四川龙门山区卧牛坪石灰石矿山复垦方案设计

张 燕，杨 尽，周 彦

(1.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059;2.四川省科技情报研究所，四川 成都 610016)

东亚水泥有限公司卧牛坪石灰石矿区位于四川省彭州市，地处龙门山区中段。矿区地形切割大、山势陡峭，矿山高近1 500 m。区域地质构造复杂，推覆构造形成的飞来峰发育，这是该区石灰石矿床的构造成因。矿区所处山体上部岩性是二叠系阳新组石灰岩，是矿山开采的主要层位，抗风化能力较强，地势较陡;山体下部岩性是上三叠统须家河组的砂岩、粉砂岩、泥岩，夹碳质页岩及煤线，抗风化能力相对较弱，容易风化，坡度较缓。矿区内曾发生的地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流，现在有些地段还存在滑坡和岩溶塌陷的隐患。

1 矿山复垦的目的

矿山项目一般都包括矿山设计、建设、生产、闭坑、复垦和复垦后土地的开发利用等几个阶段，目前卧牛坪矿区只是处在矿山设计阶段。复垦阶段的工作是整个矿山开发中很重要的一环，其目标是使矿区的生态环境包括地貌、土壤、水系、植物和动物分布通过复垦至少要恢复到开发前的状况。

卧牛坪矿区占地155.5 hm2，矿体储量大，为特大型石灰岩矿床，设计为露天开采，可开采范围几乎包括整个山体的上部(近200 m厚)，地表土层剥离量较少。根据拟开发的矿区所处地理位置、地质条件、地貌条件、生态环境和矿山生产设计，提出以生态效益、社会效益为主要目标的矿山复垦方案。复垦后的理想状态是使重建的生态系统能长期自身循环发展，最终达到开发前的水平。

设计复垦方案前，设计人员要对开发前矿区地形地貌和自然环境作充分了解，测绘勘察开发前的地形地貌，充分做好当地自然环境的调查，调查内容包括生态环境和社会经济环境，如土壤、植被、水文、气候、气温、降水、自然灾害、自然资源、主要农作物及经济作物等，并做翔实的记录。设计出的复垦方案将复垦措施贯穿整个开发过程［1］，如场地的准备、矿区表土剥离、设施的建设、矿石的开采、尾矿和剥离废石的处置等环节都要与复垦挂钩。在矿山建设阶段，复垦区域是矿山建设中破坏的区域;在矿山生产阶段，要边生产边进行地貌重塑和生态环境的重建;在闭坑阶段，对矿区失去利用价值的建(构)筑物进行拆除，恢复土地的利用，保留可利用的设施并充分利用。通过实际测量，卧牛坪矿区可能破坏土地情况见表1。

表1 破坏土地情况

2 复垦方案的内容及措施

实现复垦目标需要科学、有效、适合的复垦方法。在矿区，将要重建的自然环境取决于气候、地形、生物物种、水循环体系和复垦时间等因素，故在复垦方案中必须考虑这些重要因素。矿山复垦技术路线如图 1［2－3］。

2.1 复垦土地使用规划

(1)规划目标。矿山开采对土地的破坏主要表现为压占、污染等。复垦前先要从技术、经济层面对矿山和破坏土地进行预测，并在此基础上进行生态环境影响分析、复垦可行性评价，最终确定土地复垦方向及复垦标准，并编制复垦土地使用规划。规划目标包括3个方面：①保持整个矿区自然连续的地貌形态;②在矿区或复垦土地上规划具有自然、生物、社会和经济开发前景的区域;③复垦土地上的植被生长能力达到或超过开采前水平。

图1 复垦技术路线图

(2)方案措施。为了确保卧牛坪矿区复垦方案的实施效果，提出5项复垦措施：①对开采范围内的植被、土壤和地形采取综合防护措施。在开采地段进行土地平整，待开采结束覆盖表层剥离土，营造防护林草;对开采边坡实施稳定措施，逐级削坡，坡脚用草袋防护，坡面进行整地并营造灌木林。②对在矿山生产过程中产生的废水、废液进行处理，检查达标后方能排放，严禁向附近河流排放有毒、有害液体。③在尾矿场地种草、植树，对采矿留下的陡坎进行开挖、填土并复垦。④矿山场地内建筑物地基开挖等施工活动，破坏了原地貌及植被，及时实施绿化及营造周边防护林等水土保持措施。⑤矿区各种道路的修筑也破坏了原地貌，路基两侧需要采取防护措施，可在路基坡脚处设排水沟，路两侧栽植道路防护林。

2.2 复垦方案的实施

矿山在生产过程中会在矿区形成各种各样的地形地貌，如尾矿堆坡面、尾矿砂丘、剥离废石堆堆场、岩墙、溪流洼地、矿坑湖、蓄水池及道路等。复垦就是要恢复矿区地形地貌、植被，恢复原有的树林、草地和农田，且保证恢复后无论是在静态荷载下还是在受到预期地震荷载下均是稳定的。根据此要求，新建矿山在施工过程中要与土地复垦相结合。

(1)建立土地熟化试验场。根据矿区实际条件建立土地熟化试验场，通过对试验场中复垦土地的养护，建立复垦样板工程，从而提高复垦技术含量，完善复垦方案，为全面复垦打下基础。

(2)表土层的剥离及堆放。对复垦工作来说，表土层的剥离及堆放具有重要的意义。表土层是土地复垦中再种植成功的关键，表土层不仅是复垦土地覆土来源，也是减少复垦投资、保护自然资源的重要措施。因此，必须妥善就近将表土储存，防止岩石混入使土质恶化，尽可能做到恢复后保持原有的土壤结构，以利种植。为减少表层松散土体堆放过程中产生的水土流失，堆放边坡坡比应小于1.75，同时设计采用土袋对其下边坡进行挡护，顶面及坡面撒种草籽，上边坡及周边设临时排水沟。根据施工设计要求，表土剥离量见表2。

(3)土地平整。土地平整是复垦的主要工作内容之一。建设项目损坏、占压土地后，使原有的土地形态发生改变，难以达到设定的土地利用目标。根据土地复垦标准，复垦为林地的损坏土地平整后，边坡在35°以下的可用于一般林木种植，15°～20°的可用于果园和其他经济林种植。土地平整后复垦土地利用结构见表3。

表2 表土剥离量

表3 复垦土地利用结构

(4)工程防护。工程防护措施主要是排水沟。由于卧牛坪矿区水文地质条件相对简单，所以土地复垦时只需要修建排水沟，用以排出复垦区的雨水即可。

(5)覆土。土地平整后，要对平整后的土地进行覆土，覆土来自施工前剥离的表层土，覆土厚度根据复垦后土地的利用方向具体确定。如林地覆土厚不小于35 cm，开采台阶斜坡覆土厚不小于10 cm。

2.3 水源管理

复垦方案考虑复垦土地积水的排放和水质管理，建设明沟排放积水。矿区的水源包括降水、地表径流和地下径流。复垦方案设计的水循环系统可控制复垦区的水系，并保持与区域环境水文特征一致。复垦区年最大降水量是1 280 mm，日最大降水量可达178.3 mm，降雨集中在6—9月，矿区无大的水体，也无地表水聚集，局部泉眼为大气降水补充，排泄条件好，岩溶裂隙中含水较少，且均在当地侵蚀基准面(860 m)以上、低于露天开采最低标高(1 299 m)。依据实测结果和相关资料，结合地质条件，计算排水模数、渗透系数等参数，确定排水渠的横截面面积和长度及分布。设计复垦区排水体系的目标是使其稳定性和能力达到建矿前天然排水体系的水平，这种设计还必须保证从复垦区排出的水不会对吸纳该水体的水系造成污染。

2.4 生态系统重建

由于卧牛坪矿区无大的水体，也无地表水聚集，所以这里着重探讨矿区陆地生态系统重建。

在陆地生态系统中，土壤繁生能力是一个重要因素。复垦工作的一个目标是使土壤繁生能力恢复到甚至高于建矿前的水平。用于复垦的土壤覆盖层必须具备以下条件：赋存适当的水分;能提供植物生长所必需的养料;能形成具有抗冲蚀性能的植被。在复垦区重建植被将实现如下目标：①根据确定的复垦范围，矿山关闭后，保证矿山占用的临时用地全部得到恢复，复垦面积达到154.78 hm2。②以生态效益、社会效益为土地复垦的主要目标。通过土地复垦，使破坏的土地与周边的生态环境保持一致，符合当地土地利用总体规划的要求。③有针对性地选择适宜性、抗逆性强的优良树草种。林地可选用杉树，草地可选用茅草。在不适宜发展农业的边坡恢复茅草植被，增强边坡的稳定性，防治水土流失。④确保复垦质量。破坏土地复垦为林地时，应保证3 年后树木成活率在70%以上，5 年后覆盖度达30%以上。

通过上述目标的实现，逐渐形成自我繁生的树林和草地，在自然因素的作用下，形成与建矿前相似的生态系统。

2.5 生物多样性保障

生物多样性是指各种生命和生命过程的多样性，它包括微生物品种、生物群体、生物赖以生存的生态系统以及维持生物正常功能的生态进化过程的多样性。在复垦中，注意在生物品种、结构和功能上进行研究，尽量按照建矿前的自然条件恢复生态环境。人工种植的植物在品种和结构上与天然生态系统比较都过于简单，其适应自然条件能力较弱，故在复垦后要进行相当长时间的养护，以确保多年后复垦区的生态系统得到恢复。

3 复垦后的监测与研究

按照土地复垦技术标准，矿区复垦工程在闭矿后1 年内完工。对于改变的地形地貌、修筑的排水渠道、种植的林地草地和复垦土地的物理、化学、生物特性是否能形成可持续发展的生态系统，是需要进行监测研究的。针对这种情况，在组织措施、资金保障、技术支持、监测工作内容等方面进行了详细的设计。在组织措施上建立复垦矿区调查队，由相关专业技术人员组成，进行复垦技术培训，根据工作内容，由专人负责; 在资金保障上设立复垦监测管理专款，专款专用，充分保证资金的供应和到位，使复垦监测研究工作保质保量完成; 在技术支持上建立当地政府、复垦设计单位和工程施工单位的联动协作机制，确保能及时解决复垦后出现的问题; 在复垦区设立5 个观测试验场，隔半年或1 年对试验点回填土的物理、化学和生物性质进行观测、分析，对复垦区植被生长情况进行观测，用以对比、分析和研究复垦效果和变化，确保复垦质量。

［1］刘宝臣，张炳晖，赵艳林，等. 基于综合环境效益的矿山复垦规划研究［J］. 中国水土保持，2010( 2) ： 6 － 8.

［2］S. 图特尔，R. 西逊. 一座扩建矿山的闭坑复垦计划［J］. 世界采矿快报，1999，15( 6) ： 42 － 45.

［3］师华定，王立，白中科. 露天矿区土地复垦及生态重建数据库的设计与实现［J］. 地球信息科学，2005，7( 4) ： 81 － 85.