韓城市英山采石場礦山地質(zhì)環(huán)境問題及生態(tài)修復治理實踐

李石橋 蘇強 姬學華

（中國地質(zhì)礦業(yè)有限公司 北京 100029）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用促進了經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，帶動相關(guān)科學技術(shù)的進步。但開采后形成的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，產(chǎn)生了地質(zhì)災害隱患，破壞了地形地貌和自然景觀，使水土流失加劇，也阻礙了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。近年來，黨中央、國務院高度重視生態(tài)環(huán)境保護和修復工作。為貫徹落實習近平生態(tài)文明思想及“綠水青山就是金山銀山”的重要理論，科學有效消除礦山地質(zhì)災害隱患、改善生態(tài)環(huán)境、恢復耕地資源，本文以陜西省韓城市英山采石場治理為例，針對礦山采礦形成的高陡巖質(zhì)邊坡、地形地貌景觀破壞、土地資源占壓等環(huán)境問題，采用削坡清坡、錨桿框格梁植被護坡、客土噴播、植生孔復綠、廢棄地平整覆土及植被養(yǎng)護等方法進行地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復，取得了良好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

1 自然地理及地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 自然地理

英山采石場位于韓城市西部金城區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌屬低山侵蝕構(gòu)造地貌，地勢總體西高東低。區(qū)內(nèi)地形復雜，溝谷深切，山勢陡峭。采礦區(qū)由于長期露天開采，采掘礦石及堆填廢棄渣石，造成坡體前緣地形復雜多變，采石斷面與坡體后緣基本垂直接觸，形成了高陡巖石邊坡的地貌景觀。

1.2 地質(zhì)環(huán)境背景

1.2.1 地層巖性

區(qū)域內(nèi)出露地層主要有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、第四系等地層，治理區(qū)出露地層包括奧陶系地層、第四系地層。

第四系地層主要有人工耕植土（Q4ml）、全新統(tǒng)崩坡積層（Q4ml+col）、中更新統(tǒng)風積層（Q2eol）。其中人工耕植土分布于坡頂，厚度0.50～1.5 m，為黃色粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松散，稍干、稍密、含植物根系、可見少量蟲孔和結(jié)殼石。全新統(tǒng)崩坡積層主要由崩坡積碎石土組成，塊碎石成分主要為淺灰色～棕灰色的灰?guī)r，該層厚約數(shù)米至十余米，主要分布在無礦山開采面坡腳位置。中更新統(tǒng)風積層主要分布在坡體上部，厚度1.3～11.5 m。巖性為淺灰黃～褐黃色離石黃土，硬塑，土質(zhì)成分均勻，夾1～2 層棕紅色古土壤，垂直裂隙發(fā)育程度一般。

奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r（O2m）為礦區(qū)開采巖層，淺灰色～棕灰色，中厚～厚層狀，微晶結(jié)構(gòu)，致密堅硬，質(zhì)地較均一。巖層產(chǎn)狀傾向為260°～270°，傾角30°～35°?？傮w坡面傾向110°～120°，坡面微風化，表面有爆破開采及風化形成的碎石塊和石渣，邊坡共發(fā)育2 組共軛節(jié)理，節(jié)理面產(chǎn)狀：103°∠58°及191°∠71°，1 m 內(nèi)見2～3 條裂隙，受開采震動影響部分裂隙寬約3～10 cm，裂隙中充填巖質(zhì)碎屑與泥質(zhì)。原生節(jié)理閉合性好，延展性長度7～10 m，鈣質(zhì)膠結(jié)；坡長約800 m，垂直高度為40～80 m 不等。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造與地震

區(qū)內(nèi)地層平緩，構(gòu)造相對簡單，為一向北緩傾單斜構(gòu)造，在韓城大斷裂附近，以奧陶系石灰?guī)r、白云巖為主體構(gòu)成斷褶翹起帶。治理區(qū)位于韓城大斷裂西側(cè)，禹門口—文家?guī)X殘破扇形背斜南側(cè)。

區(qū)內(nèi)地處渭河盆地北緣，新構(gòu)造運動較為強烈。區(qū)內(nèi)地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度0.15 g，場地設(shè)計特征周期值0.45。

1.2.3 水文地質(zhì)與工程地質(zhì)

治理區(qū)地下水類型有第四系松散巖類孔隙水及碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。地下水通過降水入滲補給，第四系孔隙水沿裂隙或孔隙徑流補給巖溶裂隙水或在溝谷兩側(cè)以泉水方式排泄；巖溶裂隙水徑流補給深層地下水。開采區(qū)位于當?shù)厍治g基準面以上，自然排水通暢，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單。區(qū)內(nèi)巖土體可分為碳酸鹽巖堅硬巖類工程地質(zhì)巖組和第四系松散巖類工程地質(zhì)巖組。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

英山采石場開采面長度近1 km，自北向南分3 個治理區(qū)，即1#、2#、3#治理區(qū)，裸露面積約4.4 hm2，采礦廢渣堆占用和破壞土地面積約12.5 hm2。

2.1 地質(zhì)災害隱患

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，區(qū)內(nèi)巖石致密堅硬，但由于爆破開采導致巖體破碎程度較高，坡腳遺留較大體積塊狀孤石，剝采形成的采坑，邊坡近似直立，在坡體上部有臨空面形成危巖體，坡體的表面發(fā)育凹腔，同時坡面上有浮石、孤石等，崩塌、滑坡等地質(zhì)災害有隨時發(fā)生的可能。斜坡上開采產(chǎn)生的廢渣與碎石料大量堆積，且由于多年開采，在開采過程中將價值較低的土石料堆放在溝谷中，造成溝谷淤積大量土石料，極易在暴雨情況下形成泥石流物源，對下游村莊造成威脅，危險性較大。

2.2 地形地貌景觀破壞

區(qū)內(nèi)石灰?guī)r礦為露天開采，開挖、爆破破壞了原始坡體的巖體結(jié)構(gòu)并形成陡直坡體多處。巖石裸露，巖體松動，植被破壞，山體破損嚴重，遺留的廢渣廢石等亂堆亂放，廢棄地陡坎縱橫交錯，破壞了山體地形地貌及地質(zhì)景觀，也破壞了山體植被生態(tài)系統(tǒng)，與周邊自然環(huán)境極不協(xié)調(diào)，造成水土流失和揚塵污染嚴重，對當?shù)爻鞘猩鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。

2.3 土地資源占壓與破壞

剝采形成的廢渣和尚未銷售出去的石料堆積于地表占壓和破壞土地，在地表水流的沖蝕下使土地里形成一層板結(jié)貧瘠土壤，使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。同時，降雨入滲及沖刷引起堆渣坡頂出現(xiàn)裂縫，并發(fā)展為局部坡面泥石流，形成地質(zhì)災害，進一步對當?shù)氐母刭Y源造成破壞。

3 地質(zhì)環(huán)境治理及生態(tài)修復技術(shù)

高陡邊坡的治理方式已有眾多文獻涉及，本項目采用削坡減載、錨桿框格梁、排水溝、擋土墻等治理措施取得了較好的效果。生態(tài)復綠根據(jù)坡高與坡度采用不同的方法：平臺附近廢渣堆放區(qū)及低坡段，利用生態(tài)袋等工程進行復綠；對于坡度＜55°的基巖出露區(qū)，采用客土噴播復綠技術(shù)復綠；對于坡度≥55°的基巖出露區(qū)，采用“植生孔”復綠技術(shù)進行；對于視覺條件好，坡高坡陡不易綠化的邊坡，進行摩崖雕刻措施。

3.1 地質(zhì)環(huán)境治理措施

本采石場分1#、2#、3#共3 個治理區(qū)，各治理區(qū)坡高與坡度均不相同。根據(jù)坡高與當?shù)丨h(huán)境現(xiàn)狀，采取不同的方式進行治理，消除地質(zhì)災害隱患，恢復當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境（圖1）。

圖1 英山采石場治理工程平面圖

3.1.1 削坡減載措施

項目區(qū)灰?guī)r出露厚度大，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，開挖、爆破破壞了原始坡體的巖體結(jié)構(gòu)并形成陡直坡體，坡體存在發(fā)生地質(zhì)災害的可能。設(shè)計采用上部巖體削坡減載，降低現(xiàn)有邊坡坡度，對于1#采坑，針對山體形狀，從2 個面進行分級放坡，坡比為1∶1，每8 m 設(shè)置一馬道。

3.1.2 錨桿框格梁措施

對于2#、3#采石場開采平臺場地平整后對邊坡進行分級放坡、錨桿框格梁防護。主要經(jīng)濟技術(shù)指標：肋柱樁身、柱身使用C25 混凝土施工，錨桿為長度6 mΦ32 鋼筋，水泥砂漿由42.5 級硅酸鹽水泥配制，水灰比為0.40～0.45。鉆進速度、孔位誤差及鉆進深度應滿足設(shè)計要求?？蚋窳厚R道寬4 m，內(nèi)側(cè)設(shè)置截排水溝和擋土墻，截排水溝斷面為0.3 m×0.4 m，擋土墻0.8 m 高，斷面為0.3 m×0.5 m，擋土墻內(nèi)側(cè)填耕植土，種植喬灌木。

3.1.3 廢棄地修復治理措施

廢棄地整治主要根據(jù)廢渣堆填位置、方量，采取挖高墊低清理殘留的巖土體，利用擋墻攔擋廢渣，開挖場地排水溝與邊坡排水系統(tǒng)相溝通，構(gòu)建完整的排水系統(tǒng)，減少水土流失和泥石流災害隱患。廢棄地平整后，進行客土覆土，覆土厚度30～50 cm，達到恢復土地植種的功能。

3.2 生態(tài)修復措施

3.2.1 生態(tài)長袋工程

對于穩(wěn)定的硬質(zhì)巖邊坡采用生態(tài)袋壘砌措施。經(jīng)濟技術(shù)指標：生態(tài)袋裝滿填充料并壓實成型為標準尺寸60 cm×30 cm×15 cm 的生態(tài)袋；生態(tài)袋用無紡布以聚丙烯（PP）為主要原料制成，單位面積質(zhì)量≤135 g/m2，斷裂強度≥7.5 kN/m。生態(tài)袋壘砌施工中采用直徑50 mm 的PVC 排水管，按約2 m×2 m 間距布置，在壘砌結(jié)構(gòu)頂部以外有明顯匯水面或順坡連續(xù)壘砌長度超過30 m 時采用。復合土工膜單位面積質(zhì)量≥300 g/m2、膜厚≥0.2 mm，寬度0.8～1.0 m。

3.2.2 掛網(wǎng)噴播工程

在削坡清坡和回填壓腳坡面進行掛網(wǎng)客土噴播。經(jīng)濟技術(shù)指標：主錨桿采用Φ12 mm 螺紋鋼，長度≥30 cm；輔錨桿采用Φ10 mm 螺紋鋼，長度≥25 cm。鋼絲網(wǎng)采用絲徑2.0 mm、孔徑6 cm 的勾花網(wǎng)。噴播改良基材時分2 次進行，第1 次噴射厚度8～10 cm 不添加種子材料的植生基質(zhì)，第2 次噴射厚度2 cm以上的植物種子及營養(yǎng)液混合料，全部灌木種子材料以及土壤活化材料均在第2 次噴播中使用，種子噴播前需要進行催芽處理。噴播總厚度10～12 cm，在巖性破碎或巖石堅硬部位，噴層厚度可適當增加。

3.2.3 植生孔復綠工程

對高陡邊坡掛網(wǎng)噴播效果欠佳的情況下，利用植生孔復綠。經(jīng)濟指標：開采面危巖清理后布置SNS 主動防護網(wǎng)，橫縱向采用長度為3 m 的φ16 mm 鋼繩作為支撐繩，支撐繩網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)1 張4 m×4 m 的鋼絲網(wǎng)（網(wǎng)格20 cm×20 cm），每張鋼繩網(wǎng)與四周支撐繩間用φ8 縫合繩縫合聯(lián)結(jié)并進行預張拉，坡面打φ300 mm 的植生孔，植生孔間距為2 m×2 m，深度為1.5 m，角度與坡面呈25°～35°。坡面植生孔內(nèi)營養(yǎng)土需進行二次填土，最終填土至距孔口20 cm 處，植生孔內(nèi)種植5 株攀爬植物（圖2）。種植后需將各株攀爬植物分別分散固定在主動網(wǎng)上，以利于后期整體綠化效果。

圖2 植生孔設(shè)計圖

3.3 摩崖雕刻措施

對邊坡巖體穩(wěn)定、相對平整且規(guī)模較大的巖面予以保留并自然裸露，結(jié)合摩崖雕刻藝術(shù)化修飾，在降低修復成本的同時，創(chuàng)造地質(zhì)剖面遺跡留存觀賞價值。

4 治理效果分析

露天礦山開采形成的高陡邊坡，破壞了地形地貌，不僅存在地質(zhì)災害隱患，也存在視覺污染。利用植生孔復綠技術(shù)，結(jié)合主動網(wǎng)防護進行邊坡防護，消除了地質(zhì)災害隱患。通過2 a 多的養(yǎng)護，邊坡復綠率達到70%以上。礦區(qū)植被景觀得到恢復提升，形成冬天有綠、春夏有花的美景；同時增加了水源涵養(yǎng)能力，有效降低水土流失（圖3）。

圖3 英山采石場地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復效果前后對比圖

5 結(jié)論

（1）英山采石場前期的開采促進了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，開采后地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，存在潛在的崩塌、落石等地質(zhì)災害隱患。土地資源破壞與占用，環(huán)境污染與土地資源浪費等反過來又阻礙了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。采用因地制宜、兼顧景觀的治理理念，利用社會資本參與治理的方式，取得了較好的治理效果。

（2）通過分臺階多級削坡、錨桿框格梁護坡等對邊坡進行治理，實施廢棄地整治覆土改善環(huán)境、截排水溝解決坡面雨水漫流消除泥石流隱患等治理措施，增強了邊坡的穩(wěn)定性，消除了地質(zhì)災害隱患。

（3）采用生態(tài)長袋、客土噴播、植生孔復綠、喬灌木立體復綠等技術(shù)與措施，恢復了山體生態(tài)景觀，改善了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

（4）通過地質(zhì)環(huán)境整治與生態(tài)修復，達到綠化與景觀再造，使礦山及周邊生態(tài)環(huán)境和景觀面貌發(fā)生了很大的變化，再造了秀美山川，也儲備了寶貴的耕地資源，促進了韓城城市經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展，對下一步礦山治理與礦山生態(tài)修復有一定的技術(shù)借鑒意義。