廣西永福某石灰巖礦山地質環境問題及恢復治理探討

劉詩云，郭阿龍，李霖鋒

(桂林理工大學，廣西 桂林 541006)

環境與地質

廣西永福某石灰巖礦山地質環境問題及恢復治理探討

劉詩云，郭阿龍，李霖鋒

(桂林理工大學，廣西 桂林 541006)

桂林是廣西石灰巖礦的主要產地之一，開采石灰巖的礦山達250個。桂林地區石灰巖礦山的地質環境問題基本類似，發育的地質災害主要有崩塌、滑坡、巖溶地面塌陷。該文以廣西永福某石灰巖礦山為例，在收集礦山地質資料的基礎上，通過詳細的野外調查，發現該礦山地質環境問題主要為采場的高陡巖質邊坡，基巖裸露，破壞和影響了地貌景觀，容易引發巖質崩塌災害；礦山功能區和廢渣、表土的堆放占用和破壞了土地資源，可能引發小型的滑坡；灰巖石料加工等人類工程活動致使粉塵污染和噪音污染較為嚴重，對附近居民的生活環境造成了影響。針對礦山的地質環境問題劃分了恢復治理分區，提出了相應的工程措施，恢復治理工程的實施可從根本上改變礦山采場的地貌景觀，恢復破壞和壓占的土地資源，消除地質災害隱患，創造綠色礦山，為桂林地區石灰巖礦山的地質環境問題恢復治理提供參考。

石灰巖礦；礦山地質環境問題；恢復治理；廣西桂林

0 引言

石灰巖是冶金、建筑、化工等諸多行業重要的工業原料，石灰巖礦山的開發建設情況對國民經濟的發展有著重要作用[1]。桂林石灰巖礦累計探明儲量約占廣西總量的23%，估算資源量約占總量的2.5%[2]，是廣西石灰巖礦的主要產地之一，區內石灰巖礦山達250個，每年產出礦石量可以達到5×106t[3]。桂林地區的石灰巖礦主要以孤峰、峰叢和峰林等形式出露，礦山開采會形成高度大坡度陡的開采邊坡，且桂林地區巖溶地貌發育，礦山多處于巖溶發育區，桂林石灰巖礦山主要發育的地質災害為崩塌、滑坡、巖溶地面塌陷。

該文礦山位于桂林市永福縣境內，礦區面積21.85 hm2，開采標高+306.0 m～+159.0 m，礦山生產能力10萬t/a，為一中型建筑石料用石灰巖礦山，礦區資源儲量為1410萬t。礦山為正在開采運營礦山，形成了4個面積較大的采場和高陡的巖質開采邊坡，礦山的功能區有生活區、破碎/堆料區、表土堆放場和礦山公路。采場的巖質邊坡基巖裸露、寸草不生，不僅嚴重破壞了礦區的地貌景觀，還為巖質崩塌的發生提供了地形條件；破碎/堆料區和表土堆放場等功能區壓占破壞了土地資源，形成的人工堆土邊坡為滑坡提供了物源條件。

該文在收集《礦山地質環境恢復治理與土地復墾方案》等礦山地質資料的基礎上，通過詳細的外業調查，分析研究礦山地質環境問題及危害，劃分了恢復治理分區，針對礦山的地質環境問題提出了相應的恢復治理措施。治理工程的實施可從根本上改變礦山采場的地貌景觀，創造綠色礦山，使礦業經濟科學、和諧、持續發展。

1 礦山自然地理與地質環境背景

1.1 自然地理

礦區總體地勢南高北低，地貌單元屬于侵蝕溶蝕地貌區之峰叢谷地地貌亞區[4]。屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，雨量充沛，降雨主要集中在3～8月，根據永福縣氣象站資料，歷年平均降雨量1937.3 mm，降雨量最多年降雨2750.6 mm(1977年)，降雨量最少年降雨1441.2 mm(1963年)。歷年均溫18.8℃，年均最低溫15.6℃，年均最高溫23.5℃。

1.2 地質環境背景

1.2.1 地層巖性

礦區出露的地層主要為晚泥盆世融縣組、第四紀溶余堆積紅粘土(圖1)。晚泥盆世融縣組分布整個礦區，主要為淺灰—灰白色中—厚層狀灰巖，泥晶結構，中—厚層狀構造，局部夾白云質灰巖，巖層主要呈單斜狀產出，產狀為315°∠15°，巖層總厚486.0～492.0 m。第四紀溶余堆積紅粘土主要分布于礦區地勢低洼地帶，紅褐黃褐色，為溶余堆積物，主要成分為粘土物質，厚0.4～1.3 m。

圖1 礦山地質環境背景及問題平面示意圖

1.2.2 構造

礦區內總體為單斜構造，節理裂隙發育，裂隙的寬度約0.5～1.5 cm，充填有粘土和少量石英脈，頻度2～4條/m，節理面平直，以剪節理為主，主要發育2組節理(J1和J2)，產狀分別為140°∠65°和230°∠86°。區域內上高街斷層從礦區南西側約5.0 km處通過，可見長度大于8.5 km，呈NW走向，破碎帶寬5～10 m。

1.2.3 巖土體及礦體

巖土體為中—厚層狀中等巖溶化堅硬碳酸鹽巖和溶余堆積紅粘土。礦體產自上泥盆統融縣組淺灰色—灰白色中—厚層狀灰巖，產狀315°∠15°，表層礦體風化中等，開采的展布標高為+306.0 m～+159.0 m，相對高差約147.0 m。石灰巖礦石為泥晶結構，致密塊狀構造，硬度3～4級[5]，性較脆，具不規則狀斷口。

1.2.4 地震

據永福縣地震歷史記載，在近代史中永福縣的地震強度為低強震，其危險性很小，場地的區域穩定性較好。據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)，礦區地震峰值加速度為0.05 g，反應譜特征周期為0.35 s，相當于地震基本設防烈度VI度區[6]。

1.2.5 水文地質條件

地下水類型為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖裂隙溶洞水，孔隙水賦存于第四系土層中及其與下伏基巖接觸部位[7]，主要分布于礦區地勢低洼地帶，水量不大。碳酸鹽巖裂隙溶洞水分布于整個礦區，主要賦存于灰巖中，受溶洞及裂隙發育程度控制，水量中等。碳酸鹽巖裂隙溶洞水在裸露區直接接受大氣降水入滲補給，土層覆蓋地段通過上覆松散層間接受大氣降水補給和來自側向徑流補給。在礦區306.0m高地西側生活區內水井處，測得地下水位埋深4.5 m，標高+153.5 m，礦區劃定開采標高為+306 m～+159.0 m，礦體位于侵蝕基準面之上，有利于自然排水，采區附近水系不發育。

1.2.6 人類工程活動

礦山改變地質環境條件的人類工程活動主要有礦山公路和生活區的修建、石灰巖的露天開采以及石料和表土的堆放。

2 礦山地質環境問題及危害

2.1 地下含水層的影響或破壞情況

礦山采礦活動均處于當地侵蝕基準面以上，礦體巖層整體富水性較差，礦山開采活動對礦區地下水的補給、徑流、排泄產生了一定的影響或破壞，但基本不改變礦區地表水、地下水的循環條件，對礦區生產用水及工人和附近居民的生活用水未產生影響。

2.2 破壞和影響地貌景觀

礦區采用露天階梯式開采方式，由礦體的上盤向下盤逐層開采，開采形成了4個面積較大的采場和高達50m的采場邊坡，挖損了原有的地形地貌，植被被砍伐，無法種植，嚴重影響了礦區的地貌景觀。

2.3 占用和破壞土地資源

礦區占用和破壞土地的區段主要有采場、破碎/堆料區、表土堆放場、生活區和礦山公路，占用土地資源總面積為13.766 hm2(表1)，占用和破壞的土地類型為灌木林地、裸地、其他草地和采礦用地。占用的土地開采后沒有及時進行平整和覆土，高低不平，灰巖直接出露，無法進行植被的種植，土地被閑置，嚴重破壞了當地的土地資源。

表1 礦山采礦活動占用、破壞土地資源情況 hm2

2.4 易引發崩塌、滑坡和巖溶地面塌陷等地質災害

礦區主要存在2類邊坡，一類是礦石開采形成的采場邊坡，礦區存在4處高30～50 m、邊坡角70°～90°的采場邊坡，邊坡上巖體節理、裂隙較為發育，為分析采場邊坡的穩定性，該文采用了赤平投影分析的方法，選取P2邊坡進行分析示例，P2邊坡坡面的產狀為235°∠80°，存在的結構面為巖層的層面(S0)和發育的2組節理面(J1、J2)，S0的產狀為315°∠15°、J1和J2產狀分別為140°∠65°和230°∠86°，作赤平投影如圖2，故赤平投影得出在自然條件下P2邊坡的結構面J1、J2節理和S0層面都處于穩定狀態，結構面和坡面的切割體除了S0和J1坡面的切割體處于不穩定狀態外，其余的都處于穩定狀態[8-9]。但采場邊坡的臨空面較高，有利于崩塌、滑坡的發生，且開采過程中形成的危巖、滾石和不穩定巖塊(圖3)為潛在不穩定的崩塌、滑坡體，礦山目前尚未采取有效的處理措施，所以采場邊坡在雨水沖刷等自然因素和人為作用影響下易產生巖質崩塌地質災害。第二類邊坡為表土場邊坡，通過現場調查，礦區堆放有3處表土，周圍存在形成3處高3～5m、邊坡角45°～65°的人工堆土邊坡，坡體主要由礦山開采剝離的表土和廢渣組成，坡體結構松散、穩定性較差，在雨水沖刷等作用下易引發小型滑坡地質災害。崩塌、滑坡主要危害礦區工作人員及附近過往村民、過往車輛等。

圖2 P2邊坡與構造面赤平投影圖(下半球投影)

礦山位于巖溶中等發育地區，碳酸鹽巖上層覆蓋的第四系土層厚度為0.3～1.0 m，碳酸鹽巖裂隙溶洞水地下埋深4.5 m，水位標高152.5～154.3 m，季節性水位變幅1～3 m。礦區覆蓋層厚度小、土體較松散，地表水易入滲補給巖溶水，地下水埋深較淺，地下水位在基巖面附近波動，具備了發育巖溶地面塌陷的地質條件。此外，礦山的采礦機械和車輛運輸等所產生的震(振)動以及礦山建筑物、機械和堆放礦石的荷載附加力通過應力傳遞到溶洞頂板上，當洞頂板巖石、上覆土層安全厚度不足或附加力加洞頂巖土體自重超過洞頂板承受強度時就會破壞地下溶洞的支撐平衡，形成巖溶地面塌陷。巖溶地面塌陷主要危害礦山的建(構)筑物及機械設備等，由于巖溶地面塌陷具有突發性，因此，巖溶地面塌陷除可能造成附近建(構)筑物損壞之外，還可能造成人員傷亡[10-11]。

3 恢復治理措施

針對不同礦山地質環境問題實施相應的恢復治理措施。

3.1 地形地貌景觀及土地資源破壞恢復治理

地形地貌景觀及土地資源破壞主要防治措施：①礦山應嚴格按照《礦山開發利用方案》和《礦山地質環境恢復治理與土地復墾方案》進行礦山開拓和采掘和礦山地質災害防治與監測；②對于礦山生產過程中剝離的表土不能隨意堆放，應及時輸送到表土堆放場按設計高度堆放，減少土地的壓占面積；③礦山生產過程中，對已經形成功能的區域應適時補種花草林木，以縮短閉坑時植被重建周期，防止過度破壞生態平衡[12]。

3.2 崩塌、滑坡恢復治理

對于采場巖質邊坡發生巖質崩塌主要防治措施：①做好人工修坡，清理邊坡上的危巖、浮石，特別現存的危巖，對局部陡立或不穩定的區段進行加固保護；②由于邊坡易受上方坡面匯水沖刷，應按照截排水溝設計規程修建截排水溝，并保持暢通，把大氣降雨的地表水引排至采場外，起到攔截和疏引暴雨山洪的作用，減少地表水對采場邊坡的影響；③禁止對坡頂的植被進行砍伐以及在坡頂堆放礦石和廢渣增加坡頂載荷。

圖3 高陡巖質邊坡的危巖剖面示意圖

對于表土場邊坡發生滑坡的主要防治措施：①堆放表土時應夯實，且外側表土堆放高度不得過高，在表土堆放場外側按漿砌石擋土墻的規程修建漿砌石擋土墻；②在表土堆放場周圍修建截排水溝，將大氣降雨地表水引至低洼處，避免雨水匯流至表土場。

3.3 巖溶地面塌陷的恢復治理

根據礦區的巖溶發育程度，以及隱伏溶洞、溶槽、溶溝的發育情況，設計的防治措施：①禁止在該礦山及其附近進行間歇性大強度(降深)抽取地下水；②若在采場內發現隱伏土洞、溶洞，則應及時準確地在礦山平面圖上標出，并隨著采掘作業的推進，及時在現場設置明顯標志，采礦過程中避免在溶洞上方進行機械作業，應避繞可能產生巖溶地面塌陷的區段。

4 治理分區和復墾方案

依據礦山的地質環境特征、開采狀況和地質環境影響評估結果，以及土地復墾適宜性評價結果和土地權屬人意愿，劃分礦山的治理分區[13-15]，確定擬復墾土地的地類、面積和復墾率，落實復墾后土地利用結構，使其達到可利用狀態，努力創造綠色礦山，使礦業經濟科學、和諧、持續發展，預期達到一個安全、衛生舒適的工作生活環境并造福于后人。根據上面的原則將礦山劃分為兩個恢復治理區，即采場、表土堆放場、破碎/堆料區治理恢復區和采場邊坡治理恢復區。

4.1 采場、表土堆放場、堆料場治理恢復區

設計采場、表土堆放場、堆料場恢復治理的方向為有林地，選擇種植的樹種為馬尾松，具體的恢復措施為：①修建截排水溝：在采場內側(采場邊坡的下側)和表土堆放場及破碎/堆料區的四周分別修建截排水溝，用于截留強降雨形成的地表徑流，防止沖刷造成水土流失；②平整場地：采礦結束后清理地面殘渣，對場地進行適當平整，其中采場向內側漿砌石截排水溝傾斜，坡度≤5°；③覆土和翻耕：采場在開采后原有的表層腐殖土被剝離，種植前需要進行客土覆植，按照喬木(馬尾松)覆土標準0.60 m進行覆土，表土堆放場和破碎/堆料區在堆放表土和礦石過程中表層的腐殖土被壓實，復墾時需對其進行翻耕才能種植植被，場地翻耕厚度不小于0.6 m；③生物措施：種植馬尾松，穴狀整地按0.5m×0.5m×0.45 m進行，且對馬尾松按0.2 kg/株，草地50 kg/hm2進行施肥。

4.2 采場邊坡治理恢復區

采場邊坡較陡(坡角大于70°)，復墾工程設計種植爬山虎攀爬遮掩綠化，具體恢復治理措施為：①對邊坡上的危巖和局部不穩定區進行處理；②在邊坡的上方修建截排水溝，用于截留強降雨形成的地表徑流，防止沖刷邊坡；③在邊坡的下方種植單行爬山虎，以復綠采場邊坡(圖4)。

圖4 治理措施剖面圖

5 工程效益

礦山恢復治理將會使礦山開采活動破壞和影響的地形地貌得到治理，破壞和壓占的土地資源得到恢復，消除地質災害隱患，同時復墾種植馬尾松和爬山虎有美化當地生態環境，恢復生態系統的作用。此外，馬尾松木材細密，可供細木工用材，果實含淀粉可釀酒，具有較高的商業價值，可保障當地居民的生產收入，同時有助于土地植被的保持、恢復和改善，有利于當地林業和農業的發展。

6 結論

(1)該文礦山有4個面積較大的采場和表土場等功能區。礦山地質環境問題主要為采場的高陡巖質邊坡、基巖裸露，破壞和影響了地貌景觀，容易引發巖質崩塌災害；礦山功能區和廢渣、表土的堆放占用和破壞了土地資源，可能引發小型的滑坡。

(2)通過對礦山地質問題及危害的分析，劃分了2個恢復治理區，采場、破碎/堆料區和表土堆放場治理恢復區復墾為林地，采場邊坡恢復治理區的恢復治理措施為在邊坡下方種植爬山虎，進行掩蓋復綠，治理工程的實施可從根本上改變礦山采空區的地貌景觀，創造綠色礦山。

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Discussion on Geological Environment Problems and Recovery of One Limestone Deposit in Guilin City of Guangxi Province

LIU Shiyun，GUO Along，LI Linfeng

(College of Earth Science Guilin University of Technology, Guangxi Guilin, 541006)

Guilin city is one of the main origin areas of limestone deposits in Guangxi province. There are 250 limestone deposits. Geological environmental problems are similar in Guilin city, such as collapse, landslide and karstic ground subsidence. Based on geological datas and field investigation, main geological and environmental problems are high and steep rock slope, exposed bedrock damage and landscape destructions which may cause collapse disasters. Waste residue occupying land resources may cause landscape disasters, and processing stone products may cause serious dust pollution deteriorate the living environment of nearby villages. In this paper, geological and environmental problems, its damage and controlling countermeasures have been analyzed, and geological environment remediation zones have been divided. Environmental engineering projects can fundamentally change the landscape of the mined areas and recovered the land source, eliminate the potential hazards, create green mines and set an examples for geological environmental protection of limestone mining in Guilin as well.

Limestone deposit; geological environmental problems of mines;environmental remediation;Guilin city in Guangxi province

2016-10-31；

2016-12-26；編輯：王敏

劉詩云(1991—)，男，湖南邵陽人，碩士研究生，主要從事構造地質學和地質災害方面的研究；E-mail：lsyqj2013@163.com

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劉詩云，郭阿龍，李霖鋒.廣西永福某石灰巖礦山地質環境問題及恢復治理探討[J].山東國土資源，2017,33(1)：65-70.LIU Shiyun，GUO Along，LI Linfeng. Discussion on Geological Environment Problems and Recovery of One Limestone Deposit in Guilin City of Guangxi Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：65-70.