黃石地區露天礦山邊坡分類及其生態修復應用

易建濤， 遲風明， 孫 康

(湖北省地質局 第一地質大隊，湖北 大冶 435100)

湖北省黃石地區礦產資源豐富，鐵、銅、金、煤、石灰巖等是其優勢礦產[1]。礦產資源的開發利用為地方經濟發展和城市建設作出重大貢獻，但同時這些礦山大多采取露天開采方式，使得原本自然的山體被挖損，破壞了當地生態環境和自然景觀。特別是眾多廢棄的、政策性關閉的露天礦山具有大量邊坡，存在顯著的地質環境問題和安全隱患，亟需開展邊坡治理和生態修復。邊坡生態修復是礦山地質環境治理的重點和難點[2]，確定邊坡的類型及修復的難易程度是選定修復技術方法和測算造價的基礎。本文結合近些年來黃石地區礦山地質環境治理的工程實踐，對露天礦山邊坡進行分類并探討相應的生態修復方法，借此與同行交流。

1 露天礦山邊坡概述

黃石地區的露天礦山邊坡依據開采方式可分為規范開采型和不規范開采型[3]。規范開采型是指礦山生產過程中開采規范，按設計規范要求從上至下逐級開采形成多級臺階。不規范開采型是指礦山開采不規范，未按設計規范要求分臺階開采，往往形成“一面坡”或一兩級不規范完整的臺階。不規范開采型礦山形成的邊坡多數坡度陡(局部直立或形成倒坡)、臨空面大、卸荷裂隙發育，且未進行修坡和清理，因此地質災害隱患大，容易產生崩塌、滑坡、落石等地質災害。同時該類邊坡水土流失嚴重，植被難以生長，地貌景觀恢復難度大。此類不規范開采型礦山亟需開展生態修復治理。

據黃石市礦山統計資料顯示，區內共有395個露天礦山，其中石灰巖類露天礦山為289個，占比98.48%；這些露天礦山主要開采建筑用或水泥用石灰巖礦、方解石礦、飾面用石材等，少數為黏土礦、砂頁巖礦和金屬礦。因此黃石地區露天礦山邊坡絕大多數為露天采石場邊坡，少量為露天金屬礦邊坡、煤矸石邊坡等。

2 露天礦山邊坡分類

露天礦山邊坡依據分類原則、分類標準和分類目的的不同，有多種分類方法[4]。本文只討論五類對邊坡生態修復治理影響較大的分類方法，其他分類方法在此不再贅述。

2.1 按邊坡巖體巖性分類

(1) 土質邊坡。邊坡巖體為第四系殘坡積層(圖1-a)，主要由黏土、亞黏土、砂質黏土、粉質黏土、粉土等組成，厚度幾厘米—十多米，其中坡體厚度一般不超過2 m，坡腳厚度大。覆蓋層以下為強風化或微風化基巖，基巖局部出露。該類邊坡一般高度矮、坡度緩，生態修復的難度小、造價低。

a.大冶市原榮興石粉廠土質邊坡;b.黃石市原凱建材料廠巖質邊坡;c.大冶市原榮興石粉廠巖土混合邊坡；d.大冶市原燕山村石材廠整體狀結構邊坡；e.大冶市原寶勝灰石廠塊狀結構邊坡;f.黃石市成美建材廠層狀結構邊坡;g.大冶市原耀明石料廠碎裂狀結構邊坡；h.大冶市還地橋鎮紅峰村BP5散體狀結構邊坡圖1 黃石地區典型露天礦山邊坡照片Fig.1 Photographs of typical open-pit slopes in Huangshi City

(2) 巖質邊坡。露天采石場邊坡(圖1-b)巖體主要為灰巖、白云巖、大理巖等碳酸鹽巖類，次為泥巖、頁巖、砂巖、硅質巖等碎屑巖類；露天金屬礦邊坡巖體常為閃長巖、花崗巖、片麻巖等巖漿巖或變質巖。該類邊坡一般高度大、坡度陡，生態修復的難度大、造價高。

(3) 巖土混合邊坡。形成該類邊坡通常有4種情形：①早期邊坡滑塌堆積形成或者本是古老滑坡體；②在開采過程中因碎石土堆積形成；③因結構面極發育而形成，如斷層帶、大的裂隙帶，其表層風化帶中裂隙寬度大、切割深，土質易充填其中；④因溶隙溶洞發育并被充填或邊坡夾易風化軟質巖類等而形成。該類邊坡的巖體為土石混合結構，巖土比例不盡相同，一般分布于整個邊坡或邊坡的某一區域(圖1-c)。該類邊坡陡緩、高矮均有，生態修復難度也不盡相同，但一般小于巖質邊坡，通常需要分區治理。

邊坡治理難易程度、生態修復方法的選擇與巖體巖性密切相關，其中巖質邊坡一直是治理的難點，尤其是硬質巖類邊坡難度最大。

2.2 按邊坡巖體結構類型分類

(1) 整體狀結構邊坡。邊坡巖體地質類型為巨厚層狀沉積巖、巨塊狀巖漿巖和變質巖(圖1-d)，結構面以層面、原生節理、構造節理為主，多呈閉合狀。自然狀態下植被生長在該類邊坡凹陷、小平臺及微地貌發育處。

(2) 塊狀結構邊坡。邊坡巖體地質類型為厚層狀沉積巖、塊狀巖漿巖和變質巖(圖1-e)，發育少量貫穿性節理裂隙，存在少量分離體。自然狀態下植被發育在該類邊坡凹陷、小平臺、裂隙發育處及微地貌發育處。

(3) 層狀結構邊坡。邊坡巖體地質類型為多韻律薄—厚層狀沉積巖、副變質巖(圖1-f)，發育層理、片理、節理，常有層間錯動。自然狀態下植被除能在該類邊坡凹陷、小平臺、裂隙發育處及微地貌發育處生長外，還能在巖體結構面生長，尤其是夾薄層泥質的軟弱結構面。

(4) 碎裂狀結構邊坡。邊坡巖體為受構造、巖溶等影響形成的破碎巖層(圖1-g)，斷層、裂隙、節理、片理、層理十分發育，發育較多分離體。該類邊坡進行爆破作業時往往爆破效率不高。自然狀態下植被主要沿巖體結構面生長。

(5) 散體狀結構邊坡。邊坡巖體為斷層破碎帶、強風化帶、全風化帶或人工堆積的土石料、廢渣等(圖1-h)。自然狀態下植被生長不受地段限制。

從邊坡生態修復的角度來看，巖體結構面越多、裂隙張開寬度越大越有利于修復。

2.3 按邊坡坡度分類

按照邊坡坡度≤30°、30°～45°、45°～75°、75°～90°、>90°，可將邊坡劃分為緩坡、斜坡、陡坡、急(直立)坡、倒坡五種類型。

穩定的表土層是植被生長發育的基本條件，而表土層能否穩定地上覆于邊坡坡面之上，與坡角有直接關系。在各種自然力作用下，邊坡坡面極易產生表土流失，坡度越大流失越容易。與此同時，邊坡坡度的陡緩直接關系到生態修復的技術選用和難易程度，尤其坡度>75°的邊坡是生態修復治理的難點。

2.4 按邊坡坡向分類

(1) 順向(層)邊坡。邊坡坡向與巖層走向垂直，與巖層傾向一致。該類邊坡的坡面通常平整、光滑，摩擦力小，微地貌不太發育，土壤難以駐留，植被根須難以深入。由于客土噴播后容易滑塌，因此該類邊坡生態修復難度較大。

(2) 反向邊坡。邊坡坡向與巖層走向垂直，與巖層傾向相反。該類邊坡的坡面通常凹凸不平，摩擦力大，微地貌較發育，土壤容易駐留且植被根須易深入層間結構面，特別是泥質夾層等軟弱結構面對生態修復較為有利。

(3) 切向邊坡。邊坡坡向與巖層走向相交。該類邊坡同反向坡相似，對治理修復亦較為有利。

(4) 直立邊坡。邊坡坡向與巖層走向垂直，巖層產狀直立。該類邊坡的治理難度大。

總體上看，順向(層)邊坡和直立邊坡生態修復難度大。工程實踐經驗表明，即使是坡度<55°的順向坡，采用噴播工藝也常常出現噴播基質垮塌、流失現象，治理效果不佳甚至最終失敗，但如果巖面裂隙較發育或張開度較大則情況稍好。

2.5 按邊坡坡高分類

在邊坡坡高分類體系中，不同行業的分類標準有所差異，如國家標準《非煤露天礦邊坡工程技術規范》(GB 51016—2014)[5]將≤100 m的邊坡劃分為低邊坡；國家標準《金屬非金屬礦山安全規程》(GB 16423—2020)[6]將開采高度≤50 m的礦山定義為小型露天采石場。在實際的邊坡生態修復過程中，邊坡坡高的分類應綜合考慮治理難易程度、材料的二次運輸、設備的最大參數、臨時道路的修建等因素。相對而言，姜德義等[7]提出的邊坡坡高劃分標準更適用于邊坡生態修復工作，即坡高>100 m的為超高邊坡，坡高介于50～100 m的為高邊坡，坡高介于20～50 m的為中高邊坡，坡高≤20 m的為低邊坡。邊坡高度對技術方法的選用影響不大，主要對施工的難度和造價有較大影響。

2.6 治理形成的最終邊坡

邊坡生態修復過程中往往會先進行削方、降坡處理，當然是否進行削方要充分考慮邊坡穩定性、重要設施(如輸變電線路)、道路、墳地、地界、公益林等各種因素的影響。削方后最終邊坡的類型會發生轉變，如巖質低邊坡經整形后上部覆蓋層較厚，可能會轉變為土質或巖土混合邊坡；某些土質邊坡由于整體削方，會轉變為巖質邊坡。

3 露天礦山邊坡生態修復難易程度

綜上所述，巖質、整體狀和塊狀結構、陡坡及以上、順層坡、高及超高邊坡生態修復難度大。根據現狀邊坡的巖體巖性、巖體結構類型、坡度、坡向、坡高的組合關系，可大致劃分邊坡生態修復治理的難易程度(表1)。

表1 邊坡生態修復難易程度分類表Table 1 Classification table of difficulty degree of slope restoration and treatment

4 露天礦山邊坡分類的應用

對于易治理型邊坡，應以自然修復為主，也可采取撒播草灌木種籽、植樹等簡易方式進行修復。對于較易治理型邊坡，可采取撒播草灌木種籽、植生毯、液力噴播等低成本方式進行修復，部分可采取自然修復方式。對于較難治理型邊坡，應采取以客土噴播(又稱噴混植生)為主的修復方式，其中包含從客土噴播工藝中衍生發展出的高次團粒噴播、植被混凝土、HSS噴播等噴播工藝；另外臺階式植樹和爬藤相結合的修復方式也是較合適的選擇。對于難治理型邊坡，可采取植生槽(又稱飄板、飄臺)、植生孔、植藤結合削方降坡與框梁等方式進行修復，也可采用一些抗沖刷能力很強的噴播工藝，如在噴混植生工藝中加入水泥，在坡面已有框梁、錨墩或設置擋土翼(板)的情況下采取噴播工藝。在實踐過程中發現，整體狀和塊狀結構順層邊坡的巖石較完整，植被根須難以深入，例如圖1-b所示的順層超高巖質邊坡，巖層順層陡傾(最高高差150 m，坡度50°～75°)，一坡到底，坡面摩擦力小，土壤無法駐留，對修復治理極為不利，因此對于該邊坡采取以植生槽為主的修復方式[8]。但黃荊山南麓某近垂直巖質低—中高邊坡[9]的巖層為薄層狀結構，夾薄層狀泥質，植被根系能深入，采用噴混植生(其工藝中采取掛二層網，配料中加入水泥、草纖維、黏結劑)后卻取得了良好的修復效果。因此，凹凸不平的微地貌及結構面對生態修復有利，修復治理的難易程度有時也是相對的，針對具體情況需具體分析。

當前，露天礦山邊坡生態修復治理的費用高昂，中大型礦山的治理費用動輒上千萬元，小型礦山也要上百萬元。不同的邊坡生態修復工藝有不同的單價，從每平方米幾十元到上百元不等。即便是同樣的工藝，也因所采用材質的不同而價格不同，例如噴播綠化工藝有高次團粒、植被混凝土、有機質、客土、液壓等多種，造價相差很大。

在邊坡生態修復具體實踐中，應充分考慮邊坡特征、技術方法可行性、工程造價合理性等因素，針對性選擇合適的修復治理技術，以達到生態修復治理效果和經濟性的協調統一。例如對于(近)直立邊坡一般采取植生槽、植生孔、植藤等方式進行修復，但造價較高；也可以只在周邊栽植樹木、爬藤任其生長，最終呈現懸崖峭壁的“垂直之美”，造價就低得多，但兩種方法都能達到修復治理效果。再如對于坡度<75°、坡面非光滑、巖體裂隙發育的巖質邊坡，采用客土噴播(噴混植生)工藝可實現較好的綠化效果，但造價較高；而當邊坡坡度處于45°～70°時，采用客土噴播工藝進行生態修復的經濟效益就高得多[10]。

綜上所述，不同類型露天礦山邊坡的生態修復難易程度不同，在對邊坡進行穩定性評價后，應本著技術可行性、經濟合理性、施工便利性原則，因地制宜地設計一坡一策或一坡多策，選用適宜的生態修復治理方法。

5 結語

(1) 黃石地區露天礦山邊坡眾多，根據現狀邊坡的巖體巖性、巖體結構類型、坡度、坡向、坡高的組合關系，將邊坡分為難治理型、較難治理型、較易治理型、易治理型，其中不規則開采型、巖質、整體狀和塊狀結構、陡坡及以上、順層坡、高及超高邊坡的生態修復難度較大。

(2) 不同類型邊坡的修復特點及其難易程度不同，應本著技術可行性、經濟合理性、施工便利性原則，因地制宜地制訂生態修復治理方案，以達到修復效果和經濟性的協調統一。