露天废弃矿山综合治理若干技术问题研究

雷 雨

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

2016年7月，原国土资源部等5部委联合下发《关于加强矿山地质环境恢复和综合治理的指导意见》，提出加快历史遗留问题的解决，鼓励社会资金参与，按照“谁治理、谁受益”的原则，充分发挥财政资金的引导带动作用，大力探索构建“政府主导、政策扶持、社会参与、开发式治理、市场化运作”的矿山地质环境恢复和综合治理新模式。这是国家从政策层面明确地给出了“开发式治理”的解决方案，目前很多省份已经探索出了一条“以矿治矿”的治理路径，有效破解了过去在废弃矿山地质环境综合治理中，政府财政“心有余而力不足”、社会资本积极性不高的难题，极大地推进了废弃矿山地质环境综合治理工作。然而解决了政策问题，废弃矿山的综合治理工作还要面临采场靠帮边坡高陡、平台狭窄、开采困难、运输条件恶劣、土地复垦难度大等一系列工程技术问题，本文对常见的若干技术问题进行了研究阐述。

1 露天废弃矿山现状

浙江省某建筑石料矿区原包含多家采矿场(矿权现均已灭失)，矿区内现状多残山残脊、满目疮痍，地形坑坑洼洼，采坑与残山分布凌乱；残留的废渣就地堆积，废弃设备随处可见，矿坑局部被垃圾覆盖；采场边坡高陡、坡面也不规整，局部坡面已发生多处崩塌。

2 开采削坡

废弃矿山的综合治理首先要解决的就是开采削坡，这既给土地复垦准备了必要条件，同时削坡开采出来的残留矿石可以产生经济效益，实现“以矿治矿”的双赢目标。然而废弃矿山的开采不同于一般的新建矿山，其开采工艺的选择必须要结合其矿山现状和复垦目标来综合考虑。

2.1 开采技术参数

为满足国家矿山开采规范及安全生产规程要求，废弃矿山的开采必须遵循自上而下的开采顺序、分台阶开采，并坚持“采剥并举、剥离先行”的原则。

露天矿台阶高度是重要的技术参数，直接影响到穿爆、铲装、运输工序的作业效率和成本。根据本矿山开采削坡规模以及拟选用的穿孔铲装设备，生产台阶高度选定为15 m。

为了创造复绿工程的施工条件，同时尽可能使最终边坡与周边地形的自然融合，生产台阶坡面角取60°，生产台阶不并段；为满足复垦工程设备运输作业条件，安全平台及清扫平台宽度均取10 m；为保证削坡工作铲运设备的作业空间，保障设备安全，削坡条带最小宽度应大于50 m。削坡开采参数见图1。

2.2 工作线布置及推进方向

废弃矿山的开采削坡与露天矿扩帮工程相似，各区域扩帮条带宽度不一致，而且条带比较狭窄。工作线宜横向布置、纵向推进，见图2。

2.3 开采工艺

开采主要工艺流程为：高风压潜孔钻机凿岩(配套移动式空压机)→中深孔微差爆破→液压挖掘机铲装→汽车运输、卸矿→重板喂料→破碎机破碎→筛分分级→带式输送机运输至料仓。

为满足矿山削坡开采规模1 000万t/年，选用6台KQG150潜孔钻机，6台CE1250-7型液压挖掘机(斗容6 m3)，34台额定载重45 t自卸汽车。另外，配置足够数量的辅助作业设备。

3 控制爆破

3.1 中深孔微差爆破

微差爆破可实现多排孔爆破，扩大一次爆破的矿岩量，满足中大型露天矿的生产要求；同时可提高爆破质量，降低爆破成本，破碎的块度均匀，大块率低，爆堆集中，有利于提高装载设备的效率；也可减轻爆破地震波作用，防止对附近建筑物和采场边坡的危害。本次设计中深孔爆破采用分段延时微差爆破(见表1)。

表1 中深孔爆破参数

3.2 临近边坡预裂爆破

为了保证露天采场最终边帮的平整和提高边帮的安全稳定性，在临近采场终了边坡处采用预裂爆破。预裂爆破即在终了边坡开挖线钻一排较密集的预裂孔，采用不耦合装药形式，装入少量炸药，并且预先起爆或先于主爆孔起爆[2]。预裂孔爆炸后，沿孔间形成预裂面，阻止了对终了边坡岩体的破坏。

预裂爆破参数如下：

1)钻孔直径D=80 mm；

2)台阶高度H=15 m;

3)炮孔超深h=1.2 m;

4)孔距a预=(8～12)d=10×0.08=0.8 m。

临近边坡预裂爆破是一项对安全要求较高的爆破技术，在具体实施过程中应重点做好以下几点：1)必须进行科学的爆破技术设计，确定合理的爆破参数；2)必须高度重视爆破工艺设计，如钻孔工艺、装药工艺、网络工艺以及边坡稳定性地质分析；3)在预裂爆破和主爆破同时实施的作业中，必须绝对确保预裂孔准爆，同时主爆区也不允许出现成片的拒爆，否则不但效果极差，边坡严重受损伤，并且处理起来非常困难;4)网路作业时必须十分谨慎，严格按规范作业，主爆区尽量采用复式起爆网路。

4 土地复垦

4.1 坡面复垦工程

为防止水土流失和坡面岩石裸露风化，进而引发落石、崩塌等地质灾害，采用厚层基材挂网喷播工艺，恢复植被生长的土壤条件，依靠植被自我繁衍生长的能力，恢复为灌木林地。

1)人工清坡。

人工清坡主要清理因爆破松动造成坡面危石、活石、浮石和松动岩层，防止岩石松动造成涨网脱落、基材层滑塌等现象。对坡面较深凹坑采用装土生态袋返填锚固，确保坡面平整。

2)坡面加糙。

台阶坡面角60°，因坡度较大，喷播基材极易重力下滑和脱落剥蚀，需要用生态棒对坡面沿等高线进行分割加糙，布置间距2 m，生态棒直径10 cm，内填充植生基材，锚钉锚固。

3)张网锚固。

坡面布设15 kN双向土工格栅，起到加筋固持基材作用，网片采用铆钉锚固，网片搭接不少于10 cm，坡顶外延不少于100 cm。

4)基材喷播。

将配置好的植生基材(含混合植物种子)喷射到坡面上，厚度12 cm，网片位于基材层表面以下6 cm～8 cm处，达到固持基材的效果。因边坡角度较大，要根据现场情况调整粘合剂用量和喷播压力，粘合剂用量30 g/m2～40 g/m2。

5)喷灌布设。

喷播结束后，在坡面上按照简易喷灌设施，喷播作业结束就要及时安排初期养护，确保植物正常发芽出苗。

6)后期养护。

根据喷播进度和完成工作量，制定初期养护制度，安排专职养护人员，加强初期养护。

4.2 平台复垦工程

1)场地平整。

清理平台上落石，确保平台平整，便于后期机械覆土、水沟围设置，提高栽植苗木的成活率。清理到台阶下开采工作平台，并注意清理安全。

2)平台覆土。

采用小型机械将剥离腐殖表土转运到平台，预留平台外延及坡脚生态袋布设空间，确保富土厚度60 cm，自然沉降后达到50 cm。生态袋围堰后，人工清平整理覆土。

3)生态袋围堰。

平台外沿和坡脚围设生态袋围堰，坡脚预留30 cm宽水沟距离，生态袋围堰与坡面形成平台排水沟，平台外沿预留30 cm安全距离。生态袋错缝堆叠，堆叠高度不小于45 cm，共计4层。生态袋内装填平台覆土包缝机封口。

4)苗木栽植。

平台外侧栽植灌木、内侧栽植乔木。栽植行距1.5 m，灌木株距1 m，乔木株距4 m。乔木需要加地面支撑固定苗木。

5)撒播草种。

苗木栽植结束后，撒播草本灌木种子，人工平整表层土覆盖草本灌木种。

6)养护管理。

苗木栽植完成后，同边坡植被养护设施和内容一并纳入养护管理。确保苗木成活，及时巡查补栽，扶正固定风倒苗木。

5 结语

结合实际废弃矿山实例，本文分项阐述了针对废弃矿山特点的开采工艺及技术参数、控制爆破参数设计，以及具体的土地复垦解决方案，对今后类似露天废弃矿山开发治理有着一定的实际指导与借鉴意义。