老虎垅石灰巖礦老露采區地質環境治理與綠色復墾技術研究

李守愛

(安徽馬鋼礦業資源集團桃沖礦業有限公司)

發展綠色礦業、建設綠色礦山，真正實現資源合理開發利用與環境保護協調發展，已成為礦山企業發展的必然選擇[1]。因此，在綠色礦山建設過程中，要把建設綠色礦山的理念貫徹于礦山生產建設的始終，從礦產勘查、礦山規劃、建設、開采、選冶、加工，直至礦山閉坑、土地復墾和生態環境恢復重建全過程采用先進的技術設備，實施嚴格的科學管理，實現資源充分合理開發利用、保護環境、安全生產、社區和諧及礦業經濟可持續發展[2]。

近年來，國家、地方政府及政策研究部門在綠色礦山建設方面出臺了一系列政策法規，如國土資源部2017年發布《關于加快建設綠色礦山的實施意見》，安徽省國土資源廳于2018年發布《露天開采非金屬礦綠色礦山建設要求》，中國自然資源經濟研究院于2019年7月發布《綠色礦山建設評估指導手冊》，均有力地推進了國家綠色礦山的建設與發展。

礦山在綠色礦山建設過程應結合礦山生產實際，進一步科學制定復墾計劃，采取超前復墾等動態預復墾相結合的治理方法。為踐行“綠色礦山”建設的基本要求，礦山必須嚴格遵守“邊開采、邊治理、邊恢復”的原則，從源頭上做好礦產資源在開發過程中的地質環境保護，減少礦山地質環境問題“增量”；而對已經存在的露天礦山廢棄場地等工業區域，必須在地質環境災害治理的基礎上進行土地保護與綠色復墾，真正實現礦業綠色可持續發展。

基于以上分析，安徽老虎垅石灰巖礦擬對礦區東南角一處歷史遺留老露采區進行環境治理與土地復墾，在礦區地質環境、治理區水文地質條件及老露采區地質環境影響因素分析的基礎上，提出綜合邊坡削坡、平整場地、修筑截排水溝、客土噴播等多種技術相結合的環境治理與土地復墾方案，從而實現礦山的“邊開采、邊治理”式發展。

1 露天礦山現狀

1.1 區域地質環境

該區大地構造位于揚子準地臺(Ⅰ)、下揚子臺坳(Ⅱ)、沿江拱斷褶帶(Ⅲ)、安慶凹斷褶束(Ⅳ)東段部位，地層區劃為揚子地層區、下揚子地層分區、貴池地層小區。區內主要出露三疊系地層，褶皺斷裂構造不發育，巖漿活動弱。礦區內出露的地層主要為三疊系下統小涼亭組—三疊系下統分水嶺，其中分布最廣的主要為南陵湖組和分水嶺組，占據區內大部分。第四系主要分布于礦區北部山腳下。

礦區構造位置處于桃沖向斜中段的核部。礦區內該向斜軸走向105°～115°，軸面近直立，樞紐呈舒緩波狀，向南東東方向昂起，向北西西向傾伏，為一中等寬緩之向斜。礦區內，向斜核部最新地層為三疊系下統分水嶺組，兩翼由三疊系下統南陵湖組、塔山組地層組成，地層出露連續完整。礦區內斷裂構造不很發育，僅在礦區東側有桃沖橫向正斷層。

老虎垅石灰巖礦為以溶蝕裂隙為主的巖溶充水礦床。礦體出露地表，且位于當地侵蝕基準面+48.0 m以上，無蓋層，礦區地形有利于自然排水。礦床主要充水含水層，富水性弱—中等，地下水補給源為大氣降水，為水文地質條件簡單的礦床。

1.2 治理區地質環境

治理區位于礦區的東南側，主要位于三疊系下統南陵湖組下段(T1n1)和三疊系下統塔山組(T1t)；地層巖石質量好，巖體完整，巖石強度較堅硬，巖體質量屬Ⅲ類中等，巖體有利于邊坡的穩定。礦區東南部因受區域桃沖橫向正斷層的影響，向斜北翼地層產狀變緩，造成向斜往東兩翼地層產狀相差較大，軸向略向北偏扭，但總體上仍為一對稱向斜。治理區地層傾向北，傾角35°左右，所處區域巖溶不發育，距離礦區外圍西北的“觀音洞”溶洞較遠。

治理區的工程地質條件整體較好，有利于邊坡的穩定和治理工作的開展。

1.3 露天礦生產現狀

老虎垅石灰巖礦位于安徽省繁昌縣荻港鎮桃沖村境內，礦山采用露天開采，自上而下分臺階逐層開采，開采深度+235.80～+50 m，公路開拓汽車運輸。礦山2010年開始投產，年產60萬t，2016年對現有礦權范圍內進行技改擴建，設計建設規模為200萬t/a。

目前，礦山在采礦權范圍內形成了一個長約313 m，寬約184 m的山坡露天采場。采場頂部最高標高在采場的南部約為+196.50 m，底部最低標高約為+145 m，總高差約51.50 m，由南往北，從上到下，采場又大致分為+190 m、+180 m、+175 m、+160 m、+145 m 5個平臺，其中，+190 m、+180 m、+175 m、+160 m平臺已經開采結束；+145 m平臺為目前礦山主要生產水平。

2 地質環境分析

2.1 采場邊坡地質環境影響因素

+160 m以上靠幫邊坡臺階已于2018年進行了土地復墾工作，完成復綠工程平臺區面積約1 270 m2，邊坡區面積為2 357 m2。已復墾靠幫邊坡的平臺區復墾效果較好，植物生長狀況較好；邊坡區復墾效果較差，栽種的植物基本都未成活，采場靠幫邊坡復墾現狀見圖1。其中，已靠幫邊坡位于采場南端，分別為+160 m、+175 m、+185 m及+195 m平臺。已靠幫邊坡高度、坡度等參數均滿足原初步設計要求，邊坡總體坡度為40°，已靠幫邊坡裸露巖石無斷層褶皺等不穩定結構面無松散浮石，位于地質條件較好的三疊系下統塔山組(T1t)，邊坡無巖溶發育情況，目前狀態和條件下，邊坡整體穩定性較好。

圖1 采場靠幫邊坡現狀照片

靠幫邊坡平臺區已完成復墾。邊坡區依照原土地復墾方案應采用坡腳坡頂種植爬山虎的復綠方式，復墾效果差，植物成活率低。依據綠色礦山建設及主管部門相關要求，此種綠化方式已不能滿足礦山復墾要求。因此，邊坡區還需重新進行復綠。綜上所述，采場靠幫邊坡穩定無地質災害風險，但邊坡區需要重新進行復綠。

2.2 老露采區地質環境影響因素

老露采區南北長約185 m，東西寬約300 m，現呈現不規則的臺階，整體邊坡坡度約為35°，臺階平均高差約為15 m，臺階寬30～120 m不等，自然排水良好，區內未發生崩塌、滑坡等地質災害。該區占用土地面積4.556 8 hm2，其中平臺區面積為3.715 2 hm2、邊坡區面積為0.841 6 hm2，邊坡坡腳總長約為1 158 m，占用地類為采礦用地和有林地，損毀類型為挖損，損毀程度為重度。前期生產過程中，露天采場向老露采區西北側排放了約2萬m3廢石和表土；露天坑底為凹陷采坑，已變為淺水坑；老露采區邊緣處已自然復墾，邊坡區平臺及坑底尚未進行復墾。

老露采區邊坡堆排的廢石和表土整體邊坡角度35°左右，經雨水沖刷，局部邊坡存在崩塌、滑坡的潛在危險；由于廢石的排放，造成原連續臺階中斷，局部形成了一面坡的現象。因此，老露采區邊坡狀態為整體基本穩定，局部存在崩塌、滑坡的可能。老露采區尚未進行土地復墾工作，由于周邊為林地植被茂密，老露采區邊緣及局部平臺區已自然復綠。綜上所述，老露采區部分邊坡存在崩塌滑坡的地質災害風險，同時老露采區部分區域需要復墾。

2.3 治理與復墾原則

在“消除或最大限度減少視覺污染”的基礎上，遵循“合理利用、技術可行與經濟合理”的原則[3]，并結合原治理思路,對老露采區不穩定邊坡進行清坡卸載，使之與周邊地形自然銜接，并達到安全和綠化的要求，盡量減少對項目區內現有植被及已自然恢復植被的破壞。邊坡平臺通過植樹進行綠化[4]，對老露采區宕底進行平整后恢復為林地，完善地表排水系統，改善生態環境，開發利用土地資源。

3 綠色復墾綜合技術

由于老露采區邊坡處于基本穩定狀態，只需要進行清坡、場地平整、廢石回填采坑和復綠工程，因此在具體方案設計時，應對被采礦活動破壞的礦區地質環境進行恢復性治理。結合老露采區的實際情況，治理方案主要內容：根據設計對坡體進行清坡，局部邊坡進行削坡、修建或還原原始巖石臺階，場地整平復綠，修筑截排水溝、對堆土場進行開挖，利用削坡及清坡的廢石對宕口進行回填和整平。

3.1 地質環境治理

(1)清坡、削坡及修建臺階工程。老露采區由于廢石的排放，造成原連續臺階中斷，局部形成了一面坡，整體邊坡角度40°左右，經雨水沖刷，部分邊坡存在崩塌滑坡的潛在危險。為此，對老露采區采取清坡工程、削坡工程及修建臺階工程。

清坡工程主要為清理露天采場向老露采區排放的廢石廢土，還原老露采區原始臺階，工程量約20 000 m3。削坡工程主要對老露采區原始邊坡的風化層、局部陡峭不穩定區域削坡和清理，同時結合地形和臺面標高形成規則的臺階平臺，使老露采區整體邊坡穩定；削坡工程量約4 010 m3。

清坡、削坡過程中修建或還原臺階，平臺寬度取10 m；通過治理工程邊坡平臺與兩邊現有臺階進行自然銜接，最終形成4個臺階，標高分別為+160、+140、+128、+116 m(+116 m后被填平至+121.5 m)，形成規則安全的邊坡區、平臺區是老露采區后期復墾的基礎和安全保障。

(2)廢石回填、場地平整。老露采區底部存在凹陷坑，坑底不平且有少量積水。為了減少廢石排放，同時治理凹陷坑，邊坡清坡、削坡的廢石廢土回填至凹陷坑內。現狀條件下凹陷坑底底面標高為+116～+117 m，回填后凹陷坑底標高為+121.5 m。廢石回填坑底后對坑底、平臺場地進行平整，為后期復墾做好準備。廢石回填工程量共24 010 m3，場地平整工程量共14 153 m2。

(3)修建截水溝。為防止降水對綠化場地、坡面侵蝕沖刷，降低軟弱面強度，減少水土流失，確保植被正常生長，在老露采區邊坡上部外沿、平臺、凹陷坑外沿修建截水溝，將水引入治理區外。老露采區邊坡上部外沿截水溝延伸銜接至現有上山公路兩側的排水溝，具體位置視實際地形狀況而定。

根據蕪湖市降雨數據，按照中國公路科學研究所提出的經驗公式計算地表排水最大洪峰流量，得到截水溝最大流量為0.252 m3/s。根據地形、水溝的雨水流量和初擬縱坡，設計截水溝底寬0.6 m，水深0.5 m，梯形斷面，比降2‰，水溝采用200 mm厚的M7.5漿砌塊石砌筑。截水溝尺寸見表1。

表1 排水溝截面尺寸

(4)設置警示牌。在老露采區邊坡坡頂(+160 m)和坡底(+124 m)醒目位置樹立3個警示牌。依據《安全標志及其使用導則》(GB 2894—2008)，安全警示牌為600 mm×800 mm不銹鋼金屬材質，白邊藍底白字，內容分別為1個“注意邊坡”、2個“邊坡施工注意滾石”。

3.2 綠色復墾

復墾范圍為老露采區邊坡區、平臺區(含宕底)、靠幫邊坡邊坡區。老露采區局部自然復綠區域在地質環境治理的清坡與場地平整中損壞，需重新復綠；靠幫邊坡區復墾施工會破壞部分已復墾的平臺區的植被。因此，邊坡區復墾后需要對損毀的平臺區草地重新播撒草籽復綠。各復墾區面積為：老露采區邊坡區面積13 112.8 m2，靠幫邊坡邊坡區總面積2 362.2 m2，老露采區平臺區(含宕底)面積14 153 m2，靠幫邊坡邊平臺區損毀植被面積1 200 m2。

(1)老露采區平臺區。老露采區平臺區需進行覆土復墾，覆土厚度為50 cm，用于種植喬灌木及撒播草籽。該方案選用2 m3挖掘機裝載20 t自卸汽車運輸方式，包含有推土機推平內容，覆土后可直接進行植被恢復。覆土后對平臺場地進行平整并使平臺地面形成反坡，使得平臺匯集雨水流向坡腳的水溝，同時平臺前緣設置50 cm高的擋土堆。老露采區平臺區植被恢復采用種植喬木灌木，林間播撒草籽，喬木灌木株距2 m，共種植喬木、灌木3 538株，播撒草籽14 153 m2。

(2)老露采區邊坡區。老露采區邊坡區植被恢復采用直接播撒草籽方式復墾為林地，播撒草籽13 112.8 m2，復墾喬木與老露采區平臺區一致。為保證回填后的土壤能滿足復墾植被的生長需求，采用施肥改良的辦法提高土壤肥力。據現場走訪當地村民，復墾后，按每畝15 kg的定額施復合肥，每年施用兩次，連續施用3 a，提高土壤肥力。

(3)靠幫邊坡區。靠幫邊坡的邊坡區由于坡面坡度較陡且基礎為巖質基礎，2018年復墾時原復墾方式效果較差，針對高陡巖質邊坡的復墾經類比，設計采用客土噴播復綠方式。客土噴播是一項適合在貧瘠土及石質邊坡上進行植被建植的新型技術[5]。它通過特定設備，將種子、巖石綠化料、客土、保水材料、團粒劑、穩定劑混合后通過泵和壓縮空氣輸送噴射到坡面，并達到一定厚度以形成植物生長基質的一種噴播強制綠化種植技術。

客土噴播的工程材料中，基礎材料包括鋼筋(φ16 mm螺紋鋼及φ12 mm圓鋼)、鍍鋅鐵絲網、砂子、碎石、綁扎絲、水泥(32.5級)等；客土材料包括巖石綠化料、保水劑、粘結劑、有機復合肥、穩定劑、當地種植土、無紡布、混合草灌種子等。

客土噴播施工順序為：①清理邊坡，盡可能將坡面清理平整，工程量約118 m3；②測量放線，主錨桿間距為2.0 m，輔錨桿間距為1.0 m。首先使用水平儀及卷尺按縱橫間距2 m放點，確定主錨桿的鉆孔位置，然后在相鄰的主錨桿之中點上插補輔錨桿點位(圖2)；③錨桿施工包括鉆孔、植錨桿及注漿；④掛網施工，固草器采用φ2 mm×50 mm(孔徑)的編織網，網周采用掛網錨桿固定；⑤材料混合及攪拌，客土材料的混合組成有巖石綠化料、當地土料、有機復合肥、纖維等；⑥客土噴播以巖面掛網為基礎，通過機械將高營養有機質噴射到巖石表面，從而為巖石表面生長植物提供生養基礎；⑦綠化施工，在基層客土噴播的基礎上進行表層綠化噴播植草，主要將草籽混入噴播客土料里，再將混有草籽噴播料噴播至邊坡，噴播厚度約為2 cm；⑧養護管理加蓋無紡布，30～45 d后煉苗揭布。

圖2 錨桿放線測量布置網格圖

3.3 穩定性監測

針對“邊開采、邊治理”的治理區范圍，地質環境監測工程主要為邊坡穩定性監測，監測對象為老露采區治理后邊坡、采場靠幫邊坡；監測內容主要是監測邊坡是否出現變形及開裂等現象。監測方法采用簡易監測法，通過巡查、監視邊坡宏觀變形和前兆信息。監測頻次從開采期到閉坑后1 a，開采期每次爆破后進行監測，暴雨季節加強監測頻率，閉坑后每半月1次。邊坡穩定性監測點老露采區布置1個，靠幫邊坡布置2個。經近兩年的治理，治理區并未再發現明顯的滑坡、塌陷等地質災害。

4 結 論

(1)老虎垅石灰巖礦區內主要出露三疊系地層，褶皺斷裂構造不發育，為以溶蝕裂隙為主的巖溶充水礦床，水文地質條件簡單。治理區地層巖石質量好，巖體完整，巖石強度較堅硬，巖體質量屬Ⅲ類中等，總體工程地質條件整體較好。

(2)通過地質環境影響因素分析，發現礦區已靠幫邊坡裸露巖石無斷層褶皺等不穩定結構面，無松散浮石，靠幫邊坡區復墾效果差，植物成活率低；采場靠幫邊坡穩定，無地質災害風險，但邊坡區需要重新進行復綠。老露采區部分邊坡存在崩塌滑坡的地質災害風險，同時老露采區部分區域需要復墾。

(3)對被采礦活動破壞的礦區地質環境進行恢復性治理，治理措施包括對坡體進行清坡，局部邊坡進行削坡、修建或還原原始巖石臺階，場地整平復綠，修筑截排水溝，對堆土場進行開挖，利用削坡及清坡的廢石對宕口進行回填和整平。

(4)對老露采區邊坡區、平臺區(含宕底)、靠幫邊坡邊坡區進行土地綠色復墾，平臺區需進行覆土復墾及植被恢復，邊坡區采用直接播撒草籽方式復墾為林地，靠幫邊坡區采用客土噴播復綠，將種子、巖石綠化料、客土、保水材料、團粒劑、穩定劑混合后通過泵和壓縮空氣輸送噴射到坡面，并達到一定厚度以促進植物生長。

(5)對“邊開采、邊治理”區域進行地質環境的邊坡穩定性監測，采用簡易監測法監測邊坡是否出現變形及開裂等現象。經近2 a的治理，治理區并未再發現明顯的滑坡、塌陷等地質災害。