涇縣陳園山“邊采邊治”礦山地質環境整治分析

［關鍵詞］礦山；地質；邊坡

露天環境下進行的礦山開采作業，會增加地質破壞性。以露天開采為視角，研究采、防的聯合整治措施，以此降低開采帶來的地質威脅。以涇縣陳園山項目為視角，地質防護中，防護成績為：土地整治、邊坡整平2.03×104 m2；防護墻設計，鐵絲編織網的防護用量約為5930 m2；項目全域地質監測，共設計8個監測點，每月監測3次，持續監測2年。此項開采地質防護，具有較強的環保性，表現出較高的技術推廣價值，可作為環保戰略，在業內廣泛使用。

1. 露天開采會帶來的地質惡化風險

1.1消耗較大數量的土地資源，受到開采破壞的土地資源，無法用于其他項目，致使初期生態秩序混亂。如果不采取有效的方法加以防治，會逐漸削弱土地經濟功能。

1.2開采活動會引起礦山邊坡發生失穩問題，極易增加地質災害的發生次數。

1.3開采形成的各類廢棄物，會削弱礦山區域的地質生態性。

1.4礦山開采會引起地質結構改變，采剝施工會削弱邊坡巖層的初期應力，轉變成次生應力環境。各類外因相互作用的情況下，引起邊坡巖層結構形變、結構平穩性不足等問題，演變成巖層散落、巖石滑落、巖體結構坍塌。如果發生氣候大幅度轉變，比如降雨量較大、地震區域較廣等，較高位置的邊坡會在重力影響下，發生更為嚴重的地質問題，比如泥石流、滑坡等[1]。

2. 開采后地質風險可采取的整治方法

2.1 場地修復

露天采礦的作業區域，對其進行場地修復整治工作，可采取回填底層區域的方式。回填材料的選用，多數為開采期間形成的廢料。回填高度的設定，需參照各礦區位置的地面坡度，保證礦區地質整體排水性能。場地修復方法如下：（1）露天臺階位置添加排水溝，便于排出礦區地表水，有效輸出臺階積水。（2）選用礦山開采形成的廢料，進行場地回填處理。各采礦表層全范圍以土覆蓋，覆土厚度取0.3 m。（3）回填土量主要參照廢棄礦渣的數量，采取由上至下按次序回填的作業方式，配合碾壓施工，保證回填質量，防止回填表層發生滲透。（4）地面坡度設計結果不可小于10°，保障礦區排水效果。

2.2 排土場整治

初期形成的排土場極易受到極端天氣的干擾，發生地質坍塌。礦區內形成的各類廢料，如果未加以有效排放，會削弱廢料存放的平穩性。需借助有效方法加以防治。（1）削坡整平。合理減少坡位高度，降低坡角，進行坡度削平處理。（2）邊坡防護。采取加固、支護等方法，增加邊坡平穩性。（3）坡面增加排水裝置，以此降低坡面侵蝕現象的發生概率。排土場地質修復需積極利用礦區內的表土，進行高效覆土處理。如果礦區內缺失可用表土，可選用環保型物料進行覆蓋處理[2]。

2.3 植被修復

露天開采項目會產生較大數量的廢料堆積問題，嚴重破壞礦區地貌，降低礦山的觀賞性，甚至威脅礦區內植被的生命力。對此問題，可在開采前期進行表土剝離處理，將表土存儲于客土區，待項目開采作業完工，進行表土回填。借助栽植工藝進行土壤修復，以造林方法提升栽植苗木的生命力，加以撫育管理，快速促使苗木成林，切實改善礦區地質生態。

3. 涇縣陳園山“邊采邊治”的地質風控實踐

3.1 涇縣陳園山開采項目概況

涇縣陳園山礦區位于安徽蘇嶺村，距涇縣40 km，礦區面積約為0.23 km2。礦區周邊交通體系較多，可保證礦區作業運輸的便利性。金豐企業于2011年獲得了礦區安全生產資質，主要從事地表剝離作業，同年12月產出礦石資源質量達到0.15×104 t，引起地表發生礦石風化問題，形成礦產資源損失問題，資源損失數量約為0.06×104 t。2012 年修建了礦山運輸道路，礦石使用量約為7700 t。2020年更新了采礦許可證：期限為2年；金豐企業生產能力26×104 t/年。礦區開采高度：露天作業形式的開采高度為+339 m。礦權圈定方案：露天采場區域內的現有礦石量約為302×104 t，礦石資源的采集回收比例約為98%，廢石混入礦石資源的比例為2%。開采方案如表1所示。

3.2涇縣陳園山開采項目周邊地質分析

（1）地勢高度差值大。采場礦區集中于皖南山區，植被豐富，地勢結構為南側較高、北側較低。地勢高度起伏性較大。最高點約為450 m，最低點約為117 m，高度差值達到333 m。（2）地貌溶洞多。礦區內地勢高度介于117 ～450 m，丘陵坡度處于20°～30°范圍內。地表巖溶整體狀態一般，含有多種溶洞，比如溶孔、溶溝等。

3.3礦山區域內的地質實況

3.3.1礦體特點

（1）Ⅰ號礦體特點：此礦體表現出層次性，部分位置有膨脹表現。礦體與地層的方向相同，均為北東走向，方位角度為45°，礦體表層延伸長度約為1280 m。此礦體可采取“綜合開采”方法，保障礦產資源的開發充足性。（2）Ⅱ號礦體特點：此礦體含有豐富的白云質大理巖，巖石品位約為：碳酸鈣占比52.5%。（3）Ⅲ號礦體特點：此層礦體主要位于Ⅰ號礦體上側，礦體外觀與地層特點相似，Ⅲ號礦體表層露出8 m，鉆孔期間礦體結構厚度約為3 m。

3.3.2地質構造

礦區內地層多為單層，地層外觀傾角約為60°。未發生較大區域的斷裂問題。部分位置發現了裂隙泉水。大理巖部分位置有密集裂隙，能夠演化成寬為1 m 的溶蝕溝，具有較強的透水性[3]。

3.4邊坡穩定性分析

3.4.1邊坡現狀

采礦區域內并未建立民用住宅，礦區周邊無重大景觀保護主體。礦區人為工程較少，僅有采礦項目，經濟效益創造能力欠佳。礦區內未見山體斜坡、邊坡結構失穩、地質滑坡等問題。

3.4.2露天采場情況

礦區內部的各處巖石風化厚度不足3 m，土層厚度較小、邊坡性能平穩。礦層頂部狀態優異。礦區內部地層呈現出單斜結構形式，地質結構較為簡單。采場區域邊坡、地層處于斜向相交狀態，滑坡災害形成概率較低。現階段建成的開采平臺：采礦平臺1的表面具有不規則特點，東西方向的長度約為120 m，南北方向的邊長約為84 m，平臺頂部高度約為310 m，臺階邊坡夾角約為42°；采礦平臺2的表層是不規律長條狀，長邊約為200 m，短邊寬度介于20～82 m。礦產采場區域的各邊坡結構，并未發生過崩塌、滑坡等問題。礦山有繼續開采任務，現有的露天邊坡并不是最終位置，此項目開采期間無須進行邊坡治理。

3.4.3礦區地質損毀情況

礦區地質現狀如表2所示。

結合表2內容可知：礦區各處形成的地質損毀問題較為嚴重，對周邊區域的林地生長、鄉道運輸、溝渠排水形成了一定影響。如圖1 所示，是案例項目治理前的地質情況。

3.4.4評價邊坡平穩性

礦區內地層結構較為簡單，地質體系具有簡易性。礦區道路邊坡高度不足10 m，坡度不足40°，巖體結構完整，平穩性優異。治理區域內邊坡項目，長時期處于裸露狀態，侵蝕作用下會破壞裸露巖層結構。灰巖極易發生水溶問題，礦區內降水量較高，會增加裸露巖層的侵蝕作用，削弱邊坡平穩性。為此，開采期間需加強裸露邊坡的整治處理。

3.5“邊采邊治”方案

3.5.1整治理念

（1）借助邊坡整治、輸水排水，可顯著排除潛在的地質風險，比如崩塌、滑坡等問題，積極消除礦區外側形成的地質危害，保證整治區域邊坡性能的平穩。（2）結合整治區內的實際情況，積極開展現有山體綠植的各項保護工作，消除環境受損問題，充分借助現有地形優勢，使用適應邊坡巖的工藝方法，積極整治邊坡，提升植被恢復效果。（3）依據整治區域的地理特點，加強礦區生態處理，保證地質開采、邊緣整治效果。（4）綠色礦山的整治戰略，有效改善整治區域的水土性能，保證綠色礦山的施工效果[4]。

3.5.2整治方案設計

（1）整治理念。整治區域內集中于既有道路、采礦場、土料運輸場等。礦山內部進行了采準、試施工各項工作，實際整治以運輸路線護坡為主，采取綠化整治方案，合理修建輸水、排水項目，合理規劃礦山區域內的輸水體系，增加輸水監測點。礦山開采期間構建功能完善的監測體系。礦區道路各分支路線的填方邊坡表現出陡峭性，需防止道路填方發生坡角滑塌問題，坡腳位置增設擋土墻，給予有效支護。結合治理區的發展情況、地質特點、區域內土料特點，綜合開展“邊采邊治”各項工作。

（2）邊坡綠化。對于整治區處于裸露狀態的邊坡巖層進行掛網處理，再添加土層進行綠化。邊坡區域與地面平行的截面大小約為1.55×104 m2，假設坡角為40°，邊坡規格為2.03×104 m2，邊坡面積等同于掛網。為保障覆土的工程防護效果，使用鐵絲網進行掛網處理。覆土厚度取值為0.3 m，土方需求量約為6089 m3。覆土后整平坡面規格約為2.03×104 m2，坡面整平后撒用草籽，草籽施用范圍約為2.03×104 m2。草種可選類型較多，比如毛豆、狗牙根等，此類草種具有較強的生命力。種草量為6 g/m3，種植使用的草籽質量約為121.79 kg。有效拌和種籽、肥料等物質，保證拌和的均勻性，獲得的拌和料進行均勻涂抹，保證混合料涂層厚度小于5 cm。

（3）截水項目。截水溝設計，需進行各項參數的計算，保證各處截水溝參數設計的合理。以案例項目其中一處截水溝為例，進行試算分析。參照案例項目所在地區的暴雨洪水計算方法，保證計算準確。洪峰流量計算方法如式（1）～（4）：

Qp 表示最大洪水的設計值（m3/s）；lp 表示最大洪水徑流系數，無單位；lp 表示區域內降雨強度的最大值（mm/h）;F表示區域內最大降水形成的集水范圍（km2）；PTp面表示在P頻率條件經過T時間長度的降水量（mm）;T表示降水徑流、匯聚的時間（h）；nop 表示最強降水的衰減系數，無單位；L表示降水成河的長度（km）;J表示降水的平均比降，無單位；x、y表示案例項目所在區域的匯流代表值。

依照1∶1000規格的地形圖，找出露天采場的山谷線、分水嶺等位置，圈出截水溝匯水范圍、河流方向。在河流方向沿線上，測定出水口、河流等位置與等高線的間距，分別標記為L1、L2……等，計算出河流長度高度的最大值與最小值，綜合給出截水溝長度，完善設計方案。

參照計算分析過程，在露天采場區域外側增設截水溝。截水溝的布設方案如表3所示。

Q表示排水項目的擬定流量，m3/s；A表示用于截斷降水河流的區域，m2；v 表示排水速度，m/s。v 的算法，如算式（6）：

R表示降水疏排的半徑參數，單位m，明渠內半徑最大值取0.2 m；I表示降水動力的坡降能力，無單位；n表示地質粗糙程度，無單位，多數情況n取值0.03，采礦區內取值為0.02，本文驗算時取0.02。

排水溝主要設計在礦區運輸路線內部、采場東側、辦公區域。排水項目使用塊石砌筑工藝，排水溝豎向斷面的設計方案，主要參照地形、地質等因素。為保證沖淤質量，參照原地形特點，引入較小比降參數進行排水設計，以此減少土方用量。排水溝內部的邊坡腳處增設植藤，依據1 m間隔種植方法，合理種植葛藤，長度需大于0.8 m，預計種植葛藤1670株。排水溝項目的工程量擬算結果如表4所示。

（4）擋土墻。礦區運輸路線表現出邊坡陡峭性，需有效防控道路填方發生滑坡、坍塌等事件，在坡腳處增設擋土墻給予有效支護。擋土墻設計用料以漿砌石為主，墻體高度最大值為3 m，墻體埋深參數為1 m，基底反坡施工角度為5°，墻頂部寬度取100 cm，擋土墻采取側面直立方式，面側邊坡角度設計為1∶0.4，廢料堆放區域的邊坡角度為1∶2。擋土墻近側增設一組排水孔，排水管徑110 mm。排水孔后側添加沙礫料過濾裝置，由墻體開始向外側逐一添加各類用料，用料添加方案為礫石、粗砂、細砂各添加20 cm。擋土墻防護項目的工程量擬算結果如表5所示。

（5）防護項目。在礦山周邊增設護欄，嚴禁外人闖入。護欄的設計方法，采取鋼管、鐵絲組合的防護形式，鋼管材料以鍍鋅材質為主，管外徑大小為60 mm，管壁厚度取3.5 mm，每米鋼管質量為5.12 kg，鋼管埋入地層深度為0.8 m。采取管錘直入的作業方式，地上預留1.5 m管長，鋼管間隔3 m。鋼管連接物質以鐵絲編織網為主，護欄長度設計約為3960 m。案例項目防護施工鋼管用量約為15.53 t，鐵絲編織網的防護用量約為5930 m2。增設警示牌10塊，牌面材質為鋁合金板，使用四組Φ76立柱鋼管。混凝土用料類型選擇C20。牌面顏色設計為白底、字體顏色為紅色[5]。

（6）防護監測。“邊采邊治”方案的關鍵在礦山監測，動態監測邊坡結構，掌握工程擾動情況，分析各因素對坡體產生的負面作用，及時反饋監測結果，便于工程給出技術指導。案例項目為保障地質災害的防控效果，設計8個監測點，監測點數量采取動態增加方式，結合現場實際情況規劃監測路徑。地質巡回監測方案：每月監測3次，持續監測2年，特殊氣象時期增加監測次數。如圖2所示，是案例項目治理后的效果圖。

4. 結論

（1）露天環境下進行的礦山開采作業，會嚴重威脅土地環境。加強礦山周邊環境整治，使其恢復合理的生態狀態，需采取“邊采邊治”方法，有效測定礦山開采區域的環境情況，選用有效措施加以修復，積極防控地質災害，保證礦產資源保護效果。案例項目共設8個監測點，每月監測3次，持續監測2年。

（2）案例項目經綠植防護、輸水項目、擋土墻多種措施，嚴格落實“邊采邊治”的地質風控方法，有效修復受損地域28.7616 hm2，以此逐步改善礦山地質生態。邊坡綠化中，草籽施工量達到2.03×104 m2，草籽類型較多，種草量為6 g/m3。輸水項目共設四條溝：兩條溝不足200 m，分別為155 m、133 m，一條溝344 m，一條溝492 m。同步施工了4條排水溝：長度分別為220 m、1650 m、10 m、20 m。擋土墻施工的工程量方案為：長106 m、頂寬1.0 m、底寬2.5 m、墻高3 m、挖土量為318 m2等。其他防護項目中，護欄共設3960 m。