礦山露天采場治理恢復技術研究及應用

孫 偉，任 鷹，王 議

(中國地質環境監測院，北京 100081)

礦山露天采場治理恢復技術研究及應用

孫 偉，任 鷹，王 議

(中國地質環境監測院，北京 100081)

本文對國內外礦山露天采場治理及植被重建技術進行了較全面的分析，說明了各種技術的適宜條件、施工工藝、優勢和不足之處，并介紹了立體多層遮附式裸巖覆綠新技術的應用實例，對開展礦山露天采場工程治理和生態恢復重建具有一定的指導作用。

礦山; 治理恢復; 技術; 應用

露天開采作為礦山主要的采掘方式，與井下開采相比，縮短基建時間，提高勞動效率、降低開采成本，當礦床賦存條件對開采方式不限制時，成為礦山開采的首選方式。在我國，露天開采約占鐵礦總開采量的90%、有色金屬礦總開采量40%、建材非金屬礦總開采量90%以上。由于露天開采直接剝離礦體之上的植被、土壤和巖石，在地表形成面積幾十至幾百平方公里、深度達數十米或幾百米的露天采坑，對礦區環境的影響更直觀，嚴重破壞植被，造成水土流失和引發崩塌、滑坡等突發性地質災害，已成為礦山環境恢復治理的重要對象[1]。

礦山露天采場的治理重點主要為不穩定邊坡和露天采坑，其治理恢復主要包括工程治理和植被恢復重建兩個方面[2]：

1 工程治理

1.1 危巖及不穩定邊坡治理

人工開采形成的高陡邊坡一般很難恢復治理到其原始地形地貌形態，在進行景觀恢復治理時，應與區域地形地貌相融合，人造景觀與區域大環境相協調。

高陡邊坡的治理首先應對不穩定巖土進行卸載，再進行邊坡抗滑加固。主要目的是卸載、清除不穩定巖土體，提高邊坡穩定性，消除崩塌、滑坡等突發性地質災害隱患，改善視覺效果，恢復生態功能。目前，國內在露天采場高陡邊坡治理中應用較成熟的技術有錨固、坡面噴砼、坡面彩色噴涂和邊坡塑造等[3]、[4]。

錨固法：采用應力錨索、長錨桿、抗滑樁、擋土墻等，將易滑、存在裂隙的巖土體固定于坡面的方法。該方法適宜于巖體相對較完整的巖質坡面，其優點是能快速穩固邊坡，減少卸載量，但治理成本高，治理工程復雜、難度大。具體施工時應在現場詳細勘查的基礎上，進行坡面穩定性評價，根據坡面應力分布特征，制定錨桿、抗滑樁和擋土墻等的布設方案[5]。

坡面噴砼：利用混凝土粘結性能護坡的方法。適宜于松散、破碎的土質坡面，其優點是治理成本較低，工藝簡單，但不適宜于陡直的高度大的坡面。具體施工首先注意混凝土配合比例、噴射順序、噴射速度、工作風壓、噴射角度和噴射厚度等。

坡面彩色噴涂：利用彩色涂料或雕塑造型裝飾美化邊坡的方法。該方法適用于斷面較平整，坡面陡立的、穩定性好的巖質邊坡，主要應用在重要交通干線沿途可視范圍內，城市周邊及風景名勝區內的露天采場治理。由于設計形式不拘一格，而且能在短時間內達到美化環境和改善視覺效果的目的，曾被廣泛采用。但此方法存在治標不治本的缺點，噴涂效果很難長久保留，經長期風化退色或脫離剝落易造成二次景觀破壞，使之與周邊環境更不協調，沒有達到長久治理目的[6]。

邊坡塑造：一種在開采階段預留治理平臺的方法。根據采場的地形條件，一般采用自上而下水平臺階式開采。即每個掘進水平高差控制在5m左右，陡坎頂部至坡底的水平投影距離為10m，坡面傾角30～45°，并在適當的位置設立排水溝。該方法適合儲量豐富且呈層狀產出的大中型礦產資源開采礦區。其優點是可減免治理工程量，降低治理費用，利于植被附著，能恢復和改善其生態功能，治理效果明顯。

1.2 露天采坑治理

露天采坑的治理恢復，應根據采坑的規模（平面面積、深度）、坑底地形、坑底巖土類型、表層風化程度等，結合用地需求，確定露天采坑的治理方向[7]、[8]。

恢復成耕地：深度小于0.5～1.0m的淺采場，在天然狀態下或人工修復后可滿足地表水、地下水徑流條件時，經過削高墊洼，可治理恢復成耕地。覆土厚度視坑底巖體土風化程度而定，巖體風化程度較高時，自然沉實土壤覆土厚度為0.3m以上；巖體較完整，風化程度較低時，自然沉實土壤覆土厚度為0.5m以上。采取下鋪粘土，上覆耕植土的形式，確保土壤涵養水分的能力。

恢復成林地：采場用于林業時，根據坑底地形、巖體風化程度、種植樹木類型、根系發育狀況，確定覆土厚度和采種模式及方式。當坑底地勢較平坦、巖體風化嚴重時，易采用整體覆土，自然沉實土壤覆土厚度為0.3m～0.5 m以上；當坑底地勢起伏較大，巖體較完整，應采用穴植方式，減少上覆土方量，降低治理成本。

恢復成建筑用地：露天采場用于建筑時，應進行場地地質環境調查和工程地質勘查，查明場地內崩塌、滑坡、斷層、巖溶等不良地質條件的發育程度，確定地基承載力、變形及穩定性指標。

2 植被重建

植被恢復重建工程技術涉及到基質及其穩定方法、植物品種的選配、植物栽植方法技術等。目前國內外植被恢復工程技術方法從形式上可分為3大類，即網方法、格(子)方法和制成品方法[9]、[10]。

網方法：網方法是指在植被恢復技術中采用掛網的穩定，防止表層風化巖石脫落的方法。所采用的網有合成纖維網、金屬網等,與網相對應形成不同的綠化方法。一般分為：三維網、單層合成材料網、金屬網、布魯格網等。

格方法：采用鋼筋混凝土現場澆注或預制件在坡面上形成1m×1m～2m×6m 的格子狀構造物，以防止淺層巖層的風化剝蝕與滑塌。格子內可回填植壤土20～30cm，然后植草或栽植木本植物。與混凝土現場澆注或使用預制件不同的另一種格子方法是利用合成纖維或塑料加工，常為菱形的格子狀，厚(高) 為15～20cm ,主要用途是固定回填的土壤。一般分為：格子梁、預制格子、土工隔室、其他格子方法等。

制成品方法：在工廠中將肥料、種子等以一定工藝附著在介質上，形成制成品。使用時將產品鋪設于目標體表面，稍加固定即可。包括植生墊、植生紙、植生袋等。

3 應用

礦山露天采場治理恢復要綜合考慮所處地理位置、氣候條件、環境以及巖性、規模等諸多因素，在進行治理恢復時，要力求因地制宜、節約高效、突出特色，綜合分析常規治理恢復方法中的利弊，制定科學、合理的治理方案。

黑龍江省七臺河市中心區有一建筑采石裸坡，位于仙洞山休閑公園內，形成于20世紀70～80年代，長期裸露，且坡面堆積有殘坡積物，與環境極不協調[11]。即影響瞻觀，又有安全隱患，急需治理，快速復綠。但因氣候寒冷干燥，坡面風化程度較低，且坡面傾角基本大于70°，局部甚至達到90°，保證治理恢復后坡面植被的成活率和長效性難度較大。為此，施工方采用立體多層遮附式裸巖覆綠新技術，實現了當年治理，當年復綠的目標。治理前首先對巖壁表面的浮石、危巖進行了清理，對裂隙、節理發育的區域進行水泥灌注。再預制寬度30～50cm，厚度6～10cm，長度數米至數十米的鋼筋網，采用長度為80～1500cm的錨桿延長度方向垂直固定在裸巖壁上，并現場澆筑混凝土，上表面做成利于植被附著的窩穴狀。種植用土采用特制營養土，即利于植被生長，又減少土壤用量，減低運送成本。種植的植物選擇抗干旱、寒冷的喬灌類、藤本類、攀援類，要求具有側根極為發達，枝條向外伸展快，葉面大而闊，冠幅大的特點。為實現一點植綠，獲得大面積覆綠的效果，選種的植被具有向上速生、向下垂墜、左右延伸等多方向生長特性。再在治理后的裸坡前，根據當地的文化背景，配建猛犸象群雕，昔日荒涼的裸坡，成為公園內一景（照片）。

治理前裸坡

治理后當年復綠景象

4 結語

露天采場環境治理是一項綜合性的系統工程，涉及學科面廣，技術方法較多。目前主要借鑒其它工程建筑領域的治理方法和經驗，還沒有出臺專門性的技術規范和要求，造成部分恢復治理工程設計不規范、措施不合理，即浪費了資金，又達不到預期的治理目標。因此，應加強礦山環境治理理論與方法的研究及經驗交流，為我國礦山環境保護與治理提供技術保障。

[1] 中國地質環境監測院.礦山環境保護與恢復治理研究[R].2006.

[2] 張至剛. 邊坡穩定性分析技術在我國金屬露天礦山中的應用[J].云南冶金,1999,28 (3)：8～11.

[3] 胡家國,于 海.應用數值模擬技術評價礦山地壓災害[J].中國安全科學學報,2005, 15(12) : 8～12.

[4] 李全明,士 根,云 海.露天開采邊坡穩定性分析方法及災害防治措施研究[J] 2007,1 7 (2):55～60.

[5] 中國工程建設標準化協會標準.基坑土釘支護技術規程[S].1997.

[6] 山東省國土資源廳.山東省礦山環境保護與治理規劃研究[R].2005.

[7] 曾憲明等. 土釘支護設計與施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.

[8] 化學工業部福州地質工程勘察院.福州茂林山莊地基詳細勘察報告[R].2001.

[9] Damigos D,Kaliampakos D.Assessing the benefits of reclaiming urban quarries : a CVM analysis ,Landscape and Urban Planning ,2003 :249～ 258.

[10] 辜 彬,王 麗.露天開采礦山生態環境治理的基本理論與方法[J]. 中國水土保持科學，2006，12（4）:134～137.

[11] 黑龍江省地面塌陷防治研究所.立體多層遮附式裸巖覆綠新技術在采石礦山生態環境修復治理中的應用[R].2009.

Application and Research on Harnessing and Restoration Technology of Open-pit Mines

SUN Wei, REN Ying, WANG Yi

(China Institute for Geo-environmental Monitoring, Beijing 100081)

This paper analyzes the open-pit mine harnessing and vegetation recovery technology at home and abroad in four aspects, including the optimum conditions, construction techniques, advantages and disadvantages. Then the paper introduces an application of a new technology named the Multi-dimensional and Multilayer Type of Vegetation Cover on Bare Rock, which has certain guidance function with project control and ecological restoration in open-pit areas.

Mine；Harnessing and restoration；Technology；Application

X505

A

1007-1903(2010)03-0048-03

孫 偉（1966-），女，博士，教授級高級工程師，主要從事礦山地質環境保護與治理方法和技術研究。E-mail:sunw@mail.cigem.gov.cn