首页 > 地学早知道 > 专注生态修复 守护绿色家园

专注生态修复 守护绿色家园


283 阅读
2022-11-04

作者:刘向东     来源:中国地质调查局西安矿产资源调查中心

熊耳山-伏牛山矿集区

栾川县位于河南省西部,因传说远古时期鸾鸟群栖于此而得名,历史悠久,钟灵毓秀,人才辈出,是夏商时期先哲伊尹的故乡。出自秦岭的熊耳山和伏牛山两大山脉,由卢氏进入栾川,横亘在栾川南北两侧,伏牛山巍峨峥嵘,居县境之南,与西峡共界,熊耳山逶迤绵延,居县境之北,与洛宁接壤。

像是受到自然的眷顾,除了如画的风景,栾川还拥有丰富的矿产资源,现已探明储量的矿产有钼、钨、铅、锌、金等50多种,其中钼矿储量最大,居亚洲第一、世界第三,被誉为“中国钼都”。

然而,事物总有两面性,美景和资源亦然。栾川风光秀美的群山有时也像一道屏障限制了栾川的经济发展,丰富的矿藏资源也曾成为破坏栾川生态环境的导火索。过去由于大山阻隔,栾川长期交通不便、通讯滞后,人们只能把致富的希望全系在矿业开发上。

伏牛山脉(来源:视觉中国)

矿产资源开发活动引发矿山地质灾害隐患

矿产资源开发在促进山区经济社会发展的同时,修建工业场地、修筑矿区道路、露天剥采及井下开采等过程中,排放的废石渣堆积在山坡上及沟谷中,破坏并压占土地植被,造成或加剧水土流失,恶化生态环境,在强降雨、水库溃决、冰雪消融等水动力条件激发下形成矿渣型泥石流。

矿渣型泥石流是山区矿产资源开发活动中不合理堆排废石弃渣引发或加剧的严重危及矿山正常生产和人员安全的一种地质灾害类型,其物源90%以上来源于采矿过程中排放的废石弃渣,因物源充分、堆积集中,可使非泥石流沟演变为泥石流沟、低频泥石流沟演变为高频泥石流沟。因矿渣型泥石流的形成、演化过程中主要受控于矿产资源开发人为活动的影响,因此矿渣型泥石流具有与自然泥石流或其他人工泥石流不同的特点,具有人为性、易发性、频发性、危害集中性及可控性等特点。

地处华北陆块南缘熊耳山地区的河南省栾川县康山金矿,是豫西地区重要的贵金属矿床之一。通过野外实地调查发现,康山金矿主沟和支沟沟谷上游矿渣堆分布集中,采矿废石以片麻岩、安山岩类为主,稳定性相对较差,泥石流形成区的沟道均较为顺直,满足泥石流起动条件。

康山金矿地形地貌和矿渣堆分布(拍摄:赵兴志)

矿渣型泥石流启动机理试验研究

如果能更准确的了解泥石流发生的条件,就有可能预测泥石流的发生,从而减少矿渣型泥石流造成的危害。这项工作单靠在野外调查单独的案例,难以得到普适的结论。如果可以将泥石流产生的条件抽象成几个物理量,就可以通过模型在实验室还原一场泥石流,通过控制变量法,观察不同条件下的泥石流产生条件,就可以推测野外遇到的每种矿渣泥石流的形成条件,达到预测矿渣泥石流的目的。

泥石流启动模型试验装置(设计:黄虹霖)

通过观察不同颗粒级配、不同坡角、不同临界水量条件下,堆积体的破坏形式和启动过程,发现矿渣泥石流的启动模式可以分为三种:顶面侵蚀型、流态化型和复合型,得出了这一地区泥石流形成的临界水量、临界坡角和最易形成泥石流的细粒物质含量等重要信息。

顶面侵蚀+流态化复合型启动过程(拍摄:赵兴志)

试验结果在灾害防治和生态修复中的应用前景

十九届五中全会提出,要推动绿色发展,促进人与自然和谐共生。坚持绿水青山就是金山银山理念,坚持尊重自然、顺应自然、保护自然,坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主,守住自然生态安全边界。

按照绿色矿山建设要求,矿山持续进行废弃渣场土地复垦和环境治理,2019年3月以来,矿山对30余处废弃渣场进行了废石清运,人工植树6万余株。然而截止目前的恢复治理情况来看,采矿废渣堆依然点多、面广,废渣量较大,多数渣堆在暴雨、洪水等作用下仍然有向下滑塌或直接进入河道形成泥石流的隐患。

一是消除矿渣型泥石流地质灾害隐患。对不符合清理转运条件、且坡度大于25°的废石渣堆,建议首先进行降坡处理,将坡角消减至10°~25°(适合植树造林坡度),消除渣堆边坡发生崩塌、滑动风险隐患,以期达到自然状态下边坡基本稳定。其次,根据地形条件,在坡顶设置截排水沟,将坡顶水流引入排水沟,可以防止降雨形成山体上部坡面汇水径流对渣堆坡面的冲刷,造成面蚀和沟蚀,同时可以减少坡面汇水大量渗入渣体内部而造成滑动的可能性。在坡脚设置安全挡渣墙,这样既可以减缓坡度,又可以支撑渣体稳定。另外,在沟谷上游渣堆集中区域修建排洪沟,畅通洪水通道。通过上述治理措施,基本能将渣堆就地封存,截断泥石流产生的物源。

二是优化恢复治理渣堆颗粒级配。据实地调查和原位试验,康山金矿对渣堆清理转运后,在未转运走的渣堆表层覆盖了表土,增加了渣堆表层细颗粒含量,降低了渣堆渗透率,加上大型载重机械碾压,密实度加大,遇强降雨易产生地表径流,造成渣堆表面形成面蚀和沟蚀,不仅影响渣堆稳定性,而且严重阻碍植被生长与恢复。在渣堆整治覆土过程中,建议优化渣堆颗粒级配,将细颗粒(d<2mm)含量在渣堆整体颗粒级配中的占比控制在30%以内为宜,覆土厚度推荐0.4~0.6m,同时在坡顶做好排水措施,渣堆内部最好要加强透水孔设计。在此基础上进行植被恢复,建议以乡土草种和灌木为宜。

三是加强废石资源化利用关键技术研究。矿山生态修复是国土空间修复的重要内容,自然资源部已出台相关政策引导和支持社会资本参与矿山生态修复工程。在矿山废石渣堆治理和生态修复过程中,建议加强废石资源化利用关键技术研究,将清理转运出的废石资源加工成砂石材料、观赏材料、其他建筑新材料等,变废为宝,尽可能将废石资源吃干榨尽,所得收益可用于矿山生态修复,既保障了当地砂石供应和政府重点工程建设,同时帮助政府修复矿山生态,最终造福于当地百姓,能够创造显著的经济效益、生态效益和社会效益。

(第五届“保护地球  精彩地质”科普作品大赛优秀作品)


编辑:张凡
校对:马微
审核:梁忠