中國礦山環境地質問題區域分布特征

中國是世界上的第三礦業大國，其礦產資源約占據世界礦產資源的14.6%，開采礦種193種。礦產資源在我國社會經濟發展中起著重要的基礎性作用，95%左右的一次性能源及80%以上的工業原料、大部分農業生產資料和1/3的飲用水都來自于礦產資源。人們在不斷開發礦產資源滿足日常生活需求的同時，由于不合理地頻繁開采礦產資源，改變和破壞了礦區周圍的自然環境，產生了眾多環境地質問題。

1、不同地質環境區域分布概況

礦山環境地質問題受區域地質環境條件的影響較大，不同地質環境區域開礦所導致的環境地質問題類型差異很大。例如山地區域開礦易引發崩塌、滑坡、泥石流等災害，而平原盆地區開礦則會加劇植被的破壞和地面塌陷的發生。

中國地質環境條件復雜多樣，依據中國地形地貌、氣象水文、植被、巖土體性質及原生環境地質問題等因素，可將影響中國礦山環境地質問題分布規律的地質環境背景劃分為6大地質環境區域。就不同地質環境區域而言，由礦山地質災害發生的次數從高到低依次為中高山地區、中低山丘陵區、平原盆地區、黃土高原區、戈壁沙漠區和多年凍土區。其中川、西、滇、黔、鄂、湘、桂等地區山川相間，峽谷較多，氣候濕潤多雨是泥石流、滑坡、崩塌的多發地，礦產開發等人為活動促使泥石流、滑坡、崩塌的發育更為嚴重。不同類型的開采造成的地質災害數量及類型差別也較大，其中煤礦礦山問題重于金屬礦山、金屬礦山問題重于非金屬礦山。

2、不同地質環境區域礦山環境地質問題

2.1中高山地區

中高山地區礦產較為豐富，主要開發礦產有煤、金屬礦類如金、鉛鋅礦、鐵、銅、錳、錫等以及非金屬礦產，其礦業開發程度較強。但由于該區域地處高山區，所以礦山開采主要災害類型為泥石流、滑坡、崩塌等；其次是金屬礦山和煤礦的開采，易導致水土環境污染、植被破壞和土地占用及地面塌陷。例如，云南東川銅礦因民礦區、個舊錫礦區、四川冕寧瀘沽鐵礦區、甘洛鉛鋅礦區、貴州開陽磷礦區、陜西潼關金礦區、紫陽瓦板巖礦區及山西太原西山煤礦等礦區歷史上都曾發生過嚴重的泥石流災害。

2.2中低山丘陵區

中低山丘陵地區自然生態環境良好，且人口密集，經濟發展較快，礦業開發強度高。主要開采煤、鐵、金、鎢錫礦、稀土礦及非金屬建材等礦產，且煤礦及金屬礦山開采是環境地質破壞的主要問題。煤礦突出的主要問題有：地面塌陷、地裂縫及排水污染等，其突出礦區主要分布在大、小興安嶺地區的黑龍江鶴崗、遼寧阜新及內蒙古赤峰元寶山煤礦區→泰山及膠東半島的泰安煤礦區、萊蕪煤鐵礦區、淄博煤鐵礦區、湘贛粵一帶的湘中婁底市冷水江市資江煤礦區、宜章縣楊梅山煤礦區→桂南的廣西合山煤礦區等地。

金屬礦開采突出的問題主要是酸性廢水及重金屬對水土所產生的污染；其次是土地占用及泥石流、崩塌、滑坡。主要分布地在湘南的郴州市柿竹園有色金屬礦區、宜章縣瑤崗仙鎢礦區、瑪瑙山鐵錳礦區以及贛州的德興銅礦—金山金礦區、贛南崇余猶鎢礦開發區和膠東半島金礦區等地問題較突出。

非金屬礦山的分布地區主要在浙江等地，該省主要開采建筑用磚瓦粘土、建筑用沙、石灰石等建筑材料。其中土地占壓與破壞、地面塌陷是該區域的主要環境地質問題，該類礦山的塌陷數量和塌陷區面積分別占全部塌陷礦山總數的83%和75%，其中浙江金華螢石礦區本省地面塌陷最嚴重的地區之一。

2.3平原盆地區

該地區以煤、磷、鐵及建筑用砂開采造成的環境地質問題較為嚴重，煤礦開采引起的地面塌陷問題最突出；其次為占用與破壞土地和礦山疏干排水造成的地下水位下降、泥石流、崩塌災害造成的人員死亡。其中江蘇徐州采煤塌陷已發展為全國典型，地面塌陷面積約占全省總塌陷面積的98%以上，并且塌陷仍在繼續擴展。煤礦問題嚴重的礦區主要分布在呼倫貝爾高原區的內蒙古寶日希勒煤礦區、扎賚諾爾煤礦區、鐵嶺調兵山及內蒙古興安盟突泉縣南部一帶的煤礦開采區、銀川—河套平原區的內蒙古烏海煤礦區、寧夏石嘴山煤礦區、華北及長江中下游平原區的河北唐山開灤煤礦、河南義馬煤礦、山東濟寧—棗莊煤礦、安徽兩淮煤礦、江蘇徐州煤礦、湖南婁底煤礦、長沙寧鄉煤炭壩煤礦等礦區。

2.4黃土高原區

該地區生態環境較脆弱，故礦產開發強度屬于中等，區內主要環境地質突出問題為煤礦和金屬礦山。陜西渭北煤礦區是破壞環境較嚴重的礦區，在陜西銅川煤礦區受采煤影響該礦區地下水位下降，同時矸石壓占土地較大。金屬礦山主要是白銀銅礦區及拉水峽銅鎳礦區較為嚴重，該礦區的廢水中含有大量重金屬酸性水，其排放量較大，對礦區周圍環境污染較大。

2.5戈壁沙漠區與多年凍土區

戈壁沙漠沙地區與多年凍土區屬生態環境脆弱區，自然環境條件差，該礦區開發活動強度較低，因此該帶開礦主要關注對生態環境的保護。

 礦山環境修復治理模式

礦產資源從地下采出后對地質環境最直接的影響是改變了原有地應力，各類地下開采礦區廣泛發育著開采沉陷問題，常見的諸如沉陷盆地、塌陷坑、地裂縫等地表巖土體破壞現象。截至2015年，內蒙古自治區因資源開采共造成開采沉陷問題面積約306.37 km2，集中發育在地下開采的煤炭、黑色金屬、有色金屬以及貴金屬礦區，其中煤炭礦山井工開采造成開采沉陷問題面積達約305.77 km2，約占問題總面積的99.80%。

1、礦山環境修復治理模式定義解析

礦山環境修復治理模式以礦山地質環境修復治理為主要研究對象，由礦山環境修復模式的定義可以看出，模式重點內容如圖1所示，包括：礦山環境地質問題、礦山環境修復目標、礦山地質環境背景、礦山開發利用條件以及礦山地質環境修復治理模式。從圖1可以看出，礦山環境修復治理是礦山地質環境、礦山環境地質問題、礦山修復治理技術的系統化研究。礦山環境修復治理模式是礦山環境修復技術有機的、系統的組合，但制約、導向礦山環境修復治理模式技術構成與其余四方面息息相關。如圖1中的礦山地質環境背景、礦山開發利用條件、礦山環境修復目標等五項礦山環境修復治理模式研究內容彼此之間存在著關聯特征，筆者將其關聯性分為外層“遞進”關系以及內部“五行”關系。

圖 1 礦山環境修復治理模式研究內容

外層“遞進”關系中各內容彼此之間具有遞進的研究關聯性，這種“遞進”關系在礦山環境修復治理模式研究中有助于推動模式的針對性與普適性的研究;內部“五行”關系中各項內容通過礦山環境修復資料模式建立內部多向關聯，成為導向模式技術構成、約束修復模式適用范圍、驗證模式效益以及優化、完善模式的研究內容，因此五項內容彼此間亦多具有“雙向”關聯的特征。

2、礦山環境修復治理模式宏觀構建

礦山環境修復治理模式是礦山環境與問題修復間矛盾預防與解決的工具，以礦山開發利用條件和礦山地質環境背景為前提，一方面要掌握問題發生規律并提出預防措施，另一方面要修復治理已存在的礦山環境問題。因此，模式建立在礦山環境修復實踐的基礎上開展理論研究，既有典型礦山環境修復工程案例作為技術研究背景，又有修復技術的專門性研究，將我國不同區域的礦山環境修復經驗與礦山修復理論結合，形成一套技術構成合理、適用于不同地區礦山、系統完整的礦山環境修復模式。

礦山環境修復治理模式研究的首要工作是對礦山環境問題的深入理解。國內學者對礦山環境問題有著諸多分類方案，如依據礦山開發階段分類、依據礦種分類、依據礦山環境地質問題表現形式和影響結果分類、依據礦山環境地質問題特征的分類，筆者在模式對象研究中重點依據問題性質綜合分類方案，將常見的礦山環境問題分為：地面塌陷問題、固體廢棄物問題、液體廢棄物問題、露天采坑邊坡穩定性問題、含(隔)水層結構破壞問題以及礦山次生地質災害問題等六類。

從宏觀角度構建礦山環境修復治理模式，筆者根據模式的功能需求將其分解為工程消災模塊、生態修復模塊、生物修復模塊三個功能子模塊。礦山環境修復治理模式功能模塊如圖2所示，其中工程消災模塊主要功能為消除或預防修復區域災害隱患，構成該模塊的技術類型有消災修復技術和工程修復技術，主要為對地表巖土體的加固和改造作用，防治巖土體、地質體等不安全隱患。生態修復模塊與生物修復模塊兩個子模塊的主要功能是促進巖土體修復和生態環境修復，利用生態修復技術和生物修復技術配合工程消災模塊完成礦山環境修復，實現模式的土地修復目標與生態修復目標。

圖 2 礦山環境修復治理模式功能模塊

3、礦山環境修復治理模式建立過程

礦山環境修復治理模式建立過程如圖3所示，“礦山環境問題修復”為第一步，經歷技術與目標研究，順時針循環組成模式建立過程，其中修復治理技術與問題、修復治理目標與問題間具有效益反饋的互饋作用，各步驟對模式有著不同的影響特征。

礦山環境問題修復，即：修復對象的認識，主要包括礦山地質環境調查、地質環境問題評估、典型治理工程案例三方面內容。礦山環境調查指礦山地質環境調查、礦山水環境調查、礦山生態環境調查、礦山大氣環境調查以及礦山空間環境調查五方面調查。本文以礦山地質環境調查為重點，依托地質環境調查成果提供有關環境地質問題規模、特點、背景、發生規律等對象為基礎數據說明模式建立過程。礦山地質環境評估是在實地調查基礎上開展的定量與定性評價，兼顧地質環境背景復雜程度及礦山環境問題修復程度，權衡多項礦山環境指標，評估問題的

圖 3 礦山環境修復治理模式建立過程

危害程度與采礦活動對環境的影響程度，因此對修復模式的適用范圍、應用對象起指導作用。礦山環境修復案例的搜集是提煉、升華模式的基礎，有助于討論模式的效益與成效。不同區域發生相似的礦山環境問題其修復手段存在有很大的區別，因此，修復治理案例就成為修復治理模式針對性和普適性最好的檢驗方法。

修復技術研究受修復工程案例和修復目標共同約束，合理的修復技術既可來自修復治理工程案例，亦可來自地方治理經驗，厘定后根據模塊功能編碼后有機構成模式。因此，模式是修復治理技術的優化、有機組合，技術的特性制約著模式的多項特征，如：模式的適用條件、模式的關鍵技術、模式的預期成效等，對礦山使用者學習、理解以及推廣模式具有很大影響。此外，修復治理技術預期效益、施工工藝、經濟成本等方面都約束著修復模式的應用。

礦山環境修復目標是在對修復象理解的基礎上根據礦山環境問題修復經驗及現有修復技術的基礎上合理化提出的礦山環境修復預期能夠實現的效益與成果，對模式構成具有導向作用，成為判斷模式適用范圍合理性的依據。礦山環境修復目標分為地質工程目標、土地修復目標以及生態修復目標三方面，其提出必須符合政府方針、法律法規以及礦山環境實際情況。礦山環境修復目標可導向修復模式針對性的確立，礦山環境修復治理模式可根據修復目標的不同進行歸類。

4、礦山環境修復治理模式特點

4.1針對性

針對性是礦山環境修復治理模式的特點之一，是模式能夠實現礦山環境修復的關鍵。模式研究中關注了修復對象、修復目標、修復技術等內容，各項內容注重針對性研究。具體的，開采沉陷問題相關的修復模式適用范圍中考慮了該問題地表不同的表現特征，如沉陷盆地、塌陷坑、塌陷槽以及地裂縫等，不同的發生形式其工程修復技術必然對應著不同的針對性技術，以便實現修復模式的效益。

4.2普適性

礦山環境修復治理模式是一套系統完善的礦山環境修復理論，對眾多的礦山環境地質問題均有涉及。換言之，該模式適用于絕大多數礦山環境問題發生的礦山或地區。普適性是指在礦山環境修復治理模式適用范圍的約束條件下，模式可以在發生問題相似條件的礦山環境修復治理工程中得以使用。如：山西、陜西、寧夏等黃土高原煤礦區中礦山次生地質災害問題治理工程，礦區內滑坡隱患可以根據黃土滑坡的特點，采用適用范圍為黃土地區的礦山次生地質災害修復治理模式，并在模式說明中附有相似地區工程案例以指導治理方案編制。

4.3過程性

礦山環境修復治理模式可直接用于礦山環境修復工程，根據模式約定的適用范圍，必須明確指出模式的構成技術、關鍵技術、主要工藝等特性，根據已有工程案例剖析模式可實現的工程效益，保證模式簡單實用，以利于政府單位、礦山管理部門等推進礦山環境的治理和預防工作。因此，模式具有過程性，其效益的實現得益于使用者對模式特性的正確把握以及構成模式修復治理技術的準確實施。

5、礦山環境修復治理模式優化

礦山環境修復治理模式是對礦山環境復雜系統的研究，是不斷更新、優化的系統體系。模式的優化與礦山地質環境響應、礦山環境修復效益、礦山環境修復目標以及礦山環境修復技術這四方面有密切聯系。礦山環境修復模式優化因素如圖4所示。

圖 4 礦山環境修復模式優化因素

礦山地質環境響應可以優化模式，在于模式必須建立在對礦山環境問題、開發背景的基礎上，根據諸多影響因素下不同礦山環境問題的地質環境響應特征，擴大礦山環境修復治理模式涉及的問題種類與數量。此外，由于礦山環境修復目標因國家政策不斷進步更新，因此模式要隨著目標要求程度的變化，優化更新技術構成以實現新的目標。礦山環境修復效益需求與模式預期效果相關，需要建立在成本、時間、面積等統計數據基礎上，這就要求優化構成模式的關鍵技術、工藝流程，不斷優化模式以滿足效益需求。最后，礦山環境修復治理技術隨著修復難度、需求以及專利推新等不斷進步、完善，模式亟待技術水平的提升與更新以實現模式水平與效益的優化。

6、礦山環境修復模式示例

本文根據我國華北地區煤炭礦山地質環境調查，按照礦山環境修復治理模式的研究內容及構建步驟，給出以下地面塌陷問題修復治理模式示例見表1，并就沉陷復地人工濕地模式進行了說明。

表 1 地面塌陷問題修復治理模式示例

6.1沉陷盆地人工濕地模式

模式“沉陷區充填+挖深墊淺/局部塌陷坑回填+隔水層設置+人工濕地開發”是一例適用于高潛水位、地表沉降變形較大區域的沉陷盆地人工濕地模式，適用于平原或丘陵地區，土地利用目標為修復地形地貌、修復林草地并建設人工濕地系統。

可以看出該模式實施流程中有沉陷區充填、挖深墊淺、隔水層設置和人工濕地開發等主要技術。各技術內容及功能如下：

1)沉陷區充填。針對已存在的沉陷盆地變形區域，利用矸石、粉煤灰等固體廢棄物充填變形區域，基本修復變形強烈區域被破壞的地形地貌并與周邊區域地形保持一致。

2)挖深墊淺/局部塌陷坑回填。利用機械剝離待修復區域表土，采用挖深墊淺的思路處理變形不太大的變形區域，對存在的塌陷坑可配合固廢回填進行地形修復，達到設計標高后重覆預先剝離的表土。

3)“挖深區”隔水層設置。利用粘土泥漿或者防滲膜進行隔水層設置，設置工作完成后可以作為人工濕地開發區域。

4)人工濕地開發。利用礦山地面塌陷形成的積水條件，結合人工濕地景觀開發技術，根據礦山氣象水文條件選取合理的濕地生植物組合。此外，可配合礦山水處理技術，將煤礦廢水的凈化與濕地景觀設計結合，建設人工濕地。

工藝流程方面，首先利用機械剝離沉陷盆地待充填區域內表土，對待充填區域利用矸石、粉煤灰等固體廢棄物進行充填，設計標高達到后重新鋪覆預先剝離的表土。對沉陷盆地影響區域內不平整區域進行挖深墊淺工作，在挖深區域設置隔水層，確保挖深區域及周邊環境隔水性完好。隔水層設置結束后，將挖深區域開發為人工濕地或與積水沉陷區聯結水面進行統一開發。

由以上對該模式的說明可以看出，對地面塌陷區域進行地形地貌修復是進行地面沉陷治理較典型的思路。在不影響原先地貌類型的基礎上，利用煤矸石、粉煤灰等對修

復區域進行地形修復，修復后與原有周邊地形基本融合即可。一般地，由于塌陷面積往往較大，地形放緩比挖深墊淺更加經濟。

6.2 寶日希勒礦區治理工程案例

6.2.1礦區概況

寶日希勒礦區位于陳旗煤田東部，隸屬呼倫貝爾市陳巴爾虎旗。自20世紀70年代開發以來，已有近四十年的開采歷史。礦區地勢開闊，屬高平原地貌，總體地勢呈北高南低的緩坡狀，地形坡度2°～5°，相對高差120 m。礦區地表均為第四系松散層所覆蓋，無基巖裸露。礦區內陸層簡單，主要有生界白堊系扎賚諾爾群，新生界第四系更新統和全新統等地層。

6.2.2地面塌陷問題分布與成因分析

寶日希勒礦區主要井田對應地表位置多為天然草場。由于多年來井工開采，地面塌陷變形明顯，沿煤炭開采工作面出現大面積地面塌陷問題，多呈沉陷盆地，盆地內部有數量眾多的大型塌陷坑，塌陷坑周邊條形狀地裂縫發育。礦區地面塌陷形成的主要原因是由于過去對礦山環境地質問題防治意識不足，20世紀90年代末小煤窯數量劇增，大規模、高強度開采造成嚴重的礦山地面塌陷問題如圖5所示。

圖 5 寶日希勒礦區塌陷坑

6.2.3模式選取與治理工程

寶日希勒礦區地面塌陷治理為閉坑礦井地面塌陷治理，通過對礦區地面塌陷問題現狀分析，考慮礦山地質環境背景，分析待修復區域地形、地貌特點以及后期土地利用目標與生態修復目標，寶日希勒礦區地面塌陷治理可選用上文模式示例2，由于礦區沉陷盆地變形連續，改進得到礦區適用的模式為“挖深墊淺/局部塌陷坑回填+人工濕地開發”。模式具體使用如下：

1)挖深墊淺：寶日希勒礦區沉陷盆地中存在部分積水區域，在治理工程中將積水區域及周邊進行挖深墊淺工作，使挖深區得以進一步蓄水具有一定的使用價值，如牲畜飲水點或養魚池。墊淺區則主要是由于沉陷盆地變形造成的地表破裂區域，利用挖深區土覆于墊淺區域，基本修復墊淺區地形，為后續人工濕地開發提供立地準備。

2)局部塌陷坑回填：對寶日希勒礦區待修復沉陷盆地中發育的塌陷坑利用礦山固廢回填并進行地表平整，保持地形起伏與周邊一致。回填材料來自神寶露天礦排土場，主要為矸石、碎石土，這樣做既能回填塌陷坑，同時良好的利用礦山固體廢棄。回填塌陷坑后在其表層覆蓋30cm厚耕植土，以便修復植被所需。

3)人工濕地開發：寶日希勒礦區治理工程保留了存在積水的地面塌陷區域，或將周邊較深的塌陷坑進一步挖深，利用挖深墊淺形成的積水洼地建設成為牲畜飲水點和養魚池。寶日希勒礦區沉陷盆地治理效果如圖6所示，在其他修復目標為草地的區域，基本地形修復完成后，表層重覆表土和耕植土，混合播撒種植當地適合生長的羊草、冰草、冷蒿等草籽。

圖 6 寶日希勒礦區沉陷盆地治理效果

6.2.4 修復治理模式效果

寶日希勒礦區通過對有積水的地面塌陷區域采取挖深墊淺處理的方式，將挖除的湖泥作為旁邊塌陷坑及墊淺區域治理后覆土種草的耕植土，合理利用了地面塌陷區域內土地資源，改善了塌陷坑局部生態環境，使得問題修復區域環境更優美，同時可以發展礦區畜牧業。利用礦區排土場固廢對沉陷盆地中發育的塌陷坑進行回填工作，有效利用了礦山固體廢棄物，同時消除了塌陷坑的影響。治理后沉陷盆地內生態環境基本修復，與周邊環境融為一體。人工濕地與當地氣候適應性良好，能夠積存自然降水并為礦山畜牧業和漁業提供一定水源。

（完）