废弃露天石灰岩矿山生态恢复综合治理措施

2022-07-13赵亚飞谢宇铭周文博

现代矿业 2022年6期

赵亚飞谢宇铭周文博

（中煤地质集团有限公司）

我国的露天废弃矿山数量较多，给当地的生态环境带来极大影响，是政府部门非常重视的问题之一。张家口东部地区露天矿山较多，有数十年开采历史，为地方经济发展做出了很大贡献［1-2］。而在怀来县枣口村北山地区，由于矿山开采过程中人们对环境的保护意识淡薄，且为露天开采，未进行合理规划，开采后无治理措施，造成自然景观和地貌景观被严重破坏，生态环境变得极为脆弱。该区域地表不仅存在崩塌、滑坡等地质灾害隐患，而且由于地表植被、地形地貌破坏造成环境不断恶化，地方文明形象受到影响［3］。因此，对废弃露天矿山进行生态修复非常紧迫。针对该地区环境问题，采用削坡、清危、客土、绿化等综合措施，对生态环境进行综合治理。

1 矿山环境问题及治理目标

怀来县枣口村石灰岩露天矿经历开采、废弃后，附近山体形成的可视裸露创伤面涉及多个区域，其中面积较大区域所存在问题具有共性，分述如下。

1.1 地质灾害隐患

附近山体整体大面积出露雾迷山组白云岩，采面表面岩石破碎，裂隙较发育，产状多为220°∠75°和300°∠60°，尤其是采面顶部碎石较多，存在危岩体，长度为3～15 m，宽度为1～8 m。裂隙发育地段在遇到大雨、地震等情况时易发生崩塌现象。采面上部植被较少，存在明显冲沟，采面之间汇集土石，在遇到大雨的情况下，采面上部易发生滑坡。应在隐患处进行危岩清理，设置排水沟等措施。

1.2 水土流失严重

采面下部无植被覆盖，上部斜坡坡度较大，约40°，植被稀疏，碎石较多，土体分布不均，主要覆盖在斜坡中下部，无梯形台阶等保土措施，雨季时土体随流水排至采面下部道路。该地区春冬季节干燥多风，最大风速为19 m/s。表面浮土多被侵蚀，水土无法较好保持，还会形成扬尘、沙尘等不良环境现象。应在采面下部平台覆土，采面处开凿点景，采面上部进行补植绿化。

1.3 废弃矿渣裸露

该区域露天开采造成废弃矿渣露天堆积，达到约3 000 m³，影响道路通行，甚至占用了附近部分耕地。雨季时雨水会携带矿渣中的有害物质对附近农田造成一定程度的污染。应将矿渣合理填埋，恢复所占用耕地，并在矿渣上部覆土并进行补植绿化。

2 综合治理流程

生态恢复综合治理主要包括开挖工程、回填工程、砌筑工程、绿化工程和灌溉工程。

2.1 开挖工程

对于采面上部松散易滑落危岩采取机械和人工的方式进行清理。勾机、铲车等机械对高度较低处危岩进行清理，吊车、人工对高处危岩进行清理。若危岩体块体较大，可采用爆破方式［4］使危岩破碎掉落，然后使用机械清理。对过于陡峭的边坡可建造一个水平台阶［5］。本项目共清理危岩体约10 000 m³，爆破4 000 m³岩体，建造30 m³左右的平台15个。

对于规模较小的残山，使用机械将残山挖除，再进行平整。对于渣质、土质边坡，首先采用RTK对坡面进行测量放样，每20 m在坡面的坡顶和坡脚各钉一个桩位，然后拉出一条坡面线，并在相邻的坡面线上沿路线拉出纵向线，形成坡面整理施工网格。在每个桩位上标出需要清理或者回填的厚度，坡度修整到35°以下，采面底部渣坡进行修坡至20°左右。削坡时清理渣土，保证立面无明显凸起岩石、裂隙和松动危岩体，确保边坡稳定［5］。

在采面表面开凿宽度不小于1.5 m的孔穴，孔穴间距约6 m，对可利用台阶处进行修整，形成面积不小于3 m³的小台阶，为以后绿化、砌筑做准备。

2.2 回填工程

开挖后产生的石渣不外运，削高填低，将采区附近地面由于开挖产生的坑洞回填后，其余的渣堆在采面下部平台上平整形成平地。

石渣回填完后再覆盖0.3 m厚土壤。首先采用RTK对回填平台进行测量放线定位，确定区域各点高度位置，做好标记。土源可采用周边工地开槽土，种植土宜选用土质疏松的壤土类，需结合土壤来源和质地情况，掺加腐熟有机肥料之后才能用于绿化种植。

2.3 砌筑工程

采面、平台外侧边缘砌筑挡墙，用于挡土绿化。挡墙采用座浆法砌筑，使用M10砂浆。砌筑前按设计图纸精确放出实样，四方挂线砌筑。砌筑第一层砌块时，应将其表面清洗、润湿后，先出座浆再砌石。砌筑斜面时，斜面应逐层放坡，以保证规定的坡度。砌块间用砂浆粘结并保持一定的厚度，所有砌缝要求砂浆饱满。同一层石料及水平灰缝的厚度要均匀一致，每层按水平砌筑，丁顺相间，砌石灰缝互相垂直。砌筑顺序为先角石、再镶面、后填腹。挡墙结构如图1所示。

采面下部斜坡采用格构进行护坡，格构采用铺浆法砌筑，使用M10砂浆。格构断面为400 mm×250 mm，拱形弧高为100 mm，格构顶部设置1道断面为1 200 mm×500 mm的横梁。砌筑时每层侧面料石均应按规定的灰缝宽度及错缝要求配好石料，再用铺浆法顺序砌筑，随砌随填立缝，并应先砌角石；按格构砌体高度确定砌石层数，砌筑粗料时依石块厚薄次序，将厚的砌在下面，薄的砌在上层；每层石料均采用顺砌，砌缝宽度均匀，当为粗石料时缝宽不应大于20 mm，相邻2层的竖缝错开不小于100 mm，严禁出现通缝现象。为保证接缝的作用，2种接缝均须垂直，并且缝两侧砌体表面需要平整。格构结构如图2所示。

采面孔穴和小台阶处采用座浆法使用水泥砖砌筑，将孔穴和小台阶外缘封闭，为之后苗木种植做准备［6］。

2.4 绿化工程

该区域绿化种植的苗木选择的是适宜当地气候环境的榆树、油松、火炬树、荆条、爬山虎等，且苗木种植地与该区域距离较近。种植绿化施工顺序：测量放线、运输苗木、撒播草籽、栽植、养护和验收［7］。榆树火炬树间距为2 m，胸径4 cm以上；荆条高50 cm以上，间距为20 cm；爬山虎间距为20 cm。榆树火炬树栽种穴深大于50 cm，确保树苗稳定不被大风吹倒。所有苗木栽种后均需浇水2遍，防止冬季冻死。

采面上部孔穴以及台阶浇水不便，可种植范围较小，土壤易被风雨侵蚀，不适宜种植较大树木，适合种植荆条、爬山虎［8］等低矮苗木，如图3所示。

采面中下部平台浇水便利，可绿化面积大，适合种植榆树、油松、火炬树、荆条等较大苗木。平台边界种植多排较大的榆树、油松作为防护绿化带。格构护坡以及坡度较小斜坡处填充生态袋后，点播混合灌草种子绿化。

2.5 灌溉工程

该区域内采用喷灌、滴灌的方式进行给水。采面上部及坡度较大的区域主要采用滴灌喷头，山下平缓地区根据乔木和灌木的栽植疏密或组合类型等情况设计喷灌或快速取水阀。针对不同的植物高度设计不同的喷灌方式，应参考产品手册并根据场地实际状况选择合适的滴头、喷头。

水源为山下河水，引水上山前进行过滤净化，确保能满足滴灌系统水质要求。根据地势设置调蓄加压泵站，水泵型号的选择需要进行水力计算，沿程水头损失一般采用达西—韦斯巴赫公式。

式中，hf为沿程水头损失，m；l为流段长度，m；d为管道直径，mm；v为流速，m3/s；g为重力加速度，m/s2。

本段管道最大落差约75 m（静扬程）。管道流量为8 L/s，管线总长度为500 m，沿程水头损失为14 m。局部水头损失按沿程水头损失20%取，2.8 m，总水头损失为16.8 m。则水泵总扬程=静扬程+总水头损失+喷头工作压力=91.8 m，水泵进行选型时扬程应大于91.8 m。

由于区域面积较大且相对分散，地势起伏较大，且滴灌系统对管道系统流速、稳定性要求高，故设计分散调蓄加压系统。山下局部安装管道不便处，可安装一定数量的快速取水阀，可由人工使用软管接取水口浇灌附近的绿植。为保证系统各个分区压力的均衡，同时避免系统压力高于喷头的正常工作压力而造成过度雾化，影响洒水的均匀性和有效性，各支管闸阀需根据所控制喷头的最适压力配备减压阀。