浅谈湖北省大冶市某露天矿山地质环境治理与恢复

孙 达， 聂振邦， 余兴江， 费江勇， 刘 徽， 王 磊

(湖北省地质局 第一地质大队,湖北 大冶 435100)

矿产资源的开采和开发利用,对人类经济社会发展作出了重要贡献，但也破坏了矿山地质环境,导致一系列矿山地质环境问题。露天开采与地下开采相比,具有投入产出快、生产效率高、成本低等优点,但其直接开挖的方式,对地表环境破坏大,易产生地质灾害隐患、土地资源破坏及占用、自然景观破坏等一系列地质环境问题。通过实施地质环境恢复治理工程,可消除矿业活动带来的地质灾害隐患,也能有效改善和修复矿区生态环境,对建设绿色矿山和社会经济可持续发展具有重要的现实意义。

1 矿山概况及地质环境背景

1.1 矿山概况

矿区位于大冶市西北327°,直距约20 km,行政区隶属大冶市还地桥镇管辖。矿区南部0.5 km有黄石—还地桥市级公路经过,武汉—九江铁路从矿区北部1.5 km处穿过,在铁山设有货运站,交通较为便利。矿区面积3.2 km2,开采规模为10×104t/a,生产服务年限为20 a。矿山为露天开采,因多年开采,目前形成一处巨大的采坑，平面上呈不规则椭圆形。

1.2 矿山地质环境

本区属亚热带大陆性气候,四季分明,雨量充沛,冰冻期短。矿区外北部有小水塘,矿区内无地表水体。矿区为丘陵地形,最高点海拔标高+125.40 m,位于矿区北东部；最低点标高为+37.50 m左右,位于矿区采坑内,相对高差约87.9 m。矿区整体地势东高西低、北高南低,采坑为中部低四周高的桶状。

矿区位于还地桥—黄金山复向斜西段北翼的次级褶皱——太平山向斜的北翼,矿区总体表现为一单斜构造,地层倾向195°～230°,倾角10°～16°。矿区主要出露三叠系下统嘉陵江组第一段(T1-2j1)灰色、米黄色中厚层状白云质灰岩、白云岩和大冶组第四段(T1d4)灰、深灰色中—厚层状白云质灰岩。开采矿体赋矿层位主要为三叠系下统嘉陵江组第一岩性段。

2 矿山地质环境问题

矿区经过多年无序开采,存在一系列环境地质问题,主要为地质灾害隐患、自然景观破坏、土地资源破坏及占用[1]。

2.1 地质灾害隐患

矿山开采活动产生的高陡边坡主要分为采坑边坡和废渣堆场边坡。

2.1.1采坑边坡

采场依地形从西向东推进,采用分台阶开采方式,目前已形成+40 m、+60 m、+75 m三个不完全台阶。矿山经过多年开采已形成6个采坑边坡,形成的高陡边坡存在地质灾害隐患,主要潜在破坏形式为崩塌和滑坡。各边坡基本特征见表1。

表1 采坑边坡基本特征一览表

选择具有代表性的1号边坡进行稳定性分析。1号边坡坡向约337°,坡高42～109 m,边坡角约60°,总体长度235 m，岩性为浅灰、米黄色中厚层状白云质灰岩,岩层倾向与边坡坡向近似垂直,为横向坡。边坡上覆大量孤立废石,块度大小约0.1～0.5 m,厚度不详,易发生小型滑坡。边坡的变形破坏与风化裂隙发育方向、延伸长度、切割深度密切相关,岩体中外倾裂隙面是边坡产生滑动破坏的主要结构面。岩体主要发育2组节理裂隙结构面：一组为平行节理裂隙，产状为35°∠53°;另一组为X型节理裂隙，产状为33°∠50°、185°∠540°，线裂隙率为0.3条/m,裂隙被岩石碎屑充填。

经赤平投影分析(图1、表2)可知,1号边坡被节理面和岩层面切割而不稳定。因局部地段风化较为强烈,岩体出现差异性风化,导致边坡表面凹凸不平,局部形成坡面凹腔。岩层产状与节理裂隙L1、L2和L3的交线倾向均与坡向基本一致,且其倾角均小于坡角,使上部岩层失去支撑,重心超出支点而下落,每逢雨季或持续性降雨均有不同程度的落石、掉块发生。

图1 采坑1号边坡赤平投影图

表2 采坑1号边坡赤平投影分析表

2.1.2废渣堆场边坡

在治理区南西部已形成大面积的堆料场,占地面积约为2 300 m2,堆料场高差5～10 m,坡角为30°～60°,成分主要为成品建筑用碎石,结构松散。目前处于不稳定状态,极易顺坡崩落,易发生小型崩塌和滑坡。

2.2 自然景观破坏

采石场距离黄石—还地桥镇市区公路约500 m,位于公路可视范围内。由于矿区地表植被破坏,基岩裸露,采石场露采边坡断壁突兀,极大地破坏了原有的植被茂密、景色怡人的自然景观。矿山在采矿活动中,挖损土地、破坏地表植被、堆放废渣等,使得地表面貌变得支离破碎。碎石场经过多年的开采,形成了1个巨大的弧形掌子面、1个采坑和1个废渣堆，严重破坏了自然景观(图2)。

图2 采坑及周边自然景观影像

2.3 土地资源破坏及占用

矿山采场及堆土场占用土地面积较大。采矿导致当地林地遭到破坏,部分林地荒芜,土地资源闲置浪费,矿区及周边土壤质量下降,生态环境恶化。矿区采坑侵占林地135 000 m2，废渣堆压覆林地2 300 m2，掌子面侵占林地89 040 m2,共占用各种土地资源224 040 m2(表3)。

表3 土地资源破坏及占用面积统计表

3 矿山地质环境治理

根据矿山地质特征、开采状况,确定地质环境保护与综合治理基本思路为消除地质灾害、植被覆绿,分为地质灾害治理和生态修复两个步骤,其中地质灾害治理主要对高陡坡面采用分多级台阶进行削清方,消除地质灾害隐患;生态修复主要是对台阶进行绿化,采用台阶式复绿法[2](图3)。为达到治理工程及植被覆绿与周围自然景观协调衔接,施工方案中对矿界外部分自然景观破坏坡段实施坡面削清方恢复治理,已依法获得相关部门许可。

图3 矿山地质环境治理工程布置图

3.1 坡面削清方工程

削清方的主要目的是放缓坡度,采用机械人工相结合方式进行削方,操作时应随时注意边坡的变动情况,如发现有裂纹或部分坍塌现象,应及时进行支撑和放坡,并注意支撑的稳固和边坡的变化。

根据矿山坡面情况,对+40 m以上标高分多级台阶进行削方,台阶宽3 m,相对高差控制在10 m左右[3],防止发生滑坡。分别在标高+50 m、+60 m、+70 m、+80 m、+90 m、+100 m、+110 m、+120 m设置台阶,台阶边坡角60°。台阶形成的次序按从上至下进行,当上一级台阶成型、削方修整、清方后方可进行下一级台阶工作。估算本项目削方工作量为72.87×104m3,填方工作量为0.90×104m3。

本次回填可采用生产车间旁堆料和削方产生的部分土方,运距<200 m,不需要外地购置土源,可降低治理成本。

3.2 台阶绿化工程

台阶绿化工程的顺序为：台阶修整→覆土→植树、藤→撒播草灌种子。

将危岩体、松散的浮石和岩渣清除干净,处理好光滑岩面,对边坡局部不稳定处进行清刷或嵌补加固,保持坡面平缓过渡。

台阶内回填种植土,覆土平均厚度为0.5 m。种植土除满足有机质、盐分、pH值要求外,还需要质地疏松,有团粒结构,具一定肥力。

台阶回填完毕后,栽植刺槐,地径4 cm,纵横间距2.0 m×2.0 m。树坑为人工挖掘,深0.5 m,长0.5 m,宽0.5 m,挖坑方量0.125 m3/个。内侧种植常绿油麻藤一排,间距1.0 m。再均匀撒播草灌种籽,灌木种籽选择胡枝子、六月雪、紫穗槐，草籽选择佛甲草、多花木兰、紫花苜蓿、高羊茅。

为了保证植物良好持续生长,回填种植土要求为：选择疏松、肥沃、透气、透水的土壤,有机质≥15%,全氮≥4.0 g/kg,全磷≥1.0 g/kg,全钾≥10.0 g/kg,pH值6.5～7.5,含砂砾(粒径<10 mm)含量<15%,粘粒和粉粒含量(粒径0.02 mm以下)为85%左右，不应采用淤泥、膨胀性粘土等软弱有害的岩土或城市建筑废土作填料。

4 结论与建议

通过坡面削清方,清理了采场边坡的危岩、浮石,设置多级台阶改善边坡形态，有效地消除地质灾害隐患；通过台阶绿化,消除视觉污染,保护和恢复了自然生态环境,可恢复林地224 040 m2,增加土地利用面积和价值，具有显著的经济效益与社会效益,也可以为类似的矿山地质环境恢复治理提供参考与借鉴。

建议在项目实施过程中及其运行期间,加强斜坡稳定性监测,确保施工及治理工程安全；加强后期绿化工程的养护管理，从水土肥等方面确保生态复绿有长期成效。