浅谈宿州市埇桥区栏杆振海采石厂废弃矿山地质环境治理设计

汪定圣

（安徽省地质环境监测总站，安徽合肥230000)

1 概况

宿州市埇桥区栏杆振海采石厂位于宿州市东北约44km处，南西距栏杆镇约5km，属埇桥区栏杆镇管辖。该采矿权于2014年9月被埇桥区国土资源局进行了政策性关闭，现属无主的露天开采废弃矿山。由于宿州市埇桥区栏杆镇振海采石厂长期以来的开采，严重破坏了凤山自然地形地貌和生态环境，呈现一派“满目疮痍”的惨景，成为与当地环境极不相衬的“伤疤”。为有效整治宿州市埇桥区栏杆振海采石厂矿山地质环境问题，宿州市埇桥区国土资源局将该矿山列入2018年度矿山地质环境治理项目，设计总治理面积为10.92hm2（约164亩）。

2 废弃矿山地质环境背景条件

该矿区属于暖温带半湿润季风气候区，多年平均气温14.4℃、降雨量854.60mm、蒸发量1159.70m。多年相对湿度70%，无霜期210～240d，冻土深0.30m。矿区属于淮河流域，矿区及附近地表水体不发育，仅矿区内底部因宕口露天开采而形成以面积约663m2的积水坑，最大积水深度约3m。矿区最低侵蚀基准面标高为+40m。

矿区地处淮北平原北部，地面标高56.18～122.05m，现状地貌类型为构造剥蚀溶蚀低丘和现状人工地貌（露天采场）。矿区及周边地区内植被分布有桃树、松柏等人工栽植植物和白茅草、狗尾草和野刺子等野生植物。

矿区地层主要为上元古界震旦系上统望山组灰岩、含海绿石砂岩夹藻灰岩、白云质灰岩，矿区北东侧开采揭露了辉绿岩岩体，呈岩株状产出。矿区矿体主要为薄—中厚层状灰岩，隐—细晶结构。岩石密度2.60～2.72g/cm3，抗压强度为65.89～81.06MPa，属坚硬岩石。

矿山采用露天开采方式，现状地面标高56.18～122.05m，高于侵蚀基准面标高，正常情况下矿山积水可自然排泄，但在采场中北部形成一中间低周围高的凹坑，坑底标高一般61.00m左右，坑内积水形成积水塘。

3 废弃矿山地质环境问题

由于宿州市埇桥区栏杆振海采石厂多年开采，目前废弃矿山形成了一定的安全隐患和地质环境问题，主要有以下问题。

3.1 采矿活动严重破坏了土地、植被资源

据栏杆镇土地利用规划（2006-2020）和实地调查，矿山及其周边原土地类型主要包括裸地（127）、其他有林地（033）。多年来由于振海采石厂开采建筑用石料矿，对该区土地、植被资源破坏严重，已经累计挖损、破坏及压占土地面积约8.96hm2（详见表1）。

3.2 采矿活动严重破坏了生态环境、自然景观和地貌景观

矿山开采对矿区地貌景观和生态环境破坏较大，原本地势平缓的山丘，由于矿山持续开采，矿区内形成了多个大小不一、深浅不一的采坑及孤立残丘，并且在采坑中部形成1处面积约633m2的积水坑，2处料堆占地面积3003m2，采坑周围全部形成了峭壁，壁面岩石破碎，造成环境视觉污染，对生态环境、自然景观和地貌景观造成了严重的破坏。

表1 矿山开采破坏土地资源情况一览表

3.3 采矿活动形成地质灾害隐患

由于采矿活动导致山体挖损严重，形成了多个深浅不一、环形相连的大采坑，采坑底部最低标高56.18m，顶部最高标高122.05m，将现状平台标高进行概化已大致形成+56m、+60m、+65m、+68m、+70m、+73m、+75m、+80m、+90m、+95m、+100m、+105m、+117m、+117m大小不等的平台，各平台之间有陡坎连接或自然缓坡连接，单级采场边坡高度最大达30余米，边坡角26°～82°，最大边坡角近90°，局部形成悬空高架头，采坑边坡高而陡峭，坡体岩石破碎，坡面上留有大量的浮石、悬石，存在严重的崩塌、滑坡地质灾害隐患，对周边人类活动构成极大的安全威胁。据现场调查，受节理裂隙、层面及坡面等多重结构面影响，加之坡度过陡，坡体局部高架临空，矿区内共存在危岩体4处，坡面有大面积浮石分布4处。

4 废弃矿山地质环境治理目标

根据本矿区地质环境特征、矿山开采状况和地质环境影响问题，结合栏杆镇城镇土地利用总体规划，确定矿山地质环境治理思路为消除地质灾害隐患、土地复垦、生态复绿。治理后恢复果园地46150m2（约4.62hm2）、平台有林地27226m2（约2.72hm2）、边坡灌草地 17698m2（约 1.77hm2）、坑 塘 水 面 3947m2（约0.39hm2），外围现状保留其他有林地面积14204m2（约1.42hm2）；基本消除地质灾害隐患和视觉污染；达到恢复矿区自然生态环境，与周边生态环境相协调的生态目标；实现经济、社会、环境效益共赢的目标。

5 废弃矿山治理设计方案

矿区划分为5个治理区，即底盘场地平整、宕穴、覆土复垦种植桃树及草地区，平台开挖、场地平整、宕穴复垦种植刺柏区，边坡清理、削坡、坡顶及坡底开槽蓄土种植藤蔓区，积水周边开挖保留为蓄水塘区，宕口外围防护区。治理工程主要有边坡削顶、削坡与清理、底盘与平台场地平整、底盘与平台宕穴、底盘覆土、种植绿化、蓄水塘整治、养护道路修复与新建、排水沟砌筑、外围安全防护设施与标志安置、监测与管护等（详见图1）。

5.1 边坡治理工程设计

据现场调查，受节理裂隙、层面及坡面等多重结构面影响，加之坡度过陡，坡体局部高架临空，矿区内共存在危岩体4处，坡面有大面积浮石分布4处，稳定性差，都存在不同程度的地质灾害隐患和安全隐患，需要治理。设计时：①采用工撬除辅以机械开挖的方式对危岩体削坡卸载治理，对浮石进行清理，挖方体积约8635m3。②对矿区西北侧宕口坡顶进行圆滑处理，对突出的岩体进行清除，对存在拐角的岩体进行削方，使其圆滑，经测算挖方面积约1587m2，平均挖方深度约12m，挖方体积约19044m3。③对北西侧宕口外围坡顶进行削顶处理，对坡顶顶部风化及破碎岩石进行削除，削除挖方宽度为5m，平均挖方厚度为1m，挖方区面积约4037m2，挖方体积约4037m3。

5.2 场地整治工程设计

对底盘区2处料堆进行清理外运，该2处料堆是矿山企业前期采矿堆置而成，暂未销售利用，在矿山治理前期由矿山企业自行外运，不纳入设计范围。

场地平整过程中，设计对底盘区的临时围墙进行拆除，据野外调查，该临时围墙长213m，高约1.8m，厚约0.3m，拆除工作量为115m3。

对治理区南西部约+57～+61m底盘进行整治，结合现状地形对该平台设计标高为+58～+62m，对突出的呈三角状的锥型坡体进行挖方，均为岩质挖方。挖方区面积约2316m2，平均挖方高度约7m，挖方体积约16212m3。挖方后形成QP1边坡，设计坡度为55°，边坡高度约10m，为岩质斜向坡，坡体基本稳定。对挖方区西侧低洼处进行填方，填方区面积约2840m2，平均填方深度约3m，填方体积约8520m3。

为使东西两侧底盘相连，提高底盘平台利用率，同时为了使治理后边坡基本稳定，设计对积水塘南部边坡2处尾端进行挖除，挖除设计标高与本处现状标高基本一致，挖除面积分别为344m2、372m2，平均挖除高度分别4m、8m，挖方体积4352m3。挖方后形成QP2、QP3边坡，设计坡度为55°，边坡高度约5～18m，为岩质斜向坡，坡体基本稳定。结合挖方后地形现状，对+67～+75m底盘进行整治成+70～+75m。

对治理区范围内现有的平台进行贯通处理，边坡平台机械开挖时宽度不小于5m，均为岩质挖方，开挖面积约1687m2，平均开挖深度约6m，挖方体积约10122m3。

结合平台地形现状，对平台进行削高填底整平，整平面积73376m2，标高设计基于现状适当确定，场地整平坡度要求不大于5°。

图1 宿州市埇桥区栏杆振海采石厂废弃矿山地质环境治理工程部署图

5.3 宕穴挖槽工程设计

治理区岩性为薄层灰岩，机械开挖难度小，根据设计种植类型，确定采用人工风镐辅助机械方式开挖宕穴进行种植。

底盘宕穴规格为1.0m（长）×1.0m（宽）×1.0m（深），按种植间距3.0m×3.0m布置，共需宕穴2542个，挖石方体积为2542m3。

平台宕穴规格为0.6m（长）×0.6m（宽）×0.6m（深），按种植间距2.0m×2.0m布置，共需宕穴3055个，挖石方体积为660m3。

沿边坡平台外缘和内缘各1m处种植爬山虎，采用人工风镐方式开挖蓄土槽进行种植，蓄土槽0.5m（宽）×0.5m（深），总长为4847m，挖石方体积为1212m3。

对治理区外围设置水泥防护栏，埋设时采用人工风镐辅助机械方式开挖宕穴进行，宕穴规格为0.3m（长）×0.3m（宽）×0.3m（新鲜基岩面以下），需宕穴269个，挖石方8m3。

治理区排水沟采用挖槽后用U型预制槽砌筑而成，排水沟挖槽尺寸为0.6m（宽）×0.4m（深），排水沟总长320m，挖石方77m3。

5.4 覆土工程设计

底盘宕穴规格为1.0m（长）×1.0m（宽）×1.0m（深），按种植间距3.0m×3.0m布置，共需宕穴2542个，覆土厚度为1m，覆土土方体积为2542m3。

底盘区设计宕穴覆土后全平台覆土，用以种植草种，覆土面积46150m2，覆土厚度为0.2m，覆土土方体积为9230m3。

平台宕穴规格为0.6m（长）×0.6m（宽）×0.6m（深），按种植间距2.0m×2.0m布置，共需宕穴3055个，覆土厚度为0.6m，覆土土方体积为660m3。

边坡开挖蓄土槽规格0.5m（宽）×0.5m（深），总长为4847m，覆土厚度为0.5m，覆土土方体积为1212m3。

5.5 绿化工程设计

绿化工程治理设计基本原则是根据整治的需要，因地制宜，适地适树，栽种以乡土树种为主，构建田园生态防护体系。主要对宕口边坡坡顶、坡脚、平台以及斜坡进行绿化，恢复生态环境。

考虑与周边环境的协调性，设计在底盘区种植桃树，种植间距为3.0m×3.0m，需种植桃树2542株。设计在平台区种植刺柏，种植间距为2.0m×2.0m，需种植刺柏3055株。利用藤本植物上爬下挂的特点遮盖采场高陡边坡，对岩石坡面覆绿，设计在边坡种植爬山虎，利用其上爬下挂对边坡进行复绿，种植间距为0.5m，需种植爬山虎9694株。底盘区场地平整后，地形坡度较缓，设计采用表层覆土撒播草种进行绿化，绿化面积4.62hm2，撒播草种种类为胡枝子、狗牙根等。

绿化工程后期养护包括喷水养护、追施肥料、病虫害防治、修剪与培土补植等。植被播植后至成活前须经常洒水，保证土壤湿度，为其成活和正常生长创造良好条件。初期人工喷洒浇灌，后期利用雨水自然浇灌。部分树木、藤本死亡，应及时补植，补植的苗木要在高度、粗度等方面与周围正常生长的植被一致，以保证绿化的整齐性。

5.6 蓄水塘工程设计

矿区由于前期开采，现在底部形成1个积水塘，积水塘最长约44m、宽最长约18m，水面面积633m2，平均水深约3.0m，水面标高约64.13m，经现场调查余访问，该水塘蓄水性能良好，未有渗漏现象。本次设计保留该积水塘进行蓄水，为治理区复垦绿化提供供水水源，设计对积水塘南部地势相对低洼地区进行开挖，均为岩质开挖，挖方面积3286m2，设计挖方标高为+61～+63m，挖方平均深度为2m，挖方量约6572m3。经开挖后，水塘面积可达3947m2，最大蓄水深度可达5m，最大蓄水量可达15788m3。

5.7 养护道路工程修复与新建设计

为保证治理区与外围的联通和绿化养护工作需要，设计对原矿区道路进行修复保留，设计为三级道路，依原有道路修复，路面宽3.0m，长755m，同时为了便于底盘区、中北部平台区绿化养护及取水需要，在治理区南部居民点位置设计新建通往蓄水塘及中北部平台的养护道路2条，总长262m，设计路面宽3.0m。修复与新建道路结构设计为2层，底层铺设碎石，厚度为30cm，碾压密实，上部覆盖15cm厚度泥结石面层，压实系数应大于0.97，形成泥结石路面并夯实。道路修复保留设计工作量为铺设碎石约305m3。

5.8 安全防护工程设计

沿治理区北西侧边坡坡顶向外扩3m处设置水泥防护栏，防护栏商品砼规格为C30，防护栏间距为3m，规格为15cm（长）×15cm（宽）×210cm（高）；防护栏埋设时采用人工风镐辅助机械方式开挖宕穴进行，宕穴规格为30cm（长）×30cm（宽）×30cm（新鲜基岩面以下）。防护栏施工流程为凿岩—埋桩—混凝土浇筑；防护栏中间用带倒刺的铁丝网进行连接，铁丝网采用方列网形式布置，横向布置铁丝8根，两个防护栏中间布置竖向铁丝15根。水泥防护栏总长807m，需宕穴269个，浇筑混凝土8m3，砼预制防护栏269根，螺纹钢筋2421m，带倒刺的铁丝1614m2。

设计在蓄水塘南部设置一挡土墙+防护栏，挡土墙高0.8m，宽0.5m，挡土墙总长43m，共需砌石18m3。砼预制防护栏15根，螺纹钢筋135m，带倒刺的铁丝90m2。防护栏外围种植刺篱，种植间距为0.2m，需种植刺篱215株。

5.9 排水沟设计

为有效排除矿区汇水，沿养护道路设置排水沟，将治理区上方来水分别排至蓄水塘和治理区外围，设计排水沟砌筑长度为320m。砌筑前开挖基槽，采用U型预制槽砌筑，砌筑前夯实基底、坡面，采用20mm厚M7.5的砂浆抹面。单个U型预制槽尺寸为0.5m（长）×0.6m（宽）×0.4m（深），共需U型预制槽640个。

5.10 标志牌工程设计

根据治理区实际情况，在治理区入口或便于进入地段、进入采场地段、蓄水塘周围、高陡边坡周围设置安全警示标志，共布设10块警示牌，提醒当地百姓远离采场宕口等。

为传播生态环境保护理念，示范矿山地质环境恢复治理经验，设计在治理区进出采场道路处设立工程简介标志牌1块，采用巨形石灰岩块石或预制砼块，巨石高度1.0～1.5m，至少有一处竖直平面，平面面积不小于2m2。

5.11 矿山地质环境监测工程设计

通过对治理区治理工程进行监测，及时掌握治理区边坡稳定情况和复绿效果的有效性，确保矿山地质环境治理的实施能得到较好的效果。本次设计共布设10个监测点，其中边坡稳定性监测点7处，植被监测点3处。监测工作从矿山地质环境治理工程建设期结束，边坡稳定性监测点每半月观测1次，雨季半月2次；植被监测点每月观测1次，雨季半月1次。

5.12 管护工程设计

治理工程结束后，后期的养护更为重要，养护时间为期2年，养护面积为7.34hm2，派专人对绿化边坡及复垦林地进行必要的后期管理维护，管护内容包括浇水、施肥、病虫防治、补种及后期苗木种植。

6 结论及预期效益

通过本项目的实施，①可消除崩塌等地质灾害隐患，保障矿区周边居民的生命财产安全，具有较好的减灾效益。②可有效改善矿区的景观环境和生态环境，消除视觉污染，具有较好的环境效益。③通过矿山地质环境治理后，提高了土地利用率，调整了土地利用结构，坡地宜林则林、宜草则草，使环境与经济发展走上良性循环的道路，并有较好的社会效益和经济效益。