贵州省某露天开采铁铝矿山地质环境问题与恢复治理措施探讨

王鹏举，郭永福

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 清镇 551400）

贵州省矿山经过多年的大规模开采，在使全省经济得到巨大发展进步的同时，其矿山地质环境问题也日益突出。由于不合理的开采方式、长期无序的乱采滥挖，引发了一系列矿山地质环境问题[1]。随着人们对环保的重视，国家法律法规的严格要求，以及在习近平新时代中国特色社会主义思想的指导下，生态文明建设尤为重要，因此，对贵州省某露天开采铁铝矿山存在的地质环境问题进行治理已迫在眉睫。

1 矿山地质概况

矿区出露地层由老到新主要有寒武系娄山关组（∈3-4ls）、石炭系九架炉组（C1jj）、石炭系大埔组（C1-2d）及第四系（Q）。区内地质构造简单，为单斜地层，岩层产状一般为320°∠20°，岩（矿）层倾向北西，常呈波状小褶曲出现，节理较为发育。矿区范围内未见断层发育，矿区外部西北角及西南角各发育一条性质不明断层，走向北东，位于羌塘扬子华南板块扬子陆块上扬子地块黔北隆起区织金穷盆构造变形区南东部。治理区属区域地壳较稳定区，治理区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。

矿区水文地质条件属简单类型，区内地下水类型分为松散岩类孔隙水（Q）、含碎屑岩裂隙水（C1jj）、碳酸盐岩类岩溶水（C1-2d、∈3-4ls）3类，主要以碳酸盐岩岩溶水为主。区内未见地表河流，有季节性冲沟水，主要补给水源为大气降水。

治理区岩土工程地质条件属中等类型，根据出露的地层岩性组合及其力学性质，工程地质岩组分为松散岩组（Q）、软质岩夹硬质岩组（C1jj）、硬质岩组（C1-2d、∈3-4ls）。

矿山开采期间，矿区内堆积有大量渣土，且渣土的随意倾倒、堆积及挖损，易产生陡立边坡，为崩塌、泥石流、滑坡等地质灾害提供了有利的条件，人类活动较强烈。

2 矿山地质环境问题

通过采用纵横穿越调查、无人机航拍测量、收集资料、访问周边群众等方式，对治理矿区及周边地质环境现状、土地利用现状、地质灾害情况、道路利用现状等进行调查，发现矿山存在的地质环境问题主要有四个方面，现对其进行分析。

2.1 地质灾害隐患

2.1.1 滑坡

该处滑坡位于大麻窝地块（见图1），因下方露天斜坡式开采使得原有山体遭受破坏，形成陡立边坡，滑坡后缘高程1 342 m，滑坡前缘高程1 312 m，最大高差30 m，坡度40°～60°。滑坡滑向主轴长91.0 m；垂直滑向主轴线平均宽约31.0 m，岩土体整体平均厚约3.0 m，主滑方向314°，预计总滑坡方量约0.85×104m3，规模等级属于小型。据现场调查，该边坡是由开采矿体后堆积的松散碎石土形成，结构松散，坡面较陡，受坡面水流冲刷影响，导致边坡局部失稳，发生滑塌现象，松散滑塌土体堆积于坡脚。基岩为寒武系娄山关组白云岩，岩层产状320°∠20°，岩层与边坡多呈斜交坡。该边坡在现状条件下较稳定，但若长期受雨水冲刷，经扰动后发生次生滑坡的可能性大，会威胁下方耕作的居民生命财产安全。

图1 大麻窝地块滑坡隐患点现状图

2.1.2 不稳定斜坡

矿区内不稳定斜坡多为土质边坡（见下页图2），分布于大麻窝地块、广山地块、克土地块、铁厂地块，由开采矿体后产生的第四系松散土堆积而成，结构松散，多位于半山坡，最大高差10～100 m不等，坡度40°～60°，平均厚约3.0 m。据现场调查，受坡面水流冲刷影响，表面多具宽度不等的冲沟、裂缝，在现有条件下未见有形变滑移现象。若长期受雨水冲刷，经扰动后发生次生滑坡的可能性大，也会威胁周边耕作居民的生命财产安全。

图2 部分不稳定斜坡照片

2.2 含水层破坏、井泉点漏失或流量

矿山无井下开采，矿区范围内现有2个积水采坑（见图3），积水面积分别为480 m2、430 m2，积水平均深度分别为3 m、2 m。积水来源为大气降水，经地表汇流所得，对含水层没有破坏。调查未发现地下水位下降、井泉干枯、地表水体漏失等情况。在现状条件下，因未采取截排水措施，局部低洼处冲沟水质出现浑浊、颜色深黄等现象。

图3 积水采坑照片

2.3 地形、地貌破坏

区域内无各类自然保护区、人文景观、风景旅游区。矿区内部的道路多为水泥硬化道路及土路，无重要交通干线。地形、地貌景观破坏（见图4）主要体现在各采区矿体开采及堆矿场的矿石堆积改变了原有的地形条件与地貌特征，经现场调查发现，矿界范围及周边共计破坏土地面积约32.074 2 hm2，采区开挖过程中剥离、取土扰动了原生地貌，破坏了原有地表植被，使地表处于裸露状态，改变了土地利用性质，堆矿场的矿石堆长期堆积压占了土地资源。

图4 局部地形地貌破坏现状照片

采区几乎无植被发育，山体呈裸露状态，像一块疮疤。该区域地形、地貌及自然景观破坏严重，与周边地区郁郁葱葱的景象大相径庭。

2.4 土地、植被破坏问题

矿区范围内及周边因采矿行为破坏的土地面积共计约32.074 2 hm2，通过ARCGIS软件叠合“第二次清镇市国土调查图斑数据”得出，已破坏的地类为水田0.533 5 hm2、旱地8.763 7 hm2、灌木林地8.690 7 hm2、其他草地14.021 0 hm2、村庄0.065 3 hm2。面积合计约32.074 2 hm2，其土地权属为水落洞村、小谷陇村、周家寨村。破坏范围内土地、植被被全部破坏，损毁程度严重。

3 恢复治理工程方法

技术路线：削坡减载→采坑回填→边坡台阶整理→场地整平→覆土→修建截排水沟→沉砂池→蓄水池→复绿/复垦→养护。

3.1 削坡减载

对高陡边坡用挖机刷帮，以减轻边坡载荷和减缓坡度，设计坡度≤45°。土石方的开挖顺序为从上至下进行。形成坡度后应结合人工清坡，清除坡面凹凸不平土石层，要求坡面尽量平整。禁止一次开挖到底，分层高度不宜超过3 m。

3.2 采坑回填

首先将采坑内积水排出，然后用碎石回填采坑底部，分层压实，再用削坡减载开挖的土石方回填，分层压实，分层压实厚度不宜＞30 cm，压实系数不应＜0.9。

3.3 边坡台阶整理

针对土质边坡，应尽量衔接周边地形，并分为多级平台，平台宽度一般在4～8 m之间，坡顶较陡的地方可调整为1～2 m。坡面较大的区域中部应设置安全平台，宽度应＞8 m，平台宽度可根据实际情况调整，最终平台间边坡坡度应＜35°，平台间高差≤5 m。

针对岩质边坡，稳定好、基岩完整的边坡可在清坡去除危岩后，在挂网坡脚设置种植槽栽种爬藤植物。若边坡稳定性相对较差，应进行放坡，一般台阶高≤8 m，台阶宽≥4 m，台阶边坡角≤60°，最终边坡角≤50°。

3.4 场地整平

对场地内坑洼不平的区域削高填低，进行平整，恢复为旱地区域平整后的坡度≤25°，恢复为林地区域平整后的坡度≤75°。

3.5 覆土

恢复为旱地区域的土层厚度≥60 cm，砾石含量（质量分数）≤15%；恢复为林地区域土层厚度≥30 cm，砾石含量（质量分数）≤50%。

3.6 修建截排水沟

为防止雨水冲刷坡面的植被和土壤，避免对恢复后的坡面和所种植物造成侵蚀，保证恢复后土地处于可利用状态，必须进行排水沟布设与施工。排水沟布设要符合《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288—2018）相关要求。

3.7 沉砂池

采用重力沉砂法进行沉砂，以《室外给排水设计规范》和《城市污水厂处理设施设计计算》为依据进行设计，按照规范设计应符合下列要求：沉砂池分割数不应少于2格，并且要按并联运行设计；最大流速0.3 m/s，最小流速0.15 m/s；沉砂池的超高要＞0.3 m；水力停留时间为30~60 s，最大流速时停留的时间不宜＜30 s；有效水深≤1.2 m，单格宽度≥0.6 m。

经相关计算，本项目设计采用三级沉砂池，设计池内净长3.0 m，净宽3.4 m，净深1.5 m。池底采用0.3 m厚C20砼底板，沉砂池池壁采用M7.5浆砌砖结构，池壁厚0.3 m，顶部现浇0.05 m厚的C20砼压顶，沟壁采用M10水泥砂浆抹面。同时，为排除沉砂池因池口敞开所带来的安全隐患，在顶部设置一个铁质封口井盖。具体施工时，沉砂池的规格可结合地形、地貌、汇水面积状况等进行适当调整。

3.8 蓄水池

为考虑旱地在伏旱季节的灌溉需求，拟在旱地复垦区设置50 m3的应急蓄水池，蓄水池为地下式方形浆砌水池，同时应将其布置在基础稳定、便于取水的地方，尽量避开填方、松散堆积体、易滑坡地段。本项目蓄水池设计规格为：长5 m、宽5 m、高2 m，墙体为梯形断面，采用M7.5浆砌石侧墙，上底宽40 cm，下底宽50 cm，底板为15 cm厚C15砼护底、15 cm厚的碎石垫层。蓄水池设置梯步，采用C20钢筋混凝土现浇梁式梯步，梯步宽1.0 m，踏步宽300 mm，踏步高150 mm。为避免人畜坠入，蓄水池设置有1.2 m高、0.24 m厚的浆砌砖防护栏，同时也可以防止周围泥沙直接冲入。在蓄水池前后分别布设进水口和排除多于水量的溢水口，进水口接沉砂池引水入池，沉砂池与蓄水池间距不宜＞5 m，溢水口经截水沟或排水沟接入附近排水沟或附近水田。在实际施工中，在满足蓄水池蓄水及供水要求的前提下，可以因地制宜结合当地地形，适当调整蓄水池的具体形状，但要求尽量少占耕地，避免高填深挖。

3.9 复绿/复垦

对恢复为林地的区域进行复绿工程，选择生长快、抗逆性好、栽植容易、成活率高并具有一定经济价值或能改善矿山环境质量的树种和草种，不宜引进外来物种。树草同植，树种株距2 m，行距2 m，种植密度为2 505株/hm2（即167株/亩），草种播撒时混灰或细泥土，播撒密度为10 g/m2。

针对恢复为旱地的区域，为使土壤地力适应农作物生长，需要采取土壤改良、培肥措施，采用先施有机肥、再播撒绿肥的方式。单位面积有机肥使用量为150 kg/亩（1亩=667 m2），绿肥播撒光叶紫苕子6 kg/亩，撒播绿肥时混灰或细泥土，一个星期后自然萌发，发芽率在95%以上。

4 结语

露天开采矿山主要地质环境问题是露天开采形成的高陡边坡易引发滑坡、泥石流等地质灾害；形成的采坑会破坏地形、地貌景观，同时可能造成含水层破坏，废渣、表土、矿石等堆积，压占土地资源和影响生态环境，开挖和压占对地形地貌和土地植被都会造成严重破坏等。因此，宜实行连片治理，采用削坡减载、采坑回填、边坡台阶整理、场地整平、覆土、修建截排水沟、沉砂池、蓄水池、复垦复绿、养护等治理措施整治矿山地质环境问题，从而提高土地资源利用率，改善人居生态环境，保障人民群众的生命财产安全[2]。