老虎垅石灰岩矿老露采区地质环境治理与绿色复垦技术研究

2021-03-07李守爱

现代矿业 2021年1期

李守爱

(安徽马钢矿业资源集团桃冲矿业有限公司)

发展绿色矿业、建设绿色矿山，真正实现资源合理开发利用与环境保护协调发展，已成为矿山企业发展的必然选择[1]。因此，在绿色矿山建设过程中，要把建设绿色矿山的理念贯彻于矿山生产建设的始终，从矿产勘查、矿山规划、建设、开采、选冶、加工，直至矿山闭坑、土地复垦和生态环境恢复重建全过程采用先进的技术设备，实施严格的科学管理，实现资源充分合理开发利用、保护环境、安全生产、社区和谐及矿业经济可持续发展[2]。

近年来，国家、地方政府及政策研究部门在绿色矿山建设方面出台了一系列政策法规，如国土资源部2017年发布《关于加快建设绿色矿山的实施意见》，安徽省国土资源厅于2018年发布《露天开采非金属矿绿色矿山建设要求》，中国自然资源经济研究院于2019年7月发布《绿色矿山建设评估指导手册》，均有力地推进了国家绿色矿山的建设与发展。

矿山在绿色矿山建设过程应结合矿山生产实际，进一步科学制定复垦计划，采取超前复垦等动态预复垦相结合的治理方法。为践行“绿色矿山”建设的基本要求，矿山必须严格遵守“边开采、边治理、边恢复”的原则，从源头上做好矿产资源在开发过程中的地质环境保护，减少矿山地质环境问题“增量”；而对已经存在的露天矿山废弃场地等工业区域，必须在地质环境灾害治理的基础上进行土地保护与绿色复垦，真正实现矿业绿色可持续发展。

基于以上分析，安徽老虎垅石灰岩矿拟对矿区东南角一处历史遗留老露采区进行环境治理与土地复垦，在矿区地质环境、治理区水文地质条件及老露采区地质环境影响因素分析的基础上，提出综合边坡削坡、平整场地、修筑截排水沟、客土喷播等多种技术相结合的环境治理与土地复垦方案，从而实现矿山的“边开采、边治理”式发展。

1 露天矿山现状

1.1 区域地质环境

该区大地构造位于扬子准地台(Ⅰ)、下扬子台坳(Ⅱ)、沿江拱断褶带(Ⅲ)、安庆凹断褶束(Ⅳ)东段部位，地层区划为扬子地层区、下扬子地层分区、贵池地层小区。区内主要出露三叠系地层，褶皱断裂构造不发育，岩浆活动弱。矿区内出露的地层主要为三叠系下统小凉亭组—三叠系下统分水岭，其中分布最广的主要为南陵湖组和分水岭组，占据区内大部分。第四系主要分布于矿区北部山脚下。

矿区构造位置处于桃冲向斜中段的核部。矿区内该向斜轴走向105°～115°，轴面近直立，枢纽呈舒缓波状，向南东东方向昂起，向北西西向倾伏，为一中等宽缓之向斜。矿区内，向斜核部最新地层为三叠系下统分水岭组，两翼由三叠系下统南陵湖组、塔山组地层组成，地层出露连续完整。矿区内断裂构造不很发育，仅在矿区东侧有桃冲横向正断层。

老虎垅石灰岩矿为以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床。矿体出露地表，且位于当地侵蚀基准面+48.0 m以上，无盖层，矿区地形有利于自然排水。矿床主要充水含水层，富水性弱—中等，地下水补给源为大气降水，为水文地质条件简单的矿床。

1.2 治理区地质环境

治理区位于矿区的东南侧，主要位于三叠系下统南陵湖组下段(T1n1)和三叠系下统塔山组(T1t)；地层岩石质量好，岩体完整，岩石强度较坚硬，岩体质量属Ⅲ类中等，岩体有利于边坡的稳定。矿区东南部因受区域桃冲横向正断层的影响，向斜北翼地层产状变缓，造成向斜往东两翼地层产状相差较大，轴向略向北偏扭，但总体上仍为一对称向斜。治理区地层倾向北，倾角35°左右，所处区域岩溶不发育，距离矿区外围西北的“观音洞”溶洞较远。

治理区的工程地质条件整体较好，有利于边坡的稳定和治理工作的开展。

1.3 露天矿生产现状

老虎垅石灰岩矿位于安徽省繁昌县荻港镇桃冲村境内，矿山采用露天开采，自上而下分台阶逐层开采，开采深度+235.80～+50 m，公路开拓汽车运输。矿山2010年开始投产，年产60万t，2016年对现有矿权范围内进行技改扩建，设计建设规模为200万t/a。

目前，矿山在采矿权范围内形成了一个长约313 m，宽约184 m的山坡露天采场。采场顶部最高标高在采场的南部约为+196.50 m，底部最低标高约为+145 m，总高差约51.50 m，由南往北，从上到下，采场又大致分为+190 m、+180 m、+175 m、+160 m、+145 m 5个平台，其中，+190 m、+180 m、+175 m、+160 m平台已经开采结束；+145 m平台为目前矿山主要生产水平。

2 地质环境分析

2.1 采场边坡地质环境影响因素

+160 m以上靠帮边坡台阶已于2018年进行了土地复垦工作，完成复绿工程平台区面积约1 270 m2，边坡区面积为2 357 m2。已复垦靠帮边坡的平台区复垦效果较好，植物生长状况较好；边坡区复垦效果较差，栽种的植物基本都未成活，采场靠帮边坡复垦现状见图1。其中，已靠帮边坡位于采场南端，分别为+160 m、+175 m、+185 m及+195 m平台。已靠帮边坡高度、坡度等参数均满足原初步设计要求，边坡总体坡度为40°，已靠帮边坡裸露岩石无断层褶皱等不稳定结构面无松散浮石，位于地质条件较好的三叠系下统塔山组(T1t)，边坡无岩溶发育情况，目前状态和条件下，边坡整体稳定性较好。

图1 采场靠帮边坡现状照片

靠帮边坡平台区已完成复垦。边坡区依照原土地复垦方案应采用坡脚坡顶种植爬山虎的复绿方式，复垦效果差，植物成活率低。依据绿色矿山建设及主管部门相关要求，此种绿化方式已不能满足矿山复垦要求。因此，边坡区还需重新进行复绿。综上所述，采场靠帮边坡稳定无地质灾害风险，但边坡区需要重新进行复绿。

2.2 老露采区地质环境影响因素

老露采区南北长约185 m，东西宽约300 m，现呈现不规则的台阶，整体边坡坡度约为35°，台阶平均高差约为15 m，台阶宽30～120 m不等，自然排水良好，区内未发生崩塌、滑坡等地质灾害。该区占用土地面积4.556 8 hm2，其中平台区面积为3.715 2 hm2、边坡区面积为0.841 6 hm2，边坡坡脚总长约为1 158 m，占用地类为采矿用地和有林地，损毁类型为挖损，损毁程度为重度。前期生产过程中，露天采场向老露采区西北侧排放了约2万m3废石和表土；露天坑底为凹陷采坑，已变为浅水坑；老露采区边缘处已自然复垦，边坡区平台及坑底尚未进行复垦。

老露采区边坡堆排的废石和表土整体边坡角度35°左右，经雨水冲刷，局部边坡存在崩塌、滑坡的潜在危险；由于废石的排放，造成原连续台阶中断，局部形成了一面坡的现象。因此，老露采区边坡状态为整体基本稳定，局部存在崩塌、滑坡的可能。老露采区尚未进行土地复垦工作，由于周边为林地植被茂密，老露采区边缘及局部平台区已自然复绿。综上所述，老露采区部分边坡存在崩塌滑坡的地质灾害风险，同时老露采区部分区域需要复垦。

2.3 治理与复垦原则

在“消除或最大限度减少视觉污染”的基础上，遵循“合理利用、技术可行与经济合理”的原则[3]，并结合原治理思路,对老露采区不稳定边坡进行清坡卸载，使之与周边地形自然衔接，并达到安全和绿化的要求，尽量减少对项目区内现有植被及已自然恢复植被的破坏。边坡平台通过植树进行绿化[4]，对老露采区宕底进行平整后恢复为林地，完善地表排水系统，改善生态环境，开发利用土地资源。

3 绿色复垦综合技术

由于老露采区边坡处于基本稳定状态，只需要进行清坡、场地平整、废石回填采坑和复绿工程，因此在具体方案设计时，应对被采矿活动破坏的矿区地质环境进行恢复性治理。结合老露采区的实际情况，治理方案主要内容：根据设计对坡体进行清坡，局部边坡进行削坡、修建或还原原始岩石台阶，场地整平复绿，修筑截排水沟、对堆土场进行开挖，利用削坡及清坡的废石对宕口进行回填和整平。

3.1 地质环境治理

(1)清坡、削坡及修建台阶工程。老露采区由于废石的排放，造成原连续台阶中断，局部形成了一面坡，整体边坡角度40°左右，经雨水冲刷，部分边坡存在崩塌滑坡的潜在危险。为此，对老露采区采取清坡工程、削坡工程及修建台阶工程。

清坡工程主要为清理露天采场向老露采区排放的废石废土，还原老露采区原始台阶，工程量约20 000 m3。削坡工程主要对老露采区原始边坡的风化层、局部陡峭不稳定区域削坡和清理，同时结合地形和台面标高形成规则的台阶平台，使老露采区整体边坡稳定；削坡工程量约4 010 m3。

清坡、削坡过程中修建或还原台阶，平台宽度取10 m；通过治理工程边坡平台与两边现有台阶进行自然衔接，最终形成4个台阶，标高分别为+160、+140、+128、+116 m(+116 m后被填平至+121.5 m)，形成规则安全的边坡区、平台区是老露采区后期复垦的基础和安全保障。

(2)废石回填、场地平整。老露采区底部存在凹陷坑，坑底不平且有少量积水。为了减少废石排放，同时治理凹陷坑，边坡清坡、削坡的废石废土回填至凹陷坑内。现状条件下凹陷坑底底面标高为+116～+117 m，回填后凹陷坑底标高为+121.5 m。废石回填坑底后对坑底、平台场地进行平整，为后期复垦做好准备。废石回填工程量共24 010 m3，场地平整工程量共14 153 m2。

(3)修建截水沟。为防止降水对绿化场地、坡面侵蚀冲刷，降低软弱面强度，减少水土流失，确保植被正常生长，在老露采区边坡上部外沿、平台、凹陷坑外沿修建截水沟，将水引入治理区外。老露采区边坡上部外沿截水沟延伸衔接至现有上山公路两侧的排水沟，具体位置视实际地形状况而定。

根据芜湖市降雨数据，按照中国公路科学研究所提出的经验公式计算地表排水最大洪峰流量，得到截水沟最大流量为0.252 m3/s。根据地形、水沟的雨水流量和初拟纵坡，设计截水沟底宽0.6 m，水深0.5 m，梯形断面，比降2‰，水沟采用200 mm厚的M7.5浆砌块石砌筑。截水沟尺寸见表1。

表1 排水沟截面尺寸

(4)设置警示牌。在老露采区边坡坡顶(+160 m)和坡底(+124 m)醒目位置树立3个警示牌。依据《安全标志及其使用导则》(GB 2894—2008)，安全警示牌为600 mm×800 mm不锈钢金属材质，白边蓝底白字，内容分别为1个“注意边坡”、2个“边坡施工注意滚石”。

3.2 绿色复垦

复垦范围为老露采区边坡区、平台区(含宕底)、靠帮边坡边坡区。老露采区局部自然复绿区域在地质环境治理的清坡与场地平整中损坏，需重新复绿；靠帮边坡区复垦施工会破坏部分已复垦的平台区的植被。因此，边坡区复垦后需要对损毁的平台区草地重新播撒草籽复绿。各复垦区面积为：老露采区边坡区面积13 112.8 m2，靠帮边坡边坡区总面积2 362.2 m2，老露采区平台区(含宕底)面积14 153 m2，靠帮边坡边平台区损毁植被面积1 200 m2。

(1)老露采区平台区。老露采区平台区需进行覆土复垦，覆土厚度为50 cm，用于种植乔灌木及撒播草籽。该方案选用2 m3挖掘机装载20 t自卸汽车运输方式，包含有推土机推平内容，覆土后可直接进行植被恢复。覆土后对平台场地进行平整并使平台地面形成反坡，使得平台汇集雨水流向坡脚的水沟，同时平台前缘设置50 cm高的挡土堆。老露采区平台区植被恢复采用种植乔木灌木，林间播撒草籽，乔木灌木株距2 m，共种植乔木、灌木3 538株，播撒草籽14 153 m2。

(2)老露采区边坡区。老露采区边坡区植被恢复采用直接播撒草籽方式复垦为林地，播撒草籽13 112.8 m2，复垦乔木与老露采区平台区一致。为保证回填后的土壤能满足复垦植被的生长需求，采用施肥改良的办法提高土壤肥力。据现场走访当地村民，复垦后，按每亩15 kg的定额施复合肥，每年施用两次，连续施用3 a，提高土壤肥力。

(3)靠帮边坡区。靠帮边坡的边坡区由于坡面坡度较陡且基础为岩质基础，2018年复垦时原复垦方式效果较差，针对高陡岩质边坡的复垦经类比，设计采用客土喷播复绿方式。客土喷播是一项适合在贫瘠土及石质边坡上进行植被建植的新型技术[5]。它通过特定设备，将种子、岩石绿化料、客土、保水材料、团粒剂、稳定剂混合后通过泵和压缩空气输送喷射到坡面，并达到一定厚度以形成植物生长基质的一种喷播强制绿化种植技术。

客土喷播的工程材料中，基础材料包括钢筋(φ16 mm螺纹钢及φ12 mm圆钢)、镀锌铁丝网、砂子、碎石、绑扎丝、水泥(32.5级)等；客土材料包括岩石绿化料、保水剂、粘结剂、有机复合肥、稳定剂、当地种植土、无纺布、混合草灌种子等。

客土喷播施工顺序为：①清理边坡，尽可能将坡面清理平整，工程量约118 m3；②测量放线，主锚杆间距为2.0 m，辅锚杆间距为1.0 m。首先使用水平仪及卷尺按纵横间距2 m放点，确定主锚杆的钻孔位置，然后在相邻的主锚杆之中点上插补辅锚杆点位(图2)；③锚杆施工包括钻孔、植锚杆及注浆；④挂网施工，固草器采用φ2 mm×50 mm(孔径)的编织网，网周采用挂网锚杆固定；⑤材料混合及搅拌，客土材料的混合组成有岩石绿化料、当地土料、有机复合肥、纤维等；⑥客土喷播以岩面挂网为基础，通过机械将高营养有机质喷射到岩石表面，从而为岩石表面生长植物提供生养基础；⑦绿化施工，在基层客土喷播的基础上进行表层绿化喷播植草，主要将草籽混入喷播客土料里，再将混有草籽喷播料喷播至边坡，喷播厚度约为2 cm；⑧养护管理加盖无纺布，30～45 d后炼苗揭布。

图2 锚杆放线测量布置网格图

3.3 稳定性监测

针对“边开采、边治理”的治理区范围，地质环境监测工程主要为边坡稳定性监测，监测对象为老露采区治理后边坡、采场靠帮边坡；监测内容主要是监测边坡是否出现变形及开裂等现象。监测方法采用简易监测法，通过巡查、监视边坡宏观变形和前兆信息。监测频次从开采期到闭坑后1 a，开采期每次爆破后进行监测，暴雨季节加强监测频率，闭坑后每半月1次。边坡稳定性监测点老露采区布置1个，靠帮边坡布置2个。经近两年的治理，治理区并未再发现明显的滑坡、塌陷等地质灾害。