皖北露天闭坑矿山地质环境治理工作实践——以萧县某水泥用石灰岩矿为例

何家宝，汪定圣

（安徽省地质环境监测总站，安徽合肥 23001）

0 引言

近年来，根据国家对生态环境建设要求，各地方政府积极推进废弃矿山、政策性关闭矿山生态环境治理工作，效果明显，改善了当地生态环境。生产矿山企业按矿山地质环境保护与土地复垦方案要求，边开采、边治理，待矿山闭坑，矿山地质环境治理工作同步完成，矿区生态环境得到修复。但也存在少数矿山，因各种因素影响，矿山闭坑时，矿山地质环境治理工作没有完成，矿区生态环境没有得到修复。根据《矿山地质环境保护规定（国土资源部44号令）》和《安徽省地质环境保护条例》相关要求，按照“谁开发、谁保护；谁破坏、谁治理”的原则，原采矿权人要对该闭坑矿山开展地质环境治理，以修复矿区生态环境。下面以萧县某水泥用石灰岩矿闭坑矿山的地质环境治理为例，说明露天闭坑矿山地质环境治理成效。

1 闭坑矿山基本情况

露采闭坑矿山位于淮北平原北部，安徽省萧县境内。属于暖温带半湿润季风气候区，气候温和，四季分明，年平均降水量810mm 左右。现状地面标高39.84～197.34m，地形起伏较大，地貌类型为构造剥蚀溶蚀高丘及矿山开采形成的人工露天采场。矿区地层为奥陶系下统马家沟组（O1m）薄—中厚层状灰岩、白云质灰岩、白云岩，并出露有数个近南北向燕山晚期闪长玢岩。矿区位于萧县皇藏峪复式背斜的牛头山向斜西翼，发育1 条走向约25°、倾向南东的逆断层。矿区内地表水体不发育，仅见顺坡向短、小、浅的冲沟。地下水主要有裸露型碳酸盐岩类裂隙岩溶水和裸露型基岩裂隙水两种类型。

该矿山于2011年正式开采，2018年因资源枯竭停采。经过多年开采，露天矿山开采对自然生态环境造成严重破坏，现状已形成1个露天采场、2条进矿道路、多个料堆。露天采场大致呈南北走向，最长约680m，最短约285m，开采面积约19.3033hm2，矿山破坏面积19.30hm2。

2 闭坑矿山地质环境问题

2.1 采矿活动形成地质灾害隐患

矿区内地层产状为292°∠26°，节理裂隙较发育，产状分别为50°∠37°、90°∠26°、290°∠45°、132°∠26°。因长期的矿山开采活动，已大致形成5个大小不等开采台阶，台阶 分别标高+69.64～+73.18m、+83.99～+88.32m、+98.11～+103.88m、+116.61～+105.22m、+127.71～+135.61m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65m，边坡角50°～80°，部分边坡角近似直立。根据矿山边坡的坡向、坡度、高度、结构特征等分为不同边坡段，对各段边坡采用赤平投影的方法进行稳定性分析，边坡稳定性为基本稳定—稳定性差，存在崩塌、滑塌地质灾害的可能。

据现状调查，现状边坡因爆破开采、节理裂隙、层面及坡面等多重结构的影响，坡体岩石破碎，坡面上留有大量的浮石、悬石和危岩体，规模0.5～300m3不等，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。

2.2 采矿活动严重破坏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、高差较大的采坑及孤立残丘和高陡边坡。在矿区南侧形成“凹陷”开采，最低开采标高39.84m；在采坑周围形成了峭壁，壁面岩石破碎，造成环境视觉污染，对生态环境、地貌景观造成了严重的破坏，并形成严重的视觉污染。

2.3 采矿活动严重破坏了土地、植被资源

矿山原土地类型为裸地（127）、采矿用地（204）、有林地（031），长期的矿山开采对矿区土地、植被资源破坏严重，已经累计损毁土地面积约19.30hm2，其中挖损破坏土地面积约17.15hm2，压占土地面积约2.15hm2。

3 闭坑矿山地质环境治理工程方案

3.1 治理工程分区原则及分区

坚持“以人为本、因地制宜、经济合理、综合利用”的原则，结合土地利用总体规划，确定矿山地质环境治理思路为“消除地质灾害安全隐患，改善矿山生态环境，修复损毁的地质环境与土地，恢复土地的可利用性，保障矿山周边人民的生命财产安全，保护自然资源”。根据矿山开采现状，分为11个治理区（详见图1、图2 和表1）。主要治理工程有：边坡治理工程、绿化工程、养护工程、监测工程。

图1 治理分区平面示意图Figure 1. Sketch of treatment zoning plan

图2 治理工程剖面示意图Figure 2. Sketch of treatment engineering section

3.2 分项工程治理

3.2.1 边坡治理工程

（1）SNS主动防护网工程。⑥区边坡由于构造影响，岩体破碎、风化强烈，危岩体难以一次根除，在完成浮石、悬石清理后，在喷播前设置SNS主动防护网，对危岩体进行主动固定，防止掉落（详见A-A'工程剖面图）。

主动防护网采用“纵横交错的Φ16横向支撑绳和Φ12纵向支撑绳4.5m×4.5m正方形模式(边沿局部根据需要有时为4.5m×2.5m）网格内铺设一张DO/08/300/44m×2m型钢丝绳网，钢绳网下铺设小网孔SO/2.2/50型格栅网”；主锚杆采用Φ16 钢绳锚杆或Φ16 钢筋锚杆，长度不小于3.0m，孔径Φ90mm，孔内注入M25砂浆或水灰比0.50的水泥浆，水泥级别不低于42.5级。

（2）应力锚杆+横梁工程。⑤区边坡岩体完整性好，但底部已悬空掉落，受自身重力影响，在雨、雪、冰等自然气候因素影响下该岩体易沿软弱面（层面隐蔽节理）发生顺层滑坡。采用“预应力锚杆（锚杆间距纵向×垂向＝2.0m×2.0m，锚杆长度9m、直径110mm、倾角20°，孔内注入M25 砂浆或级别不低于42.5 级的水泥浆）+横梁（横梁间距2m、伸缩缝间距不超过10m，横梁断面0.25m×0.25m，横梁配筋主筋5Φ22HRB400、箍筋Φ10@200HPB235）工程”，加固该段边坡(详见B-B'工程剖面图)。

3.2.2 绿化工程

根据“因地制宜”的原则对露天采坑宕口边坡坡顶、坡脚、平台以及斜坡进行绿化，恢复生态环境。边坡及平台采用“高次团粒喷播技术”进行绿化，底盘及原始地形区采用“宕穴+覆土”种植乔灌木及撒播草籽进行绿化。

表1 治理分区说明表Table 1. Instructions of treatment zoning

（1）边坡高次团粒喷播绿化：③、④、⑤和⑥区边坡坡度70°～80°，局部岩性破碎，一般复绿方案难以实施，因此采用高次团粒喷播绿化（图3）。其原理是人工制造出一个最适于植物生长的土壤培养基（含底基层和种子层），人工土壤类似于“蜂巢”的团粒结构，既有保水性、保肥性，又有透水性、透气性，还能有效抵抗雨蚀和风蚀，防止水土流失。

图3 高次团粒喷播绿化施工断面示意图Figure 3. Construction section sketch of high-order pellet spray seeding

（2）底盘及原始地形区采用“宕穴+覆土”种植乔灌木及撒播草籽绿化：①、⑦和⑧区底盘便于机械施工，采用“宕穴开挖覆土种植乔灌木+全覆土（20cm）撒播草籽”进行复绿；②和⑨区底盘采用“全覆土（20cm）撒播草籽”进行复绿；⑩和○1区采用“宕穴开挖覆土种植乔灌木”进行补充绿化。

宕穴规格乔木为1.0m（长）×1.0m（宽）×1.0m（深），灌木为0.6m（长）×0.6m（宽）×0.6m（深），按种植间距3.0m×3.0m 布置。乔木设计为红叶石楠、栾树、刺柏等，苗高≮1.5m，地径≮4cm；灌木设计为刺篱；草籽种类设计为胡枝子、狗牙根等。

3.2.3 养护工程

为保证边坡、底盘乔灌木、草籽的存活和边坡植被的生长，需制定合理、规范、科学的养护管理措施。养护包括灌溉、施肥、病虫害防治、基质修补、补喷、间苗、苗木补栽等工作。

（1）水源工程。矿区内及周边地区无地表水体分布，采用洒水车拉水进行养护成本高，且难以持久；拟采用“开采岩溶地下水+收集地表雨水”为复垦区绿化提供供水水源。地表雨水收集方式为沿边坡坡脚设置截排水沟（规格为宽40cm×高30cm，水泥砂浆抹面）+底盘低洼处设置蓄水池（为圆形，直径4.2m，高4m，钢筋混凝土结构，壁厚0.1m）。

（2）浇灌工程。底盘区拟通过洒水车+人工方式对乔、灌、草进行养护；边坡通过“修建高位水池（为圆形，直径4.2m，高4m，钢筋混凝土结构，壁厚0.1m）+设置微灌管网（干管+支管+滴灌带+阀门+压力调节器等组成）自动喷洒”对高次团粒喷播植被进行养护。

3.2.4 监测工程

通过开展矿山地质环境监测，及时掌握矿区边坡稳定情况和植被复绿效果情况，确保矿山地质环境治理的实施能得到较好的效果。设置边坡稳定性监测点7个，每半月观测1次，雨季半月2次；设置植被监测点3个，每月观测1次，雨季半月1次。监测工作时间为矿山地质环境治理工程建设期结束后3年。

4 治理后效果分析

该矿山于2019年11 月按方案完成治理工程，于2020年通过专家验收正式闭坑。该矿山通过地质环境治理工程实施，有效消除崩塌等地质灾害安全隐患，保障矿区周边居民的生命财产安全。通过对裸露边坡坡面的绿化治理，有效改善矿区的景观环境和生态环境，消除视觉污染（详见图4 和图5）。通过对底盘区场地平整覆土植树，提高了土地利用率，调整了土地利用结构，使环境与经济发展走上良性循环的道路。

图4 闭坑矿山治理前底盘及边坡局部照片Figure 4. Local photos of the grounds and slopes of the closed open-pit mine before treatment

图5 闭坑矿山治理过程中全景照片Figure 5. Full view of the closed open-pit mine in the process of treatment

5 结语

该矿山闭坑时高陡边坡存在崩塌、滑坡地质灾害隐患，底盘高低不平且基岩裸露、植被损毁严重。治理工程充分运用“设置SNS主动防护网、应力锚杆+横梁工程、高次团粒喷播进行绿化”技术特点，结合不同类型边坡，因地制宜进行边坡及平台进行治理、复绿。底盘区实施“宕穴+覆土”种植乔灌木及撒播草籽绿化工程，使因矿山开采破坏土地资源得到修复。该闭坑矿山地质环境治理，是在年降水量偏少（年平均降水量810mm 左右）的皖北地区，矿山地质环境、生态环境修复模式和采取治理方法上进行有益探索和实践，为皖北地区露天开采矿山地质环境治理工作提供较好借鉴作用。