广西永福某石灰岩矿山地质环境问题及恢复治理探讨

刘诗云，郭阿龙，李霖锋

(桂林理工大学，广西 桂林 541006)

环境与地质

广西永福某石灰岩矿山地质环境问题及恢复治理探讨

刘诗云，郭阿龙，李霖锋

(桂林理工大学，广西 桂林 541006)

桂林是广西石灰岩矿的主要产地之一，开采石灰岩的矿山达250个。桂林地区石灰岩矿山的地质环境问题基本类似，发育的地质灾害主要有崩塌、滑坡、岩溶地面塌陷。该文以广西永福某石灰岩矿山为例，在收集矿山地质资料的基础上，通过详细的野外调查，发现该矿山地质环境问题主要为采场的高陡岩质边坡，基岩裸露，破坏和影响了地貌景观，容易引发岩质崩塌灾害；矿山功能区和废渣、表土的堆放占用和破坏了土地资源，可能引发小型的滑坡；灰岩石料加工等人类工程活动致使粉尘污染和噪音污染较为严重，对附近居民的生活环境造成了影响。针对矿山的地质环境问题划分了恢复治理分区，提出了相应的工程措施，恢复治理工程的实施可从根本上改变矿山采场的地貌景观，恢复破坏和压占的土地资源，消除地质灾害隐患，创造绿色矿山，为桂林地区石灰岩矿山的地质环境问题恢复治理提供参考。

石灰岩矿；矿山地质环境问题；恢复治理；广西桂林

0 引言

石灰岩是冶金、建筑、化工等诸多行业重要的工业原料，石灰岩矿山的开发建设情况对国民经济的发展有着重要作用[1]。桂林石灰岩矿累计探明储量约占广西总量的23%，估算资源量约占总量的2.5%[2]，是广西石灰岩矿的主要产地之一，区内石灰岩矿山达250个，每年产出矿石量可以达到5×106t[3]。桂林地区的石灰岩矿主要以孤峰、峰丛和峰林等形式出露，矿山开采会形成高度大坡度陡的开采边坡，且桂林地区岩溶地貌发育，矿山多处于岩溶发育区，桂林石灰岩矿山主要发育的地质灾害为崩塌、滑坡、岩溶地面塌陷。

该文矿山位于桂林市永福县境内，矿区面积21.85 hm2，开采标高+306.0 m～+159.0 m，矿山生产能力10万t/a，为一中型建筑石料用石灰岩矿山，矿区资源储量为1410万t。矿山为正在开采运营矿山，形成了4个面积较大的采场和高陡的岩质开采边坡，矿山的功能区有生活区、破碎/堆料区、表土堆放场和矿山公路。采场的岩质边坡基岩裸露、寸草不生，不仅严重破坏了矿区的地貌景观，还为岩质崩塌的发生提供了地形条件；破碎/堆料区和表土堆放场等功能区压占破坏了土地资源，形成的人工堆土边坡为滑坡提供了物源条件。

该文在收集《矿山地质环境恢复治理与土地复垦方案》等矿山地质资料的基础上，通过详细的外业调查，分析研究矿山地质环境问题及危害，划分了恢复治理分区，针对矿山的地质环境问题提出了相应的恢复治理措施。治理工程的实施可从根本上改变矿山采场的地貌景观，创造绿色矿山，使矿业经济科学、和谐、持续发展。

1 矿山自然地理与地质环境背景

1.1 自然地理

矿区总体地势南高北低，地貌单元属于侵蚀溶蚀地貌区之峰丛谷地地貌亚区[4]。属亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，降雨主要集中在3～8月，根据永福县气象站资料，历年平均降雨量1937.3 mm，降雨量最多年降雨2750.6 mm(1977年)，降雨量最少年降雨1441.2 mm(1963年)。历年均温18.8℃，年均最低温15.6℃，年均最高温23.5℃。

1.2 地质环境背景

1.2.1 地层岩性

矿区出露的地层主要为晚泥盆世融县组、第四纪溶余堆积红粘土(图1)。晚泥盆世融县组分布整个矿区，主要为浅灰—灰白色中—厚层状灰岩，泥晶结构，中—厚层状构造，局部夹白云质灰岩，岩层主要呈单斜状产出，产状为315°∠15°，岩层总厚486.0～492.0 m。第四纪溶余堆积红粘土主要分布于矿区地势低洼地带，红褐黄褐色，为溶余堆积物，主要成分为粘土物质，厚0.4～1.3 m。

图1 矿山地质环境背景及问题平面示意图

1.2.2 构造

矿区内总体为单斜构造，节理裂隙发育，裂隙的宽度约0.5～1.5 cm，充填有粘土和少量石英脉，频度2～4条/m，节理面平直，以剪节理为主，主要发育2组节理(J1和J2)，产状分别为140°∠65°和230°∠86°。区域内上高街断层从矿区南西侧约5.0 km处通过，可见长度大于8.5 km，呈NW走向，破碎带宽5～10 m。

1.2.3 岩土体及矿体

岩土体为中—厚层状中等岩溶化坚硬碳酸盐岩和溶余堆积红粘土。矿体产自上泥盆统融县组浅灰色—灰白色中—厚层状灰岩，产状315°∠15°，表层矿体风化中等，开采的展布标高为+306.0 m～+159.0 m，相对高差约147.0 m。石灰岩矿石为泥晶结构，致密块状构造，硬度3～4级[5]，性较脆，具不规则状断口。

1.2.4 地震

据永福县地震历史记载，在近代史中永福县的地震强度为低强震，其危险性很小，场地的区域稳定性较好。据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，矿区地震峰值加速度为0.05 g，反应谱特征周期为0.35 s，相当于地震基本设防烈度VI度区[6]。

1.2.5 水文地质条件

地下水类型为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩裂隙溶洞水，孔隙水赋存于第四系土层中及其与下伏基岩接触部位[7]，主要分布于矿区地势低洼地带，水量不大。碳酸盐岩裂隙溶洞水分布于整个矿区，主要赋存于灰岩中，受溶洞及裂隙发育程度控制，水量中等。碳酸盐岩裂隙溶洞水在裸露区直接接受大气降水入渗补给，土层覆盖地段通过上覆松散层间接受大气降水补给和来自侧向径流补给。在矿区306.0m高地西侧生活区内水井处，测得地下水位埋深4.5 m，标高+153.5 m，矿区划定开采标高为+306 m～+159.0 m，矿体位于侵蚀基准面之上，有利于自然排水，采区附近水系不发育。

1.2.6 人类工程活动

矿山改变地质环境条件的人类工程活动主要有矿山公路和生活区的修建、石灰岩的露天开采以及石料和表土的堆放。

2 矿山地质环境问题及危害

2.1 地下含水层的影响或破坏情况

矿山采矿活动均处于当地侵蚀基准面以上，矿体岩层整体富水性较差，矿山开采活动对矿区地下水的补给、径流、排泄产生了一定的影响或破坏，但基本不改变矿区地表水、地下水的循环条件，对矿区生产用水及工人和附近居民的生活用水未产生影响。

2.2 破坏和影响地貌景观

矿区采用露天阶梯式开采方式，由矿体的上盘向下盘逐层开采，开采形成了4个面积较大的采场和高达50m的采场边坡，挖损了原有的地形地貌，植被被砍伐，无法种植，严重影响了矿区的地貌景观。

2.3 占用和破坏土地资源

矿区占用和破坏土地的区段主要有采场、破碎/堆料区、表土堆放场、生活区和矿山公路，占用土地资源总面积为13.766 hm2(表1)，占用和破坏的土地类型为灌木林地、裸地、其他草地和采矿用地。占用的土地开采后没有及时进行平整和覆土，高低不平，灰岩直接出露，无法进行植被的种植，土地被闲置，严重破坏了当地的土地资源。

表1 矿山采矿活动占用、破坏土地资源情况 hm2

2.4 易引发崩塌、滑坡和岩溶地面塌陷等地质灾害

矿区主要存在2类边坡，一类是矿石开采形成的采场边坡，矿区存在4处高30～50 m、边坡角70°～90°的采场边坡，边坡上岩体节理、裂隙较为发育，为分析采场边坡的稳定性，该文采用了赤平投影分析的方法，选取P2边坡进行分析示例，P2边坡坡面的产状为235°∠80°，存在的结构面为岩层的层面(S0)和发育的2组节理面(J1、J2)，S0的产状为315°∠15°、J1和J2产状分别为140°∠65°和230°∠86°，作赤平投影如图2，故赤平投影得出在自然条件下P2边坡的结构面J1、J2节理和S0层面都处于稳定状态，结构面和坡面的切割体除了S0和J1坡面的切割体处于不稳定状态外，其余的都处于稳定状态[8-9]。但采场边坡的临空面较高，有利于崩塌、滑坡的发生，且开采过程中形成的危岩、滚石和不稳定岩块(图3)为潜在不稳定的崩塌、滑坡体，矿山目前尚未采取有效的处理措施，所以采场边坡在雨水冲刷等自然因素和人为作用影响下易产生岩质崩塌地质灾害。第二类边坡为表土场边坡，通过现场调查，矿区堆放有3处表土，周围存在形成3处高3～5m、边坡角45°～65°的人工堆土边坡，坡体主要由矿山开采剥离的表土和废渣组成，坡体结构松散、稳定性较差，在雨水冲刷等作用下易引发小型滑坡地质灾害。崩塌、滑坡主要危害矿区工作人员及附近过往村民、过往车辆等。

图2 P2边坡与构造面赤平投影图(下半球投影)

矿山位于岩溶中等发育地区，碳酸盐岩上层覆盖的第四系土层厚度为0.3～1.0 m，碳酸盐岩裂隙溶洞水地下埋深4.5 m，水位标高152.5～154.3 m，季节性水位变幅1～3 m。矿区覆盖层厚度小、土体较松散，地表水易入渗补给岩溶水，地下水埋深较浅，地下水位在基岩面附近波动，具备了发育岩溶地面塌陷的地质条件。此外，矿山的采矿机械和车辆运输等所产生的震(振)动以及矿山建筑物、机械和堆放矿石的荷载附加力通过应力传递到溶洞顶板上，当洞顶板岩石、上覆土层安全厚度不足或附加力加洞顶岩土体自重超过洞顶板承受强度时就会破坏地下溶洞的支撑平衡，形成岩溶地面塌陷。岩溶地面塌陷主要危害矿山的建(构)筑物及机械设备等，由于岩溶地面塌陷具有突发性，因此，岩溶地面塌陷除可能造成附近建(构)筑物损坏之外，还可能造成人员伤亡[10-11]。

3 恢复治理措施

针对不同矿山地质环境问题实施相应的恢复治理措施。

3.1 地形地貌景观及土地资源破坏恢复治理

地形地貌景观及土地资源破坏主要防治措施：①矿山应严格按照《矿山开发利用方案》和《矿山地质环境恢复治理与土地复垦方案》进行矿山开拓和采掘和矿山地质灾害防治与监测；②对于矿山生产过程中剥离的表土不能随意堆放，应及时输送到表土堆放场按设计高度堆放，减少土地的压占面积；③矿山生产过程中，对已经形成功能的区域应适时补种花草林木，以缩短闭坑时植被重建周期，防止过度破坏生态平衡[12]。

3.2 崩塌、滑坡恢复治理

对于采场岩质边坡发生岩质崩塌主要防治措施：①做好人工修坡，清理边坡上的危岩、浮石，特别现存的危岩，对局部陡立或不稳定的区段进行加固保护；②由于边坡易受上方坡面汇水冲刷，应按照截排水沟设计规程修建截排水沟，并保持畅通，把大气降雨的地表水引排至采场外，起到拦截和疏引暴雨山洪的作用，减少地表水对采场边坡的影响；③禁止对坡顶的植被进行砍伐以及在坡顶堆放矿石和废渣增加坡顶载荷。

图3 高陡岩质边坡的危岩剖面示意图

对于表土场边坡发生滑坡的主要防治措施：①堆放表土时应夯实，且外侧表土堆放高度不得过高，在表土堆放场外侧按浆砌石挡土墙的规程修建浆砌石挡土墙；②在表土堆放场周围修建截排水沟，将大气降雨地表水引至低洼处，避免雨水汇流至表土场。

3.3 岩溶地面塌陷的恢复治理

根据矿区的岩溶发育程度，以及隐伏溶洞、溶槽、溶沟的发育情况，设计的防治措施：①禁止在该矿山及其附近进行间歇性大强度(降深)抽取地下水；②若在采场内发现隐伏土洞、溶洞，则应及时准确地在矿山平面图上标出，并随着采掘作业的推进，及时在现场设置明显标志，采矿过程中避免在溶洞上方进行机械作业，应避绕可能产生岩溶地面塌陷的区段。

4 治理分区和复垦方案

依据矿山的地质环境特征、开采状况和地质环境影响评估结果，以及土地复垦适宜性评价结果和土地权属人意愿，划分矿山的治理分区[13-15]，确定拟复垦土地的地类、面积和复垦率，落实复垦后土地利用结构，使其达到可利用状态，努力创造绿色矿山，使矿业经济科学、和谐、持续发展，预期达到一个安全、卫生舒适的工作生活环境并造福于后人。根据上面的原则将矿山划分为两个恢复治理区，即采场、表土堆放场、破碎/堆料区治理恢复区和采场边坡治理恢复区。

4.1 采场、表土堆放场、堆料场治理恢复区

设计采场、表土堆放场、堆料场恢复治理的方向为有林地，选择种植的树种为马尾松，具体的恢复措施为：①修建截排水沟：在采场内侧(采场边坡的下侧)和表土堆放场及破碎/堆料区的四周分别修建截排水沟，用于截留强降雨形成的地表径流，防止冲刷造成水土流失；②平整场地：采矿结束后清理地面残渣，对场地进行适当平整，其中采场向内侧浆砌石截排水沟倾斜，坡度≤5°；③覆土和翻耕：采场在开采后原有的表层腐殖土被剥离，种植前需要进行客土覆植，按照乔木(马尾松)覆土标准0.60 m进行覆土，表土堆放场和破碎/堆料区在堆放表土和矿石过程中表层的腐殖土被压实，复垦时需对其进行翻耕才能种植植被，场地翻耕厚度不小于0.6 m；③生物措施：种植马尾松，穴状整地按0.5m×0.5m×0.45 m进行，且对马尾松按0.2 kg/株，草地50 kg/hm2进行施肥。

4.2 采场边坡治理恢复区

采场边坡较陡(坡角大于70°)，复垦工程设计种植爬山虎攀爬遮掩绿化，具体恢复治理措施为：①对边坡上的危岩和局部不稳定区进行处理；②在边坡的上方修建截排水沟，用于截留强降雨形成的地表径流，防止冲刷边坡；③在边坡的下方种植单行爬山虎，以复绿采场边坡(图4)。

图4 治理措施剖面图

5 工程效益

矿山恢复治理将会使矿山开采活动破坏和影响的地形地貌得到治理，破坏和压占的土地资源得到恢复，消除地质灾害隐患，同时复垦种植马尾松和爬山虎有美化当地生态环境，恢复生态系统的作用。此外，马尾松木材细密，可供细木工用材，果实含淀粉可酿酒，具有较高的商业价值，可保障当地居民的生产收入，同时有助于土地植被的保持、恢复和改善，有利于当地林业和农业的发展。

6 结论

(1)该文矿山有4个面积较大的采场和表土场等功能区。矿山地质环境问题主要为采场的高陡岩质边坡、基岩裸露，破坏和影响了地貌景观，容易引发岩质崩塌灾害；矿山功能区和废渣、表土的堆放占用和破坏了土地资源，可能引发小型的滑坡。

(2)通过对矿山地质问题及危害的分析，划分了2个恢复治理区，采场、破碎/堆料区和表土堆放场治理恢复区复垦为林地，采场边坡恢复治理区的恢复治理措施为在边坡下方种植爬山虎，进行掩盖复绿，治理工程的实施可从根本上改变矿山采空区的地貌景观，创造绿色矿山。

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Discussion on Geological Environment Problems and Recovery of One Limestone Deposit in Guilin City of Guangxi Province

LIU Shiyun，GUO Along，LI Linfeng

(College of Earth Science Guilin University of Technology, Guangxi Guilin, 541006)

Guilin city is one of the main origin areas of limestone deposits in Guangxi province. There are 250 limestone deposits. Geological environmental problems are similar in Guilin city, such as collapse, landslide and karstic ground subsidence. Based on geological datas and field investigation, main geological and environmental problems are high and steep rock slope, exposed bedrock damage and landscape destructions which may cause collapse disasters. Waste residue occupying land resources may cause landscape disasters, and processing stone products may cause serious dust pollution deteriorate the living environment of nearby villages. In this paper, geological and environmental problems, its damage and controlling countermeasures have been analyzed, and geological environment remediation zones have been divided. Environmental engineering projects can fundamentally change the landscape of the mined areas and recovered the land source, eliminate the potential hazards, create green mines and set an examples for geological environmental protection of limestone mining in Guilin as well.

Limestone deposit; geological environmental problems of mines;environmental remediation;Guilin city in Guangxi province

2016-10-31；

2016-12-26；编辑：王敏

刘诗云(1991—)，男，湖南邵阳人，硕士研究生，主要从事构造地质学和地质灾害方面的研究；E-mail：lsyqj2013@163.com

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刘诗云，郭阿龙，李霖锋.广西永福某石灰岩矿山地质环境问题及恢复治理探讨[J].山东国土资源，2017,33(1)：65-70.LIU Shiyun，GUO Along，LI Linfeng. Discussion on Geological Environment Problems and Recovery of One Limestone Deposit in Guilin City of Guangxi Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：65-70.