云南露天磷矿山地质灾害防治与土地复垦探讨

王建英，邢鹏远



云南露天磷矿山地质灾害防治与土地复垦探讨

王建英1，邢鹏远2

(1.西南有色昆明勘测设计(院)股份有限公司，云南 昆明650051；2.昆明龙慧工程设计咨询有限公司，云南 昆明650041)

摘要：云南露天磷矿开采的采场、排土场，尾矿库、矿山工业场地和矿山道路等不但造成了土地的破坏，而且还是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害易发生的高危险区。对此需加强工程监测，同时采取土壤重构、植被重建、配套道路及灌溉工程建设等，对这些损毁的土地进行土地复垦。

关键词：地质灾害防治；土地复垦；云南露天磷矿；

云南是我国重要的磷矿资源基地和磷化工基地，磷矿资源主要分布于安宁市，昆明市的晋宁县、西山区、东川区，玉溪市的江川县、澄江县、华宁县，曲靖市的会泽县、沾益县，文山州的广南县和昭通市(图1)。据统计，云南已探明的72.1%磷矿资源又主要集中分布在滇池和抚仙湖周围经济发达地区，是近期内云南磷矿资源开发的主要区域。

图1　云南主要露天开采磷矿矿山分布图Fig.1　Distribution Map of Main Opencast P Mine in Yunnan

云南磷矿主要产于寒武纪，类型单一，为沉积型磷块岩矿床，主要含磷矿物为胶磷矿，由于磷矿体埋藏浅，各矿山多以露天开采为主。因此，磷矿露天开采过程中，大量剥离的废渣及低品位矿石堆积形成的排土场、开采结束后形成的露天采空区、开采矿石进行工艺分选后尾矿排放形成的尾矿库、矿山工业场地及矿山道路等基础设施建设用地区等，这些区域不仅损毁土地资源，而且是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生的高危险区。随着国内外市场对磷需求的扩大，磷矿资源开采的强度与范围及损毁土地资源数量呈大幅度增加之势，导致矿区生态环境恶化，严重阻碍了矿区持续发展能力。因此，加强矿区地质灾害防治，加强损毁区土地复垦已成为矿区可持续发展的重要保障。

矿山地质灾害防治主要是通过采取一定的保护及治理措施，最大程度的减少地质灾害发生，避免和减轻地质灾害造成的损失，实现矿产资源开发利用和环境保护协调发展；矿区土地复垦主要对矿山开采和自然灾害损毁的土地，采取整治措施，使其达到可供利用状态。矿山地质灾害防治与土地复垦应本着“以防为主，防治、防复结合；边开采，边治理、边复垦；技术可行，经济合理；因地制宜，耕地优先及综合效益最佳”的原则。矿山地质灾害防治与土地复垦的最终目标是保持矿区生态环境平衡，

实现矿山开采、土地利用、经济与生态的持续发展。

1 排土场地质灾害防治与土地复垦

1.1　排土场地质灾害类型及成因

排土场是矿山露天开采剥离的废土石及低品位矿石按照设计边坡角，台阶高堆放而形成，剥离物经碾压、自然沉降重新建立新的平衡。若排土场区防护措施不到位，在暴雨或其它诱发因素作用下容易产生滑坡、泥石流灾害，2，3，4]。

(1)滑坡：滑坡是排土场灾害中最为普遍、发生频率最高的一种，按其产生机理可分为排土场沿基底接触面滑坡、沿基岩软弱层滑坡和排土场内部滑坡。沿基底接触面的滑坡是当山坡形排土场的基底倾角较陡，排土场与基底接触面之间的抗剪强度小于排土场物料本身的抗剪强度时，便易产生滑坡；沿基岩软弱层滑坡是当排土场坐落在软弱基底上时，由于基底承载能力低而产生滑移，并牵动排土场滑坡；排土场内部滑坡是基底岩层稳固，由于岩土物料的性质、排土工艺及其它外界条件(外载荷和雨水等)所导致的滑坡，其滑动面出露在边坡的不同高度。排土场产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。从斜坡的物质组成来看，松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易滑坡，降雨对滑坡的影响最大。

(2)泥石流：排土场产生泥石流可分为水动力成因和重力成因泥石流。水动力成因泥石流是指大量松散的固体物料堆积在汇水面积大的山谷地带，在动水冲刷作用下沿陡坡地形急速流动，主要受发达的地表水系影响而成。重力成因泥石流是吸水岩土遇水软化，当含水量达到一定时便转化为黏稠状流体，亦可能由坍塌、滑坡体直接转变为泥石流；被水软化成类似液态的泥化母岩(岩土、风化岩)与岩土块及水混合成浆体(液固相)在滑坡势能转化来的动能作用下，促使滑体向流动转化，酿成泥石流。若排土场内含有丰富的松散岩土，堆积的山坡地形陡或堆放的沟谷纵坡较大，上游汇水面积较大，在暴雨情况下易诱发泥石流灾害；另外，若矿山开采中乱采滥挖，随意在排土场周围丢弃废土废石、损毁地表植被等会加剧泥石流爆发。

1.2　防治排土场产生滑坡、泥石流灾害的主要措施有：

(1)对选择的排土场要做好水文地质、工程地质勘查，避开软弱基底，当存在不良地质条件时，在设计中应有处理措施，从源头上把好关。

(2)排土场建设时，清基要彻底，台阶要规范，不留后患。

(3)建设和完善排土场的排水设施。在排土场上游外围建截水沟，拦截上游汇水对排土场的冲刷；各堆土台阶内侧建马道排水沟，以拦截堆土边坡汇水，并将汇水导出排土场；排土场底部建排水盲沟，将排土场内部渗水排出。

(4)改进排土工艺。将坚硬大块岩石堆在底层以稳固基底，又便于排水，控制堆土顺序，避免形成软弱夹层。

(5)排土场边坡前缘建抗滑挡土墙，挡土墙上修建排水孔。排土场边坡稳定角度应小于35°，一般边坡角为38°～40°属高危边坡，需进行削坡处理使坡度满足稳定坡度要求；根据边坡治理要求，单坡高度应小于20m。

(6)尽量利用弃渣回填采空区。若开采深度在30m～50m之内，倾角小于5°～10°的矿体以及在一个采场内有2个开采深度不同的底平面时可采用内排；若开采过程中不能内排，则闭坑后能回填采空区的需尽量回填，可避免大量弃渣堆放损毁土地、并引发滑坡、泥石流灾害。

(7)做好动态监测及近期报警。要做好边坡的变形监测，出现变形迹象，应及时查明原因，并提出相应的解决方案，一旦出现危急情况，应采取近期报警系统发出紧急撤离信号。

1.3　排土场区土地复垦

排土场堆放废石后，原地形地貌将改变，地表植被永久破坏、土壤结构及土地原有功能丧失，损毁方式为压占，属重度损毁。该区土地复垦措施主要为：

(1)表土收集。堆放废石前先对可剥离表土区进行表土剥离，并将剥离表土集中堆放，作为矿区复垦覆土来源。堆放期间做好临时截排水、拦挡(如土袋挡墙、干砌石挡墙)及临时覆盖工作(如土工布覆盖、撒播绿肥草籽等)以预防水土流失，堆放高度尽量控制在5m以内。

(2)合理确定土地用途。结合该区自然条件(地形坡度、有效土层厚度、砾石含量、有机质含量、灌溉条件、交通条件等)及土地利用总体规划情况，可将堆渣平台复垦为耕地、园地、有林地，边坡复垦为灌木林地。

(3)土地翻耕。堆土后平台地表土壤被压实，为有利于植物根系生长，需对压实地表进行松土，翻耕深度约50cm。

(4)覆土及土壤基质改良。依据土地用途对翻耕平台、堆渣边坡进行覆土；复垦为耕地、园地区覆土厚度应大于50cm，有林地区厚度应大于30cm，灌木林地区厚度应大于20cm；耕地区需采用全面覆土，园地、有林地及灌木林地区可采用坑(穴)内局部覆土。若覆土质地较差时可结合周围的有利条件进行土壤基质改良，如用食用菌废料改良土壤、酒厂的酒糟结合有机肥料并施等，以达到改良土壤基质的目的，尽快实现土壤熟化。

(5)林草恢复工程。平台复垦为耕地区，第1～3年可撒播绿肥植物改良土壤，之后可种植当地农作物；园地区应选择当地适宜果树或经济林木；平台复垦为有林地区采用乔、灌、草搭配，边坡灌木林地区采用灌、草、藤搭配复垦。如云南磷化集团所属矿区(昆阳、海口、晋宁、尖山磷矿)园地选用栽植樱桃、花红、李子、苹果、板栗、核桃、梨、桃，花椒等，并在树间套种生态瓜果、疏菜；乔木树种选用旱冬瓜、云南松、雪松、柳杉、藏柏、墨西哥柏、麻栎、栓皮栎，清香木、圆柏，灌木树种有马桑、戟叶酸模、车桑子、火棘、多花蔷薇、苦刺、迎春柳，草本有白花三叶草、波斯菊、光叶紫花苕子，藤本有常春藤、爬山虎、葛藤等。

(6)道路、灌溉工程。有矿山道路与排土场区相通，可将矿山道保留使用，排土场堆渣台阶较多时，可根据实际情况将局部平台留作道路使用，路面宽约3m即可满足复垦区管护交通运输要求。为保证复垦区农作物产量及果树、乔木、灌草的成活率，可在复垦区内配套相应的灌溉设施，如建取水泵站、架高设专门管线、引水渠、蓄水池、水窖等。

(7)监测与管护工程。复垦后需对复垦面积、复垦的工程量以及各复垦措施的实施效果进行监测；另外需落实“三分种植，七分管护”的理念，对复垦区进行培垄、定株、修枝、施肥、浇水、喷药等工作。

2露天采场地质灾害防治与土地复垦

2.1　露天采场地质灾害类型及成因

露天开采人为地塑造了边坡，随着开挖深度的增加，边坡规模在不断扩大，既严重破坏了地应力的自然平衡，又导致了人工边坡的变形、破坏和滑移；另外，边坡在开采过程中易受爆破影响而产生裂缝，且随着采矿工作的推进，裂缝会进一步发展，一旦诱发因素(如暴雨、地震等)出现，高边坡在重力作用下很可能发生崩塌、滑坡灾害(1，2，3，4)。

(1)崩塌：崩塌是较陡边坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象，产生在岩体中的也称岩崩，岩崩的部位主要是在断层破碎带或者是陡崖上的突出部位，这些地段山体的稳定性差，在风化、地表水及重力的作用下，易发生崩塌灾害。

(2)滑坡：边坡开挖前，岩体内部应力场处于相对平衡状态，随着露天采场开挖与延深，岩体在采场一侧出现临空状态，失去侧向支撑力，引起岩体内部应力场不断调整与变化，在坡脚和坡顶附近可能出现应力集中区和张应力区，岩体应力变化促使其产生新的变形，当岩体应力超过其强度时，导致岩体破坏，即形成滑坡。

2.2　防治露天采场产生崩塌、滑坡灾害的主要措施有：

(1)遮挡、拦截：遮挡斜坡上部的崩塌落石，在距坠落高度基准面 2m 以上(含 2m)的高处作业时，必须设置安全网、护栏等防护设施；对于仅在雨季才有坠石、剥落和小型崩塌的地段可在坡脚或半坡上设置拦截构筑物，如设置落石平台和落石槽以停积崩塌物质，修建挡石墙以拦坠石；在可能滑坡的地段拉网，以防止滑坡时造成人员及财产的损失。

(2)消除或减轻水的危害：在边坡上游外围建截水沟，拦截上游汇水对边坡的冲刷；开采边坡平台内侧建马道排水沟，以拦截台阶边坡汇水并进行排导；布置排水设施疏排采区内积水，以防止积水对边坡岩体造成冲刷或者是长时间浸泡导致岩体软化、岩体强度降低而诱发崩塌、滑坡灾害。

(3)削坡减载：严格按照开采设计规范要求由上而下分台阶(层)顺序开采，根据岩性优先采用中深孔爆破技术，对有滑动迹象的台阶(边坡)要及时地进行削坡减载，确保边坡稳定，在危石、孤石突出的山嘴以及坡体风化破碎地段，采用削坡来放缓边坡，减轻重心。

(4)边坡人工加固：常用的加固方式有两种，一是注浆加固法，即在边坡上注上水泥以增加岩性粘结强度；二是支挡结构加固法，即用挡墙、锚杆、抗滑桩及其综合支挡结构来加固岩体。

(5)应做好动态监测及近期报警。

2.3　露天采场土地复垦

露天开挖形成的开采边坡将改原地形地貌，地表植被永久破坏、土壤结构及土地原有功能丧失，损毁方式以挖损为主，属重度损毁。露天采场区土地复垦措施主要为：

(1)表土收集：开挖前先进行表土剥离，并集中堆放，堆放期间做好临时排水、拦挡及表土覆盖工作。

(2)露天开采台阶及底部开采平台可复垦为耕地、园地、有林地：边坡复垦为灌木林地。

(3)覆土及土壤基质改良：具体措施与排土场区类似，只是开采台阶大多属硬质地表，需采用全面覆土，若土源缺乏时，复垦为园地、有林地区可采用全面结合局部坑(穴)内覆土方式，坑内覆土厚度大于全面厚土厚度；较缓开采边坡可采用全面覆土，较陡边坡可采用刻槽局部覆土。如昆阳磷矿开采边坡复垦为灌木林地，较缓边坡全面覆土60cm~80cm，若边坡较陡，岩层风化程度低，硬度大，采用在边坡上按等高线布置，人工在坡面上开挖宽20cm，深10cm的沟槽，行距20cm~30cm进行覆土；开采台阶区复垦为有林地，覆土1.0m。该区土壤基质改良与排土场区类似。

(4)植被恢复工程：具体措施与排土场区类似，如昆阳磷矿采空区复垦经验为：旱冬瓜、马桑及白花三叶草表现了很好的适磷生长，云柏类、戟叶酸模、波斯菊、车桑子次之，栎类、火棘长势相对较差；旱冬瓜可推广种植；坡面覆土条件较好时灌木选车桑子、马桑等，覆土条件较差时，可选择戟叶酸模[8，9，10，11]。

(5)道路及灌溉工程：复垦后应能保证复垦区的管护、耕作交通运输要求，可结合采场情况，将局部开采台阶留设宽约3m作为路面与场外道路相接，采场底部也要保证有道路连接；另外，复垦区内应配套相应的灌溉设施提供作物或林木保苗用水。

(6)做好监测与管护。

3尾矿库地质灾害防治与土地复垦

3.1　尾矿库地质灾害类型、成因及防治

尾矿库为磷矿资源开发利用过程中，在当前采选技术和设备条件下，对矿石中某一或若干元素组分进行分选、回收后而排放固体废料的区域。尾矿库建设时，坝肩开挖破坏了两岸斜坡原有的平衡状态，易引发崩塌、滑坡灾害；若尾矿库积水后，部分尾矿液有可能沿裂隙发育带或断层破碎带下渗造成库区和坝基局部渗漏及绕坝渗漏问题，不仅污染下游环境，还会影响坝体安全；另外，坝基开挖深度不够或清基不彻底，坝坡未按设计要求施工，施工质量差或其它人为因素及超常降雨引起洪水漫顶等将会导致库坝失稳垮塌、溃坝，进而诱发滑坡、泥石流地质灾害。

3.2　尾矿库地质灾害主要防治措施有：

(1)完善库内外排洪泄洪系统，且排水构筑物应经常保持畅通无阻。

(2)尾矿坝坝基开挖深度应达到设计要求，清基应干净彻底，及时排除基坑水，开挖坝肩时斜坡面宜采取注浆加固或采取支挡结构加固，如挡墙、锚杆、抗滑桩及其综合支挡结构来加固边坡，确保坝肩稳定。

(3)严格按规程和设计要求排放尾矿，筑坝坝体必须碾压密实，筑坝天然建筑材料必须符合工程设计要求，并做好库区及坝体防渗工作，如采用帷幕灌浆法、粘土回填、合成材料铺膜等，坝体下游应设渗滤液收集设施，以免渗滤液污染下游环境。

(4)做好动态监测及近期报警，尤其是初始坝及堆积坝区，要做好相应的防渗及变形监测，一旦出现渗漏及变形迹象，应及时查明原因并提出相应的解决方案，出现危急情况时应采取近期报警系统发出紧急撤离信号。

3.3　尾矿库土地复垦

大量尾矿堆放后，改变了原地形地貌，地表植被永久破坏、土壤结构及土地原有功能丧失，损毁方式为压占，属重度损毁。该区土地复垦措施主要为：

(1)表土收集。堆放尾矿前需进行表土剥离并收集，堆放期间做好截排水、拦挡及覆盖等防护措施。

(2)库区可复垦为耕地、果园、有林地，堆积坝平台可复垦为有林地、园地，堆积坝边坡复垦为灌木林地。

(3)覆土及土壤基质改良。云南露天磷矿选矿主要采用浮选和擦洗脱泥工艺，滇池和抚仙湖周围地区，由于环境要求限制，多采用擦洗脱泥处理、江川清水沟磷矿采用过电选，选矿后，尾矿中含有总磷、COD、氟化物及可溶性盐等污染物，若直接在地表种植农作物或经济林果，有害物质可能会直接被作物或经济林果吸收，存在食品安全隐患。为此，该区复垦为耕地及园地时需在地表覆盖一层阻隔层后才能种植农作物或经济林果。常规下复垦为耕地、园地区覆土厚度应大于50cm，有林地区厚度应大于30cm，灌木林地区厚度应大于20cm。目前云南磷矿尾矿库复垦为耕地、园地的安全覆土厚度研究较少报道，还有待进一步研究。如陈涛对湖北某化工生产磷铵的磷矿渣上覆土种植玉米研究结果显示：覆土60cm是一个比较安全的厚度，覆土后的土壤基本符合土壤环境质量的二级标准，没有发生重金属污染，底部的磷矿渣没有增加土壤中重金属元素的含量。尾矿库区土壤基质改良措施与排土场区类似。

(4)林草恢复工程。具体措施与排土场区类似。

(5)道路、灌溉工程。可结合尾矿库情况，将局部堆积坝平台留设宽约3m作为路面与场外道路相接，库区面积较大时，可在库区内建生产路以满足耕作、管护运输要求；另外，复垦区内应配套相应的灌溉设施提供作物或林木保苗用水。

(6)做好监测与管护。

4矿山工业场地及矿山道路地质灾害防治与土地复垦

4.1　矿山工业场地及矿山道路地质灾害类型、成因及防治

矿山工业场地和矿区道路建设开挖后，破坏了边坡岩土体原有的平衡状态，在岩体自重应力、构造力、渗透力和震动力等综合作用下易引发挖方边坡崩塌、滑坡灾害；工业场地及矿区道路填方边坡区土体整体强度低，均匀性差时，在建筑、运输等荷载作用下，易产生填方边坡崩塌、滑坡及不均匀沉降等地质灾害。

工业场地、矿区道路地质灾害主要防治措施有：

(1)在工程设计中，应结合场地的地质环境条件，尽量减少挖填方工作，从源头上有效控制人工挖填方边坡的高度。

(2)完善排水设施。应在边坡上游建截水沟拦截上游汇水，工业场地内、矿区道路两侧或内侧建排水沟排出地表积水。

(3)对不能自稳的挖填方边坡，应结合实际情况，采取重力式浆砌石挡土墙、桩板墙、锚索等进行支挡。

(4)应做好动态监测及近期报警。

4.2　矿山工业场地及矿山道路土地复垦

工业场地及矿区道路建设开挖时将改变原地形地貌，永久破坏地表植被、土壤结构及土地原有功能丧失，损毁方式属挖损，属重度损毁；场地及道路建成后将继续利用，建筑物及道路将压占地表，待不再利用时需进行土地复垦。该区土地复垦措施主要为：

(1)表土收集。地表开挖前需进行表土剥离并收集，堆放期间做好截排水、拦挡及覆盖等防护措施。

(2)场地较平区域可复垦为耕地、果园、有林地，边坡区复垦为灌木林地。

(3)场地清理。复垦时需将场地内不再利用的建筑物及硬化地面拆除，并进行场地清理。

(4)覆土及土壤基质改良。具体措施与排土场区类似。

(5)林草恢复工程。具体措施与排土场区类似主。如云南磷化集团所属矿山的矿区道路行道树选择香樟、雪松等绿化树种。

(6)道路、灌溉工程。可结合矿山情况，部分矿山道路留作复垦区耕作、管护使用，一般路面宽约3m即可满足运输要求。另外，复垦区内应配套相应的灌溉设施提供作物或林木保苗用水。

(7)做好监测与管护。

5结论及建议

云南磷矿资源的开发利用，为我国磷化工行业的发展，满足国家农业用肥需要，确保粮食安全等做出了重大贡献，有力地促进了云南经济发展，并成为云南矿业支柱产业的重要行业之一。但在磷矿资源开发利用中，露天磷矿开采形成的排土场、露天采场、尾矿库、工业场地及道路等区域不仅损毁大量土地资源，还会诱发地质灾害，造成生态环境恶化。为了避免或减少矿山开采诱发地质灾害、损毁土地资源，做到环境保护与资源开发两者兼顾，将提出如下建议：

(1)矿山地质灾害防治和土地复垦工作是个系统工程，要贯穿于矿山规划、立项、设计、生产及闭坑全过程。

(2)矿山地质灾害防治与土地复垦工作应相伴而行。进行土地复垦适宜性评价时，考虑评价单元自然条件、土地利用总体规划的同时，应结合评价单元区引发或遭受地质灾害可能性、危险性等因素进行综合评价，并重视灾害发生的持续性及潜在灾害发生的滞后性可能带来的危害，要将灾害防治与土地复垦结合起来，做到最大程度减少地质灾害发生的同时，也将损毁的土地复垦成可供利用状态[13，14]。

(3)加大磷矿采、选及固废利用技术的研究开发投入，促进磷矿的科学开发和综合利用。矿山企业要依靠科技进步，改造传统磷矿开采的装备和工艺，尽量采用内排土艺，探索新工艺开发利用我省中低品位磷矿(约占总资源储量的85%)，积极开展磷矿选矿、尾矿利用技术研究和工艺开发，提高磷矿选矿水平和资源利用程度，使我省中低品位的磷矿资源得到合理、综合利用[22]。

(4)加强矿区表土收集及防护工作。磷矿露天开采损毁地表后，原生土壤及植被丧失殆尽，剩下的多是石砾土、矿渣、沙质土等，基本没有养分与水分，不利于植物生长，而地表土壤是土地复垦的基础条件，原有表土除了提供土壤贮藏的种子库外，还保证了根区土壤的高质量，包括良好的土壤结构，较高的养分与水分含量等，并包含有比心土多得多的参与养分循环的微生物与微小动物群落。因此，矿山开采过程中应根据开采计划有序地剥离表土层并集中存放，堆存过程中要做好相应的排水、拦挡及覆盖等工作。

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A PROBE INTO THE PREVENTION OF GEOLOGICAL DISASTER AND LAND RECLAMATION OF OPENCAST P MINE IN YUNNAN

Wang Jian-ying1，XING Peng-yuan2

(1.KunmingExploration&DesignCompany(Ltd)，SWNonferrousIndustry，Kunming650051；2.KunmingLonghuiEngineeringDesignConsultCompany(Ltd)，Kunming650041)

Abstract：The stope，waste dump，tailing pond，mining field and road of opencast P mine in Yunnan not only destroy the land but also result in the very dangerous area of geological disaster，easy appearance of collapse，slide，debris flow，etc.Therefore，we must strengthen the engineering supervision and revive the land by soil and vegetation reformation，in coordination with road and irrigation engineering construction，etc in order to carry out the reclamation of destroyed land.

Key Words：Prevention of Geological Disaster；Land Reclamation；Yunnan Opencast P Mine

中图分类号：P694、S28

文献标识码：A

文章编号：1004-1885(2015)4-595-7

作者简介：王建英(1979～)，女，云南寻甸县人，工程师，主要从事矿山地质环境保护与恢复治理和土地开发整理。

收稿日期：2015-07-14