露天矿山地质环境修复技术研究——以乌当区照福露天矿为例

丁 恒， 刘 兵， 黄海韵， 苏恒瑜， 张 洪， 罗 畅

(1.贵州省地质环境监测院， 贵阳 550081； 2.贵州弘华地质工程有限公司， 贵阳 550081；3.贵州民族大学 建筑工程学院， 贵阳 550025； 4.贵州大学 矿业学院， 贵阳 550025)

随着矿山资源的不断开发，矿山一系列周边环境问题愈发明显，如植被破坏、地面塌陷及滑坡等，其白云岩及石灰岩等矿区在基建、开采过程中对周边环境造成不可逆的破坏，矿区表层土的丧失或改变原有性质，植被难以生存[1-2]。近年来，“绿色矿山”理念不断推行，多数矿山企业开始对其矿区生态修复技术进行研究，保证消除地质灾害的同时，对其生态环境进行修复[3-5]。本文结合贵阳市露天开采综合治理规划，对贵阳市乌当区照福采石场进行现场调查，从矿山生态角度对矿区内地质灾害的影响因素进行分析、研究，针对性提出生态修复建议，以期为贵州露天开采矿区生态修复提供一定的工程借鉴，促进矿山企业可持续发展。

1 矿区概况

照福采石厂隶属贵阳市乌当区东风镇管辖，距离乌当区区政府直线距离约5.0 km，距离贵州省省政府直线距离约15.0 km，矿区位于新添大道北段东侧长约600 m，交通便利，矿区面积0.076 0 km2，如图1所示。其开采方式为露天开采，开采矿种为薄及中厚白云岩，呈灰色、灰白色，夹杂泥质白云岩，岩体节理裂隙发育，出露于整个勘查区内，厚455～720 m。由于矿山早期的私挖乱采，对植被和土壤造成破坏，带来水土流失，破坏生态景观，总体对原生地形地貌景观影响较大，破坏程度较严重。为响应《自然资源部办公厅关于印发(全国“矿山复绿”行动方案)的通知》及省内关于建设绿色矿山的相关文件精神，采石厂暂时关停，一直未进行开采活动，对研究区进行生态修复。

图1 矿山地理位置

2 矿山生态环境影响评价

结合国内针对矿山生态修复所颁布的《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》(DZ/T 0223—2011)[6]、《矿山地质环境保护与土地复垦方案编制指南》[7]等文件的相关要求，矿山生态环境影响评价包含两方面，分别是环境影响评价与矿区土地压占、损失调查，前者涉及边坡稳定性分析、地形地貌破坏情况等，后者涵盖土地压占范围、生产挖损面积和程度调查等。

2.1 地形地貌景观破坏

图2 治理区范围实景图

由于矿山开采方式为露天开采，其特殊的开采方式对矿区周边原始地貌破坏较为严重，形成2个凹凸不平的采坑，堆放的渣土无任何支护和绿化措施，严重影响周边景观，总损毁面积为96 822.78 m2，如图2所示。矿区开采多年，废石松散堆放形成两级台阶，并形成多处高陡的土石斜坡，坡度40°～50°，无任何防护措施。采坑内采面叠加形成高陡采面，破坏了原始地形地貌景观，造成基岩面、废石等裸露在外。采矿活动对生态环境破坏严重，采区范围内原有植被遭到大面积损毁，因矿坑边壁岩石裸露，采区石渣、建筑垃圾堆积，局部地区的植被成活率不足10%，较矿山开采前，植被覆盖率降低70%以上，可见区内极不利于植被自然成活、生长。

2.2 采场边坡稳定性

治理区前期露天开采，在采场中部的西面和南面产生高陡的开采面，分别是YB01与YB02。YB01边坡底部长114 m，顶部长143 m，坡度70°～90°，坡高5～23 m，为开采白云岩石材形成的，坡面破碎，节理裂隙发育，局部存在松动的危岩体；YB02坡底部长239 m，顶部长285 m，坡度75°～90°，坡高5～25 m，坡面岩石破碎，节理发育，与采面叠加形成危岩与陡崖，存在安全隐患，受外界震动及降雨和风化影响，易发生崩塌地质灾害，在强降水、震动等外在条件的作用下有产生崩塌失稳的可能，对过往行人易造成危害，在后期治理施工时，人员、设备遭受其危害的可能性较大，需重点加以防范并采取相应的预防措施，总体而言，采场边坡处于欠稳定状态。

2.3 采场弃渣堆稳定性

治理区矿山关闭后，作为废弃土石和建筑垃圾堆放场使用，目前堆放形成两级台阶，并形成多处高陡的土石斜坡，坡度40°～45°，长度约567 m，最大堆积层厚度可达25 m，弃土含量约占30%～50%，松散堆放，无任何防护措施。在降雨冲刷和坡脚车辆过往振动影响，较容易发生局部滑塌，处于不稳定状态。矿区未接收堆积过有毒有害物质，矿区堆积体中含有块石和土壤可用于后期生态恢复治理过程所需建筑材料和耕地及绿化覆土之用。

2.4 含水层破坏情况

治理区因露天开采形成坑洼区域，含水层与地表水等水体下渗、直排到采坑内，诱发边坡失稳，调查发现北侧山体汇水面积较大，易形成较大汇流，但沟谷原生排水通道完全被掩埋，造成积水难以外排。矿区位置处于斜坡地段，为地下水的补给和径流区，长期的地下水流失易造成局部区域的地下水水位下降，地下暗河与天然河道被人为因素破坏，导致水源流通、涵养等功能下降。坑内积水未发生污水渗透现象，采矿活动对地下水含水层影响较小。当前，矿山开采对含水层破坏程度较轻，但需做好治理区北侧沟谷排水工作。

3 矿区环境治理模式与技术组合

3.1 矿区环境治理模式

针对治理区内采坑、弃渣堆等现状问题，在以往的工程经验基础上进行研究、探索，提出“采坑回填+削坡-岩壁治理-土壤重构+植被复绿-截排水及蓄水”综合治理模式，形成地灾防空与生态修复的空间联动模式，从而达到以下目标: ①消除滑坡、滚石等地灾隐患；②岩壁治理与土壤修复最大限度保持土壤的可持续性，满足植被生长条件；③其综合治理模式可达到蓄水补给，及时排水，保证治理区域灾害防治与生态修复一体化开展[8-11]，治理区某一代表性剖面示意图如图3所示。根据其治理目标，综合考虑各环节成本与效益，制定合理的环境治理方案，为矿山生态环境一体化修复技术的开展奠定基础。

图3 治理区某一代表性剖面示意图

3.2 矿区环境治理技术组合

3.2.1 地形地貌重塑

削坡重塑与采坑回填作为生态环境修复的基础工作，综合考虑经济因素与自然条件，对治理区域进行划分，将重塑阶段多余的渣土全部用于回填，其中挖方45 663 m3，分选土方11 979 m3，剩余土石方回填33 684 m3。其中预先剥离一定厚度的表土层，根据以往研究可知，土壤中活性最好的20 cm厚度上下的表土层，为后期土壤重构与生态修复工程做准备。因此，在采坑回填前将削坡区域的20 cm厚度表土层剥皮、集中堆放，并覆膜以防止风化及雨水冲刷流失。采坑回填时由外向内，从下往上，分层回填、压实，待充填1 m高度后，以生石灰喷洒一次，接着用推土机平整回填土壤，采用10 t以上的压路机碾压1～2次，同时强振次数不低于2次，直至回填到预定标高。

五十年的往日历史已随如花而去，可面临几近回归之期的当下香港呢？在中国政府“一国两制，五十年不变”的政策下港人开始对历史命运担忧起来。

3.2.2 岩壁治理措施

依据中部和南部的岩质边坡特征，对坡度较高、存在危岩体的区域进行清除危岩体，在边坡底部种植爬山虎，在边坡上挂铁丝网供爬藤植物攀爬，边坡高度大于10 m的在坡顶种植一排爬山虎，做到“下爬上垂”，尽快恢复坡面绿植，如图4所示。

图4 岩壁治理措施

3.2.3 土壤重构

根据调查，项目区堆渣中含20%～50%的土质及细小颗粒，无有毒有害物质成分，拟对开挖降标高及回填过程中产生的土石进行一定分选，对于符合要求的土壤进行回收，用于林地覆土和耕地底层覆土。挖方量约45 663 m3，按28%回收率，可回收利用12 785 m3土壤，能够满足林草地和耕地底层覆土需要(需要11 979 m3)。由于覆土土壤缺乏肥力、酸性过重，对土壤采取相应的改良措施，主要是采取科学的培肥方法进行施肥，并且增施绿肥和有机肥，提高土壤肥力。对于pH过高的土壤，施加化学物料如黑矾、石膏、石灰等改善土壤。为提高客土地力，对客土播撒复合肥，进行培肥。

3.2.4 生物工程改造绿植

基于土壤重构的基础，根据治理区现场地形、植被及对当地居民走访调查，植被恢复工程选用刺槐、油麻藤、爬山虎、三叶草等，主要种植除第一平台区域以外的区域如图5所示。种植株行距1.5 m，爬藤植物种植间距为0.5 m，3年后植树成活率达90%以上，3年后郁闭度30%以上。设计播撒的草种为黑麦草，播种时下种均匀，播种前将种子和土壤、复合肥拌种，播撒草种面积约57 863 m2。因施工期为春夏季，绿化植树主要在5—6月份进行，施工养护期为3个月，管护期2年，养护用水为蓄水池蓄水及临近村庄、工厂生活用水，水量水质有保证。

图5 生物工程措施

3.2.5 挡土墙措施

(1)

(2)

(3)

式中：Fs为抗滑移稳定系数；Ea为每延米主动土压力；μ为挡墙底与地基岩土体的摩擦系数；G为自重；Ft为抗倾覆稳定系数；b为挡墙地面水平投影系数；x为挡墙中心到墙趾的水平距离；z为岩土作用点到墙踵的垂直距离。

由式(1)～式(3)可得，Fs为3.142 6，Ft为1.873 5，均满足规范要求。

图6 挡土墙结构及布置位置

3.2.6 截排水及蓄水措施

为防止水土流失，防止西北侧山坡形成的汇流冲刷北侧堆土场底部，需要在堆土场北侧山沟修建一条排水沟，即可以起到围挡土体的作用，又能排除降雨形成的汇流，防止水流冲刷堆土场坡脚形成滑坡、泥石流灾害。在治理区北侧靠公路一侧修建蓄水池，蓄积雨水用于灌溉和养护。后期做好养护工作，养护期为3个月，养护用水为修建蓄水池蓄水，水量水质有保证。

3.3 生态修复效果分析

图7 生态修复技术前、后对照

废弃矿山地质环境治理项目属公益性、社会性项目，其价值具有间接性、潜在性和长久性的特点，主要表现在社会效益、生态效益、经济效益、可持续发展等方面。在生态效益方面，对项目区9.68 hm2破坏的土地资源进行土地复垦和生态恢复，恢复耕地、地形地貌和生态环境，恢复耕地面积3.10 hm2，林地草面5.786 hm2，爬藤植物攀爬和自然恢复区域0.80 hm2。该项目恢复地貌景观和生态植被6.59 hm2，使交通沿线景观得到恢复，环境效益非常显著，局部治理区(矿坑1)在生态修复设计前、后对比如图7所示。

4 结论

1)受露天开采的影响，矿区周边生态环境遭到破坏，地形地貌、含水层、植被等均受到不可逆的损害，裸露基岩采面与弃渣堆积形成高陡边坡，在强降雨与震动条件叠加影响，易产生地质灾害隐患，应针对性做好防护。

2)针对治理区所存在的生态环境问题，提出“采坑回填+削坡-岩壁治理-土壤重构+植被复绿-截排水及蓄水”综合治理模式，形成地灾防空与生态修复的空间联动模式，改善土壤条件，重塑地形地貌，丰富植物群落多样性，从源头消除地质灾害，提升矿坑生态。

3)贵阳市乌当区历史遗留矿山地质环境恢复治理项目属于社会公益性项目，其价值具有间接性、潜在性和长久性的特点，对社会、环境、经济效益显著，缓解了矿业开发与环境保护之间矛盾，适应社会的可持续发展战略要求，将对后续类似矿山地质环境治理工程起到“示范工程”效应。