中央资金背景下的历史遗留废弃矿山生态修复示范工程研究——以山东济宁某石灰岩矿山为例

张 耀，徐 浩，张方哲，郭晓珊，尹 铮

(北京中地大工程勘察设计研究院有限责任公司，北京 100013)

我国疆域辽阔，矿种多，资源储量丰富，资源优势明显。随着改革开放以来工农业的繁荣发展，因资源需求而衍生的采矿业迎来了发展契机，表现在煤炭、建筑石料和有色金属等支撑矿产的采、运、销产业链的形成与完善，带动了社会经济的快速发展。在矿业高速发展而带来巨大经济效益的同时，矿山历史遗留生态环境问题日趋严重，采矿行为诱发地质灾害问题日益突出，导致环境污染和水土流失等诸多问题[8-12]。

本文以山东省济宁市某石灰岩历史遗留废弃矿山生态修复工程为例，阐述了危岩体卸载、坡面排险、残梁清理、地形整治、截排水工程、挡墙工程、绿化工程等工程措施，成功修复矿山生态，总结废弃矿山生态修复的工程经验，获取了良好的生态效益，为同类型废弃矿山的生态修复提供借鉴，冀望该方法进行推广应用。

1 废弃矿山生态修复的内涵与要求

生态恢复要以发挥生态系统的自我恢复能力为主，“主要依靠生态系统的自我恢复能力进行生态系统的恢复与重建”,这是经典或传统生态学的观点[1]。

在“两山理论”提出之前，我国大多数矿区，经过以追求高利润为目的缺乏自然环境规划的无序开采，致使矿区及周边自然生态环境遭到不同程度的破坏，而后因没有及时采取正确的建设性、补偿性的矿区生态修复措施，导致区域性的自然生态结构不可逆的损毁，原有自然生态环境已荡然无存或者说已丧失自然恢复的条件，这种情况下其自然恢复的效率极低[1]，且缺乏对特定矿山生态问题和生态修复具体技术的指导性规范，直接影响了矿山生态修复工作的成效[2]。

通过工程手段对破坏的地形地貌进行整平恢复、种植土覆盖、苗木人工辅助更新、退耕还林还草、封山育林、先锋树种的引入、对现有的产业择地进行集中产业建设[3]。在对三区四线可视范围内进行相对规格较高的绿化，相对丰富的工程措施，降低地质灾害隐患的发生，治理后的地形尽可能的与周边相似。对其他区域，需开展生态系统评价，确定其自然生态恢复功能，选择性实施工程干预。考虑以生态过程调控为主，诱导生态系统的正反馈的自发恢复，考虑生境景观间的相互作用；从生态系统的角度进行整体保护、系统修复、综合治理。

2 废弃矿山地质环境现状

我国幅员辽阔，采区遗迹遍布大江南北，任何单一的生态环境治理方法或区域性的治理经验都不具有普适性。

该治理区为低山丘陵区，地面标高一般为+69.96～+222.70m，相对高差152.74m[4]，治理区地貌为破损立面、残留山包、渣石堆、废弃构筑物等，总体趋势东北高西南低，属现代人工地貌。治理区内地质构造简单，未见断层分布(图1)。治理区位于济宁市西部，根据济宁市水文地质分区图，属于嘉祥、梁山低山丘陵水文地质亚区，鲁西北黄泛平原工程地质区。

图1 矿山地质环境现状图

矿区经过长期的开采，形成了13个采坑、17个采矿平台和14个岩质高陡边坡。据开采方式、开采现状、生产功能等，将全区划分为4个区，编号依次为A、B、C、D区。各区地质环境现状及其特征如下(表1)。

表1 采坑特征统计表

A治理区包含A-1、A-2两个区，共有7个采坑。

A-1区，多年开采形成了3个较大的采坑CK1～CK3和4个大小不等的采矿平台和3个边坡。开采方式为阶梯式，使用锯切方法开采整块巨石，陡崖面整体稳定性较好，各采矿平台底部基本与岩石层面一致。

A-2区形成了4个较大的采坑CK5～CK8、4个大小不等的采矿平台、6个采坑立面和1个水塘。开采方式为阶梯式，使用锯切方法开采整块巨石，陡崖面整体稳定性较好，各采矿平台底部基本与岩石层面一致。

B区形成了3个较大的采坑CK9～CK11。开采方式为阶梯式，使用锯切方法开采整块巨石，形成的陡崖面平直，陡立。岩体的岩性为石灰岩，较为坚硬，裂隙不发育，整体稳定性尚好。个别平台见存有采矿遗留小平台，除平台陡立面外，其他地方有少量草本植被发育，在陡崖顶部则为木本植物发育，多为白皮松。采坑南侧有养老服务中心和配套道路，东南侧有5处钢筋混凝土结构框架建筑物。

C治理区分布有2处规模较大的露天采场CK12～CK13。经过开采后对山地造成严重破坏，高陡边坡多，坡立面无植被生长。露天采场底部是废石场，零乱堆放较多石料。场地内残丘分布较多，中部还有一处深坑，内有少量积水，南部采坑底部现状有8处废弃房屋。

D区分为D-1和D-2两个区，本区采坑大多为小采矿CK14～CK19，采坑开采使用锯切工，但立面有较多危岩体和危岩带存在，采坑周围现有光伏板，坑内及采坑立面有光伏管线通过，采坑周边植被发育较好。

3 废弃矿山修复治理工程措施

3.1 危岩体卸载工程

治理区内岩石露裸，风化严重，只要有外力作用，随时都有可能崩塌，治理区周边距离纸坊镇较近，附近居民活动频繁，潜在地质安全问题的存在严重威胁到周边民众的生命财产安全[5-8]。对治理区内的采坑立面采用人工方式自上而下进行坡面危岩体卸载，清理坡面的浮石和碎渣，同时将坡脚碎石块进行清理。在A区共施工5个危岩体卸载点，经剖面法计算得出本次坡面清理方量共4995.67m3。

3.2 坡面排险工程

利用浅孔爆破+机械破碎结合方式进行施工，对于裂缝裂隙发育切割较深的局部坡体，采用风镐挖凿方法彻底清理。该工程主要集中于治理区A区的5个边坡；在B、C、D区各有一个边坡需进行坡面排险，总坡面排险面积为18875.85m2。

3.3 残梁清理工程

对于治理区内采矿挖损形成的高陡石灰岩边坡，以及因开采形成的细窄和风化严重的残梁，整治方法是根据原有开采平台的标高直接进行削坡，同时考虑采坑周边的原始地形条件，采取随坡就势整平等措施进行整治，尽可能形成集中连片、面积较大、地形与周边相协调的可利用土地资源[9-10]。残梁清理要求是：最大程度地减少项目施工对治理区现有渣堆、残丘等土地和地表植被的破坏和不良影响；最大程度地减少治理区内开挖与回填土石方的工程量。整治后的治理区地形相对平缓，尽量与周边原始地形相协调[11]。对于规划植被恢复区开挖或回填至设计高程时，采用人工方式挖填，保证设计高程±50cm以内的土质松软，便于后期草本种植。清理工作量使用CASS软件根据三角网法进行计算。残梁清理共36508.56m3。

3.4 地形整治工程

地形整治工程包括：土石方工程、场地平整工程。

3.4.1 土石方工程

(1)采坑回填工程。

由于饰面石材矿种的特性，采取锯切特殊的开采方式，未经过爆破，陡坡保持完整，矿体完整性较好，所采取的治理方式在保证安全的前提下尽可能的回填遮挡裸露的崖壁一侧，再种上高大的乔木进一步形成屏障[12-13]。

根据现场调查，残梁清理和地形重塑清理出的石方回填至现状CK3、CK7、CKI9、CK11、CK12南采坑、水塘内。根据CASS软件和剖面法计算得出，总填方量为50383.44m3。

依据采坑周边地形走势回填成平台或缓坡，坡度＜10°，废石渣回填时分层碾压，分层厚度不大于0.5m，每层压实6～8次，最上层进行覆土，压实系数0.8，开采平台覆土厚度按照复垦地类标准进行施工。

(2)地形重塑工程。

针对治理区内杂乱分布的采坑现状、渣土边坡和平台根据其分布特征和高程情况，采用机械铲运高挖低填，分级放坡、分层碾压，使原有不规则的渣土边坡和平台形成规整的、可利用的平台、缓坡和边坡。整治后的边坡可进行边坡植被恢复，平台可供园林统一绿化。

(3)顺坡整形工程。

顺坡整形工程采用挖掘机配合人工按设计坡率挂线整修，自上而下修正超填超挖部分，进行边坡整修夯实。该工程主要集中于A治理区的CK05和CK08，总面积为24561.57m2。

3.4.2 场地平整工程

其次是全面开展预算管理。包括“以预算为核心，费用控制为主线”全面预算管理构架建设。整合对接协同办公、财务、人事、科研、资产、成本等系统，涉及预算、采购、收支、资产、基建、合同等包括经济活动在内的内部控制规范体系，推动建立透明的财务管理制度，形成预算全过程实时控制体系。还包括预算费控系统建设。预算费控系统的建立，实现了医院内部基于财务核算要求的ERP系统基础数据的统一管理，使医院预算的精细化管理建设进程开始起步，也为之后构建业财融合的成本核算体系，推动医院“三重一大”按规定程序执行并公开内部决策和制约机制的完善奠定了基础。自2014年至今，上海十院全面预算在申康院长绩效考核中都为A级。

治理区形成平台40个，编号PT01～PT40，面积为171339.74m2。治理区形成边坡12个，面积为11641.30m2。根据原有平台的标高，经过机械铲运高挖低填整治后，场地平整后区域总面积为182981.04m2。采用挖掘机跟自卸车清运各平台采矿废渣和残丘，削除各平台场内陡坎，控制各平台地面坡度在10°以内，进行场地平整，挖高填低。平台、边坡整治依据周边地形走势，力求平整方量最小、投资最省，废渣堆平整后多余的土石方就近回填。

3.5 截排水工程

截排水沟采用预支板浇筑混凝土。需对基础进行夯实，夯实系数不小于0.90。截排水沟断面呈矩形，尺寸为：开口0.3m，内深0.3m，壁厚0.05m，底厚0.1m。截排水沟大样图如图2所示。经测算，排水沟修建总长度为3619.44m。

图2 截排水施工大样图

3.6 挡墙工程

Ⅰ型挡墙：矩形断面，墙面直立，墙顶墙底宽为0.5m，墙高0.4m；Ⅱ型挡墙：矩形断面，墙面直立，墙底顶宽为0.5m，墙高1.0m；石笼挡墙：整体墙高1.0m，单个钢筋石笼尺寸为1m×1m×1m。其墙体基本结构见图3。

图3 档墙工程示意图

3.7 绿化工程

绿化技术方案的设计遵循统筹兼顾、合理规划、因地制宜的原则[14]，融合了当地生态、人文环境，以体现生态、和谐、科学的设计理念。种植时间通常以春、冬两个季节最宜，尽量避免在旱季种植[15]。本项目在植物种类选择上，考虑了治理区气候降雨等特征，根据所选植物的生长习性及所需的种植条件，结合当地长远的规划，选择适宜树种，达到植被恢复效果，乔木优先选用白皮松、黄金槐、红榉、海棠；灌木优选红叶石楠、连翘；草本植物优选紫穗槐、金鸡菊、波斯菊、紫花苜蓿及高羊茅等；爬藤植物优选用地锦、常春藤等。

(1)覆土工程。

为了使整个治理区达到比较好的复绿效果，对治理区内全部平台和部分边坡进行覆土，治理区全区平台覆土面积为185500.58m2，覆土量为92470.23m3，治理区全区边坡覆土面积为53209.50m2，覆土量为5494.04m3。覆土总量为97964.26m3。

(2)苗木栽植工程。

苗木栽植布置原则：依据周边地形地貌、植被发育情况，与周边景观相协调的原则，在治理区进行苗木栽植作业。

平台栽植乔木原则为：黄金槐规格为Ф(胸径)≥5cm，H≥2.5m，P≥1.2m，栽植密度为2m×3m；榉树规格为Ф(胸径)≥5cm，H≥3.0m，P≥1.2m，栽植密度为2m×3m；海棠规格为Ф(胸径)≥3cm，H≥2.0m，P≥0.8m，栽植密度为2m×3m；2.5m白皮松规格为，H≥2.5m，P≥1.5m，栽植密度为3m×3m；2.0m白皮松规格为，H≥2.0m，P≥1.2m，栽植密度为2m×3m；1.5m白皮松规格为，H≥1.5m，P≥1.0m，栽植密度为3m×3m。均为品字形布置，种植穴尺寸为直径为0.8m×0.8m×0.8m。栽植白皮松乔木总数量为8411株；栽植黄金槐总数量为195株；栽植榉树总数量为1379株；栽植海棠总数量为1560株；种植灌木为红叶石楠、连翘，栽植间距为1.0m×1.0m，栽植比例为2∶1，规格为：营养杯苗H≥0.8m，P≥0.4m，种植穴尺寸为0.4m×0.4m×0.4m，栽植红叶石楠灌木数量为6405株，栽植连翘灌木数量为2339株。

(3)鱼鳞坑工程。

先在BP15和BP21进行裸岩清理，利用岩体现有或者经工程处理的坑洼和相对平坦处，通过砌筑或清理形成植物种植空间(图4)。经过现场勘查，BP15有124处，BP21有89处可建设鱼鳞坑，尺寸为0.8m×0.6m×0.5m；白皮松规格H≥1.5m，P≥1.0m，共栽植白皮松数量为213棵。

图4 鱼鳞坑穴法示意图

在鱼鳞坑内客土回填，播撒选种为乔、草、爬藤结合采用白皮松：紫花苜蓿：金鸡菊=1∶1∶1数量配比；将回填客土、复合肥、种子等材料湿润搅拌均匀，作为填料回填鱼鳞坑，同时适量添加pH缓冲剂，每立方填料复合肥200g、种子100g；后续利用水溶肥通过灌溉定时追肥，其他未尽事宜按现行设计及施工规范执行[16]。

(4)种植爬藤。

治理区崖壁裸露区域布设种植常春藤和地锦，减少裸露崖壁面积，布设原则：行距为0.5m，常春藤种植在崖壁上部平台，地锦种植在崖壁下部覆土区种植，上垂下爬。常春藤种植总长度1889.77m，数量3780株；地锦种植总长度4769.73m，数量9528株。

(5)播撒草籽。

治理区所有覆土平台和边坡播撒符合草种。每平方米的种子配比为：紫穗槐6g、金鸡菊5g、波斯菊2g、紫花苜蓿1g、高羊茅1g，按1∶1∶1∶1混合，每平方米共15g。种子播撒完毕后，用耙齿整理，使种子埋于土壤中，埋深深度不可超过3cm。平台总播撒草籽面积为185500.58m2，播种量为2782.51kg；边坡总播撒草籽面积为16866.89m2，播种量为253.00kg。

(6)植草砖工程。

在A区3处平台处铺设植草砖，植草砖工程设置厚60稳定层(兼作养植层)：25%粒径为10～30的碎石、15%中等粗细河砂、60%耕作土并掺入适量有机肥，三者翻拌均匀，摊铺在砂石垫层上，碾压密实，作为植草格的基层(图5)。

图5 植草砖平面示意图

在基层上撒少许有机肥，人工铺装植草格，植草格可作裁剪以适合停车位不同形状的要求。在植草格的凹植槽内撒上并用扫帚均匀扫入植草格孔内，土层高度以低于植草格平面5～10mm为基准。在植草格种植土层上播撒草籽，按15g/m2选用紫穗槐6g、金鸡菊5g、波斯菊2g、紫花苜蓿1g、高羊茅1g，按1∶1∶1∶1混合。植草砖面积为4224.76m2，浇水养护待草成活后即可作为观景平台和休闲娱乐。

3.8 围栏工程

根据现场调查治理区内防止安全事故发生，布设围栏。1.8m铁丝网围栏长度为1296.14m，木扶手围栏长度为137.96m，围栏总长度为1434.10m。

1.8m围栏规格为铁丝网防护网围栏，采用高强低碳钢丝焊接，钢丝直径3mm；立柱为方形钢管，高1.8m，边长40mm，壁厚3.5mm；铁丝围栏和立柱刷防锈漆，厚1mm；围栏底部采用C20混凝土基础。

1.15 m围栏规格为围栏，采用木质扶手围栏，立柱为180mm方形钢管；高1.1m，壁厚3.5mm；横柱为40mm方钢；扶手为山樟木上栗漆；围栏底部采用C20混凝土基础。

4 综合效益分析

4.1 绩效目标

通过本次矿山治理示范工程的实施，共治理矿山生态修复面积为34.62hm2。其中，修复废弃采坑13个，地质安全问题点消除数量5个，植被恢复面积11.18hm2，增加乔木林地面积7.13hm2，增加其他林地面积0.84hm2，增加其他草地面积11.27 hm2。盘活利用土地面积20.33hm2(表2)。

表2 绩效目标对比表

4.2 生态环境效益

通过实施该修复工程，减少了裸岩荒山面积，增加林草植被建设速度，提高植被覆盖率，使人为破坏的自然环境尽快得到改善和恢复，丰富山场森林景观类型，使当地的生态环境可作为潜在的旅游资源开发，具有明显的可持续发展性，生态效益十分显著[17]。

同时，通过对治理区地质安全问题的治理，将大大提升水源涵养、水土保持、森林防火等综合防控能力，为各类野生动植物提供了多样化的栖息空间，并将显著提高山场森林的生态承载力以及综合生态效益[18]。矿山生态修复面积为34.62hm2，大幅提高治理区生态环境的整体质量，与当地建设生态文明、保护生态环境的新时代目标相适宜。

5 结论

通过对历史遗留废弃矿山采用危岩体卸载、坡面排险、残梁清理、地形地貌整治、截排水工程、挡墙工程施工、绿化工程、养护工程等各项治理修复工程措施，有效改善了治理区的生态环境。该实例工程的成功实施，为区域内矿山生态修复项目探索总结可复制、可借鉴、可推广的矿山修复治理经验，并对同类型废弃矿山生态修复工作具有示范指导意义。