皖北露天閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作實(shí)踐
——以蕭縣某水泥用石灰?guī)r礦為例

何家寶，汪定圣

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽合肥 23001）

0 引言

近年來(lái)，根據(jù)國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)要求，各地方政府積極推進(jìn)廢棄礦山、政策性關(guān)閉礦山生態(tài)環(huán)境治理工作，效果明顯，改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。生產(chǎn)礦山企業(yè)按礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案要求，邊開(kāi)采、邊治理，待礦山閉坑，礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作同步完成，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得到修復(fù)。但也存在少數(shù)礦山，因各種因素影響，礦山閉坑時(shí)，礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作沒(méi)有完成，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境沒(méi)有得到修復(fù)。根據(jù)《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定（國(guó)土資源部44號(hào)令）》和《安徽省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)條例》相關(guān)要求，按照“誰(shuí)開(kāi)發(fā)、誰(shuí)保護(hù)；誰(shuí)破壞、誰(shuí)治理”的原則，原采礦權(quán)人要對(duì)該閉坑礦山開(kāi)展地質(zhì)環(huán)境治理，以修復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。下面以蕭縣某水泥用石灰?guī)r礦閉坑礦山的地質(zhì)環(huán)境治理為例，說(shuō)明露天閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境治理成效。

1 閉坑礦山基本情況

露采閉坑礦山位于淮北平原北部，安徽省蕭縣境內(nèi)。屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，年平均降水量810mm 左右?，F(xiàn)狀地面標(biāo)高39.84～197.34m，地形起伏較大，地貌類型為構(gòu)造剝蝕溶蝕高丘及礦山開(kāi)采形成的人工露天采場(chǎng)。礦區(qū)地層為奧陶系下統(tǒng)馬家溝組（O1m）薄—中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，并出露有數(shù)個(gè)近南北向燕山晚期閃長(zhǎng)玢巖。礦區(qū)位于蕭縣皇藏峪復(fù)式背斜的牛頭山向斜西翼，發(fā)育1 條走向約25°、傾向南東的逆斷層。礦區(qū)內(nèi)地表水體不發(fā)育，僅見(jiàn)順坡向短、小、淺的沖溝。地下水主要有裸露型碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和裸露型基巖裂隙水兩種類型。

該礦山于2011年正式開(kāi)采，2018年因資源枯竭停采。經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，露天礦山開(kāi)采對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，現(xiàn)狀已形成1個(gè)露天采場(chǎng)、2條進(jìn)礦道路、多個(gè)料堆。露天采場(chǎng)大致呈南北走向，最長(zhǎng)約680m，最短約285m，開(kāi)采面積約19.3033hm2，礦山破壞面積19.30hm2。

2 閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

2.1 采礦活動(dòng)形成地質(zhì)災(zāi)害隱患

礦區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀為292°∠26°，節(jié)理裂隙較發(fā)育，產(chǎn)狀分別為50°∠37°、90°∠26°、290°∠45°、132°∠26°。因長(zhǎng)期的礦山開(kāi)采活動(dòng)，已大致形成5個(gè)大小不等開(kāi)采臺(tái)階，臺(tái)階 分別標(biāo)高+69.64～+73.18m、+83.99～+88.32m、+98.11～+103.88m、+116.61～+105.22m、+127.71～+135.61m平臺(tái)，各平臺(tái)之間有陡坎連接或自然緩坡連接，單級(jí)采場(chǎng)邊坡高度最大達(dá)65m，邊坡角50°～80°，部分邊坡角近似直立。根據(jù)礦山邊坡的坡向、坡度、高度、結(jié)構(gòu)特征等分為不同邊坡段，對(duì)各段邊坡采用赤平投影的方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，邊坡穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定—穩(wěn)定性差，存在崩塌、滑塌地質(zhì)災(zāi)害的可能。

據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，現(xiàn)狀邊坡因爆破開(kāi)采、節(jié)理裂隙、層面及坡面等多重結(jié)構(gòu)的影響，坡體巖石破碎，坡面上留有大量的浮石、懸石和危巖體，規(guī)模0.5～300m3不等，存在嚴(yán)重的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，對(duì)周邊人類活動(dòng)構(gòu)成極大的安全威脅。

2.2 采礦活動(dòng)嚴(yán)重破壞自然景觀和地貌景觀

礦山開(kāi)采對(duì)礦區(qū)地貌景觀和生態(tài)環(huán)境破壞較大，原本地勢(shì)平緩的山丘，由于礦山持續(xù)開(kāi)采，礦區(qū)內(nèi)形成了多個(gè)大小不一、高差較大的采坑及孤立殘丘和高陡邊坡。在礦區(qū)南側(cè)形成“凹陷”開(kāi)采，最低開(kāi)采標(biāo)高39.84m；在采坑周圍形成了峭壁，壁面巖石破碎，造成環(huán)境視覺(jué)污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境、地貌景觀造成了嚴(yán)重的破壞，并形成嚴(yán)重的視覺(jué)污染。

2.3 采礦活動(dòng)嚴(yán)重破壞了土地、植被資源

礦山原土地類型為裸地（127）、采礦用地（204）、有林地（031），長(zhǎng)期的礦山開(kāi)采對(duì)礦區(qū)土地、植被資源破壞嚴(yán)重，已經(jīng)累計(jì)損毀土地面積約19.30hm2，其中挖損破壞土地面積約17.15hm2，壓占土地面積約2.15hm2。

3 閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程方案

3.1 治理工程分區(qū)原則及分區(qū)

堅(jiān)持“以人為本、因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理、綜合利用”的原則，結(jié)合土地利用總體規(guī)劃，確定礦山地質(zhì)環(huán)境治理思路為“消除地質(zhì)災(zāi)害安全隱患，改善礦山生態(tài)環(huán)境，修復(fù)損毀的地質(zhì)環(huán)境與土地，恢復(fù)土地的可利用性，保障礦山周邊人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，保護(hù)自然資源”。根據(jù)礦山開(kāi)采現(xiàn)狀，分為11個(gè)治理區(qū)（詳見(jiàn)圖1、圖2 和表1）。主要治理工程有：邊坡治理工程、綠化工程、養(yǎng)護(hù)工程、監(jiān)測(cè)工程。

圖1 治理分區(qū)平面示意圖Figure 1. Sketch of treatment zoning plan

圖2 治理工程剖面示意圖Figure 2. Sketch of treatment engineering section

3.2 分項(xiàng)工程治理

3.2.1 邊坡治理工程

（1）SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)工程。⑥區(qū)邊坡由于構(gòu)造影響，巖體破碎、風(fēng)化強(qiáng)烈，危巖體難以一次根除，在完成浮石、懸石清理后，在噴播前設(shè)置SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，對(duì)危巖體進(jìn)行主動(dòng)固定，防止掉落（詳見(jiàn)A-A'工程剖面圖）。

主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)采用“縱橫交錯(cuò)的Φ16橫向支撐繩和Φ12縱向支撐繩4.5m×4.5m正方形模式(邊沿局部根據(jù)需要有時(shí)為4.5m×2.5m）網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張DO/08/300/44m×2m型鋼絲繩網(wǎng)，鋼繩網(wǎng)下鋪設(shè)小網(wǎng)孔SO/2.2/50型格柵網(wǎng)”；主錨桿采用Φ16 鋼繩錨桿或Φ16 鋼筋錨桿，長(zhǎng)度不小于3.0m，孔徑Φ90mm，孔內(nèi)注入M25砂漿或水灰比0.50的水泥漿，水泥級(jí)別不低于42.5級(jí)。

（2）應(yīng)力錨桿+橫梁工程。⑤區(qū)邊坡巖體完整性好，但底部已懸空掉落，受自身重力影響，在雨、雪、冰等自然氣候因素影響下該巖體易沿軟弱面（層面隱蔽節(jié)理）發(fā)生順層滑坡。采用“預(yù)應(yīng)力錨桿（錨桿間距縱向×垂向＝2.0m×2.0m，錨桿長(zhǎng)度9m、直徑110mm、傾角20°，孔內(nèi)注入M25 砂漿或級(jí)別不低于42.5 級(jí)的水泥漿）+橫梁（橫梁間距2m、伸縮縫間距不超過(guò)10m，橫梁斷面0.25m×0.25m，橫梁配筋主筋5Φ22HRB400、箍筋Φ10@200HPB235）工程”，加固該段邊坡(詳見(jiàn)B-B'工程剖面圖)。

3.2.2 綠化工程

根據(jù)“因地制宜”的原則對(duì)露天采坑宕口邊坡坡頂、坡腳、平臺(tái)以及斜坡進(jìn)行綠化，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。邊坡及平臺(tái)采用“高次團(tuán)粒噴播技術(shù)”進(jìn)行綠化，底盤及原始地形區(qū)采用“宕穴+覆土”種植喬灌木及撒播草籽進(jìn)行綠化。

表1 治理分區(qū)說(shuō)明表Table 1. Instructions of treatment zoning

（1）邊坡高次團(tuán)粒噴播綠化：③、④、⑤和⑥區(qū)邊坡坡度70°～80°，局部巖性破碎，一般復(fù)綠方案難以實(shí)施，因此采用高次團(tuán)粒噴播綠化（圖3）。其原理是人工制造出一個(gè)最適于植物生長(zhǎng)的土壤培養(yǎng)基（含底基層和種子層），人工土壤類似于“蜂巢”的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，既有保水性、保肥性，又有透水性、透氣性，還能有效抵抗雨蝕和風(fēng)蝕，防止水土流失。

圖3 高次團(tuán)粒噴播綠化施工斷面示意圖Figure 3. Construction section sketch of high-order pellet spray seeding

（2）底盤及原始地形區(qū)采用“宕穴+覆土”種植喬灌木及撒播草籽綠化：①、⑦和⑧區(qū)底盤便于機(jī)械施工，采用“宕穴開(kāi)挖覆土種植喬灌木+全覆土（20cm）撒播草籽”進(jìn)行復(fù)綠；②和⑨區(qū)底盤采用“全覆土（20cm）撒播草籽”進(jìn)行復(fù)綠；⑩和○1區(qū)采用“宕穴開(kāi)挖覆土種植喬灌木”進(jìn)行補(bǔ)充綠化。

宕穴規(guī)格喬木為1.0m（長(zhǎng)）×1.0m（寬）×1.0m（深），灌木為0.6m（長(zhǎng)）×0.6m（寬）×0.6m（深），按種植間距3.0m×3.0m 布置。喬木設(shè)計(jì)為紅葉石楠、欒樹(shù)、刺柏等，苗高≮1.5m，地徑≮4cm；灌木設(shè)計(jì)為刺籬；草籽種類設(shè)計(jì)為胡枝子、狗牙根等。

3.2.3 養(yǎng)護(hù)工程

為保證邊坡、底盤喬灌木、草籽的存活和邊坡植被的生長(zhǎng)，需制定合理、規(guī)范、科學(xué)的養(yǎng)護(hù)管理措施。養(yǎng)護(hù)包括灌溉、施肥、病蟲(chóng)害防治、基質(zhì)修補(bǔ)、補(bǔ)噴、間苗、苗木補(bǔ)栽等工作。

（1）水源工程。礦區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)無(wú)地表水體分布，采用灑水車?yán)M(jìn)行養(yǎng)護(hù)成本高，且難以持久；擬采用“開(kāi)采巖溶地下水+收集地表雨水”為復(fù)墾區(qū)綠化提供供水水源。地表雨水收集方式為沿邊坡坡腳設(shè)置截排水溝（規(guī)格為寬40cm×高30cm，水泥砂漿抹面）+底盤低洼處設(shè)置蓄水池（為圓形，直徑4.2m，高4m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚0.1m）。

（2）澆灌工程。底盤區(qū)擬通過(guò)灑水車+人工方式對(duì)喬、灌、草進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；邊坡通過(guò)“修建高位水池（為圓形，直徑4.2m，高4m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚0.1m）+設(shè)置微灌管網(wǎng)（干管+支管+滴灌帶+閥門+壓力調(diào)節(jié)器等組成）自動(dòng)噴灑”對(duì)高次團(tuán)粒噴播植被進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.2.4 監(jiān)測(cè)工程

通過(guò)開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握礦區(qū)邊坡穩(wěn)定情況和植被復(fù)綠效果情況，確保礦山地質(zhì)環(huán)境治理的實(shí)施能得到較好的效果。設(shè)置邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)點(diǎn)7個(gè)，每半月觀測(cè)1次，雨季半月2次；設(shè)置植被監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)，每月觀測(cè)1次，雨季半月1次。監(jiān)測(cè)工作時(shí)間為礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程建設(shè)期結(jié)束后3年。

4 治理后效果分析

該礦山于2019年11 月按方案完成治理工程，于2020年通過(guò)專家驗(yàn)收正式閉坑。該礦山通過(guò)地質(zhì)環(huán)境治理工程實(shí)施，有效消除崩塌等地質(zhì)災(zāi)害安全隱患，保障礦區(qū)周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)對(duì)裸露邊坡坡面的綠化治理，有效改善礦區(qū)的景觀環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，消除視覺(jué)污染（詳見(jiàn)圖4 和圖5）。通過(guò)對(duì)底盤區(qū)場(chǎng)地平整覆土植樹(shù)，提高了土地利用率，調(diào)整了土地利用結(jié)構(gòu)，使環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展走上良性循環(huán)的道路。

圖4 閉坑礦山治理前底盤及邊坡局部照片F(xiàn)igure 4. Local photos of the grounds and slopes of the closed open-pit mine before treatment

圖5 閉坑礦山治理過(guò)程中全景照片F(xiàn)igure 5. Full view of the closed open-pit mine in the process of treatment

5 結(jié)語(yǔ)

該礦山閉坑時(shí)高陡邊坡存在崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，底盤高低不平且基巖裸露、植被損毀嚴(yán)重。治理工程充分運(yùn)用“設(shè)置SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、應(yīng)力錨桿+橫梁工程、高次團(tuán)粒噴播進(jìn)行綠化”技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合不同類型邊坡，因地制宜進(jìn)行邊坡及平臺(tái)進(jìn)行治理、復(fù)綠。底盤區(qū)實(shí)施“宕穴+覆土”種植喬灌木及撒播草籽綠化工程，使因礦山開(kāi)采破壞土地資源得到修復(fù)。該閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境治理，是在年降水量偏少（年平均降水量810mm 左右）的皖北地區(qū)，礦山地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境修復(fù)模式和采取治理方法上進(jìn)行有益探索和實(shí)踐，為皖北地區(qū)露天開(kāi)采礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作提供較好借鑒作用。