廢棄采石場礦山地質(zhì)環(huán)境問題及恢復治理方案

王宇飛 李定華 鄭 翔

（1.江西應用技術職業(yè)學院資源環(huán)境與珠寶學院；2.江西應用技術職業(yè)學院立達科技開發(fā)總公司）

石城縣琴江鎮(zhèn)下茶坑采石場屬于露天開采，礦區(qū)及周邊地質(zhì)環(huán)境遭到了一定程度的破壞。礦山緊鄰贛州市石城縣旅游集散地，對旅游集散地的整體景觀產(chǎn)生了嚴重影響，長此以往，會給石城縣旅游產(chǎn)業(yè)帶來損失。

采石場位于石城縣城南部，直線距離約4km，屬石城縣琴江鎮(zhèn)花園村管轄。緊鄰項目區(qū)東部有水泥公路通往縣城，交通便利。礦區(qū)由4個坐標拐點組成，面積為0.975 km2，開采深度為263～322 m，開采時年生產(chǎn)規(guī)模約為40 000 m3。

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境

礦區(qū)屬侵蝕低丘地貌，地勢總體呈中部高東西兩側低，地形坡度一般在25°～35°，山頂標高為224～363.2 m，相對高差119.2 m，山脈整體走向呈北—北北東向。植被覆蓋率約90%，以灌木、松樹為主。

礦區(qū)地層發(fā)育前震旦系（Z）青灰色、灰色、黃褐色變余長石石英砂巖和板巖，中厚層—厚層狀，產(chǎn)狀為246°∠27°；巖石硬度較大，強風化層厚度為1～3 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，半風化層結構致密，節(jié)理裂隙不發(fā)育。第四系（Q4）主要發(fā)育腐殖土層、粘土砂質(zhì)層，巖性為粘土、砂質(zhì)粘土，均由殘坡積層形成；厚度一般為0.5～2 m。礦區(qū)內(nèi)未見明顯的斷裂構造出露，僅在巖石中發(fā)現(xiàn)裂隙構造和層間裂隙構造。

區(qū)內(nèi)僅山溝小溪常年流水，周邊水系呈樹枝狀展布，礦區(qū)以東0.5 km處有1條河流，流向自北向南，河寬為36～92 m，地表水受大氣降水和山上潛水補給。含水層主要為第四系沖洪積、殘坡積物孔隙潛水含水層，含水層厚度小，約為1.5 m，富水性較弱。變質(zhì)巖石材礦體結構致密，且節(jié)理、裂隙不發(fā)育，又處于當?shù)厍治g基準面之上，為弱含水層［1-2］。

2 礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題包括2個方面：一是土地資源和植被破壞問題，二是邊坡失穩(wěn)所造成的地質(zhì)災害問題。

2.1 土地資源及植被破壞問題

該礦山開采對土地資源和植被造成的破壞主要區(qū)域包括工業(yè)場地、露天采場和礦山道路等［3］。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，礦區(qū)挖損土地、植被投影面積達2 432 m2，其中采場平臺1 359 m2，采場邊坡投影面積1 073 m2；此外間接影響面積達7 732 m2。同時形成大片裸巖陡坡，裸巖坡高達數(shù)十米。礦山以東約1 km處即為石城縣旅游集散中心，在集散中心可清楚看到大面積裸巖陡坡，極大影響了旅游集散中心的整體景觀。

2.2 采場邊坡地質(zhì)災害問題

該廢棄礦山共形成3條采場邊坡（圖1），已發(fā)生多次小規(guī)模的崩塌、滑坡等地質(zhì)災害。為防止更大規(guī)模的地質(zhì)災害，需對3處邊坡進行穩(wěn)定性分析。根據(jù)現(xiàn)場測量，各邊坡相關情況如下。

（1）1#邊坡坡向為192°，坡度為68°，坡高為25 m，坡長為80 m；殘坡積層厚1～1.5 m，強風化層厚3.0～5.0 m。

（2）2#邊坡坡向為89°，坡度為72°，坡高為16 m，坡長為35 m；殘坡積層厚1～1.5 m，強風化層厚1.0～2.5 m。

（3）3#邊坡坡向為48°，坡度為61°，坡高為10 m，坡長為40 m；殘坡積層厚0.8～1.2 m，強風化層厚1.0～1.5 m。

綜合各邊坡的幾何要素、裂隙水深、抗剪強度對安全系數(shù)的影響，將極限平衡狀態(tài)整理為無量綱形式，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的邊坡幾何要素和邊坡尺寸，結合當?shù)叵嚓P的巖土體參數(shù)，計算各邊坡的穩(wěn)定性，見表1。

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根據(jù)《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》（DZT 0219—2006），當Fs=1.00～1.05時，滑坡處于整體暫時穩(wěn)定—變形狀態(tài)；當Fs=0.95～1.00時，滑坡處于整體變形—滑動狀態(tài)。

跟據(jù)計算結果，1#邊坡和2#邊坡處于整體暫時穩(wěn)定—變形狀態(tài)，在特定外部條件下有發(fā)生小規(guī)模崩塌、滑坡等地質(zhì)災害的可能；3#邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理方案

針對該礦山地質(zhì)環(huán)境與存在的主要問題，因地制宜，緊密結合當?shù)匾?guī)劃，對礦山地質(zhì)環(huán)境進行治理，實現(xiàn)礦區(qū)地貌與旅游集散地景觀統(tǒng)一和諧；并消除礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害隱患，確保人民群眾的生命財產(chǎn)安全［4-5］。方案總治理面積為0.11 km2，總體方案措施為削坡+截排水+綠化+監(jiān)測。

3.1 邊坡防治方案設計

3.1.1 削坡工程

采用挖掘機、推土機等機械施工的方式對項目區(qū)采場邊坡進行整治。土石方工程實施過程中，應嚴格控制設計標高和坡度，盡量避免對周邊原始地貌、植被的影響和破壞［6］。

根據(jù)邊坡極限平衡法的穩(wěn)定性系數(shù)計算公式，計算得出1#邊坡削坡至坡面角為55°時，穩(wěn)定性系數(shù)可達到1.23，2#邊坡削坡至坡面角為60°時，穩(wěn)定系數(shù)可達到1.23。

所以設計1#、2#邊坡分別削坡至55°和60°，3號邊坡僅進行排水、綠化處理。各削坡工程見圖2～圖4。各邊坡坡頂建截水溝，坡腳建排水溝，坡面選擇椰式草毯綠化。

削方工程量主要利用MAPJIS軟件計算各剖面削方面積，再乘以各邊坡寬度得出。經(jīng)計算，共需開挖土石方量為9 524.8 m3。各地塊挖、填方工程量詳見表2。

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3.1.2 截排水工程

3.1.2 .1 排水溝設計

因采場剝離區(qū)水土流失較少，再綜合考慮土地平整后的實際情況，整體規(guī)劃治理區(qū)排水系統(tǒng)，做到水流通暢、分流合理。同時考慮工業(yè)用地以后的排水量較大，適當將水溝的過水斷面放大，以避免短期內(nèi)重復建設［7］。根據(jù)沖溝匯流面積和當?shù)厮馁Y料來估算排水流量，確定排水系統(tǒng)規(guī)模，從而確定截排水溝的設計參數(shù)。水溝的過流能力和相關計算參數(shù)見表3。

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截排水溝布置遵循橫截、縱排的原則，一般沿各斜坡坡頂布置橫向截水溝，不同高程水平的多級平臺邊緣布置縱向聯(lián)絡排水溝，治理區(qū)內(nèi)地表徑流通過縱橫交叉的截排水網(wǎng)絡最終排向地勢低洼處的管網(wǎng)或自然溝谷；排水溝主要設置在坡腳和道路內(nèi)側。

截排水溝采用C20混凝土澆灌，砌筑前先用人工打夯機夯實基底，夯實系數(shù)不小于0.95；水溝溝底設5 cm厚的C15混凝土墊層。截排水溝為矩形斷面，寬為0.6 m，深度為0.75 m，壁厚0.15 m。方案中截排水溝的總長度達367 m。

3.1.2 .2 截排水溝施工流程

排水工程施工應與設計要求符合，排水溝斷面形式為矩形結構，施工程序為測量放樣→溝槽開挖→石塊、水泥、砂、水等備料→石料灑水濕潤→拌制砂漿→模板支護→混凝土澆灌→養(yǎng)護→拆?！鷾蟼然靥睿?］。

具體施工方法：首先根據(jù)圖紙測量放線方法確定排水溝位置，然后人工開挖溝槽，開挖完成后進行必要的修整、夯實，再進行支模、混凝土澆灌，澆灌時先澆溝底，再澆側墻。截排水溝工程量見表4。

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3.1.3 復綠工程

3.1.3 .1 松樹種植

在礦區(qū)采場平臺種植松樹并人工灑播草籽。松樹種植區(qū)域面積為1346.6 m2，設計種植密度為2.0 m×2.0 m（株距×行距）。松樹種植主要工序為整地→挖穴→返穴回填、施有機肥→定植（補植）→撫育管理［9］。技術要點：①在土地平整階段完成整地，同時需要完成截排水系統(tǒng)；②以2 m×2 m的間距挖魚鱗坑（打穴），種植穴長0.7 m，寬0.7 m，深0.7 m；③挖穴后每穴施有機肥4 kg，利用削方區(qū)表層土作為種植穴回填土，先回填下層土后放入肥料，使肥料與土充分拌勻，依次回填中、上層土，回填成饅頭形，高出地面10～15 cm；④裸根苗定植時要沾黃泥漿，塑料容器苗要拆袋，宜選擇陰天或雨天后，做到苗木根系自然舒展，栽植深度高出嫁接口1～2 cm為宜，發(fā)現(xiàn)因苗木質(zhì)量問題未能成活時，應及時補種；⑤造林當年5—6月進行松土培蔸，9—10月份除草1次；第2年開始每年除草2次，松土淺墾1次；⑥造林后應安排專人專管，防止人畜危害，時間為2 a，包括草區(qū)養(yǎng)護；⑦做好追肥工作，第一年鈣鎂磷1.84 kg/hm2、有機肥16.75 kg/hm2，第2年復合肥0.67 kg/hm2、鈣磷鎂0.37 kg/hm2、尿素0.23 kg/hm2、有機肥15.48 kg/hm2；⑧病蟲害防治方法為以防為主，藥餌誘殺。

礦區(qū)松樹種植總量為337株（幼苗，苗高40～60 mm，胸徑4～6 mm），工程量詳見表5。

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3.1.3 .2 灑播草籽

在松樹未長成時，為了對該地塊的環(huán)境快速恢復，進行灑播草籽。草籽選擇混合型草籽，以礦區(qū)自然成長較好的蘆積、馬尾巴草、茅草和當?shù)爻Ｒ姷那嗖葑鸦旌蠂姴?。灑播草?0 g/m2，撒播面積1 346 m2，先進行機械耙平后，再翻耕土壤，翻耕深度不低于0.3 m，對松樹株間隙灑播草籽。灑前用少量泥沙和磷肥拌種，每公斤草籽摻和肥料2 kg，撒播后覆細土2 cm，雨季播種。工程量詳見表6。

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3.1.3 .3 椰式草毯綠化

采場邊坡削方區(qū)域都用椰式草毯綠化坡面?？紤]到土的綜合利用，椰式草毯覆土全部采用坡面削方工程的表面土，不采用外購土，工藝如下。

（1）邊坡處理。人工清理邊坡，削除雜物，覆10 cm厚土于整平的坡面上，灑水濕潤。

（2）鋪設椰式草毯。將草毯沿坡面由上至下鋪于坡面上，網(wǎng)與坡面之間保持平順結合。

（3）噴播。將草籽（按每平方米30 g左右）和促使其生長的附著劑、木纖維、肥料、生長素、保濕劑及水按一定比例混合攪拌，形成均勻混合液，通過液壓噴播機均勻噴灑于坡面上。

（4）養(yǎng)護管理。噴草施工完成之后，必需定期進行養(yǎng)護，直到草坪成坪。待草坪長至5 cm左右時，即可揭開無紡布。

主要工程量見表7。

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3.1.3 .4 植物種植

（1）種子、苗木質(zhì)量要求。種子質(zhì)量必須符合種子的活力要求，以供貨商供應標鑒為準對其鑒定。其它苗木應該參照當?shù)丶坝嘘P綠化行業(yè)標準。

（2）種植時間。必須在當?shù)貧夂驐l件下選擇適宜的時間種植，施工前應得到業(yè)主和設計師的確定。

（3）保養(yǎng)成活期為1個月，日常管養(yǎng)日期為3個月。根據(jù)長勢情況及時補種和施肥，草坪密度不低于90%，灌木生長勢良好、無病蟲害。

3.2 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工程

礦山進行地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測保證礦山地質(zhì)環(huán)境管理、治理工程正常運行的基礎。通過定期進行環(huán)境監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)問題，以便讓相關部門盡早地解決問題，從而有利于監(jiān)督各項環(huán)保措施的落實，并根據(jù)監(jiān)測結果適時調(diào)整環(huán)境保護計劃。

礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測包括地質(zhì)災害監(jiān)測、地質(zhì)地貌景觀、土地復墾與植物綠化效果的監(jiān)測。監(jiān)測工作由主管部門負責并組織實施，成立專職機構，加強對本方案實施的組織管理和行政管理，并接受當?shù)氐V產(chǎn)資源管理部門的監(jiān)督［10］。

3.2.1 斜坡穩(wěn)定性監(jiān)測

對1#、2#、3#邊坡的監(jiān)測應采取全面巡查和重點監(jiān)測相結合的原則進行。在工程實施過程中和實施后均進行檢測，主要監(jiān)測內(nèi)容和工作如下。

（1）相對位移監(jiān)測。監(jiān)測斜坡重點變形部位，如裂縫、崩滑面（帶）等兩側點與點之間的相對位移量，測量出變形量及變形速率。

（2）監(jiān)測點布設?？稍谄马斕幵O置騎縫式簡易觀測標志，如打入木樁或釘釘拉繩、畫線或水泥砂漿貼片等觀測坡體滑移變化情況。

（4）監(jiān)測頻率。每15 d1次，若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)邊坡較穩(wěn)定，可每月1次；在汛期、雨季、防治措施施工期宜每天1次，合計約300次。

3.2.2 地形地貌景觀、土地復墾與植物綠化效果監(jiān)測

（1）監(jiān)測內(nèi)容。監(jiān)測植被非自然死亡、退化的情況。

（2）監(jiān)測點的布設。各斜坡坡腳布置1個觀測點，采場平臺植樹種草區(qū)布置2個觀測點，預計5個觀測點。

（3）監(jiān)測方法。定期巡查，對破壞范圍內(nèi)的植被破壞情況、土壤破壞情況、植被綠化的效果等進行調(diào)查。

（4）監(jiān)測頻率。每月觀測1次。連續(xù)監(jiān)測3 a，共180次。

3.2.3 監(jiān)測工作量

監(jiān)測工作量見表8。

4 結論

露天開采礦山主要的地質(zhì)環(huán)境問題為采場邊坡穩(wěn)定性問題和植被破壞問題。采場邊坡主要為巖質(zhì)邊坡，裂隙較發(fā)育。根據(jù)計算結果，1#邊坡和2#邊坡處于整體暫時穩(wěn)定—變形狀態(tài)，在特定外部條件下有發(fā)生小規(guī)模崩塌、滑坡等地質(zhì)災害的可能；3#邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。該礦山開采對土地資源和地貌景觀造成的破壞主要有工業(yè)場地、露采場和礦山道路等地面建設區(qū)對地形地貌造成的挖損及壓占土地資源。

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針對露天開采礦山的主要地質(zhì)環(huán)境問題，礦山環(huán)境恢復治理措施主要為采場邊坡削坡、采場截排水工程、采場邊坡草毯綠化、采場平臺直接覆土綠化、邊坡治理及綠化工程監(jiān)測。露天開采礦山土層覆蓋極薄，建議對綠化工程進行至少為期2 a的監(jiān)測和養(yǎng)護，以保證生態(tài)環(huán)境恢復治理工程能夠達到預期效果。