淺談宿州市埇橋區欄桿振海采石廠廢棄礦山地質環境治理設計

汪定圣

（安徽省地質環境監測總站，安徽合肥230000)

1 概況

宿州市埇橋區欄桿振海采石廠位于宿州市東北約44km處，南西距欄桿鎮約5km，屬埇橋區欄桿鎮管轄。該采礦權于2014年9月被埇橋區國土資源局進行了政策性關閉，現屬無主的露天開采廢棄礦山。由于宿州市埇橋區欄桿鎮振海采石廠長期以來的開采，嚴重破壞了鳳山自然地形地貌和生態環境，呈現一派“滿目瘡痍”的慘景，成為與當地環境極不相襯的“傷疤”。為有效整治宿州市埇橋區欄桿振海采石廠礦山地質環境問題，宿州市埇橋區國土資源局將該礦山列入2018年度礦山地質環境治理項目，設計總治理面積為10.92hm2（約164畝）。

2 廢棄礦山地質環境背景條件

該礦區屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，多年平均氣溫14.4℃、降雨量854.60mm、蒸發量1159.70m。多年相對濕度70%，無霜期210～240d，凍土深0.30m。礦區屬于淮河流域，礦區及附近地表水體不發育，僅礦區內底部因宕口露天開采而形成以面積約663m2的積水坑，最大積水深度約3m。礦區最低侵蝕基準面標高為+40m。

礦區地處淮北平原北部，地面標高56.18～122.05m，現狀地貌類型為構造剝蝕溶蝕低丘和現狀人工地貌（露天采場）。礦區及周邊地區內植被分布有桃樹、松柏等人工栽植植物和白茅草、狗尾草和野刺子等野生植物。

礦區地層主要為上元古界震旦系上統望山組灰巖、含海綠石砂巖夾藻灰巖、白云質灰巖，礦區北東側開采揭露了輝綠巖巖體，呈巖株狀產出。礦區礦體主要為薄—中厚層狀灰巖，隱—細晶結構。巖石密度2.60～2.72g/cm3，抗壓強度為65.89～81.06MPa，屬堅硬巖石。

礦山采用露天開采方式，現狀地面標高56.18～122.05m，高于侵蝕基準面標高，正常情況下礦山積水可自然排泄，但在采場中北部形成一中間低周圍高的凹坑，坑底標高一般61.00m左右，坑內積水形成積水塘。

3 廢棄礦山地質環境問題

由于宿州市埇橋區欄桿振海采石廠多年開采，目前廢棄礦山形成了一定的安全隱患和地質環境問題，主要有以下問題。

3.1 采礦活動嚴重破壞了土地、植被資源

據欄桿鎮土地利用規劃（2006-2020）和實地調查，礦山及其周邊原土地類型主要包括裸地（127）、其他有林地（033）。多年來由于振海采石廠開采建筑用石料礦，對該區土地、植被資源破壞嚴重，已經累計挖損、破壞及壓占土地面積約8.96hm2（詳見表1）。

3.2 采礦活動嚴重破壞了生態環境、自然景觀和地貌景觀

礦山開采對礦區地貌景觀和生態環境破壞較大，原本地勢平緩的山丘，由于礦山持續開采，礦區內形成了多個大小不一、深淺不一的采坑及孤立殘丘，并且在采坑中部形成1處面積約633m2的積水坑，2處料堆占地面積3003m2，采坑周圍全部形成了峭壁，壁面巖石破碎，造成環境視覺污染，對生態環境、自然景觀和地貌景觀造成了嚴重的破壞。

表1 礦山開采破壞土地資源情況一覽表

3.3 采礦活動形成地質災害隱患

由于采礦活動導致山體挖損嚴重，形成了多個深淺不一、環形相連的大采坑，采坑底部最低標高56.18m，頂部最高標高122.05m，將現狀平臺標高進行概化已大致形成+56m、+60m、+65m、+68m、+70m、+73m、+75m、+80m、+90m、+95m、+100m、+105m、+117m、+117m大小不等的平臺，各平臺之間有陡坎連接或自然緩坡連接，單級采場邊坡高度最大達30余米，邊坡角26°～82°，最大邊坡角近90°，局部形成懸空高架頭，采坑邊坡高而陡峭，坡體巖石破碎，坡面上留有大量的浮石、懸石，存在嚴重的崩塌、滑坡地質災害隱患，對周邊人類活動構成極大的安全威脅。據現場調查，受節理裂隙、層面及坡面等多重結構面影響，加之坡度過陡，坡體局部高架臨空，礦區內共存在危巖體4處，坡面有大面積浮石分布4處。

4 廢棄礦山地質環境治理目標

根據本礦區地質環境特征、礦山開采狀況和地質環境影響問題，結合欄桿鎮城鎮土地利用總體規劃，確定礦山地質環境治理思路為消除地質災害隱患、土地復墾、生態復綠。治理后恢復果園地46150m2（約4.62hm2）、平臺有林地27226m2（約2.72hm2）、邊坡灌草地 17698m2（約 1.77hm2）、坑 塘 水 面 3947m2（約0.39hm2），外圍現狀保留其他有林地面積14204m2（約1.42hm2）；基本消除地質災害隱患和視覺污染；達到恢復礦區自然生態環境，與周邊生態環境相協調的生態目標；實現經濟、社會、環境效益共贏的目標。

5 廢棄礦山治理設計方案

礦區劃分為5個治理區，即底盤場地平整、宕穴、覆土復墾種植桃樹及草地區，平臺開挖、場地平整、宕穴復墾種植刺柏區，邊坡清理、削坡、坡頂及坡底開槽蓄土種植藤蔓區，積水周邊開挖保留為蓄水塘區，宕口外圍防護區。治理工程主要有邊坡削頂、削坡與清理、底盤與平臺場地平整、底盤與平臺宕穴、底盤覆土、種植綠化、蓄水塘整治、養護道路修復與新建、排水溝砌筑、外圍安全防護設施與標志安置、監測與管護等（詳見圖1）。

5.1 邊坡治理工程設計

據現場調查，受節理裂隙、層面及坡面等多重結構面影響，加之坡度過陡，坡體局部高架臨空，礦區內共存在危巖體4處，坡面有大面積浮石分布4處，穩定性差，都存在不同程度的地質災害隱患和安全隱患，需要治理。設計時：①采用工撬除輔以機械開挖的方式對危巖體削坡卸載治理，對浮石進行清理，挖方體積約8635m3。②對礦區西北側宕口坡頂進行圓滑處理，對突出的巖體進行清除，對存在拐角的巖體進行削方，使其圓滑，經測算挖方面積約1587m2，平均挖方深度約12m，挖方體積約19044m3。③對北西側宕口外圍坡頂進行削頂處理，對坡頂頂部風化及破碎巖石進行削除，削除挖方寬度為5m，平均挖方厚度為1m，挖方區面積約4037m2，挖方體積約4037m3。

5.2 場地整治工程設計

對底盤區2處料堆進行清理外運，該2處料堆是礦山企業前期采礦堆置而成，暫未銷售利用，在礦山治理前期由礦山企業自行外運，不納入設計范圍。

場地平整過程中，設計對底盤區的臨時圍墻進行拆除，據野外調查，該臨時圍墻長213m，高約1.8m，厚約0.3m，拆除工作量為115m3。

對治理區南西部約+57～+61m底盤進行整治，結合現狀地形對該平臺設計標高為+58～+62m，對突出的呈三角狀的錐型坡體進行挖方，均為巖質挖方。挖方區面積約2316m2，平均挖方高度約7m，挖方體積約16212m3。挖方后形成QP1邊坡，設計坡度為55°，邊坡高度約10m，為巖質斜向坡，坡體基本穩定。對挖方區西側低洼處進行填方，填方區面積約2840m2，平均填方深度約3m，填方體積約8520m3。

為使東西兩側底盤相連，提高底盤平臺利用率，同時為了使治理后邊坡基本穩定，設計對積水塘南部邊坡2處尾端進行挖除，挖除設計標高與本處現狀標高基本一致，挖除面積分別為344m2、372m2，平均挖除高度分別4m、8m，挖方體積4352m3。挖方后形成QP2、QP3邊坡，設計坡度為55°，邊坡高度約5～18m，為巖質斜向坡，坡體基本穩定。結合挖方后地形現狀，對+67～+75m底盤進行整治成+70～+75m。

對治理區范圍內現有的平臺進行貫通處理，邊坡平臺機械開挖時寬度不小于5m，均為巖質挖方，開挖面積約1687m2，平均開挖深度約6m，挖方體積約10122m3。

結合平臺地形現狀，對平臺進行削高填底整平，整平面積73376m2，標高設計基于現狀適當確定，場地整平坡度要求不大于5°。

圖1 宿州市埇橋區欄桿振海采石廠廢棄礦山地質環境治理工程部署圖

5.3 宕穴挖槽工程設計

治理區巖性為薄層灰巖，機械開挖難度小，根據設計種植類型，確定采用人工風鎬輔助機械方式開挖宕穴進行種植。

底盤宕穴規格為1.0m（長）×1.0m（寬）×1.0m（深），按種植間距3.0m×3.0m布置，共需宕穴2542個，挖石方體積為2542m3。

平臺宕穴規格為0.6m（長）×0.6m（寬）×0.6m（深），按種植間距2.0m×2.0m布置，共需宕穴3055個，挖石方體積為660m3。

沿邊坡平臺外緣和內緣各1m處種植爬山虎，采用人工風鎬方式開挖蓄土槽進行種植，蓄土槽0.5m（寬）×0.5m（深），總長為4847m，挖石方體積為1212m3。

對治理區外圍設置水泥防護欄，埋設時采用人工風鎬輔助機械方式開挖宕穴進行，宕穴規格為0.3m（長）×0.3m（寬）×0.3m（新鮮基巖面以下），需宕穴269個，挖石方8m3。

治理區排水溝采用挖槽后用U型預制槽砌筑而成，排水溝挖槽尺寸為0.6m（寬）×0.4m（深），排水溝總長320m，挖石方77m3。

5.4 覆土工程設計

底盤宕穴規格為1.0m（長）×1.0m（寬）×1.0m（深），按種植間距3.0m×3.0m布置，共需宕穴2542個，覆土厚度為1m，覆土土方體積為2542m3。

底盤區設計宕穴覆土后全平臺覆土，用以種植草種，覆土面積46150m2，覆土厚度為0.2m，覆土土方體積為9230m3。

平臺宕穴規格為0.6m（長）×0.6m（寬）×0.6m（深），按種植間距2.0m×2.0m布置，共需宕穴3055個，覆土厚度為0.6m，覆土土方體積為660m3。

邊坡開挖蓄土槽規格0.5m（寬）×0.5m（深），總長為4847m，覆土厚度為0.5m，覆土土方體積為1212m3。

5.5 綠化工程設計

綠化工程治理設計基本原則是根據整治的需要，因地制宜，適地適樹，栽種以鄉土樹種為主，構建田園生態防護體系。主要對宕口邊坡坡頂、坡腳、平臺以及斜坡進行綠化，恢復生態環境。

考慮與周邊環境的協調性，設計在底盤區種植桃樹，種植間距為3.0m×3.0m，需種植桃樹2542株。設計在平臺區種植刺柏，種植間距為2.0m×2.0m，需種植刺柏3055株。利用藤本植物上爬下掛的特點遮蓋采場高陡邊坡，對巖石坡面覆綠，設計在邊坡種植爬山虎，利用其上爬下掛對邊坡進行復綠，種植間距為0.5m，需種植爬山虎9694株。底盤區場地平整后，地形坡度較緩，設計采用表層覆土撒播草種進行綠化，綠化面積4.62hm2，撒播草種種類為胡枝子、狗牙根等。

綠化工程后期養護包括噴水養護、追施肥料、病蟲害防治、修剪與培土補植等。植被播植后至成活前須經常灑水，保證土壤濕度，為其成活和正常生長創造良好條件。初期人工噴灑澆灌，后期利用雨水自然澆灌。部分樹木、藤本死亡，應及時補植，補植的苗木要在高度、粗度等方面與周圍正常生長的植被一致，以保證綠化的整齊性。

5.6 蓄水塘工程設計

礦區由于前期開采，現在底部形成1個積水塘，積水塘最長約44m、寬最長約18m，水面面積633m2，平均水深約3.0m，水面標高約64.13m，經現場調查余訪問，該水塘蓄水性能良好，未有滲漏現象。本次設計保留該積水塘進行蓄水，為治理區復墾綠化提供供水水源，設計對積水塘南部地勢相對低洼地區進行開挖，均為巖質開挖，挖方面積3286m2，設計挖方標高為+61～+63m，挖方平均深度為2m，挖方量約6572m3。經開挖后，水塘面積可達3947m2，最大蓄水深度可達5m，最大蓄水量可達15788m3。

5.7 養護道路工程修復與新建設計

為保證治理區與外圍的聯通和綠化養護工作需要，設計對原礦區道路進行修復保留，設計為三級道路，依原有道路修復，路面寬3.0m，長755m，同時為了便于底盤區、中北部平臺區綠化養護及取水需要，在治理區南部居民點位置設計新建通往蓄水塘及中北部平臺的養護道路2條，總長262m，設計路面寬3.0m。修復與新建道路結構設計為2層，底層鋪設碎石，厚度為30cm，碾壓密實，上部覆蓋15cm厚度泥結石面層，壓實系數應大于0.97，形成泥結石路面并夯實。道路修復保留設計工作量為鋪設碎石約305m3。

5.8 安全防護工程設計

沿治理區北西側邊坡坡頂向外擴3m處設置水泥防護欄，防護欄商品砼規格為C30，防護欄間距為3m，規格為15cm（長）×15cm（寬）×210cm（高）；防護欄埋設時采用人工風鎬輔助機械方式開挖宕穴進行，宕穴規格為30cm（長）×30cm（寬）×30cm（新鮮基巖面以下）。防護欄施工流程為鑿巖—埋樁—混凝土澆筑；防護欄中間用帶倒刺的鐵絲網進行連接，鐵絲網采用方列網形式布置，橫向布置鐵絲8根，兩個防護欄中間布置豎向鐵絲15根。水泥防護欄總長807m，需宕穴269個，澆筑混凝土8m3，砼預制防護欄269根，螺紋鋼筋2421m，帶倒刺的鐵絲1614m2。

設計在蓄水塘南部設置一擋土墻+防護欄，擋土墻高0.8m，寬0.5m，擋土墻總長43m，共需砌石18m3。砼預制防護欄15根，螺紋鋼筋135m，帶倒刺的鐵絲90m2。防護欄外圍種植刺籬，種植間距為0.2m，需種植刺籬215株。

5.9 排水溝設計

為有效排除礦區匯水，沿養護道路設置排水溝，將治理區上方來水分別排至蓄水塘和治理區外圍，設計排水溝砌筑長度為320m。砌筑前開挖基槽，采用U型預制槽砌筑，砌筑前夯實基底、坡面，采用20mm厚M7.5的砂漿抹面。單個U型預制槽尺寸為0.5m（長）×0.6m（寬）×0.4m（深），共需U型預制槽640個。

5.10 標志牌工程設計

根據治理區實際情況，在治理區入口或便于進入地段、進入采場地段、蓄水塘周圍、高陡邊坡周圍設置安全警示標志，共布設10塊警示牌，提醒當地百姓遠離采場宕口等。

為傳播生態環境保護理念，示范礦山地質環境恢復治理經驗，設計在治理區進出采場道路處設立工程簡介標志牌1塊，采用巨形石灰巖塊石或預制砼塊，巨石高度1.0～1.5m，至少有一處豎直平面，平面面積不小于2m2。

5.11 礦山地質環境監測工程設計

通過對治理區治理工程進行監測，及時掌握治理區邊坡穩定情況和復綠效果的有效性，確保礦山地質環境治理的實施能得到較好的效果。本次設計共布設10個監測點，其中邊坡穩定性監測點7處，植被監測點3處。監測工作從礦山地質環境治理工程建設期結束，邊坡穩定性監測點每半月觀測1次，雨季半月2次；植被監測點每月觀測1次，雨季半月1次。

5.12 管護工程設計

治理工程結束后，后期的養護更為重要，養護時間為期2年，養護面積為7.34hm2，派專人對綠化邊坡及復墾林地進行必要的后期管理維護，管護內容包括澆水、施肥、病蟲防治、補種及后期苗木種植。

6 結論及預期效益

通過本項目的實施，①可消除崩塌等地質災害隱患，保障礦區周邊居民的生命財產安全，具有較好的減災效益。②可有效改善礦區的景觀環境和生態環境，消除視覺污染，具有較好的環境效益。③通過礦山地質環境治理后，提高了土地利用率，調整了土地利用結構，坡地宜林則林、宜草則草，使環境與經濟發展走上良性循環的道路，并有較好的社會效益和經濟效益。