信阳市灵山坡水泥灰岩矿矿山生态环境修复治理研究

周小雨，王少辉，崔毅斌

（1.河南省地球物理空间信息研究院，河南 郑州 450000； 2.河南省地质物探工程技术研究中心，河南 郑州 450000）

河南省信阳市浉河区灵山坡矿区水泥灰岩矿开采矿种为水泥用石灰岩，生产规模206.96万t/a，矿区面积2.903 8 km2，开采深度在标高+273～+105 m。矿区内共提交了水泥用大理岩矿、建筑用花岗岩矿、建筑用片麻岩矿和建筑用大理岩矿共4个矿种。采用露天开采方式，公路开拓汽车运输方案，自上而下台阶式开采。开采过程中，原有的地质环境条件遭受了极大破坏，坡壁和采场底部基岩大面积裸露、采场底部堆积着大量废石弃渣、区内植被受到严重破坏等[1]。根据当地政府要求矿产资源开采的同时，进行生态系统修复，尽最大可能缓减矿山开发与环境保护之间的矛盾[2-4]。

本文通过地质环境综合调查，查明了矿山开采对周边环境影响的范围，确定了矿区地质环境评估面积，查明了矿山岩土体结构、水文地质条件，工程地质条件；地形地貌条件及破坏的严重程度；分析了现状地质灾害体的危险性，预测了地质灾害发生的可能性及危害程度；讨论了矿山生态环境修复治理方案[5-10]。因地制宜地推进矿山生态地质环境综合治理，为矿山生态环境修复提供参考。

1 矿区地质概况

矿区位于桐柏—大别复背斜带南翼，区内地层受区域构造的控制，为倒转层序，地层产状多变，小型褶皱、断裂构造较为发育。

矿区出露地层以上古元界肖家庙岩组二段地层为主，为一套副变质岩（变碎屑岩），大致分为四个岩性层，自下而上依次为：白云斜长片麻岩层，下部夹数层大理岩透镜体，是区内的次要含矿层；大理岩夹斜长角闪片麻岩层，该层厚度较大，分布范围较广，是区内主要含矿层；大理岩层，上部为薄层状白云质大理岩，该层厚度较小，出露范围有限，是区内的次要含矿层；斜长角闪片麻岩层，该层基本不含矿。

2 工程地质条件

从矿区现有众多的开采工作面上可见其边坡角一般70°左右，高10～20 m，仍较稳定；按照本矿床采用工业指标要求开采边坡为55°，接近或小于现有工作面边坡角。受个别不利结构面影响（倾向采场的节理裂隙面），局部可能会出现小方量基岩崩塌或滑坡。

矿区内的大理岩，矿石的结构为中粒—粗粒变晶结构，矿石构造以块状构造为主。岩石坚硬完整，抗压强度高，颗粒固结紧密，颜色白色—灰白色，含有一定量夹石，稳固性好，有利于露天开采。矿区内的角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩和变粒岩，岩石较坚硬，较完整，抗压强度较高，局部因矿物成分变化而含软弱夹层及软弱结构面，总体稳定性较好。矿区内的花岗岩，岩石较坚硬，较完整，抗压强度较高，总体稳定性较好[11]。

据矿体与围岩的组合关系分析，采场边坡采用55°边坡角为稳定边坡，对于顺层的边坡采用地层倾角为边坡角，稳定性良好，故露天开采的边坡稳定性较好[12]。

3 矿区开采现状及环境影响评估

3.1 矿山现状

全矿区总的生产规模为206.96万t/a，主要为露天开采，生产建设规模均为大型。全矿区共划分为一采区、二采区、三采区、四采区4个采区（图1）。其中，二、三采区采矿活动均已停止，已作为排渣场使用且已复垦复绿；一、四采区为该矿山目前生产采区，其中一采区已形成公路开拓汽车运输系统，采场内台阶高度为15 m，目前已形成145、160、175、190、205、215 m共6个台阶，台阶坡面角为70°～75°；二采区已形成公路开拓汽车运输系统，采场内台阶高度为15 m，目前已形成205、215 m共2个台阶，台阶坡面角为75°。

图1 矿山开采现状影像Fig.1 Image of mining status

3.2 矿区环境影响评估

3.2.1 评估范围

根据矿山地质环境调查与开发建设方案，此次评估将矿区范围与矿区外工业场地作为评估区范围，矿区面积290.38 hm2，工业场地面积23.55 hm2，评估区面积313.93 hm2。并将评估区场地类型划分为露天采场、预测露天采场、工业场地、临时表土堆场、临时废石场、废石场、矿山道路和评估区其他区，各区面积见表1。

表1 评估区各场地面积Tab.1 List of site areas in the evaluation area

3.2.2 矿山地质灾害危险性现状评估

通过野外调查及访问，评估区内现状条件下未发现崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、不稳定斜坡等地质灾害。未发生因灾情引起的人员伤亡及经济损失，地质灾害危险性分级为小，现状条件下地质灾害对矿山地质环境影响较轻[13-15]。

3.2.3 地形地貌景观破坏现状评估

（1）露天采场。据现场调查，一采区露天采场位于工业场地的西南部，露天采场呈椭圆形长轴长484 m，采场边坡高度可达87.3 m，坡度约75°，规模大，破坏面积为14.83 hm2，每个平台边坡高度为15 m，平台宽度为4 m，边坡角为70°，边坡为逆向坡，稳定性较好。四采区露天采场位于矿区的西部，破坏面积为3.29 hm2，露天采场呈不规则状长222 m，宽146 m，采场边坡高度32 m，坡度约70°，边坡岩石部分地段较破碎，其稳定性差。采场整体挖损深度大于0.4 m，表土层全部破坏，土地损毁程度为重度[16]，如图2所示。

图2 矿区地形地貌破坏现状Fig.2 Damage status of landform in mining area

（2）表土堆场。位于一采区东北角，主要用于表层土剥离时的表土堆放，表土堆场长260m，宽70～160 m，表土厚度可达8 m，局部含少量碎石，占地面积为1.58 hm2，压占时间大于5年。地表原植被主要是灌木与杂草，全部压占，土地损毁程度为重度[16]。

（3）临时排渣场。位于二采区采坑内，二采区目前不再开采，现场已形成坑深15 m，长度286 m，宽度213 m，破坏面积为3.82 hm2，压占时间已经大于5年。地表主要是含碎石黏性土，地表原植被主要是灌木与杂草，林地区域表土层厚度一般0.4～1.5 m，全部压实板结，土地损毁程度为重度[17]，如图3所示。

图3 排渣场占压土地类型Fig.3 Type of land occupied by slag dumping site

（4）工业场地。位于矿区的东北侧，占地面积为23.55 hm2，主要用于办公、住宿、产品加工等。土地损毁方式主要为压占，压占时间已经大于5年，表土层厚度可达1.0～3.0 m，地表全部压实板结，土地损毁程度为重度[17]。

（5）矿山道路。矿山目前有2条矿山运输道路，一条用于一采区运输使用，长约4 km，宽约4 m；一条用于四采区运输使用，长约459 m，占地面积为1.57 hm2。道路内侧切坡较少，损毁方式主要是压占，压占时间已经大于5年。地表原植被主要是灌木与杂草，林地区域表土层厚度一般0.4～1.5 m，全部压实板结，土地损毁程度为重度[16]。

4 矿山生态环境修复讨论

4.1 地质灾害防治

地质灾害防治主要是进行危岩体清除，防治崩塌灾害。为保证坡面上岩石完整性，避免增加裂隙，采用风镐开挖石方方式削坡清理危岩体，削坡后边坡角要小于开发利用方案设计坡角70°，不能有松动岩石。清除方式采用风镐开挖，产生石渣修建挡土墙利用。预计清除危岩体4 000 m3。

（1）当台阶工作线临近最终边坡时，进行预裂控制爆破，确保最终台阶坡面及边帮岩石的完整性与稳定。遵循“采剥并举、剥离先行”的原则，禁止一面墙式开采及掏底开采。

（2）在开采过程中，定期检查边坡，不稳定地段在暴雨过后及时检查，发现工作面有裂痕，或者在坡面上有浮石、危石可能塌落时，及时清理。对裂隙带附近，要特别引起重视，发现问题及时处理。

（3）矿区内已形成的高陡边坡在矿山开采前进行削坡处理，撬除危岩。

（4）开采境界周围2 m范围内，清除可能危及人员安全的不稳定岩石等，边界上覆盖的松散岩石层厚度超过2 m时，对其进行削坡至70°。

4.2 地形地貌景观修复

4.2.1 露天采场治理工程

（1）废渣清理回填。采场周边临时堆放的废渣，占压土地，破坏地形地貌景观，引发水土流失。针对治理区废渣分布和现状地势，对废渣进行部分清理，清理废渣7 600 m3。同时充分利用区内现有土壤资源，剥离表土集中存放，留作生物工程用土；不足部分按指定区域挖运与生态恢复[18]。

（2）砌筑挡土墙。沿各平台外侧边缘与内侧边坡脚砌筑浆砌石挡墙，挡墙横断面为矩形。岩石平台上挡墙高度1.0 m，宽度0.6 m，基础落在平台基岩上，外侧挡墙距离平台外缘0.2 m。内侧挡墙距离边坡脚0.3 m，与边坡共同构成排水沟，使雨水沿沟流向平台两端后，沿山坡自然流出。岩石平台与边坡治理断面如图4所示。

图4 岩石平台与边坡治理剖面Fig.4 Treatment section of rock platform slope

挡土墙材料为M10浆砌片石，片石极限抗压强度不低于50 MPa，间隔5 m设置1道伸缩缝，伸缩缝宽度2 cm，墙后不设反滤层。平台内侧挡墙墙脚间隔10 m留边长10 cm的正方形泄水孔。根据挡墙长度与断面积计算共需要浆砌石挡墙10 551 m3。

（3）平整废渣。采坑底部平台105 m，后期将作为废渣场，回填高度为120 m，回填废渣后对废渣进行平整，表面起伏小于15 cm。平整方式利用挖掘机挖高填低，并刮平，根据回填废渣量估算，预计需要机械平整废渣8 485 m3。

（4）排水沟工程。在采场台阶平台和底部平台120 m四周设置排水沟，汇水面积为0.40 km2；排水沟断面为梯形，与道路两侧修建，断面尺寸为顶宽0.7 m，底宽0.5 m，深0.5 m，沟壁厚0.3 m，过水断面面积0.3 m2；排水沟采用M7.5浆砌石砌筑，沿长度方向每隔15～20 m或地层变化处设置一道变形缝。变形缝从顶到底贯穿整个排水渠，缝宽2～3 cm，缝内用沥青麻筋或沥青木板堵塞即可，如图5所示。

图5 梯形排水沟Fig.5 Trapezoidal drain

4.2.2 工业场地治理工程

对工业场地内简易房屋进行拆除，拆除清理建筑物后，就可以直接实施复垦工程。需要机械拆除房屋3 000 m2。对产生的混凝土废渣，直接运往采场回填低洼处，预计需要汽车清运废渣1 200 m3，运距300 m。

4.2.3 废渣场治理工程

（1）砌筑挡渣墙。沿平台外侧边缘砌筑浆砌石挡墙，挡墙横断面为矩形。挡墙高度1.8 m（拟回填废渣0.5 m与覆土厚度0.8 m），宽度0.6 m，基础埋深0.5 m。挡墙材料为M10浆砌片石，片石极限抗压强度不低于50 MPa，间隔5 m设置1道伸缩缝，伸缩缝宽度2 cm，墙后不设反滤层。预计修建浆砌石挡墙120 m，根据挡墙长度与断面积计算需要浆砌石挡墙163.8 m3。

（2）平整废渣。对废渣进行平整，表面起伏应小于15 cm。平整方式为利用挖掘机挖高填低，并刮平，根据回填废渣量估算，预计需要机械平整挖废渣1 120 m3。

4.2.4 修筑道路

为方便植物管护与农业生产，需要留设道路，因此在露天采场各平台与边坡上部分区域修筑道路与采场周边道路连通，方便生产通行，道路宽3 m，混凝土路面厚0.20 m，碎石路基厚0.30 m。需要修筑长度约100 m。

4.3 矿区土地复垦

4.3.1 露天采场土地复垦

拟开采场范围内可剥离表土面积为104.43 万m2，土壤厚度0.6～2.5 m，预计可以剥离93.99万m2，表土751 920 m3。为了促进植物根系生长，在平台上部先铺垫厚0.4 m碎石土再覆土0.6 m，可利用治理区废渣，覆土方量648 060 m3。对采场平台与渣土边坡栽植侧柏。侧柏胸径2.0 cm左右，带土球，坑穴为圆形，直径0.5 m，深度0.5 m，株行距2.0 m×2.0 m。株行距2.0 m×2.0 m—2.5 m×2.5 m交叉种植。根据植树场地面积与栽植密度计算，预计需栽植侧柏27 775株，茶树采用株行距3.0 m×3.0 m，茶树98 057株。沿各平台内侧边坡脚栽植1行爬山虎绿化边坡，地径约1 cm，坑穴规格0.3 m×0.3 m，需栽植爬山虎78 033株，如图6所示。

图6 采场台阶绿化剖面Fig.6 Section of stope steps greening

4.3.2 废渣场土地复垦

废渣场复垦单元面积为1.88 hm2，复垦方向为有林地。废渣回填平整后，场地平坦，可以直接实施复垦工程，需要覆土11 280 m3。栽植侧柏，侧柏胸径2.0 cm左右，带土球，坑穴为圆形，直径0.5 m，深度0.5 m，株行距2.0 m×2.0 m。共需栽植侧柏4 700株，如图7所示。

图7 植树平面及剖面Fig.7 Plane-planting and section drawing

4.3.3 矿山道路两侧绿化

矿山道路复垦单元面积为1.48 hm2，复垦方向为农村道路。覆土量为0.22 m3/穴，需要覆土22 m3。道路两侧土层厚度大于0.6 m，可以直接栽植侧柏绿化。侧柏胸径为2 cm，带土球，植树坑穴规格为0.6 m×0.6 m，株距为2.0 m，共需栽植侧柏100株。

4.3.4 表土堆场复垦

表土堆场复垦单元面积为2.29 hm2，复垦方向为有林地。表土堆场下方已经设置浆砌石挡墙，可以直接利用，环境治理工程中也已经布置截水沟工程，其他各场地取土后，剩余表土厚度大于1.0 m，取土后保持场地平缓，可以直接复垦绿化，因此仅部署临时复绿土壤防护、植树绿化工程即可。表土堆场复垦前后对比如图8所示。

图8 表土堆场复垦前后对比Fig.8 Comparison of topsoil yard before and after reclamation

5 效益分析

通过矿区边坡整治、危岩清理、回填平整、道路工程、排水和绿化工程的实施可减少地质灾害的发生及生态地貌的破坏、 提高土地利用率、 美化环境，减少因矿渣堆放等引起的扬尘，避免堆积物氧化造成大气质量恶化，有效地改善治理区环境现状。进一步改善当地居民的生产生活条件、提高土地利用率和农业生产效率。同时，有助于缓解矿业开发与环境保护之间的矛盾，适应经济社会可持续发展的战略要求。

6 结语

通过对矿区地质环境现状调查，查明了矿山地质环境现状以及存在的地质环境问题，开展矿山地质环境影响的评估，讨论地质环境恢复治理方法，采取措施开展生态地质环境治理，得出以下认识。

（1）该矿山地质环境影响评估区面积为313.93 hm2，评估区重要程度为重要，矿山生产建设规模为大型，地质环境条件复杂程度为复杂。矿山地质环境影响评估级别确定为一级，地质灾害危险性评估级别为一级。

（2）经矿山地质环境现状评估，一采区露天场、四采区露天场、临时表土堆场、临时废渣场为矿山地质环境影响严重区；工业场地、矿山道路为矿山地质环境影响较严重区；已复垦区、其他区矿山地质环境影响较轻区。

（3）区内现状评估地质灾害危险性小。预测评估地质灾害认为：预测露天采场引发、加剧崩塌、滑坡的可能性中等，危险性中等；临时表土堆场、临时废渣场引发崩塌、滑坡、泥石流的可能性中等，危险性中等，加剧崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，危险性小；工业场地、矿山道路、已复垦区、评估区其他区引发、加剧崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，危险性小；矿山工程遭受崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，危险性小。

（4）矿山地质环境保护与治理工程主要是清理危岩体、修建挡墙、截水沟、拆除清运建筑物、回填平整废渣、修建采场内农村道路等，对地质灾害、地形地貌景观破坏与水土污染情况进行监测。复垦工程主要是表土剥离、覆土、绿化、管护等。