洛陽市非金屬礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)與典型模式

喬　剛，袁文婷，付法凱，陳書印，張怡靜，張　藝

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南洛陽471023；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測重點實驗室，河南洛陽471023）

·地質(zhì)與礦業(yè)工程·

洛陽市非金屬礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)與典型模式

喬剛*1,2，袁文婷1,2，付法凱1,2，陳書印1,2，張怡靜1,2，張藝1,2

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南洛陽471023；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測重點實驗室，河南洛陽471023）

洛陽是礦業(yè)大市，歷史上眾多礦山企業(yè)亂采亂挖現(xiàn)象嚴(yán)重，地形地貌景觀破壞等礦山地質(zhì)環(huán)境問題突出。以洛陽市非金屬礦山環(huán)境恢復(fù)治理近年來的工程為例，探討了適宜于洛陽市非金屬礦山環(huán)境恢復(fù)治理的4種地質(zhì)災(zāi)害式治理技術(shù)方法和6種邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法，初步總結(jié)了洛陽市非金屬礦山環(huán)境恢復(fù)治理5種典型治理模式。

非金屬礦山；環(huán)境治理；技術(shù)方法；模式；洛陽

1　非金屬資源概況

洛陽市分布的106個礦種中，非金屬礦占了70多種，占河南省非金屬礦種（約80余種）的80%以上，其中大型礦床34處，中型礦床46處，水泥灰?guī)r、白云巖、石英砂巖、石英巖、玄武巖、鉀質(zhì)堿性巖、耐火粘土、螢石、高嶺土（包括煤系高嶺土）、黃鐵礦、蛭石均系優(yōu)勢礦種，多形成一些大型礦床，目前非金屬礦產(chǎn)已開發(fā)利用了19種，建材、陶瓷系列可為利用的礦種最多，優(yōu)勢最明顯，但當(dāng)前的利用率僅42.8%～53%，其中用量最大的為水泥灰?guī)r，開發(fā)礦區(qū)l7個，礦山企業(yè)28個，年開采量達404×104t。

2　礦山地質(zhì)環(huán)境問題

洛陽是礦業(yè)大市，礦山企業(yè)眾多，由于歷史原因，亂采亂挖現(xiàn)象嚴(yán)重，礦山的無序開采，使地形地貌景觀、植被遭到破壞，引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題越來越突出，制約了洛陽市地方經(jīng)濟的發(fā)展、也影響了人居的生活環(huán)境。

洛陽市非金屬礦山礦產(chǎn)開采方式可分為露天開采和地下開采，已開發(fā)利用的礦產(chǎn)大多以露天開采為主，少量為地下開采。

洛陽市非金屬礦山主要存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題為崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫、地形地貌景觀破壞、含水層破壞及土地資源毀損等。露天開采形成的高陡邊坡存在地質(zhì)災(zāi)害隱患，又破壞了地形地貌景觀，生態(tài)植被、生態(tài)環(huán)境惡化。地下開采的非金屬礦山環(huán)境問題：主要為地形地貌破壞、地裂縫、地面塌陷、地下含水層破壞等。

3　技術(shù)方法

礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的設(shè)計施工均應(yīng)先是解決地質(zhì)災(zāi)害問題，然后再進行礦山的恢復(fù)治理工作。

針對洛陽市非金屬礦山的環(huán)境問題，恢復(fù)治理的難點是巖質(zhì)高陡邊坡，怎樣因地制宜地做好礦山生態(tài)恢復(fù)是我們面對的難題，以下根據(jù)近年來工作的情況介紹幾種技術(shù)方法共同探討。

3.1地質(zhì)災(zāi)害治理技術(shù)

（1）坡率法。適用于土質(zhì)邊坡、較破碎的巖質(zhì)邊坡，其高度一般不超過12m，邊坡坡度一般可用（1∶1.00）～（1∶1.75）。

坡率法是采用邊坡填方、挖方及設(shè)置安全平臺等技術(shù)措施，控制邊坡的高度和坡度，達到邊坡自身穩(wěn)定的邊坡治理技術(shù)。坡率法可與錨桿（索）或錨噴支護、護面墻等邊坡支護工藝聯(lián)合應(yīng)用，形成組合邊坡。當(dāng)不具備全高放坡條件時，上段可采用坡率法，下段可采用支護結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定邊坡。

（2）削坡平臺法。適用于坡度不大于50°土質(zhì)邊坡、表面較破碎的巖石邊坡，坡度大于45°、小于55°邊坡可以放平臺（如圖1），但只能在平臺上種植綠化，綠化率低。

根據(jù)治理區(qū)邊坡現(xiàn)狀及地層產(chǎn)狀、巖性等條件，設(shè)計自坡頂向下3～5m高度范圍內(nèi)按坡率1∶1削緩邊坡，對坡頂范圍明顯突出部分的突兀懸?guī)r進行削坡卸載，清除殘埂和局部陡立巖壁附著的大塊危巖體及浮土碎石，削坡減載、清坡施工采用機械鑿?fù)诩叭斯わL(fēng)鎬，然后在堆筑臺階平臺回填種植土，厚度0.5m，建立喬灌草藤立體植被體系。

圖1　平臺種植綠化剖面示意圖

（3）錨固法。錨固法原理是用錨桿將拉力傳至穩(wěn)定巖土層中，適用于對巖質(zhì)邊坡、土質(zhì)邊坡的錨固。目的是消除崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

錨固的型式應(yīng)根據(jù)錨桿錨固段所處部位的巖土層類型、工程特征、錨桿承載力大小、錨桿材料和長度、施工工藝等條件進行選擇。常用的有預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力兩種類型。其材料類型有普通鋼筋[HRB335、HRB400 (Ⅱ級、Ⅲ級)]、精軋螺紋鋼筋、高強鋼絲或鋼絞線。

（4）擋土墻。在松散巖土質(zhì)邊坡、需保護的重要建筑物、生態(tài)環(huán)境或其他需要特殊保護的地段的位置常設(shè)置攔擋保護工程，常用的為擋土墻，其中重力式或半重力式使用較為普遍，其技術(shù)方法簡述如下：

按墻背常用線形，可分為重力式、俯斜式、仰斜式、直立式等類型。擋土墻一般為3～12m，可用塊石、片石、混凝土預(yù)制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進行整體澆筑。在地下水位較高或較軟弱的地基上，可采用半重力式擋土墻。半重力式擋土墻由立壁和底板組成，按受力需要不設(shè)鋼筋或在受拉區(qū)應(yīng)力較大處局部設(shè)置鋼筋。重力式擋土墻、半重力式擋土墻宜采用明挖基礎(chǔ)。當(dāng)受地基承載力特征值控制或穩(wěn)定性要求時，可采用鋼筋混凝土條形擴展基礎(chǔ)。墻基底可做成逆坡。對土質(zhì)地基，基底逆坡坡度不宜大于0.1∶1；對巖質(zhì)地基，基底逆坡坡度不宜大于0.2∶1。

3.2邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)

（1）點植法。適用于巖質(zhì)高陡邊坡，坡面現(xiàn)狀較復(fù)雜、巖體裂隙較多、巖質(zhì)疏松、溝槽面積較大和存在微平臺地貌的邊坡。點植技術(shù)包括魚鱗坑（圖2）、種植槽（板槽）、飄臺、容器苗等，主要在十分陡峭的巖壁上開展綠化。

圖2　魚鱗坑施工剖面示意圖

由于這些巖壁基本不具備植物生長基材附著或存蓄的條件，因此采取或在巖壁上開鑿坑穴；或在巖壁上砌筑或澆筑小型圍擋結(jié)構(gòu)，如坑、槽、臺，狀如燕窩、魚鱗，然后在這些坑穴、槽臺內(nèi)填充基材，種植特別耐干旱、貧瘠的小型灌木或藤蔓，在邊坡上形成點狀式綠化。

（2）噴播法。一般用于不大于50°的各種類型邊坡，且邊坡穩(wěn)定性較好。

采用專用的噴播機械,將水、草種、肥料、天然木纖維、保水劑、粘合劑、染色劑等材料定量地加入噴播機的攪拌料箱中,在攪拌器工作時,邊加水邊加料,待物料攪拌均勻后,通過機械的噴射系統(tǒng),將均質(zhì)粘稠的混合物噴敷在綠化施工的坡面上,形成覆蓋草種養(yǎng)生的噴播層。這種將播種、施肥、澆水和養(yǎng)生結(jié)合在一起的草坪噴播施工方法,不但施工效率高、播種均勻,而且最大的特點是能在人工很難或無法接近的地帶實現(xiàn)綠化施工作業(yè)。

（3）植生帶（袋）法。適用于坡度不大于60°土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡，坡高一般不超過15m，屬穩(wěn)定性邊坡。

將植物種子按一定比例均勻地播撒在兩層布質(zhì)或紙質(zhì)無紡布中間，然后通過行縫、針刺及膠粘等工藝，將尼龍防護網(wǎng)、植物纖維、綠化物料、無紡布密植在一起而形成一種特制產(chǎn)品。將其覆蓋在邊坡表面，只需適量噴水，就能長出茂密的草坪及灌木。

（4）格構(gòu)法。格構(gòu)加固技術(shù)適用于坡度30°～50°、坡體巖土均勻且較堅硬的邊坡。根據(jù)格構(gòu)采用的材料不同，格構(gòu)可分為漿砌塊石格構(gòu)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)和預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu)(又稱PC格構(gòu))。其中PC格構(gòu)在日本應(yīng)用較為廣泛，并有較為完善的設(shè)計施工規(guī)范；目前我國在邊坡工程中主要使用漿砌塊石和現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)，格構(gòu)的常用型式有4種：方形、菱型、弧型、人字形。

（5）挖溝植草（灌）。適用于泥巖、頁巖及灰?guī)r互層等易開挖溝槽的軟質(zhì)巖面邊坡。常用坡度30°～45°，坡度超過45°時應(yīng)結(jié)合坡面錨桿使用。要求每級坡高不超過10m，同時邊坡自身必須穩(wěn)定。挖溝植草護坡是指在坡面上按一定的行距人工開挖楔形溝，在溝內(nèi)回填改良客土，并鋪設(shè)三維植被網(wǎng)(或土工網(wǎng)、土工格柵)，然后進行噴播綠化的一種植草護坡技術(shù)。

（6）土質(zhì)邊坡。洛陽市非金屬礦山土質(zhì)類邊坡多為第四系地層組成。放坡是對陡邊坡進行卸載，放坡時應(yīng)按坡率1∶1進行放坡，每隔6.0m錯一平臺，錯臺寬度2.5～3.5m，在坡頂和坡腳的各平臺上設(shè)置截水溝，并采用土釘墻支護對坡面防護。放坡后需對坡面進行相應(yīng)的支護措施，應(yīng)采用土釘墻支護措施及截排水工程。

3.3植物適宜性選擇

植被是礦山環(huán)境恢復(fù)治理的重要內(nèi)容。關(guān)于植物物種的選擇，應(yīng)該尊重植被群落生態(tài)演替的自然規(guī)律，遵循生物多樣性原則和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性原則、適應(yīng)性原則和物種共生原則，調(diào)配好植物組合，形成最佳植物群落，構(gòu)建一種自養(yǎng)型生態(tài)系統(tǒng)。見表1。

表1　洛陽市鄉(xiāng)土植物種類一覽表

3.4配套措施

為了達到礦山環(huán)境治理工程的效果，對治理的工程要進行養(yǎng)護管理工作，特別是生態(tài)恢復(fù)，要在營造水土保持林和播草籽以后,應(yīng)及時進行灌溉,保證苗木成活和種子發(fā)芽。在植被建植初期,植被對水分的要求相對較高,要保證水分的補給。在植物建植后的2～3年內(nèi),為了保證植物的成活穩(wěn)定還需實施維護管理,及時進行補栽、水肥補給等。

4　主要治理模式

（1）鳳凰山模式——礦山公園。主要是對地質(zhì)災(zāi)害治理+廢棄地面的整治+礦山公園建設(shè)。

新鄉(xiāng)鳳凰山礦區(qū)2001～2006年加大治理力度，又陸續(xù)關(guān)閉造紙廠、煤場及水泥廠立窯生產(chǎn)線等64家，主要礦山環(huán)境問題是地質(zhì)地貌景觀破壞。

主要治理技術(shù)方法是采用客土平整、修筑擋土墻,種植水土保持喬、灌、草、藤植物,植物配置可以分臺階進行，樹種的選擇及配置盡量體現(xiàn)植被的生物多樣性，進行立體防護，在臺階設(shè)置漿砌石擋墻,修建排水溝,配置微噴設(shè)施,為提高植被成活率提供水源保障。主要采用采坑回填平整、礦渣清理、修建道路、排水工程，綠化等措施。

為使鳳凰山生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，2006～2008年，河南省國土資源廳加大對區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境治理力度，實施的項目多達6個，總投資1680萬元，對鳳凰山地區(qū)各類地質(zhì)災(zāi)害進行治理和對區(qū)內(nèi)礦業(yè)遺跡進行保護。2010年5月獲國土資源部國家礦山公園創(chuàng)建資格，總面積5.94km2。爭取中央、省財政礦山地質(zhì)環(huán)境治理投入4350萬元，籌措資金1.366億元。目前已初步建成以礦業(yè)遺跡為主，融自然景觀、人文景觀于一體的礦山公園。同時吸引社會資金近26億元開發(fā)建議鳳凰山文化產(chǎn)業(yè)和旅游開發(fā)項目。產(chǎn)生了明顯的社會經(jīng)濟與環(huán)境效益。

（2）始祖山模式——耕地保護。主要是臺階整治+漿砌石擋墻+格構(gòu)+覆土（耕地）+綠化。

礦區(qū)內(nèi)堆積的廢棄礦渣結(jié)構(gòu)松散，廢棄礦渣為冶煉硫磺礦渣，雨后形成的硫磺水，污染當(dāng)?shù)氐耐恋睾退Y源，造成區(qū)內(nèi)1.93km2的面積內(nèi)植被破壞，寸草不生，嚴(yán)重破壞了小浪底水庫旅游區(qū)的地形地貌景觀。礦渣大多沿庫區(qū)邊溝谷堆積，坡度較大，在40°～43°之間，在暴雨條件下，可能誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。治理區(qū)內(nèi)已形成19個大大小小的礦渣堆和1個大的礦渣坑，其中礦渣堆共占地面積為47261m2，廢礦渣量共為342608m3，渣坑占地面積16500m2，需回填礦渣量為99000m3。

根據(jù)該區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題及巖土工程條件，采用擋渣墻工程、礦渣平整工程、格構(gòu)護坡工程、覆土工程、生物工程、排水工程、道路工程及標(biāo)志碑工程進行綜合治理。

始祖山礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理項目，增加了當(dāng)?shù)氐母?，有效提高了新安縣小浪底庫區(qū)附近的森林覆蓋率，使景觀得到了提升，較好地改善了小浪底條觀光旅游線路的人居環(huán)境和旅游環(huán)境，提升了河南旅游整體形象有深遠意義。

（3）錦屏山模式——城區(qū)周邊環(huán)境美化。主要治理技術(shù)方法是采用刷坡+掛網(wǎng)+客土噴播。礦區(qū)主要礦山環(huán)境問題是崩塌和地質(zhì)地貌景觀破壞用鋪設(shè)和錨固鐵絲網(wǎng)、噴漿、噴播治理方法，消除和減輕了礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)問題造成的危害，可有效保障南環(huán)路、宜洛南渠及城區(qū)南部居民區(qū)生命財產(chǎn)安全，提高居民環(huán)境質(zhì)量，有利于構(gòu)建和諧社會。

（4）高景山模式——高陡邊坡綠化。主要治理技術(shù)方法是采用清坡+魚鱗坑+種植槽綠化技術(shù)+宕底綜合整治+截排水系統(tǒng)。

礦區(qū)主要礦山環(huán)境問題是地質(zhì)地貌景觀破壞，通過對高陡巖質(zhì)邊坡采用點植式綠化技術(shù)，點植式包括魚鱗坑法、燕窩穴法、種植槽（板槽）法、飄臺法等，針對在十分陡峭的巖壁上開展綠化。由于這些陡峭巖壁基本不具備植物生長基材附著或存蓄的條件，因此采取或在巖壁上開鑿坑穴，或在巖壁上砌筑或澆筑小型圍擋結(jié)構(gòu)，坑槽臺狀如“燕窩”、“魚鱗”，然后在這些坑穴、槽臺內(nèi)填充基材，種植耐干旱、貧瘠的小型灌木或藤蔓，在邊坡上形成點狀式綠化。使居民小區(qū)邊廢棄礦山經(jīng)過治理后環(huán)境效果明顯。

（5）嵩縣模式——塌陷回填。主要是采空區(qū)探測+塌陷坑回填+截排水+防護隔離+監(jiān)測。

礦區(qū)主要礦山環(huán)境問題是地面塌陷和土地資源破壞，根據(jù)嵩縣螢石礦礦區(qū)經(jīng)過勘查劃分的危險性大區(qū)，用防護隔離工程和警示牌工程圈出了危險帶，對礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境采取了塌陷坑回填工程、排水渠工程、擋土墻工程、土地平整工程的應(yīng)急綜合治理，降低了地質(zhì)災(zāi)害對礦區(qū)附近居民生命財產(chǎn)安全的危害。

本治理工程屬減災(zāi)工程，以避免災(zāi)害損失為主要目的，通過該項目的實施，即改善了礦區(qū)的河道排水條件，避免采空區(qū)進一步大規(guī)模塌陷，回填的16個采空區(qū)恢復(fù)了耕地，改善了礦區(qū)人居生活環(huán)境。

5　結(jié)語

（1）本文以洛陽市非金屬礦山環(huán)境恢復(fù)治理近年來的工程為例，探討了適宜于洛陽市非金屬礦山環(huán)境恢復(fù)治理的4種地質(zhì)災(zāi)害治理技術(shù)方法和6種邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法，初步總結(jié)了洛陽市非金屬礦山環(huán)境恢復(fù)治理5種典型治理模式。

（2）根據(jù)地質(zhì)環(huán)境、氣候條件及物種適應(yīng)性，篩選出用于洛陽市礦山環(huán)境恢復(fù)治理的鄉(xiāng)土植物種類，用于護坡的草本植物大部分屬于禾本科和豆科。選擇護坡植物應(yīng)喬、灌、藤、草相結(jié)合，豐富生物多樣性，構(gòu)建立體生態(tài)防護體系，才能達到保持水土、修復(fù)生態(tài)的目的。

（3）在不同地區(qū)、季節(jié)不同、施工方法不同，治理效果就不同。這需要今后在對礦山環(huán)境生態(tài)恢復(fù)工作中進行探討，同時在對礦山進行生態(tài)環(huán)境治理時，對植物種子配方、基質(zhì)配方等進行試驗，以提高生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的效果。

（4）礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理是一門多學(xué)科交叉的科學(xué)（土壤學(xué)、環(huán)境學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等），加強理論研究，加強對外交流與合作，提高技術(shù)含量，持續(xù)推進礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)與治理技術(shù)（礦區(qū)土壤污染修復(fù)，生態(tài)景觀修復(fù)技術(shù)、地下水環(huán)境修復(fù)、地貌景觀恢復(fù)）；加強礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理新技術(shù)、新方法的研究。

（5）礦山環(huán)境恢復(fù)治理工作要與當(dāng)?shù)氐母鼗謴?fù)、公園建設(shè)、旅游等緊密結(jié)合起來，才能取得較好的治理效果。

[1]洛陽市非金屬礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理技術(shù)方法研究[R].河南省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，2013.

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[7]曾瑩.巖質(zhì)邊坡綠化方法及植物的選擇[R].吉林市綠化管理處設(shè)計室.

The Geological Environment Recovery Control Technology and the Typical Model for Nonmetallic Mines in Luoyang City

QIAO Gang1,2，YUAN Wen-ting1,2，F(xiàn)U Fa-kai1，2，CHEN Shu-yin1，2，ZHANG Yi-jing1，2，ZHANG Yi1，2
(1.The First Geological Prospecting Institute of Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Luoyang Henan 471023,China;2.Key Laboratory of Au-Ag-Polymetallic Metallogenic Series and Deep-seated Metallogenic Prognosis of Henan Province,Luoyang Henan 471023,China)

Luoyang as a large mining city,due to the grievous random mining for many mining enterprises over the past few decades,the mine geological environmental problems such as destroyed landform landscape etc.are very serious.Taking the mine environment recovery projects of Luoyang City in recent years as examples,the paper discussed the environmental governance methods for 4 kinds of geological hazard and ecological restoration technique for 6 types of slope suitable for nonmetallic mines in Luoyang City,and preliminarily summarized 5 kinds of typical models of nonmetallic mines environmental governance of Luoyang City.

non-metallic mine；environmental governance；technique；model；Luoyang

X141

B

1004-5716(2015)07-0091-05

2014-07-08

2014-07-17

喬剛（1982-），男（漢族），河南洛陽人，工程師，現(xiàn)從事水工環(huán)地質(zhì)工作。