壤样本基本项目的检测 mg/kg-1

由表2可知：矿区排土场下游的农田土壤pH较大，为弱酸性土，且以旱地为主，结合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)农用地土壤污染风险筛选值可知，铝土矿资源开采对下游土壤的污染影响不大；此外，根据4份样品的分析结果可知，As、Hg、Pb、Cd、Cr6+和pH的变化趋势一致，间接说明采矿活动对下游农田土壤污染影响不大。

2 治理恢复方案研究

2.1 Ⅰ区治理恢复方案

Ⅰ区包括2个治理单元，分别为CK1和PT1。

1)CK1为缓坡性采坑，南面半开阔，西、北和东面为采壁，底部整体为缓坡。治理设计首先对采坑底部进行挖高垫低整形，设计坑底标高+538 m，然后填方削坡。顺应现状地形，分别修整为+546，+542 m两个平台。设计平台宽5 m，坡高4 m，边坡比1∶1.50，各平台之间低缓斜坡撒播草籽绿化，平台边缘修建高出地表0.5 m田埂，防止水土流失。采坑底部局部修建略低于坑底设计标高1.5 m，面积1 069 m2为椭形的土质蓄水区，区内种植柳树，以备在雨量较充足的季节能储备雨水，防止出现内涝(图4)。

图4 报庄铝土矿山Ⅰ区治理恢复设计

2)PT1均为圆台状渣堆，为保证排土场的稳定性，将该排土场进行削坡放缓处理。根据当地村民的要求和地形地貌，拟将PT1削坡整理后形成标高为+552～+551 m的平台，东部高，西部低，利于排水；边坡坡高11 m，按边坡比1∶1.50削坡，平台覆土复耕及坡面均撒播草(树)籽绿化(图4)。平台边缘设置田埂，防止水土流失。

2.2 Ⅱ区恢复治理方案

Ⅱ区包括6个治理单元，分别为CK2、PT2-1、PT2-2、CK3、PT3-1和PT3-2(图5)。

1)CK2为缓坡性采坑，北面开阔，东西面和南为采壁，底部整体为缓坡，且西侧采壁高于东侧约10 m。治理设计首先对采坑底部进行挖高垫低整形，设计坑底标高+490 m，然后填方削坡，顺应现状地形，采坑西部分别修整为+500，+510，+520 m 3个台阶；采坑南部顺应村庄道路地势，修整为缓坡状，高程+510～+530 m，采坑西部分别修整为标高+490,+500 m两个台阶，顶部平台+510 m；设计平台宽8 m，边坡坡高10 m，边坡比1∶1.50，各平台之间低缓斜坡撒播草(树)籽绿化。

2)PT2-2为无序堆放渣堆，为保证排土场的稳定性，将该排土场进行削坡放缓平整处理。拟治理设计首先对排土场底部进行挖高垫低整形，设计坑底标高+490 m，向南修整标高+500 m的台阶，台阶整体与CK2西侧台阶相连。边坡坡高10 m，按边坡比1∶1.50填方削坡，中部平台宽8 m。顶部平台顺应地势向西逐渐坡降，长度约450 m，坡降3 m。PT2-2西部为植被缺失，仅设计补栽乔木。平台覆土植树，低缓坡面均种植乔木和撒播草(树)籽绿化，中部覆土复耕。此外，PT2-1为CK2北部的排土场，设计分别修整台阶标高+546，+541 m。边坡坡高5 m，按边坡比1∶1.50削坡，平台覆土植树及坡面均种植撒播草(树)籽。

3)CK3为缓坡性采坑，东南面为原始陡坎，西面和北面为采壁。治理设计首先对采坑底部进行挖高垫低整形。设计坑底回填至标高+470 m，然后填方削坡，顺应现状地形，采坑西部修整为标高+480 m的台阶，平台宽10 m，边坡坡高10 m，边坡比1∶1.50。平台植树，低缓斜坡撒播草籽绿化。平台外缘修建高出地表0.5 m的田埂，防止水土流失。采坑底部局部修建略低于坑底设计标高1.5 m，面积917 m2为椭圆的土质蓄水区，区内种植柳树，以备在雨量较充足的季节能储备雨水，防止出现内涝。

4)PT3-1位于CK3西部，设计平整场地，覆土复耕。设计底部平台+490 m，覆土复耕，边坡坡高约10 m，边坡比1∶1.50，撒播草(树)籽绿化；PT3-2位于矿区道路南侧，平面整体形态呈L形，设计成平台，覆土复耕，平台高程+510～+500 m，东西向长约650 m，南北向长约360 m，坡降10 m。