某废弃建筑石料矿山地质环境综合治理探讨①

温小亚

中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北 石家庄 050021

建筑石料矿山是以开采建筑用灰岩、白云岩、闪长岩等为主的矿山，开采方式主要为露天开采，矿山一般距离城市较近，主要是为城市建设供应砂石料产品[1-6]。该类矿山开发利用方面总体上存在点多面广、布局分散、开发利用水平较低等问题，同时开采结束以后部分建筑石料矿山责任主体已灭失，成为历史遗留未治理的矿山[7-10]，对周边环境造成了严重的破坏和影响。因此，开展废弃建筑石料矿山综合治理研究工作具有重要的现实意义，是实现生态文明建设的有利保障。

本文以某废弃建筑石料矿山为案例，通过实地调查和综合研究，提出采取“危岩清理、采坑防渗、露天采坑回填、警示标志设置、平整复垦、植被种植”等的治理措施，希望能够对该类废弃矿山的地质环境综合治理提供一定程度的借鉴。

1 矿山地质环境

该废弃矿山紧邻元氏县城区，位于石家庄市南部，距离市区约25km，交通较为方便（图1）。矿区所处区域属温带大陆性季风气候。降雨多集中在6～8 月，年平均降雨量787.8mm，年平均气温12.4℃，无霜期240d 左右。矿区属于低山丘陵区，整体地形为西部高、东部低，中部高、四周低。矿区内最高海拔标高118m，最低开采标高88m。矿区内无地表水体分布，南侧有小的冲沟发育，降雨时短时有水，平时干涸。矿区内植被主要为灌木杂草，周边区域种植有核桃、石榴、苹果等经济果树。矿区内土壤以砂质土为主，土层较薄，土层厚25～40cm，土壤发育特征不明显。

图1 采坑交通位置图 Fig.1 Traffic location map of mining pit

矿区含水岩组主要为岩溶裂隙含水层，含水层位于矿山最低开采标高以下，属于弱含水层。地下水主要接受大气降水补给，通过地表径流汇入低洼地带。矿区内采坑外缘地势最高，逐渐向四周变低，采坑中间最低。大气降水后，采坑以外的水向四周散流排泄，采坑范围内的雨水汇入采坑底部。矿体岩性主要为鲕状灰岩、致密块状灰岩，顶底板为薄层泥质条带灰岩、页岩。矿区周边人类工程活动以农业生产为主。

2 矿山地质环境问题

该矿山由于多年无序开采，未按照露天台阶式方法进行开采，现已形成明显的“白茬山”，对区内地形地貌、土地资源等造成了严重的破坏，同时存在崩塌等地质灾害。本次研究工作进行了实地调查，矿山目前存在的主要地质环境问题如下。

2.1 无序开采造成崩塌、滑坡等地质灾害隐患

矿山由于多年的无序开采，现已形成一个露天采坑，规模为400m×300m。采坑内部分地段已开采至最低标高90m，西部和北部局部达到80m。采场内主要有3 个平台，标高分别为105m、92m、80m，现有采场最大边坡高度约20m。南侧形成的实际采矿台阶高度一般为10～12m，采坑台阶高度一般为5～7m，采坑北侧、东侧台阶高度一般10～12m，局部达到15m。工作台阶坡面角一般50°～68°，最终边坡角62°。其中，北边坡高8～18m，边坡坡角约62°，边坡倾向165°～192°，为斜交坡；西边坡高度约为12m，大部分边坡坡角约65°，边坡倾向58°～95°，为顺向坡；南边坡高度约为9～12m，坡坡角约38°，边坡倾向8°，为斜交坡；东边坡高度约为12m，东边坡坡角约48°，边坡倾向8°～290°，为逆向坡。

现有露天采场内高低不平，采坑低洼处已有部分积水。矿区部分区域内岩石较为松散、破碎，顺向坡的软弱层较为发育。矿山停产多年，边坡上部现多为第四系杂土，矿山现有边坡岩层节理裂隙较为发育，采场部分区域偶见掉块现象（图2）。

图2 露天采场现状 Fig.2 Current situation of open pit mining field

综上所述，该废弃矿山经过多年的无序开采，现已形成典型的“白茬山”，坑底已有积水，边坡稳定性较差，顺向边坡中部分区域存在崩塌、滑坡的可能性，地质灾害隐患突出。

2.2 无序开采对矿区内地形地貌景观破坏严重

矿山多年无序开采，现已停产多年。目前矿山对地形地貌景观造成破坏和影响的区域主要为露天采场、运输道路以及废弃办公区。

矿山现已形成一处露天采场。位于矿区中部，坑底高低不平，占地面积约0.1253km2。露天采场低洼处已有部分积水，深度约1.2m，积水面积约1000m2。露天采场造成大面积山体永久性挖损破坏，岩土体裸露，原生地形地貌景观遭到破坏，自然植被遭到损毁，对原生地形地貌景观影响严重。

矿山运输道路主要为连接露天采场与外部公路，宽度4～6m，主要为简易土石路，局部地段进行了硬化，总占地面积为0.0062km2。运输道路破坏了自然地形和天然植被，对原生地形地貌景观影响和破坏较大。

矿山现有废弃办公区一处，位于矿区东部。废弃房屋区域长约85m，宽约25m，占地面积0.0021km2，废弃房屋建筑结构为砖混结构。废弃办公区破坏了自然地形和天然植被，对原生地形地貌景观影响和破坏程度较严重。

2.3 无序开采对大量土地资源造成了挖损和压占

矿山多年无序开采，造成了大量的土地资源损毁，挖损和压占土地面积达到0.1336km2，使土地资源失去了原有的基本功能，无法满足后续合理利用。主要表现为：

（1）露天采场无序开挖，造成了大量的土地挖损损毁，其损毁面积较大，达到0.1253km2，损毁地类主要为林地，露天挖掘边帮角达到70°，挖掘深度超过10m，损毁程度为重度损毁。

（2）运输道路局部地段进行了硬化，对土地完全压实，造成了土地的压占损毁，损毁面积达到0.0062km2，损毁地类主要为林地，损毁程度为中度损毁。

（3）废弃办公区场地内建筑物为砖混结构，长期压占土地，场地内外地面已硬化，对土地完全压实，造成了土地的压占损毁，损毁面积达到0.0021km2，损毁地类主要为林地，损毁程度为中度损毁。

3 矿山地质环境综合治理

3.1 综合治理思路

遵循“宜耕则耕、宜林则林、宜草则草”的因地制宜基本原则，根据矿山及周边实际情况，最大程度的节约治理成本，恢复区域内生态环境，开展矿山地质环境综合治理工程。本次矿山地质环境综合治理的总体思路如下（图3）。

图3 技术路线图 Fig.3 Technical flow chart

（1）通过危岩清理、削坡减载等相关措施，最大程度消除崩塌、滑坡等地质灾害，避免对人员、牲畜等造成二次伤害。

（2）对露天采场进行回填之前，须对露天采坑底部及边坡进行防渗处理，主要工程为铺设防水土工布。

（3）铺设完成后对露天采场进行回填，回填材料为建筑公司产生的建筑拆除物（主要为砖头、碎石等无毒、无害物品），然后进行平整、覆土等复垦工程，可以降低矿山综合治理成本。

（4）在露天采坑周边设置铁丝网和警示标志，直至露天采坑回填治理完全结束。可避免周边人员不慎落入采坑内，最大程度保证人民生命安全。

（5）将平整回填的露天采坑以及拆除的工业场地，覆土种植经济林木，不但可以最大程度恢复生态环境，同时可以形成长效机制，实现经济价值。

3.2 治理措施

针对废弃露天开采矿山存在的实际问题，按照“因地制宜、节约成本、综合效益”的原则，制定矿山地质环境综合治理工程措施，进行废弃矿山生态修复工作。

（1）危岩清理

根据露天采场中碎石、危岩等分布情况，采取机械和人工结合的方法进行危岩清除，尽可能以机械清除为主，人工清除为辅助。若边坡高差较大，受地形、采场等限制必须采取人工进行清除的，采场作业人员需严格执行相关安全制度和规范。

针对破碎松动岩体和危岩体，采用机械方式对局部陡倾坡段进行适当削方及挖除；坡面清理不得有较大的凸起和凹陷，尤其是清除危岩体坡面应与周围平顺连接；清理浮石采取一看二敲三撬的作业方法；清理浮石采用自上而下，分区跳段的方式进行，任何部位均不得采用自下而上的开挖方式施工；清理的浮石和危岩采用挖掘机和装载机挖装，自卸汽车运至露天坑低洼处进行填平处理。

（2）采坑防渗

对露天采场进行回填之前，须对露天采坑底部及边坡进行防渗处理，主要工程为铺设防水土工布。露天采场底部铺设防水土工布约10万m2，采场边帮铺设土工布约2 万m2。

（3）露天采坑回填

采用自下而上分层进行回填，分层厚度200～500mm，分层回填后，须夯压密实，最终在回填后的露天采坑顶部进行平整、覆土种植（图4）。露天采坑回填工程量约108 万m3。露天采坑为废弃矿山采坑，可一直用于建筑垃圾回填使用，使用年限超50 年。

图4 露天采坑回填效果示意图 Fig.4 Schematic diagram of backfilling effect of open pit

近几年，随着城市发展，建筑市场活跃，产生了大量的建筑垃圾，而寻找建筑垃圾的填埋场面临诸多困难。废弃露天采坑的存在，正好可以作为天然的填埋场所，不但治理的露天开采形成的环境破坏，还解决了建筑垃圾填埋的问题。遵循“互惠互利、利益共享”的原则，本次治理项目的露天采坑回填工作由当地的建筑公司承担，该项工作涉及的回填材料、运输花费、回填工程等费用全部由建筑公司承担。作为露天采坑回填工程的交换条件，废弃矿山无偿为建筑公司提供建筑拆除物（主要为砖头、碎石等无毒、无害物品）容纳场所。回填材料（建筑拆除物）要求：建筑公司提供的回填材料不含有毒、有害物质，不含重金属污染，不含放射性等，建筑公司进行回填处理时，须对回填材料进行环保检测，并提供固废检测报告，确保不会对土壤、地下水等造成二次污染。

（4）警示标志设置

为防止外来人员、牲畜等误入露天采坑，造成不必要的伤害，设计沿露天采场边界外围5～30m 处设防护网栏。露天采场外围采用双边丝护栏网，在护栏网上固定警示标志，按照200m 的间距设置警示牌。警示标志可采用铝合金材料，标牌尺寸1000mm×800mm，标明“采矿区域、禁止入内”，“小心坠落、严禁靠近”等类似字样，警示牌埋深0.5m，不得倾斜。安装完成后应对所有的标志板进行清扫，保持版面清洁。警示牌上标明矿山联系电话，标明“当心坠落、注意安全”等内容。

（5）平整复垦

废弃办公生活区内主要对建筑物及硬化地面清除完毕后的场地进行平整处理，露天采场在采坑回填处理的基础上进行平整处理，主要工作是进行削高填低、平整场地。在平整后的场地平面进行覆土，需覆土厚度约60cm。

采用推土机对场地进行平整，同时清理场地内的岩土混合物、石渣等遗留建筑垃圾。考虑排水问题，机械平整时将高处土壤向低处回填，使平整后的地面向一侧形成一定的坡角，便于自流排水，平整后的地面坡度不超过8°。

（6）植被种植

复垦后的土壤立地条件较差，需要实施生物化学工程尽快恢复地力。地表覆土以后，需要对客土进行养分改良，增加土壤肥力，满足植被生长需要。根据实际情况，对复垦土地进行撒播商品有机肥，增强土地肥力。

复垦区选择种植的果树为核桃树，采用“移栽技术、穴状种植”的方式进行经济林木种植，购买条件较好的树苗进行栽种。草籽采取撒播、面播的方式进行栽种。核桃树栽植采用穴状坑进行，树苗规格为：裸根冠丛高≤100cm，穴坑直径0.5m，深度0.3m，株行排距为2m×3m。种植树木季节以春、秋为宜，一般只在定植时在穴内浇水，待成活以后主要依靠自然降水与灌溉供水。

4 结论

针对该废弃建筑石料矿山无序开采造成了一定的崩塌和滑坡地质灾害隐患、地形地貌景观的破坏、大量土地资源被压占和挖损等存在的主要问题，提出开展危岩清理、采坑防渗、露天采坑回填、警示标志设置、平整复垦、植被种植等矿山地质环境治理工作，能够满足矿山最大的综合治理效果，可为后续其他相关工作提供依据和参考。通过实施矿山地质环境综合治理，每年可获得数百万元的经济收益，提供数十个就业岗位，消除了地质灾害，恢复了区域生态环境，同时为当地建筑废弃物的填埋提供了便利场所，获得了良好的经济、社会、环境效益。