朝国露天矿动态复垦模式研究

张丙涛 刘艳章 李海龙 张 群 鲁培培 刘 伟

(1.武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430081；2.十堰市国土资源局，湖北 十堰 442000)

朝国露天矿动态复垦模式研究

张丙涛1刘艳章1李海龙2张 群1鲁培培2刘 伟2

(1.武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430081；2.十堰市国土资源局，湖北 十堰 442000)

为更好地改善和恢复朝国露天矿开采破坏的矿区生态环境，结合矿区的自然条件、开采技术条件和生态环境破坏预测，提出一种动态复垦模式。该动态复垦模式将矿区复垦工作动态地贯穿于采矿整个生命周期中，在采矿的设计、施工生产和闭坑不同阶段分别对采场、排土场、运输公路和工业场地进行复垦规划、动态复垦推进和剩余复垦，并在初期复垦结束后进行复垦效果评价与补充复垦。特别是在采场采剥期间，采用喷播绿化技术和覆土播种方法对采场台阶进行动态复垦，形成了边采矿边复垦的作业模式。针对目前矿区复垦存在的问题，进行了该动态复垦模式和采后复垦模式下的矿区复垦比较，结果表明该动态复垦模式可提前完成矿区复垦，且采场复垦效果好。建议矿区从现阶段开始依据该动态复垦模式进行复垦。

露天矿 动态复垦模式 喷播绿化技术 采后复垦模式

目前，我国露天矿普遍采用先破坏后治理的采后复垦模式[1-4]，即在矿山闭坑后才开始对矿区进行复垦，且采场台阶坡面多采用藤本植物复绿。由采矿结束后的台阶组成的最终边坡的坡面陡、平台宽度小、高差大，复垦前必须进行处理[1,10]，否则无法安全地进行复垦作业或不能使用较大型设备进行复垦。采后复垦模式造成矿区土地破坏时间长，采场复垦效率低、效果差。近年来，有学者提出“剥离—采矿—复垦”一体化的作业模式[4-6]，在同一水平上同时进行剥离、采矿和复垦作业，已复垦台阶与工作台阶之间会相互影响，且该模式没有提出采场台阶坡面复垦的有效方法，也没有将复垦工作与采矿各阶段相联系。随着边坡复垦技术的不断发展，喷播绿化技术逐渐用于边坡复垦，该技术复垦成本低、效果好，且已研制出许多高效率的喷播设备，尤其适用于较陡岩质坡面的复垦[7-13]。国内外已有部分矿山在矿山闭坑后采用该技术对露天矿采场和废石场的边坡进行复垦[10-13]，但采场复垦时，要对采场台阶的参数做较大的调整，增加了复垦成本和工作量。

为更好地改善和恢复朝国露天矿开采破坏的矿区生态环境，本研究结合矿区的自然条件、开采技术条件和生态环境破坏预测，提出一种动态复垦模式，并针对目前矿区复垦存在的问题，进行了该动态复垦模式和采后复垦模式下的矿区复垦比较，提出矿区复垦的合理建议。

1 矿区概况与生态破坏预测

1.1 矿区概况

1.1.1 矿区自然条件

朝国矿区位于十堰市境内，距城区仅3.0 km，主要开采矿石为建材用辉绿岩矿。区内属中低山地形，高程为260～420 m，山体坡度为20°～45°，总体地势呈南西高北东低。区内属北亚热带湿润气候区，适合植被生长；地表水系不发育，一年内多为枯水期。区内土壤主要为有机土，斜坡地段土壤较薄，缓坡面和坡脚地带土壤较厚；岩石主要为易风化的变长石英砂岩。区内全为林草地，主要植物为马尾松、杉树、葛藤、爬山虎、红三叶等。矿区北约1 km为居民区。

1.1.2 开采技术条件

矿区内近平行分布数条辉绿岩矿脉，走向约190°，倾角为10°～15°，出露长约2 km、宽约250 m，赋存标高为+300～+381 m。围岩主要为变长石英砂岩，节理发育，产状与矿体相近，岩层厚度大于600 m，与矿脉呈侵入接触关系。

依据开采技术条件，该矿属山坡露天矿，宜采用露天开采、公路开拓的开采方式。

1.2 矿区生态环境破坏预测

该矿开采建材用辉绿岩矿石，环境污染小，矿区生态环境破坏主要表现为矿区土地的破坏，以及由此带来的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。结合露采工艺，预测采矿造成的矿区生态环境破坏如下：①采场采剥作业挖损山体，移除植被，改变矿区原始地貌，采剥后裸露的岩体为易风化的变长石英砂岩，物理力学性质差，为崩塌、滑坡埋下隐患；②排土场内堆积的废石和表土会较大面积地压占土地资源，同时在降雨作用下易发生泥石流灾害；③运输公路和工业场地的布置会破坏植被，压占土地，改变矿区内原有土地性质和矿区地貌。

因此，造成矿区生态环境破坏的主要原因是采场、排土场、运输公路和工业场地对矿区土地的挖损和压占。

2 矿区动态复垦模式

结合矿区的自然条件、开采技术条件和生态环境破坏预测，提出一种动态复垦模式如图1所示。

图1 朝国矿区动态复垦模式

该动态复垦模式将矿区复垦工作动态地贯穿于采矿各个阶段，在采矿的设计、施工生产和闭坑不同阶段分别对采场、排土场、运输公路和工业场地进行复垦规划、动态复垦推进和剩余复垦，并在初期复垦结束后进行复垦效果评价与补充复垦。

2.1 复垦规划

在采矿设计阶段，依据采矿设计方案和参数，对采场、排土场、工业场地和运输公路进行复垦规划，确定其复垦时机和复垦方向；同时，结合复垦规划对采矿设计的方案和参数进行调整与优化，减少采矿对矿区土地的破坏和后期的复垦工作量，为矿区复垦做有利准备。

(1)采场复垦规划。该矿设计年产矿石6万t，依据开采技术条件和采矿设计相关资料，初步设计台阶坡面角为65°～70°、台阶高度为10 m、安全平台宽为2～4 m、清扫平台宽为6～8 m、最小工作平台宽为25 m，最低开采水平标高为300 m，最高开采水平标高为370 m。运输干线环形布置，各开采水平通过支线与干线连接，每隔2个安全平台设1个清扫平台，采用自上而下逐台阶完全开采方式。在采剥期间，对采场台阶进行动态复垦，当第一台阶采剥结束时，采用喷播绿化技术对该台阶坡面进行复垦，第二台阶同时采剥推进；当第二台阶采剥结束时，分别采用喷播绿化技术和覆土播种方法对该台阶坡面和上一个台阶下部平盘进行复垦，第三台阶同时采剥推进；以此类推至采矿结束。复垦方向为林草地。为改善台阶坡面的固土效果和便于台阶下部平盘安全地复垦作业，取台阶坡面角为65°，安全平台宽为4 m、清扫平台宽为6 m、其余参数不做改变。

(2)排土场复垦规划。排土场用来堆积剥离的废石和表土，采场剥离的废石95%直接外运用作修路或其他建材用石料，5%堆积在排土场，废石和表土最大堆积量约0.71万m3(采场未复垦时)，设1处排土场满足排容要求。排土场堆积的表土将作为采场复垦的主要土源，设计排土场布置在采场东侧30 m处较平缓地段，在满足安全的前提下，距离采场最近，且排土作业方便。在排土场外围布设挡土墙和截水沟以防降雨作用下形成泥石流。排土场随采场和工业场地的复垦进行复垦推进，复垦方向为林草地。排土场内废石和表土分开按顺序堆放，以减少表土外运用于复垦时的工作量和便于排土场复垦。

(3)工业场地复垦规划。工业场地包括生活区和办公楼、破碎场、机修车间等生产附属区。生产附属区距采场和排土场较近，以减少人车频繁活动而压损土地和便于复垦时从排土场运送表土；生活区布置在采场东侧远离采矿影响的位置。工业场地在矿山闭坑后开始复垦，复垦方向为林草地。

(4)运输公路复垦规划。采场剥离的矿岩大部分直接外运，少数被运至破碎场和废石场，运输公路由采场直接与外部连接，道路宽为4 m。合理布设线路，使排土场、采场和工业场地之间的距离最小。采场复垦时，与某台阶相连的支线和部分干线随该台阶下部平盘一起复垦，采场外运输道路随采场、工业场地和排土场的复垦进行复垦推进，复垦方向为林草地。

结合采矿设计与复垦规划，该矿的平面布置如图2所示。

图2 朝国矿区平面布置图

2.2 动态复垦推进

在采矿施工生产阶段对采场、排土场和运输公路进行动态复垦推进，尤其是在采场采剥期间，采用喷播绿化技术和覆土播种方法对采场台阶进行动态复垦，形成边采矿边复垦的作业模式，减少了矿区土地的破坏时间，使采矿破坏的生态环境较早地得到改善和恢复。

(1)采场动态复垦推进。依据复垦规划，当370 m台阶采剥结束时，采用喷播绿化技术对该台阶坡面进行复垦，360 m台阶同时采剥推进；当360 m台阶采剥结束时，分别采用喷播绿化技术和覆土播种方法对该台阶的坡面和370 m台阶下部平盘进行复垦，350 m台阶同时采剥推进；以此类推至采矿结束。图3为采场动态复垦示意图。图3中，370 m台阶已完成复垦，350 m台阶已采剥结束，340 m台阶正采剥推进，360 m台阶下部平盘和350 m台阶坡面正在复垦。360 m台阶下部平盘复垦时，先在其外侧用采剥的废石渣或空心砖砌筑挡土墙，然后用小型汽车或改装农用车从排土场运表土进行覆盖，整平后播种植物，其内侧覆土时预留20 cm宽以布置小型排水沟。350 m台阶坡面复垦时，先对坡面去浮石和危岩，然后在坡面上打锚杆和挂设三维网，最后在350 m台阶下部平盘上采用喷播设备对坡面进行喷播，喷播分2次进行，第1次喷播不含植物种子的基础层喷播料，喷播厚度为7～9 cm，第2次喷播含植物种子的植生层喷播料，喷播厚度为2～4 cm；喷播完成后用无纺布或草帘覆盖。采用此种方式进行采场复垦，既降低了340 m台阶的爆破振动对已复垦或正复垦台阶的影响，又可在350 m台阶下部平盘上对该台阶坡面复垦时洒落的泥土进行清理，避免对340 m台阶采剥作业产生影响；同时，复垦与采矿作业的车辆调运相互独立，形成了边采矿边复垦的作业模式。

图3 采场动态复垦示意

(2)排土场动态复垦推进。排土场内废石和表土分开并从东至西依次呈条带状按适宜高度进行堆排，排土场西侧在进行表土与废石堆排时，在其东侧铲运表土用作采场复垦，并将堆积的废石由东侧外运。

(3)运输公路动态复垦推进。采场某台阶下部平盘复垦时，与该台阶相连的支线和部分干线随该台阶下部平盘一起复垦，复垦时先对高低不平的区段进行平坡，将压硬的路面进行翻耕或覆土，整平后播种植物；在该段干线与下台阶交接处修筑临时挡墙，防止降雨时覆土流失和影响下台阶的运输工作。

2.3 剩余复垦

剩余复垦是指矿山闭坑后对矿区未完成复垦的破坏土地进行复垦，其复垦内容和顺序如下：

(1)采场剩余复垦。对310 m台阶下部平盘、300 m底部平台及坡面进行复垦，复垦方法与前述相同。

(2)工业场地剩余复垦。采矿结束后，先将建(构)筑物拆除，将废弃污染物外运集中处理，再对压硬的地面进行翻耕或覆土，整平后播种植物。

(3)排土场剩余复垦。采场和工业场地复垦完成后，排土场堆积的表土绝大部分已被用于复垦，废石已基本全部外运，复垦时将剩余的表土铺平，将废石压硬的土体进行翻耕，整平后播种植物。

(4)运输公路剩余复垦。随采场、工业场地和排土场复垦结束，与之相连的运输线路逐步完成复垦。复垦方法与前述相同。

上述复垦地整平坡度为5°～7°，满足雨水自然排干要求，松散土壤或覆土厚约30 cm。根据矿区植被类型、土壤性质及植物生长条件，复垦所播种植物为：采场台阶坡面喷播含爬山虎、红三叶等藤本植物和野牛草、狗牙根等草本植物混合种子的喷播料，其余复垦地播种含马尾松、杉树等乔木植物和野牛草、狗牙根等草本植物混合种子。

矿区复垦完成后，进行科学管理和动态监测，对复垦地周期性地浇水和施肥以促进植物生长，并做好滑坡、泥石流等地灾的防治工作。

2.4 初期复垦效果评价与补充复垦

矿区剩余复垦结束1 a后对矿区进行复垦效果评价，判断矿区破坏土地的复垦效果是否达到预期标准。评价指标结合矿区自然条件进行选择[5]，指标参数值由现场调查取得，这里不做详述。

补充复垦是对初期复垦效果评价中复垦效果差的地块进行二次复垦，复垦时结合该地块复垦现状与自然条件采用相应的喷播、覆土、播种等措施。

3 矿区复垦现状与建议

该矿于2013年6月末完成采矿设计和基建工程，随后开始进行采场采剥作业。在采矿设计阶段，依据本研究复垦模式进行了矿区复垦规划，采矿设计方案和参数与前文相同。但在实际生产中，采场开始并没有按照本研究复垦模式进行动态复垦推进，而是计划在矿山闭坑后开始复垦，采场台阶坡面欲采用爬山虎、葛藤等藤本植物复绿，其余破坏地的复垦方法与本研究复垦模式相同。目前350 m台阶已采剥完毕，340 m台阶开始采剥推进，采剥后裸露的岩体风化较严重，局部曾出现多处小型滑塌，而且采用藤本植物对采场台阶坡面进行复绿，复垦效果差，无法满足当地政府的要求。

在采矿设计方案和参数与前文相同的情况下，分别采用本研究复垦模式和采后复垦模式对矿区进行复垦，矿区复垦面积和复垦时间如表1所示，其中复垦时间表示从开始复垦到复垦结束的时间间隔，本研究复垦模式下矿区复垦受采矿进度影响，故复垦时间较长。

表1 矿区复垦面积与复垦时间

上述2种复垦模式下，采矿各阶段的矿石产量和矿区土地破坏累积量如图4所示。

图4 采矿各阶段的矿石产量与矿区土地破坏累积量

由图4可知：在采矿设计阶段和基建期间，矿石产量很少；随采场内采剥作业的进行，矿石产量逐渐增加至稳产状态，并出现峰值；在闭坑阶段，矿石产量逐渐衰减至零。依据本研究复垦模式，采矿设计阶段的地质勘察会造成少量的土地破坏，基建期间的运输公路、工业场地和排土场的布设会破坏较多土地；在采场采剥期间，对采场、排土场和运输公路进行动态复垦推进，由于采场台阶的面积逐渐减小，则采场破坏土地的暴露面积逐渐减小，排土场内废石与表土的堆积量逐渐减少，因此，土地破坏累积量先增加一段时间后逐渐减少；闭坑后，对矿区进行剩余复垦，土地破坏累积量逐渐减少至零。依据采后复垦模式，矿山闭坑前土地破坏累积量持续增加，闭坑后开始对矿区进行复垦，土地破坏累积量逐渐减少至零。

相比之下，采用本研究复垦模式比采后复垦模式提前8个月完成矿区复垦，减少了矿区土地的破坏时间，缩短了矿区生态环境的恢复周期。此外，本研究复垦模式中采用喷播绿化技术对采场台阶坡面进行复垦，复垦效果好。若矿区完全依据本文复垦模式进行复垦，则复垦现状如图3、图4所示。因此，为了更好地改善和恢复采矿破坏的矿区生态环境，建议该矿从现阶段开始依据本研究复垦模式对矿区进行复垦。

4 结 论

(1)结合朝国矿区的自然条件、开采技术条件和生态环境破坏预测，提出一种动态复垦模式，该复垦模式将复垦工作动态地贯穿于各个阶段，在采矿的设计、施工生产和闭坑不同阶段分别进行复垦规划、动态复垦推进和剩余复垦，并在初期复垦结束后进行复垦效果评价与补充复垦。

(2)在采矿设计阶段，依据采矿设计方案和参数，对矿区破坏地进行复垦规划，确定其复垦时机和复垦方向；同时，结合复垦规划对采矿设计的方案和参数进行调整与优化，减少采矿对矿区土地的破坏和后期的复垦工作量，为矿区复垦做有利准备。

(3)在采矿施工生产阶段进行动态复垦推进，尤其在采场采剥期间，采用喷播绿化技术和覆土播种方法对采场台阶进行动态复垦，形成了边采矿边复垦的作业模式，减少了矿区土地的破坏时间，使矿区生态环境较早地得到改善和恢复。

(4)在采矿设计方案和参数相同的情况下，采用本文复垦模式比采后复垦模式提前8个月完成矿区复垦，且采场复垦效果好，建议该矿从现阶段开始依据本文复垦模式对矿区进行复垦。

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(责任编辑 石海林)

Study on Dynamic Reclamation Mode of Chaoguo Open Pit Mine

Zhang Bingtao1Liu Yanzhang1Li Hailong2Zhang Qun1Lu Peipei2Liu Wei2

(1.SchoolofResourceandEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China;2.ShiyanBureauofLandandResources，Shiyan442000，China)

To better improve and restore the ecological environment damaged by mining of Chaoguo open pit mine，a dynamic reclamation mode is proposed based on natural conditions，mining technique conditions and ecological damage prediction of the mining area.The dynamic reclamation mode makes the reclamation work dynamically throughout the entire process of mining project.Reclamation planning，dynamic reclamation advance and comprehensive reclamation work of stope，dump，transport roads and industrial site are respectively carried out at different stages of design，construction and production and closure of mining.Reclamation effect evaluation and supplementary reclamation will be made after the end of initial stage of reclamation.Especially during the stripping and mining in stope，spray seeding technique and the soil covering planting method are applied for dynamic reclamation of stope steps，making the stope reclamation and mining work synchronously.Aimed at the existing problems in the reclamation of mine area，the dynamic reclamation mode and the mining afterwards reclamation mode are separately used and compared in the area reclamation.The results show that the former can complete the reclamation earlier with better effect，so it′s suggested that the mining area be restored by taking the dynamic reclamation mode from now on.

Open pit mine，Dynamic reclamation mode，Spray seeding technique，Mining afterwards reclamation mode

2015-03-08

国家自然科学基金面上项目(编号：51074115)，“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2011BAA05B03)。

张丙涛(1989—)，男，硕士研究生。通讯作者 刘艳章(1969—)，男，教授，博士。

TD88

A

1001-1250(2015)-04-061-05