信陽市靈山坡水泥灰巖礦礦山生態環境修復治理研究

周小雨，王少輝，崔毅斌

（1.河南省地球物理空間信息研究院，河南 鄭州 450000； 2.河南省地質物探工程技術研究中心，河南 鄭州 450000）

河南省信陽市浉河區靈山坡礦區水泥灰巖礦開采礦種為水泥用石灰巖，生產規模206.96萬t/a，礦區面積2.903 8 km2，開采深度在標高+273～+105 m。礦區內共提交了水泥用大理巖礦、建筑用花崗巖礦、建筑用片麻巖礦和建筑用大理巖礦共4個礦種。采用露天開采方式，公路開拓汽車運輸方案，自上而下臺階式開采。開采過程中，原有的地質環境條件遭受了極大破壞，坡壁和采場底部基巖大面積裸露、采場底部堆積著大量廢石棄渣、區內植被受到嚴重破壞等[1]。根據當地政府要求礦產資源開采的同時，進行生態系統修復，盡最大可能緩減礦山開發與環境保護之間的矛盾[2-4]。

本文通過地質環境綜合調查，查明了礦山開采對周邊環境影響的范圍，確定了礦區地質環境評估面積，查明了礦山巖土體結構、水文地質條件，工程地質條件；地形地貌條件及破壞的嚴重程度；分析了現狀地質災害體的危險性，預測了地質災害發生的可能性及危害程度；討論了礦山生態環境修復治理方案[5-10]。因地制宜地推進礦山生態地質環境綜合治理，為礦山生態環境修復提供參考。

1 礦區地質概況

礦區位于桐柏—大別復背斜帶南翼，區內地層受區域構造的控制，為倒轉層序，地層產狀多變，小型褶皺、斷裂構造較為發育。

礦區出露地層以上古元界肖家廟巖組二段地層為主，為一套副變質巖（變碎屑巖），大致分為四個巖性層，自下而上依次為：白云斜長片麻巖層，下部夾數層大理巖透鏡體，是區內的次要含礦層；大理巖夾斜長角閃片麻巖層，該層厚度較大，分布范圍較廣，是區內主要含礦層；大理巖層，上部為薄層狀白云質大理巖，該層厚度較小，出露范圍有限，是區內的次要含礦層；斜長角閃片麻巖層，該層基本不含礦。

2 工程地質條件

從礦區現有眾多的開采工作面上可見其邊坡角一般70°左右，高10～20 m，仍較穩定；按照本礦床采用工業指標要求開采邊坡為55°，接近或小于現有工作面邊坡角。受個別不利結構面影響（傾向采場的節理裂隙面），局部可能會出現小方量基巖崩塌或滑坡。

礦區內的大理巖，礦石的結構為中粒—粗粒變晶結構，礦石構造以塊狀構造為主。巖石堅硬完整，抗壓強度高，顆粒固結緊密，顏色白色—灰白色，含有一定量夾石，穩固性好，有利于露天開采。礦區內的角閃斜長片麻巖、白云斜長片麻巖和變粒巖，巖石較堅硬，較完整，抗壓強度較高，局部因礦物成分變化而含軟弱夾層及軟弱結構面，總體穩定性較好。礦區內的花崗巖，巖石較堅硬，較完整，抗壓強度較高，總體穩定性較好[11]。

據礦體與圍巖的組合關系分析，采場邊坡采用55°邊坡角為穩定邊坡，對于順層的邊坡采用地層傾角為邊坡角，穩定性良好，故露天開采的邊坡穩定性較好[12]。

3 礦區開采現狀及環境影響評估

3.1 礦山現狀

全礦區總的生產規模為206.96萬t/a，主要為露天開采，生產建設規模均為大型。全礦區共劃分為一采區、二采區、三采區、四采區4個采區（圖1）。其中，二、三采區采礦活動均已停止，已作為排渣場使用且已復墾復綠；一、四采區為該礦山目前生產采區，其中一采區已形成公路開拓汽車運輸系統，采場內臺階高度為15 m，目前已形成145、160、175、190、205、215 m共6個臺階，臺階坡面角為70°～75°；二采區已形成公路開拓汽車運輸系統，采場內臺階高度為15 m，目前已形成205、215 m共2個臺階，臺階坡面角為75°。

圖1 礦山開采現狀影像Fig.1 Image of mining status

3.2 礦區環境影響評估

3.2.1 評估范圍

根據礦山地質環境調查與開發建設方案，此次評估將礦區范圍與礦區外工業場地作為評估區范圍，礦區面積290.38 hm2，工業場地面積23.55 hm2，評估區面積313.93 hm2。并將評估區場地類型劃分為露天采場、預測露天采場、工業場地、臨時表土堆場、臨時廢石場、廢石場、礦山道路和評估區其他區，各區面積見表1。

表1 評估區各場地面積Tab.1 List of site areas in the evaluation area

3.2.2 礦山地質災害危險性現狀評估

通過野外調查及訪問，評估區內現狀條件下未發現崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、不穩定斜坡等地質災害。未發生因災情引起的人員傷亡及經濟損失，地質災害危險性分級為小，現狀條件下地質災害對礦山地質環境影響較輕[13-15]。

3.2.3 地形地貌景觀破壞現狀評估

（1）露天采場。據現場調查，一采區露天采場位于工業場地的西南部，露天采場呈橢圓形長軸長484 m，采場邊坡高度可達87.3 m，坡度約75°，規模大，破壞面積為14.83 hm2，每個平臺邊坡高度為15 m，平臺寬度為4 m，邊坡角為70°，邊坡為逆向坡，穩定性較好。四采區露天采場位于礦區的西部，破壞面積為3.29 hm2，露天采場呈不規則狀長222 m，寬146 m，采場邊坡高度32 m，坡度約70°，邊坡巖石部分地段較破碎，其穩定性差。采場整體挖損深度大于0.4 m，表土層全部破壞，土地損毀程度為重度[16]，如圖2所示。

圖2 礦區地形地貌破壞現狀Fig.2 Damage status of landform in mining area

（2）表土堆場。位于一采區東北角，主要用于表層土剝離時的表土堆放，表土堆場長260m，寬70～160 m，表土厚度可達8 m，局部含少量碎石，占地面積為1.58 hm2，壓占時間大于5年。地表原植被主要是灌木與雜草，全部壓占，土地損毀程度為重度[16]。

（3）臨時排渣場。位于二采區采坑內，二采區目前不再開采，現場已形成坑深15 m，長度286 m，寬度213 m，破壞面積為3.82 hm2，壓占時間已經大于5年。地表主要是含碎石黏性土，地表原植被主要是灌木與雜草，林地區域表土層厚度一般0.4～1.5 m，全部壓實板結，土地損毀程度為重度[17]，如圖3所示。

圖3 排渣場占壓土地類型Fig.3 Type of land occupied by slag dumping site

（4）工業場地。位于礦區的東北側，占地面積為23.55 hm2，主要用于辦公、住宿、產品加工等。土地損毀方式主要為壓占，壓占時間已經大于5年，表土層厚度可達1.0～3.0 m，地表全部壓實板結，土地損毀程度為重度[17]。

（5）礦山道路。礦山目前有2條礦山運輸道路，一條用于一采區運輸使用，長約4 km，寬約4 m；一條用于四采區運輸使用，長約459 m，占地面積為1.57 hm2。道路內側切坡較少，損毀方式主要是壓占，壓占時間已經大于5年。地表原植被主要是灌木與雜草，林地區域表土層厚度一般0.4～1.5 m，全部壓實板結，土地損毀程度為重度[16]。

4 礦山生態環境修復討論

4.1 地質災害防治

地質災害防治主要是進行危巖體清除，防治崩塌災害。為保證坡面上巖石完整性，避免增加裂隙，采用風鎬開挖石方方式削坡清理危巖體，削坡后邊坡角要小于開發利用方案設計坡角70°，不能有松動巖石。清除方式采用風鎬開挖，產生石渣修建擋土墻利用。預計清除危巖體4 000 m3。

（1）當臺階工作線臨近最終邊坡時，進行預裂控制爆破，確保最終臺階坡面及邊幫巖石的完整性與穩定。遵循“采剝并舉、剝離先行”的原則，禁止一面墻式開采及掏底開采。

（2）在開采過程中，定期檢查邊坡，不穩定地段在暴雨過后及時檢查，發現工作面有裂痕，或者在坡面上有浮石、危石可能塌落時，及時清理。對裂隙帶附近，要特別引起重視，發現問題及時處理。

（3）礦區內已形成的高陡邊坡在礦山開采前進行削坡處理，撬除危巖。

（4）開采境界周圍2 m范圍內，清除可能危及人員安全的不穩定巖石等，邊界上覆蓋的松散巖石層厚度超過2 m時，對其進行削坡至70°。

4.2 地形地貌景觀修復

4.2.1 露天采場治理工程

（1）廢渣清理回填。采場周邊臨時堆放的廢渣，占壓土地，破壞地形地貌景觀，引發水土流失。針對治理區廢渣分布和現狀地勢，對廢渣進行部分清理，清理廢渣7 600 m3。同時充分利用區內現有土壤資源，剝離表土集中存放，留作生物工程用土；不足部分按指定區域挖運與生態恢復[18]。

（2）砌筑擋土墻。沿各平臺外側邊緣與內側邊坡腳砌筑漿砌石擋墻，擋墻橫斷面為矩形。巖石平臺上擋墻高度1.0 m，寬度0.6 m，基礎落在平臺基巖上，外側擋墻距離平臺外緣0.2 m。內側擋墻距離邊坡腳0.3 m，與邊坡共同構成排水溝，使雨水沿溝流向平臺兩端后，沿山坡自然流出。巖石平臺與邊坡治理斷面如圖4所示。

圖4 巖石平臺與邊坡治理剖面Fig.4 Treatment section of rock platform slope

擋土墻材料為M10漿砌片石，片石極限抗壓強度不低于50 MPa，間隔5 m設置1道伸縮縫，伸縮縫寬度2 cm，墻后不設反濾層。平臺內側擋墻墻腳間隔10 m留邊長10 cm的正方形泄水孔。根據擋墻長度與斷面積計算共需要漿砌石擋墻10 551 m3。

（3）平整廢渣。采坑底部平臺105 m，后期將作為廢渣場，回填高度為120 m，回填廢渣后對廢渣進行平整，表面起伏小于15 cm。平整方式利用挖掘機挖高填低，并刮平，根據回填廢渣量估算，預計需要機械平整廢渣8 485 m3。

（4）排水溝工程。在采場臺階平臺和底部平臺120 m四周設置排水溝，匯水面積為0.40 km2；排水溝斷面為梯形，與道路兩側修建，斷面尺寸為頂寬0.7 m，底寬0.5 m，深0.5 m，溝壁厚0.3 m，過水斷面面積0.3 m2；排水溝采用M7.5漿砌石砌筑，沿長度方向每隔15～20 m或地層變化處設置一道變形縫。變形縫從頂到底貫穿整個排水渠，縫寬2～3 cm，縫內用瀝青麻筋或瀝青木板堵塞即可，如圖5所示。

圖5 梯形排水溝Fig.5 Trapezoidal drain

4.2.2 工業場地治理工程

對工業場地內簡易房屋進行拆除，拆除清理建筑物后，就可以直接實施復墾工程。需要機械拆除房屋3 000 m2。對產生的混凝土廢渣，直接運往采場回填低洼處，預計需要汽車清運廢渣1 200 m3，運距300 m。

4.2.3 廢渣場治理工程

（1）砌筑擋渣墻。沿平臺外側邊緣砌筑漿砌石擋墻，擋墻橫斷面為矩形。擋墻高度1.8 m（擬回填廢渣0.5 m與覆土厚度0.8 m），寬度0.6 m，基礎埋深0.5 m。擋墻材料為M10漿砌片石，片石極限抗壓強度不低于50 MPa，間隔5 m設置1道伸縮縫，伸縮縫寬度2 cm，墻后不設反濾層。預計修建漿砌石擋墻120 m，根據擋墻長度與斷面積計算需要漿砌石擋墻163.8 m3。

（2）平整廢渣。對廢渣進行平整，表面起伏應小于15 cm。平整方式為利用挖掘機挖高填低，并刮平，根據回填廢渣量估算，預計需要機械平整挖廢渣1 120 m3。

4.2.4 修筑道路

為方便植物管護與農業生產，需要留設道路，因此在露天采場各平臺與邊坡上部分區域修筑道路與采場周邊道路連通，方便生產通行，道路寬3 m，混凝土路面厚0.20 m，碎石路基厚0.30 m。需要修筑長度約100 m。

4.3 礦區土地復墾

4.3.1 露天采場土地復墾

擬開采場范圍內可剝離表土面積為104.43 萬m2，土壤厚度0.6～2.5 m，預計可以剝離93.99萬m2，表土751 920 m3。為了促進植物根系生長，在平臺上部先鋪墊厚0.4 m碎石土再覆土0.6 m，可利用治理區廢渣，覆土方量648 060 m3。對采場平臺與渣土邊坡栽植側柏。側柏胸徑2.0 cm左右，帶土球，坑穴為圓形，直徑0.5 m，深度0.5 m，株行距2.0 m×2.0 m。株行距2.0 m×2.0 m—2.5 m×2.5 m交叉種植。根據植樹場地面積與栽植密度計算，預計需栽植側柏27 775株，茶樹采用株行距3.0 m×3.0 m，茶樹98 057株。沿各平臺內側邊坡腳栽植1行爬山虎綠化邊坡，地徑約1 cm，坑穴規格0.3 m×0.3 m，需栽植爬山虎78 033株，如圖6所示。

圖6 采場臺階綠化剖面Fig.6 Section of stope steps greening

4.3.2 廢渣場土地復墾

廢渣場復墾單元面積為1.88 hm2，復墾方向為有林地。廢渣回填平整后，場地平坦，可以直接實施復墾工程，需要覆土11 280 m3。栽植側柏，側柏胸徑2.0 cm左右，帶土球，坑穴為圓形，直徑0.5 m，深度0.5 m，株行距2.0 m×2.0 m。共需栽植側柏4 700株，如圖7所示。

圖7 植樹平面及剖面Fig.7 Plane-planting and section drawing

4.3.3 礦山道路兩側綠化

礦山道路復墾單元面積為1.48 hm2，復墾方向為農村道路。覆土量為0.22 m3/穴，需要覆土22 m3。道路兩側土層厚度大于0.6 m，可以直接栽植側柏綠化。側柏胸徑為2 cm，帶土球，植樹坑穴規格為0.6 m×0.6 m，株距為2.0 m，共需栽植側柏100株。

4.3.4 表土堆場復墾

表土堆場復墾單元面積為2.29 hm2，復墾方向為有林地。表土堆場下方已經設置漿砌石擋墻，可以直接利用，環境治理工程中也已經布置截水溝工程，其他各場地取土后，剩余表土厚度大于1.0 m，取土后保持場地平緩，可以直接復墾綠化，因此僅部署臨時復綠土壤防護、植樹綠化工程即可。表土堆場復墾前后對比如圖8所示。

圖8 表土堆場復墾前后對比Fig.8 Comparison of topsoil yard before and after reclamation

5 效益分析

通過礦區邊坡整治、危巖清理、回填平整、道路工程、排水和綠化工程的實施可減少地質災害的發生及生態地貌的破壞、 提高土地利用率、 美化環境，減少因礦渣堆放等引起的揚塵，避免堆積物氧化造成大氣質量惡化，有效地改善治理區環境現狀。進一步改善當地居民的生產生活條件、提高土地利用率和農業生產效率。同時，有助于緩解礦業開發與環境保護之間的矛盾，適應經濟社會可持續發展的戰略要求。

6 結語

通過對礦區地質環境現狀調查，查明了礦山地質環境現狀以及存在的地質環境問題，開展礦山地質環境影響的評估，討論地質環境恢復治理方法，采取措施開展生態地質環境治理，得出以下認識。

（1）該礦山地質環境影響評估區面積為313.93 hm2，評估區重要程度為重要，礦山生產建設規模為大型，地質環境條件復雜程度為復雜。礦山地質環境影響評估級別確定為一級，地質災害危險性評估級別為一級。

（2）經礦山地質環境現狀評估，一采區露天場、四采區露天場、臨時表土堆場、臨時廢渣場為礦山地質環境影響嚴重區；工業場地、礦山道路為礦山地質環境影響較嚴重區；已復墾區、其他區礦山地質環境影響較輕區。

（3）區內現狀評估地質災害危險性小。預測評估地質災害認為：預測露天采場引發、加劇崩塌、滑坡的可能性中等，危險性中等；臨時表土堆場、臨時廢渣場引發崩塌、滑坡、泥石流的可能性中等，危險性中等，加劇崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，危險性小；工業場地、礦山道路、已復墾區、評估區其他區引發、加劇崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，危險性小；礦山工程遭受崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，危險性小。

（4）礦山地質環境保護與治理工程主要是清理危巖體、修建擋墻、截水溝、拆除清運建筑物、回填平整廢渣、修建采場內農村道路等，對地質災害、地形地貌景觀破壞與水土污染情況進行監測。復墾工程主要是表土剝離、覆土、綠化、管護等。