矿山露天采场治理恢复技术研究及应用

孙 伟，任 鹰，王 议

(中国地质环境监测院，北京 100081)

矿山露天采场治理恢复技术研究及应用

孙 伟，任 鹰，王 议

(中国地质环境监测院，北京 100081)

本文对国内外矿山露天采场治理及植被重建技术进行了较全面的分析，说明了各种技术的适宜条件、施工工艺、优势和不足之处，并介绍了立体多层遮附式裸岩覆绿新技术的应用实例，对开展矿山露天采场工程治理和生态恢复重建具有一定的指导作用。

矿山; 治理恢复; 技术; 应用

露天开采作为矿山主要的采掘方式，与井下开采相比，缩短基建时间，提高劳动效率、降低开采成本，当矿床赋存条件对开采方式不限制时，成为矿山开采的首选方式。在我国，露天开采约占铁矿总开采量的90%、有色金属矿总开采量40%、建材非金属矿总开采量90%以上。由于露天开采直接剥离矿体之上的植被、土壤和岩石，在地表形成面积几十至几百平方公里、深度达数十米或几百米的露天采坑，对矿区环境的影响更直观，严重破坏植被，造成水土流失和引发崩塌、滑坡等突发性地质灾害，已成为矿山环境恢复治理的重要对象[1]。

矿山露天采场的治理重点主要为不稳定边坡和露天采坑，其治理恢复主要包括工程治理和植被恢复重建两个方面[2]：

1 工程治理

1.1 危岩及不稳定边坡治理

人工开采形成的高陡边坡一般很难恢复治理到其原始地形地貌形态，在进行景观恢复治理时，应与区域地形地貌相融合，人造景观与区域大环境相协调。

高陡边坡的治理首先应对不稳定岩土进行卸载，再进行边坡抗滑加固。主要目的是卸载、清除不稳定岩土体，提高边坡稳定性，消除崩塌、滑坡等突发性地质灾害隐患，改善视觉效果，恢复生态功能。目前，国内在露天采场高陡边坡治理中应用较成熟的技术有锚固、坡面喷砼、坡面彩色喷涂和边坡塑造等[3]、[4]。

锚固法：采用应力锚索、长锚杆、抗滑桩、挡土墙等，将易滑、存在裂隙的岩土体固定于坡面的方法。该方法适宜于岩体相对较完整的岩质坡面，其优点是能快速稳固边坡，减少卸载量，但治理成本高，治理工程复杂、难度大。具体施工时应在现场详细勘查的基础上，进行坡面稳定性评价，根据坡面应力分布特征，制定锚杆、抗滑桩和挡土墙等的布设方案[5]。

坡面喷砼：利用混凝土粘结性能护坡的方法。适宜于松散、破碎的土质坡面，其优点是治理成本较低，工艺简单，但不适宜于陡直的高度大的坡面。具体施工首先注意混凝土配合比例、喷射顺序、喷射速度、工作风压、喷射角度和喷射厚度等。

坡面彩色喷涂：利用彩色涂料或雕塑造型装饰美化边坡的方法。该方法适用于断面较平整，坡面陡立的、稳定性好的岩质边坡，主要应用在重要交通干线沿途可视范围内，城市周边及风景名胜区内的露天采场治理。由于设计形式不拘一格，而且能在短时间内达到美化环境和改善视觉效果的目的，曾被广泛采用。但此方法存在治标不治本的缺点，喷涂效果很难长久保留，经长期风化退色或脱离剥落易造成二次景观破坏，使之与周边环境更不协调，没有达到长久治理目的[6]。

边坡塑造：一种在开采阶段预留治理平台的方法。根据采场的地形条件，一般采用自上而下水平台阶式开采。即每个掘进水平高差控制在5m左右，陡坎顶部至坡底的水平投影距离为10m，坡面倾角30～45°，并在适当的位置设立排水沟。该方法适合储量丰富且呈层状产出的大中型矿产资源开采矿区。其优点是可减免治理工程量，降低治理费用，利于植被附着，能恢复和改善其生态功能，治理效果明显。

1.2 露天采坑治理

露天采坑的治理恢复，应根据采坑的规模（平面面积、深度）、坑底地形、坑底岩土类型、表层风化程度等，结合用地需求，确定露天采坑的治理方向[7]、[8]。

恢复成耕地：深度小于0.5～1.0m的浅采场，在天然状态下或人工修复后可满足地表水、地下水径流条件时，经过削高垫洼，可治理恢复成耕地。覆土厚度视坑底岩体土风化程度而定，岩体风化程度较高时，自然沉实土壤覆土厚度为0.3m以上；岩体较完整，风化程度较低时，自然沉实土壤覆土厚度为0.5m以上。采取下铺粘土，上覆耕植土的形式，确保土壤涵养水分的能力。

恢复成林地：采场用于林业时，根据坑底地形、岩体风化程度、种植树木类型、根系发育状况，确定覆土厚度和采种模式及方式。当坑底地势较平坦、岩体风化严重时，易采用整体覆土，自然沉实土壤覆土厚度为0.3m～0.5 m以上；当坑底地势起伏较大，岩体较完整，应采用穴植方式，减少上覆土方量，降低治理成本。

恢复成建筑用地：露天采场用于建筑时，应进行场地地质环境调查和工程地质勘查，查明场地内崩塌、滑坡、断层、岩溶等不良地质条件的发育程度，确定地基承载力、变形及稳定性指标。

2 植被重建

植被恢复重建工程技术涉及到基质及其稳定方法、植物品种的选配、植物栽植方法技术等。目前国内外植被恢复工程技术方法从形式上可分为3大类，即网方法、格(子)方法和制成品方法[9]、[10]。

网方法：网方法是指在植被恢复技术中采用挂网的稳定，防止表层风化岩石脱落的方法。所采用的网有合成纤维网、金属网等,与网相对应形成不同的绿化方法。一般分为：三维网、单层合成材料网、金属网、布鲁格网等。

格方法：采用钢筋混凝土现场浇注或预制件在坡面上形成1m×1m～2m×6m 的格子状构造物，以防止浅层岩层的风化剥蚀与滑塌。格子内可回填植壤土20～30cm，然后植草或栽植木本植物。与混凝土现场浇注或使用预制件不同的另一种格子方法是利用合成纤维或塑料加工，常为菱形的格子状，厚(高) 为15～20cm ,主要用途是固定回填的土壤。一般分为：格子梁、预制格子、土工隔室、其他格子方法等。

制成品方法：在工厂中将肥料、种子等以一定工艺附着在介质上，形成制成品。使用时将产品铺设于目标体表面，稍加固定即可。包括植生垫、植生纸、植生袋等。

3 应用

矿山露天采场治理恢复要综合考虑所处地理位置、气候条件、环境以及岩性、规模等诸多因素，在进行治理恢复时，要力求因地制宜、节约高效、突出特色，综合分析常规治理恢复方法中的利弊，制定科学、合理的治理方案。

黑龙江省七台河市中心区有一建筑采石裸坡，位于仙洞山休闲公园内，形成于20世纪70～80年代，长期裸露，且坡面堆积有残坡积物，与环境极不协调[11]。即影响瞻观，又有安全隐患，急需治理，快速复绿。但因气候寒冷干燥，坡面风化程度较低，且坡面倾角基本大于70°，局部甚至达到90°，保证治理恢复后坡面植被的成活率和长效性难度较大。为此，施工方采用立体多层遮附式裸岩覆绿新技术，实现了当年治理，当年复绿的目标。治理前首先对岩壁表面的浮石、危岩进行了清理，对裂隙、节理发育的区域进行水泥灌注。再预制宽度30～50cm，厚度6～10cm，长度数米至数十米的钢筋网，采用长度为80～1500cm的锚杆延长度方向垂直固定在裸岩壁上，并现场浇筑混凝土，上表面做成利于植被附着的窝穴状。种植用土采用特制营养土，即利于植被生长，又减少土壤用量，减低运送成本。种植的植物选择抗干旱、寒冷的乔灌类、藤本类、攀援类，要求具有侧根极为发达，枝条向外伸展快，叶面大而阔，冠幅大的特点。为实现一点植绿，获得大面积覆绿的效果，选种的植被具有向上速生、向下垂坠、左右延伸等多方向生长特性。再在治理后的裸坡前，根据当地的文化背景，配建猛犸象群雕，昔日荒凉的裸坡，成为公园内一景（照片）。

治理前裸坡

治理后当年复绿景象

4 结语

露天采场环境治理是一项综合性的系统工程，涉及学科面广，技术方法较多。目前主要借鉴其它工程建筑领域的治理方法和经验，还没有出台专门性的技术规范和要求，造成部分恢复治理工程设计不规范、措施不合理，即浪费了资金，又达不到预期的治理目标。因此，应加强矿山环境治理理论与方法的研究及经验交流，为我国矿山环境保护与治理提供技术保障。

[1] 中国地质环境监测院.矿山环境保护与恢复治理研究[R].2006.

[2] 张至刚. 边坡稳定性分析技术在我国金属露天矿山中的应用[J].云南冶金,1999,28 (3)：8～11.

[3] 胡家国,于 海.应用数值模拟技术评价矿山地压灾害[J].中国安全科学学报,2005, 15(12) : 8～12.

[4] 李全明,士 根,云 海.露天开采边坡稳定性分析方法及灾害防治措施研究[J] 2007,1 7 (2):55～60.

[5] 中国工程建设标准化协会标准.基坑土钉支护技术规程[S].1997.

[6] 山东省国土资源厅.山东省矿山环境保护与治理规划研究[R].2005.

[7] 曾宪明等. 土钉支护设计与施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[8] 化学工业部福州地质工程勘察院.福州茂林山庄地基详细勘察报告[R].2001.

[9] Damigos D,Kaliampakos D.Assessing the benefits of reclaiming urban quarries : a CVM analysis ,Landscape and Urban Planning ,2003 :249～ 258.

[10] 辜 彬,王 丽.露天开采矿山生态环境治理的基本理论与方法[J]. 中国水土保持科学，2006，12（4）:134～137.

[11] 黑龙江省地面塌陷防治研究所.立体多层遮附式裸岩覆绿新技术在采石矿山生态环境修复治理中的应用[R].2009.

Application and Research on Harnessing and Restoration Technology of Open-pit Mines

SUN Wei, REN Ying, WANG Yi

(China Institute for Geo-environmental Monitoring, Beijing 100081)

This paper analyzes the open-pit mine harnessing and vegetation recovery technology at home and abroad in four aspects, including the optimum conditions, construction techniques, advantages and disadvantages. Then the paper introduces an application of a new technology named the Multi-dimensional and Multilayer Type of Vegetation Cover on Bare Rock, which has certain guidance function with project control and ecological restoration in open-pit areas.

Mine；Harnessing and restoration；Technology；Application

X505

A

1007-1903(2010)03-0048-03

孙 伟（1966-），女，博士，教授级高级工程师，主要从事矿山地质环境保护与治理方法和技术研究。E-mail:sunw@mail.cigem.gov.cn