蒙阴县汇泉峪地区废弃矿山综合治理研究

吕晓亮，宋国栋，王一建

(蒙阴县自然资源和规划局，山东 蒙阴 276200)

蒙阴县汇泉峪地区位于京沪高速公路西南约600m，自20世纪60年代开始零星开采石灰岩资源，多采用机械打孔爆破后再人工分拣的粗放开采方式。20世纪末，随着京沪高速公路建设，石灰石资源需求量激增，依托位置优势，矿山开采规模不断增大，山体及原有植被破坏严重，水土流失隐患不断加剧。为有效修复汇泉峪地区废弃矿山生态环境，综合分析矿区及周边开采现状、地质环境问题、地质条件、岩石物理力学特性，因地制宜制定了综合治理方案，探索并实施了矿山治理与土地复垦相结合的综合治理模式，消除了视觉污染和地质灾害，恢复了植被，汇泉峪地区生态环境得到有效改善。

1 废弃矿山基本情况

改革开放以来，随着蒙阴县城市建设规模的逐步扩大和京沪高速公路建设，汇泉峪地区石灰石资源开发力度也越来越大，开采规模不断增大，由原蒙阴县水泥厂采石场和10余个乡镇、村及个体采石场进行开采，总面积约110000m2，开采方式均为露天爆破开采，使该地区的生态环境尤其是山体及原始植被遭到了严重破坏。

随着石灰石资源开采殆尽及矿产资源管理的逐渐规范，汇泉峪地区矿山于2002年之前全部关闭，治理责任人灭失。矿山关闭后，开采、加工石灰岩所需简易工房、加工设备底座等构筑物零星分布，废弃的矿石、矿渣多就地随意堆积，且场地高低不平，杂乱无章，占压土地严重(图1、图2)。2002年之前，国家未建立矿山地质环境保证金制度，缺乏矿山生态修复资金，矿山废弃多年一直未得到有效治理。

图1 汇泉峪废弃矿山治理前影像图

图2 废弃矿区开采及破损情况

2 地质环境问题分析

矿区地质环境问题主要是矿业活动对地形地貌及山体的破坏，高陡采石面和废渣造成的地质灾害隐患，随意堆积的废渣带来的土地占压、水土流失等环境问题[1-2]。

2.1 地貌破坏、视觉污染

汇泉峪地区矿山开发历史悠久，因当时矿产开发管理相对不规范，造成开采缺乏统一规划和有效管理，随意“滥挖”现象较为严重，历经数十年的无序开采后，矿区遍布高陡采石面、开采残丘等采矿活动遗迹，较大的立面面积近8000m2，矿区地形地貌景观遭到了严重破坏。汇泉峪地区距离京沪高速公路、G205国道约600m，由于地势较高，均在其可视范围之内，开采立面成灰白色基调，与周边山体植被极不协调，视觉污染严重。

2.2 裂隙发育、诱发地灾

由于历史上长时间的露天开采，废弃矿区形成了多处高陡边坡，坡度多在40°左右，部分区域达到80°～90°。各边坡临空面大，长期的开挖改变了岩体的原始均衡状态，加上雨水冲刷，卸荷裂隙发育，其长期处于不稳定状态，在重力、强降雨、冰雪冻融、地震等内外地质作用的共同作用下，易产生崩塌等地质灾害，严重威胁山下群众生命财产安全[1，3]。

2.3 土地占压、水土流失

蒙阴县属于山区，有限的土地资源一定程度上制约着当地经济的发展，矿业活动对土地破坏和占压危害更为突出。汇泉峪地区矿山开采对地表土地资源占用较大，对土地造成的破坏主要表现为3个方面：一是工业场地中建(构)筑物和生产机械对土地的压占，被压占土地直接遭破坏；二是生产期间矿山开采对原地表植被、土壤结构构成破坏，原生地表的水土保持功能造成破坏，导致山体裸露，土石松散，蓄水保土和地表抗阻能力大大降低，加剧水土流失；三是开采、加工及装运设备简陋，矿山生产过程中废渣处理不及时，不断堆积侵占大量土地(1)山东省鲁南地质工程勘察院,蒙阴县蒙阴街道等三乡镇工矿废弃地复垦利用试点项目区复垦方案,2014年。[4-5]。

3 综合治理措施

矿山地质环境治理是一个涉及多学科的系统工程[6-10]，在对汇泉峪地区进行基础地质调查和现状测绘评析的基础上，结合建筑边坡、结构设计等建筑方面的相关要求，深入分析矿区地质条件、采石立面岩体特性及周边基础设施情况，充分考虑施工难度及经济性，因地制宜地确定了治理方案。

3.1 矿区地质条件、岩体特性及周边基础设施

(1)地质条件。汇泉峪地区出露地层比较单一，自南向北依次分布寒武纪、奥陶纪地层。以山顶分水岭为界，南侧为奥陶纪与寒武纪灰岩、泥质条带灰岩、页岩等；北侧为奥陶纪灰色厚层灰岩。采石场地带为奥陶纪马家沟群北庵庄组灰色厚层灰岩，夹泥质白云质灰岩，厚度约610m，层理发育，倾向NE，岩层倾角35°～43°。开采区无岩浆岩出露。汇泉峪地区未有断裂穿过，地震基本烈度为Ⅶ度，峰值加速度为0.10g[11]。汇泉峪地区地下水属于碳酸盐岩类裂隙岩溶水，呈条带状斜贯于县域西南部，含水层由寒武系、奥陶系灰岩及灰岩夹页岩组成。第四系水基本不发育，岩溶水埋深300m以下，水位在高边坡坡脚以下，对边坡整体稳定性无影响[12]。

(2)岩体特性。汇泉峪地区属于坚硬、较坚硬的中厚—厚层状灰岩岩组分布区。开采区主要由灰岩构成，块状或层状结构，岩性为灰岩、白云质灰岩、鲕状灰岩夹页岩、泥灰岩。灰岩致密坚硬，力学强度高；泥灰岩、页岩易风化，强度低；灰岩fc=90～160 kPa，白云质灰岩fc=50～190 kPa。矿区总体沿岩石层面进行层状开采，层面较为平整，开采面基本稳定，在小范围内存在岩石明显松动，裂隙发育[12]。

(3)周边基础设施。矿区接近村庄，堆积区周边为耕地，距离主要道路约600m，村庄道路以水泥路为主，交通条件便利，村庄通水通电，基础设施相对较好。

3.2 采石面治理

2013年，实施采石立面治理工程，主要分为土石方工程和绿化工程。土石方工程主要为危岩清理、修筑挡土墙等，绿化工程主要为覆土、栽种绿植及挂网绿化等：

(1)土石方工程。按采石立面走势将采石面分成数级台阶，采用人工修筑桩板式挡土墙的治理方式，然后覆种植土。岩面修筑挡土墙时预留排水孔以满足排水要求。坡脚处修筑砌石挡土墙，对岩面局部危岩进行清理。

桩板式挡土墙：治理区坡脚处修建高度2m的浆砌石挡土墙，自坡脚向上高2m处修建桩板式钢筋混凝土(C30混凝土)挡土墙。每层台阶采用独立的桩板式挡土墙，依山体走向而建，高度每隔2.5m设一道，每个挡土板高度统一为1.5m，厚度为0.3m，长度为2.7m。挡土板两边各设一个0.3m×0.3m的钢筋混凝土柱，柱的高度为1.5m，桩嵌入岩层0.8m。9.0m为一联，中间设伸缩缝60mm，填沥青麻丝[12](图3、图4)。桩板式挡土墙在横向连续设置，保证了墙体连续，整齐划一，整体效果好。

图3 桩板式挡土墙柱结构示意图(mm)

图4 桩板式挡土墙正立面示意图(mm)

(2)绿化工程。在坡面桩板式挡土墙及坡脚浆砌石挡土墙后进行覆土绿化。结合场地现状、灌溉条件、成活率、修复效果和季节因素等，设计成落叶植物与常绿植物相结合，乔木—灌木—地被植物相结合的复式种植结构。以该地植物为主，形成具有延续性、错落有致的梯田式绿化模式，合理改善修复山体生态环境。该次绿化工作采用乔灌藤结合的绿化方式，乔木选用侧柏，间隔0.5m呈品字型分布种植2～3排，灌木选择连翘，靠近挡土墙间隔0.2m种植1排，藤类选择爬山虎，靠近岩体间隔0.2m种植1排。对坡度超过80°的开采面直接采用绿化尼龙防护网进行绿化，既绿化岩面又能紧固岩体[4]。

3.3 废石堆积区治理

采石立面坡底为原开采、加工场地剩余残丘、工业厂房、构筑物、道路及废石堆积区。结合汇泉峪地区土层、周边道路、灌溉等基础设施情况，对工业场地废弃建筑物、构筑物及废弃残丘拆除清理后，首先进行建筑垃圾的清运和零星树木砍伐后树根的清理；其次分别对治理区局部取土形成的深坑和土层浅薄区域客土回填，以满足农作物种植对土层厚度的要求；最后进行推土整平，垒筑石坝，使田块平整度满足农作物种植和耕作要求。

4 治理成效及治理模式分析

4.1 治理成效

汇泉峪地区废弃矿山综合治理项目，采石面治理区清理危岩、残丘约15700m3，浆砌挡土墙490m3，现浇桩板式挡土墙4822m，岩面钻孔1392m，柔性防护网绿化1893m2，绿化覆土8040m3，种植侧柏17154株、连翘5080株、爬山虎16933株，平面绿化面积约15000m2，消除了地质灾害隐患和视觉污染，修复了矿山生态，矿山复绿效果好。废石堆积区复垦面积7.315hm2，复垦为农用地面积7.315hm2，复垦为耕地面积5.9738hm2，节余建新农用地指标7.3151hm2、耕地指标5.9738hm2，达到了《土地复垦质量控制标准》(TD/T1036-2013)和国家土壤环境质量有关标准的要求。汇泉峪地区废弃矿山综合治理成效显著(图5、图6)。

图5 汇泉峪废弃矿区治理后影像图

图6 废弃矿山治理后现状

4.2 治理模式分析

汇泉峪地区废弃矿山既有残留采石面，也有废石堆积区，适宜采取采石面治理与堆积区复垦相结合的综合治理方式，既修复了矿山生态环境又复垦成耕地结余农用地指标，生态效益和经济效益显著。

(1)基础条件。针对废弃矿山开采面现状和地质地层条件，创新性采取了桩板式挡土墙覆土绿化和挂网绿化相结合的方式，实现了台阶梯田治理效果。汇泉峪地区出露地层比较单一，开采区山体为奥陶纪石灰岩，水文地质条件良好，工程地质条件良好，灰岩致密坚硬，力学强度高，总体沿岩石层面进行层状开采，层面较为平整，开采面40°左右，为柱体嵌入岩石和板墙固定提供了坚实基础支撑。对不具备桩板墙施工条件的少部分80°～90°的坡面，采用挂绿化尼龙防护网方式，既消除了视觉污染又紧固了岩面。

废石堆积区相对集中，零星工厂废弃建筑物、构筑物为单层砖混结构，容易拆除清理，废石堆、残丘散落分布且高度相对低矮，结合开采面治理土石方工程和复垦区垒筑石坝，可以综合利用，降低施工成本。堆积区边界距离村庄不足40m，周边水电路等基础设施条件较好，复垦后耕作条件良好。

(2)施工条件。综合治理施工主要集中在采石面治理区域。采石面总面积约40000m2，斜面长度最长110m，最短40m，坡度40°左右，桩板式挡土墙施工难度大，岩面钻孔(孔深0.8m，孔径0.3m)、板墙底盘锚固、钢筋绑扎、模板支护、混凝土浇筑等全部在坡面上完成，钻机固定及钻孔、钢筋及模板吊运绑扎、泵送混凝土浇筑等需耗费大量人工、材料和机械台班，必须分段错时统筹施工。覆土绿化难度大，采用卷扬机和吊车装运种植土和绿植至每层桩板墙后，再人工运输至栽植位置，每组上土量不足1m3、绿植不足20株，人工和机械台班消耗量大。前期养护供水难度大，治理区周边水源相对充足，但供水水压不足，养护用水需采用机械泵送或人工搬运，养护成本相对较高。坡底废石堆积区及残丘经整理后，提供了宽阔的施工场地，钢筋加工、钢筋笼预制、设备材料存储等方便实施，不需占压项目区之外的土地，施工现场管理相对简单。

(3)其他条件。汇泉峪地区废弃矿山采石面治理投资1120万元，废石堆积区治理投资280万元，全部为政府财政资金，资金拨付得到了有效保障。项目设计单位和项目实施单位充分收集有关资料，精准分析治理条件，侧重生态修复，高起点设计，高规格实施。治理项目所在的国土、农业、水利、环保、交通等部门和乡镇政府及周边村庄村民对项目的实施给予了大力支持与配合，积极提供技术支持和业务指导，保障了充足的劳动力，协助拓宽施工道路，为绿植后期养护和复垦耕地有效利用提供了便利条件。

5 结语

废弃矿山综合治理要坚持“宜建则建、宜耕则耕、宜林则林、宜景则景”的治理思路，把矿山生态修复治理与土地复垦、产业发展、城市建设有机结合，因地制宜实施“一矿一方案”，进行综合开发利用[13-14]。针对汇泉峪地区废弃矿山开采现状，该文综合分析了矿山地质环境问题和实施治理基础条件，将矿山环境治理与土地复垦有机结合，创新性采用了桩板式挡土墙后覆土绿化的台阶梯田式采石面治理模式，深入分析了治理模式成效和适用条件，为露天开采矿山综合治理提供了参考。