基于露天矿山采场边坡安全隐患治理的生态修复研究

徐达，喻海洋

吉林省有色金属地质勘查局六〇七队，吉林 吉林市 132013

0 引言

露天矿山采场边坡安全隐患的排除及周边矿区地质环境恢复治理一直备受相关应急监督主管部门的重视，针对监督管理部门的审查和安全问题的解决，需要编制相应的工作方案[1]。方案是通过矿山危险边坡和地质环境影响评估，环境治理和土地复垦可行性分析，提出有针对性的安全措施和建议以及科学依据和技术参数，布设隐患排除和恢复治理工程，从而有针对性地从根本消除安全隐患，促进矿山企业安全生产和发展。

1 存在问题矿山的基本情况

1.1 矿山简介

吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿及其外围矿区位于吉林市丰满区人民政府所在地93°方位，直距13.4 km处。

1.2 矿区自然地理

矿区位于低山的山坡上，项目区水系属松花江水系，区内地表水系不甚发育，当地最低侵蚀基准面312 m。矿区地处老爷岭山脉南端北西坡低山区，地形趋势中部高，四周低，为低山丘陵地形。区内山脊多呈长浑圆形，南北向展布，海拔标高一般在506～395 m，相对高差 110 m，区内最高点位于矿区东侧。其上树枝状沟谷及冲沟发育，第四系盖层薄，绝大部分基岩裸露。

植被种类主要为松树、杨树、柞树等乔木，植被覆盖率较高。项目区内植被多被破坏，植被不发育。土壤有机质相对较高，低山地带的山顶地段土壤较薄，缓坡面和坡脚地带土壤较为厚实，土层厚度约0.3 m，其他类型土壤分布面积很小。

1.3 矿山开采现状

(1)吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿开采现状：经多年生产建设，目前，矿区内已形成两个规模较大的露天采区。 1 号采区面积 11 697 m2，采场底板标高 432 m，最大采矿深度 42 m；2号采区面积113 165 m2，最大采深39 m，底板标高446 m。 1号采区已停采，目前仅 2号采区正进行生产，现生产能力为年产荒料 28.00×104m3，采用矿山锯进行生产。经多年开采，现状项目区内的场地表土及风化层已剥离完成，剥离物大部分作为废弃物填放至矿区北侧约 200 m 的低洼地带，采区现状形成边坡近于直立，由于风化作用，露天开采东侧边坡局部发生崩塌。 矿区北侧存在一处由于多年开采而形成的挖损区域(面积为 1.18 km2)，与矿区紧邻，高差最大为 10 m左右(见图1)。

图1 富源矿区东南侧隔离带现状 Fig.1 Current situation of the isolation zone in the southeast of Fuyuan mining area

(2)吉林市汇磊石材有限公司花岗岩矿开采现状：矿山自2015年底至今停产，吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿拟收购整合进行综合治理。矿山露天采场表层已风化。

(3)吉林市丰满区奥其石材有限公司花岗岩矿开采现状：矿山自2013年底至今停产，原采场内开采为两个台阶，第一台阶标高在448～440 m，第二台阶标高在460～454 m，采场有许多碎石杂乱堆放，部分碎石体积较大；采场边坡存在一定的浮石，稳定性较差；由于矿山废弃多年，矿区内部分地段已有萌生的杨树、桦树等乔木和锦鸡儿、绣线菊等灌木生长。

(4)吉林市丰满区天成石材基地花岗岩矿开采现状：矿山自2015年底至今停采，矿山停采后形成一个“凹”采坑，采坑内积水面积约5 960 m2，水面标高416.23 m，水深4 m(见图2)。

图2 天成采区现状Fig.2 Current situation of Tiancheng mining area

(5)吉林市德誉采石场花岗岩矿开采现状：矿山2015年底至今停采，矿山现已形成露天采场和排渣场。矿区范围内北部为富源石材花岗岩矿排土场，坡度40°左右(见图3)。

图3 德誉矿山现状Fig.3 Deyu mine statu

1.4 项目简况

该项目是吉林市富源石材有限公司对其所属的吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿采场边坡安全隐患排除项目，因矿山不安全边坡与周边矿区的隔离带相连一体，故将边坡安全隐患排除和周边的矿山地质环境恢复治理统一安排(1)吉林省有色金属地质勘查局六〇七队.吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿采场边坡安全隐患排除及周边矿区地质环境恢复治理方案(内部资料)[R].吉林省有色金属地质勘查局六〇七队，2020.。

整治范围包含了吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿(生产矿山、简称富源)、吉林市丰满区奥其石材有限公司花岗岩矿(废弃矿山、简称奥其石材)、吉林市德誉采石场花岗岩矿(废弃矿山、简称德誉采石场)、吉林市丰满区天成石材基地花岗岩矿(废弃矿山、简称天成石材)、吉林市汇磊石材有限公司花岗岩矿(已停产、简称汇磊石材)等相邻矿山及其隔离带。

工作程序由吉林市富源石材有限公司兼并整合吉林市汇磊石材有限公司花岗岩矿，然后对三个废弃矿山的采坑进行恢复治理，最后对矿山的不安全边坡进行消除处理。

2 矿山地质环境影响和土地损毁评估

2.1 矿山地质环境与土地资源调查概述

相关工作人员在充分收集、分析与评估区有关的自然、地质、工程等资料的基础上，于2020年8月开展野外调查工作，野外工作采用矿区1 ∶1万地形地质图为底图，采用南方银河6GNSS接收机及莱卡TOSP全站仪进行定点测量，对矿山及周边区域进行详细调查。

2.2 矿山地质环境影响评估

2.2.1 评估范围和评估级别

(1)评估范围以富源矿业采坑、表土场及周边矿区包括汇磊、奥其、天成、德誉四家矿山开采破坏范围及五家矿山间的隔离带作为项目影响区范围，评估区面积38.288 5 km2。

(2)评估级别分别为：①评估区重要程度划分为较重要区；②矿山生产建设规模：矿山的生产规模为28×104m3/a，为大型矿山；③矿山地质环境复杂程度为中等类型。

2.2.2 矿山地质灾害现状分析

评估区现场调查发现局部有崩塌、滑坡地质灾害，未见泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂缝等地质灾害；富源及周边矿山经过多年开采，破坏面积共28.852 km2，由于历史遗留原因，矿山与矿山形成隔离带，目前隔离带已孤立，局部风化破碎产生崩塌，尤其表现在富源矿区东侧存在断层、破碎带，岩体极不稳定，隔离带边坡多次发生崩塌、滑坡。富源与汇磊间隔离带：长约170 m，隔离带宽度在25～72 m，隔离带标高在489～455 m；富源与奥其间隔离带：长约150 m，隔离带宽度在85～110 m，隔离带标高在503～463 m；富源与天成间隔离带：长约145 m，隔离带宽度在77～87 m，隔离带标高在473～450 m；富源与德誉间隔离带：长约180 m，隔离带宽度在29～35 m，隔离带标高在469～447 m。隔离带与生产矿山及周边即将恢复治理区高差大，极易产生边坡滑坡及崩塌地质灾害(见图4)。

图4 富源与天成间隔离带-风化危岩体Fig.4 Isolation zone between Fuyuan and Tiancheng-weathered dangerous rock mass

根据吉林省第二地质调查所编写的《吉林省吉林市三佳子富源饰面用花岗岩石材矿详查报告》吉林市富源矿业矿区内存在F2、F3、F4、F5四条构造带，在矿区东侧即本项目区治理区存在F1构造，F1控制长度约600 m，倾向延深大于210 m，宽度一般在10～15 m，平均宽12 m断层走向近南北向，倾向270°，倾角65°～75°。东侧边坡发育三组主要节理，第一组节理345°∠10°～15°；第二组节理：45°～65°∠90°；第三组节理：80°～90°∠90°。节理间距1～7 m。由于构造及风化影响富源东侧边坡已经产生崩塌，随着开采深度加深，构造破碎带将给富源矿业开采带来巨大安全隐患。综上所述，现状评估地质灾害危险性大。

2.2.3 矿区含水层破坏现状分析

评估区位于低山山坡处。采矿最高标高为506 m，采矿底盘标高为250 m，当地侵蚀基准面标高为312 m。根据现场调查，矿山位于区域地下水补给区，矿山开采对含水层结构影响较轻。综上所述，现状矿山开采对矿区含水层影响较轻。

2.2.4 矿区地形地貌景观破坏现状分析

根据现场调查，评估区周围无著名的地质遗迹和人文景观。矿山采石场破坏地形地貌景观面积28.852 km2，现状采场基岩裸露，采场边坡最高达70 m，坡度60°～70°，其中汇磊及天成形成负地形，其采坑有积水，矿山间形成孤立隔离带危岩体。综上所述，矿山开采对地形地貌景观影响和破坏严重。

2.2.5 矿区水土环境污染现状分析

矿山开采不产生有毒有害废水。矿山周边无污染源，现状条件下，矿山采矿活动对水环境污染及影响较轻。矿山开采对土壤的影响主要体现在工业场地区对地表的压占和露天采场对地表的挖损，这些生产建设活动，未破坏地表的土壤层的结构，未影响了土壤层的质量，对土壤的破坏和影响较轻。综上所述，矿山开采对矿区水土环境污染较轻。

2.3 矿山土地损毁评估

矿山经几年的挖掘开采，对地表植被和土壤的破坏较大。随着未来开采生产，采矿活动延续对土地的挖损及压占，会严重损毁原有地形地貌，降低原地表的水土保持功能，对地面产生较大程度的损毁。

2.4 矿山地质环境治理分区

2.4.1 矿山地质环境保护与恢复治理分区

(1)矿山地质环境影响程度分级

根据相关规定，现状评估结果为富源及周边矿山露天采场及矿山间隔离带为矿山地质环境影响严重区，面积为28.852 km2；其他区域环境影响较轻，面积为9.436 5 km2。

(2)分区原则

依照区内相似，区间相异的原则，根据评估区内矿山地质环境问题的分布特征及矿山地质环境影响程度的评估结果划分不同级别的防治区[2]。同级防治区内的矿山地质环境问题的严重程度应相似。

2.5 土地复垦范围

土地复垦区与复垦责任范围依据该矿山的实际用地情况，确定富源及周边矿山复垦区为矿山露天采场及工业场地，其面积为28.852 km2；该项目结束后，不存在永久性建设用地，故复垦责任范围与复垦区相同，面积为28.852 km2。

3 矿山地质环境治理可行性分析

3.1 技术可行性分析

根据矿山地质环境影响及破坏现状，通过实施以下措施预防或治理：边坡修整可减少崩塌隐患；露天采场及废石场等使矿山占地及周边的地形地貌发生了改变[3]，种植乔木对地形地貌景观进行恢复，又防止泥石流的发生；平整和种植乔木使采坑及其他破坏场地恢复了地形地貌和生态景观。

对矿山间隔离带进行消除，为保证生产矿山正常安全生产及周边居民安全，对隔离带的消除采用矿山锯逐层切除，工程施工简单、易实施。

矿山开采形成露天采坑，为防止行人及牲畜不慎坠落，设计对露天采坑顶部周围设置围栏及警示牌，减少安全事故发生；为减少崩塌地质灾害的发生[3]，对采坑较陡处边坡进行削坡减载，并在生产期及治理期对边坡稳定性进行监测。该工程施工技术较简单。

对临时建筑物拆除，运输建筑垃圾及废石回填采坑，场地内建筑物较为简易，高度较低，拆除过程较为简单；闭坑后将拆除的建筑废弃物及废石回填采坑，之后需要对其进行覆土，覆土来源于预剥离表土及外购的表土。复垦时，底部覆0.3 m表土，平整后即能达到种植要求。

本方案中所涉及的工程在省内许多矿山已得到实施，并收到较好的效果；实施治理工程，可选择有资质和施工能力的队伍；工程施工简单、易实施。利用有效的工程措施可使矿山地质环境面貌恢复或改善，技术上治理工程切实可行。矿山地质环境问题可通过治理工程较容易达到恢复或改善的目的，治理工程切实可行。

3.2 经济可行性分析

本方案根据项目特点，合理布设工程，优化工程部署，使治理工程切实可行。该项目拟采用的治理技术措施现已广泛应用到矿山治理工程中，并达到良好的治理效果，矿山企业治理费用全部为自筹，根据矿山生态修复相关规定(2019年12月)，削除隔离带所产生的料石经过政府采购平台出售，资金进入财政，最终用于矿山恢复治理。不足部分费用来源为矿山生产经营盈利，经过矿山地质环境恢复治理后，隔离带生产矿山可以提高矿产资源利用率，同时减少了边坡加固等安全维护措施费用，经济可行。

4 矿山安全隐患治理与生态修复工程

4.1 治理工程范围

本次治理范围内共涉及五个采矿权，分别为吉林市丰满区奥其石材有限公司花岗岩矿(简称奥其)﹑吉林市德誉采石场花岗岩矿 (简称德誉)﹑ 吉林市丰满区天成石材基地花岗岩矿(简称天成)﹑ 吉林市汇磊石材有限公司花岗岩矿(简称汇磊)﹑ 吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿(简称富源)，其中奥其﹑德誉﹑天成，采矿证已到期，目前矿山均停采，三家矿山都未进行环境恢复治理和土地复垦，地质环境恢复治理及土地复垦由政府组织实施，目前均已编写生态修复设计，并且开始进行治理施工，其治理范围为一期工程治理范围；汇磊采矿证于2022年6月30日到期，目前已停采，富源拟收购整合用于堆放渣土，富源为生产矿山，采矿证于2047年4月24日到期，到期后富源将按照矿山地质环境保护与土地复垦方案进行恢复治理。由于历史遗留原因，矿山与矿山形成隔离带，目前隔离带已孤立，局部风化破碎产生崩塌，五个矿山间的隔离带部分为本次治理范围二期工程，根据现场调查及测量，二期消除隔离带工程划定标高为450 m标高(见图5)。

图5 五个矿山相对位置分布图Fig.5 Distribution map of relative location of five mines

根据吉林市丰满应急管理局对吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿出具的现场处理措施决定书，和《自然资源部关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见》(2019年12月)，吉林市富源石材有限公司自筹资金对吉林市富源石材有限公司三佳子饰面花岗岩矿进行安全隐患消除工作同时对该矿及其周边矿区进行统一有序的矿山生态修复工作。由吉林市富源石材有限公司兼并重组整合吉林市汇磊石材有限公司花岗矿，对三个废弃矿山进行恢复治理，同时对该矿周边的隔离带进行消除处理，对富源东侧边坡进行削坡减荷，消除矿山生产安全隐患，吉林市富源石材有限公司拟兼并重组整合吉林市汇磊石材有限公司花岗岩矿用于治理工程土石方堆积。

4.2 一期治理工程

(1)吉林市丰满区奥其石材有限公司花岗岩矿矿山生态修复工程设计概述

①清理坡面浮石及危岩体，使边坡处于稳定状态，其工程量为1 003.5 m3；②土地平整工程，其工程量为0.383 5 km2；③覆土工程，其工程量为覆土面积 1.296 5 km2，覆土量约3 889.5 m3；④采场底部及安全平台种植爬山虎与乔木，其工程量为栽植樟子松356 5株，撒播草籽面积1.296 5 km2，林地管护面积1.296 5 km2；⑤在采场边坡顶部周边设置围网，在边坡较陡位置设置警示牌，其工程量安全围网总长316 m，警示牌10个。

此治理工程投资总额55.621 4万元，其中工程施工费43.808 6万元，其他费用9.185 8万元，不可预见费用1.589 8万元(2)吉林省有色金属地质勘查局六〇七队.《吉林市丰满区奥其石材有限公司花岗岩矿矿山生态修复工程设计》(内部资料)[R].吉林省有色金属地质勘查局六〇七队，2020.。

(2)吉林市丰满区天成石材基地花岗岩矿矿山生态修复工程设计概述

①清理坡面浮石及危岩体，使边坡处于稳定状态，其工程量为200 m3；②建筑物拆除工程(临时建筑物及拦水坝)，其工程量为90 m3；③采坑及平台回填工程，其工程量为27 270 m3；④覆土平整工程，其工程量为覆土4 350 m3；场地平整6 138 m3；⑤东侧排水沟工程，其工程量为砌筑排水沟70 m(60 m3)；挖掘机挖沟67 m3；⑥种植爬山虎与乔木，其工程量为栽植樟子松3 990株；栽植爬山虎800株，林地管护面积1.45 km2；⑦设置警示牌，其工程量为6个。

此治理工程投资总额136.17万元，其中工程施工费116.32万元，其他费用15.88万元，不可预见费用3.97万元。本方案对设计中采坑保留，并在周围添加围栏，修建蓄水池用作周边矿山恢复治理后植被灌溉用，植被管护期结束后进行回填(3)吉林省第二地质调查所.《吉林市丰满区天成石材基地花岗岩矿矿山生态修复工程设计》(内部资料)[R].吉林省第二地质调查所，2020.。

(3)吉林市德誉采石场花岗岩矿矿山生态修复工程设计概述

①块石清理工程，其工程量为1 100 m3；②挡土墙工程，其工程量为干砌挡土墙700 m3；③采场回填工程，其工程量为回填400 m3，覆土135 m3；④植树种草工程其工程量为栽植樟子松607 8株；撒播草籽2.21 km2，林地管护面积2.21 km2。

此方案治理工程投资总额30.55万元，其中工程施工费22.45万元，其他费用7.21万元，不可预见费用0.89万元(4)吉林省第二地质调查所.《吉林市德誉采石场花岗岩矿矿山生态修复工程设计》(内部资料)[R].吉林省第二地质调查所，2020.>。

4.3 二期矿山安全隐患治理工程

4.3.1 矿山安全隐患治理工程

(1)目标任务

在矿区地质环境调查的基础上，以消除或降低矿山安全生产隐患、地质灾害隐患和地形地貌景观破坏，使矿区环境与周边环境统一协调；提高土地资源利用率为重点，治理破坏区，恢复土地使用功能。开展矿山地质环境综合治理。保证施工安全和减小对矿山地质环境的破坏。

(2)工程设计及技术措施

隔离带消除工程：富源与汇磊间隔离带长约170 m，隔离带宽度在25～72 m，隔离带标高在455～489 m；富源与奥其间隔离带：长约150 m，隔离带宽度在85～110 m，隔离带标高在450～503 m；富源与天成间隔离带：长约145 m，隔离带宽度在77～87 m，隔离带标高在450～473 m，天成425 m标高平台距离富源边界为45～50 m；富源与德誉间隔离带：长约180 m，隔离带宽度在29～35 m，隔离带标高在447～469 m。其岩石节理发育，岩石风化严重破碎，设计按照标高用矿山锯整体逐层清除，根据矿山绿色矿山规划，切割采取由上至下分台阶切割，每个台阶深1.45 m，矿山隔离带消除至450 m标高左右(与外围德誉平台及天成顶部台阶标高相同)，形成一个统一标高的大平台，不仅大大降低了施工难度，减少了安全隐患，而且有利于复垦绿化，符合绿色矿山建设规范。

平整场地：吉林市富源矿业有限公司拟收购整合吉林市汇磊石材有限公司花岗岩矿，整合该矿山后，不再进行开采，拟用于堆积治理隔离带产生的石料，清除隔离带同时对汇磊采场进行平整，并对采坑进行回填，采用推土机对场地地面进行清理平整，起高垫低，保持场地整体平整，使其能自然排水，平整面积2.7 km2。

设置围栏及警示牌工程：为避免人员、牲畜误入矿区发生坠落事故，本方案设计沿在富源西侧、南侧、东侧及天成蓄水池外围设置围栏。在矿区个路口设置安全警示牌，安全围栏总长 50 m，高 1.5 m。

安全围栏样式为公路护栏网，立柱直径3.0～8.0 cm [圆管]，高度 1.5 m，布设在陡坎及水塘外沿 2 m 范围外，间距 3.5 m。围网采用镀锌包塑，丝径：2.5～5.5 mm，该项工程所有宜腐蚀材料(立柱、网片、网丝等)均应进行涂塑(喷塑)或浸塑防腐处理。警示牌规格为铝合金面板，长1 m，宽0.5 m。

(3)主要工程量

①消除隔离带：62.704 1×104m3；

②场地平整面积2.7 km2；

③设置围栏850 m，警示牌10个。

4.3.2矿山生态修复绿化工程

(1)目标任务

针对实际情况采取预防和控制的措施，减少对土地的破坏及水土流失的影响。

(2)工程设计及技术措施

覆土平整工程：在消除隔离带后平台上(主要为富源和德誉间隔离带(0.82 km2)﹑汇磊和奥其间隔离带(0.387 km2)，在回填后的天成采坑覆表土0.3 m(天成采坑面积0.826 2 km2)，表土来源为前期矿山剥离表土，在覆土面积2.033 2 km2(0.82 km2+0.387 km2+0.826 2 km2)，覆土量：12 135 m3(沙土6 035 m3，表土6 100 m3)。覆土后对场地进行平整，平整面积2.033 2 km2。土质要求以满足植物生长需要为准，其中碎石含量不应超30%，表土来源为富源南侧土堆。

植树工程：在覆土平整完毕后，在富源和德誉间隔离带平台，奥其和汇磊间缓坡栽植樟子松。樟子松耐瘠薄、耐干旱、根系发达，具有较强的抗寒能力及抗风能力，生存能力强。栽植规格4年生带土球，苗高0.3～0.5 m。栽植面积2.033 2 km2，株距2 m×2 m，栽植密度2 500 株/km2，补种量10%，共栽植樟子松约5 592株，春季或9、10月份种植成活率高。

种草：为减少水土流失，对植被恢复区进行撒播种草，草种选择紫花苜蓿，每公顷撒播30 kg，撒播面积为2.033 2 km2。

林木管护：① 幼林抚育：幼林抚育为4年6次(2、2、1、1)，第1次抚育主要为扩穴、除草、松土、扶正、培土踏实，防止倾斜和漏根。第2次抚育主要为割除行间内影响幼树生长的杂草和灌木，保证幼树有充足的阳光。第3次抚育主要为除草松土，从幼树5～10 cm外开始，里浅外深。第4、5、6次抚育方法与第2次相同。② 幼林管护：幼林管护是成林的关键，应强化管护，严禁进入造林地内打草、放牧和其他活动，做好病虫害防治及护林防火工作，保证3年后苗木保存率达到80%以上。

(3)主要工程量

覆土：12 135 m3；场地平整：2.033 2 km2；栽植樟子松：5 592株；撒播草籽面积：2.033 2 km2；林地管护面积：2.033 2 km2，管护期2年。

5 土石料估算方法及估算结果

本项目土石料量估算方法选用平行断面法进行计算。土石料量采用平行断面法计算时，采用公式如下：

Q=S×L

式中：Q为土石料利用量(m3)；S为块段水平投影面积(m2)；L为矿体平均铅垂厚度(m)。

本次共估算项目区范围内产生的土石料总量为62.704 1×104m3，根据现场调查估算范围内有构造破碎带且风化严重，其岩石节理裂隙发育，不能形成荒料，故其土石料按照建筑石材计算。

6 结论

本文通过对三佳子饰面花岗岩矿采场危险边坡开展安全隐患调查的基础上，充分收集和分析了矿区地质、环境地质、矿山开采等相关资料，针对因构造破碎带形成的不安全边坡以及采矿形成的采坑而引发的地形地貌景观破坏、土地资源破坏等问题，开展了矿山地质环境调查工作，提出了针对采场边坡安全隐患排除及周边矿区地质环境恢复治理方法，从而达到消除矿山隔离带，消除安全隐患，恢复矿山环境，统一规划与治理，最终为矿山企业解决治理资金匮乏等难题。