清镇某铝土矿山地质环境治理设计与措施

刘 瑾 陈 立

（贵州水利水电职业技术学院，贵州 贵阳 550000）

0 引言

我国是一个拥有丰富矿产资源的大国，土地面积广阔，地质条件优越[1]。但在开采过程中，存在环保投入少、开采措施不当、缺少计划性等问题，导致环境被严重破坏，随之引发地质灾害，不仅使生态环境失去平衡，还威胁到矿区周围群众的生命财产安全[2]。因此，为带来较好的环境、社会及经济效益，根据边开采、边治理的原则，对贵州清镇某铝土矿已闭坑的露天采场及堆渣场地开展矿山地质环境恢复治理工程。

1 矿山开采历史及破坏现状

清镇某铝土矿自2014年建成投产以来，工业场地、采场及排土场均已形成。但长期采矿活动导致当地生态环境被严重破坏，水土流失加剧，地质环境问题越来越严重[3]。主要表现为地质灾害频发、含水层破坏、地形地貌景观破坏等三方面问题[4]。

1.1 矿区开采历史

清镇某铝土矿属延续变更开采矿山，行政区划属贵阳清镇市卫城镇，矿山于2012 年4 月获得采矿许可证，2014年建成投产，开采矿种为铝土矿、铁矿，开采方式为露天、地下开采，生产规模为15万t/年。2016年9月获采矿权延续，开采深度+1370m～+1200m标高，开采矿种为铝土矿，开采方式采用露天开采，生产规模不变。

截止2020年12月底，贵州省清镇某铝土矿矿界范围内总资源量629.57万t，采空消耗资源量为435.79万t，保有资源量为193.78万t。部分采场已经开采完毕，将开展矿山地质环境恢复治理和土地复垦工作。

1.2 地质灾害隐患问题

露天开采应遵循“自上而下的开采顺序，分台阶开采”的原则[5]。清镇某铝土矿在开采过程中，未按照上述原则进行开采，露采边坡未留设台阶或台阶留设不规范，在采坑周边形成陡崖、陡坎，边坡高度在5～25m，边坡角度在60～88°，并且局部陡崖崖壁仍残留有松动岩块，部分崖顶有松散堆放的石块、表土等。若遭遇暴雨天气，则可能造成崩塌、滑坡等地质危害。

此外，采矿弃土、弃渣堆放混乱，就地顺坡堆积，堆渣高度在5～25m，边坡角度在15～35°，且部分边坡未留设台阶，或边坡台阶留设高度不合理。若遭遇暴雨天气，则也有可能发生滑坡、边坡垮塌等地质灾害。

1.3 含水层破坏问题

在开采过程中，矿体之上的直接顶板摆佐组岩溶含水层将作为盖层直接剥离，采矿对摆佐组含水层破坏严重。随着露天采坑的不断加深，矿体九架炉组铝土岩及铝土矿层将直接接受大气降水补给。同时，由于工程活动造成的工程裂隙、岩石风化裂隙和构造裂隙较发育，具有一定的赋水性，在开采时抽、排地下水，会改变岩层的水文地质条件，导致水均衡遭到一定程度破坏。矿山闭坑后停止对地下水的抽排，在一定时期内地下水可自然恢复，采矿业活动对地下水含水层影响较轻。

1.4 地形地貌景观破坏

露天采矿过程中，由于采场大规模的开挖和弃渣体堆放，完全损毁了开采区和堆渣场地的植被，破坏了当地原有的地形地貌景观。地形地貌景观破坏主要表现为山体破损改变、植被和自然景观破坏。

1.4.1 山体破损改变

由于矿体的剥离开挖，使原来的山头、山脊等正地形变成采坑，并在周边形成采矿边坡。同时，剥离的弃渣堆放，填平了原来的沟谷，或进一步堆积成山，形成渣土边坡。

1.4.2 植被破坏

露天采矿对植被造成的破坏是毁灭性的，主要表现为：在剥离区，因挖损导致地表所有植被损毁殆尽；同时，由于弃渣堆放、压占损毁了所有植被。截至2021年2月17日，矿区已破坏土地总面积903.93亩，其中恢复治理区内共损毁、占用耕地99.08 亩，其中旱地83.19 亩，水田15.89亩。

1.4.3 自然景观破坏

清镇某铝土矿山开发建设过程中，由于露天开采、植被清理、人类工程活动所需的生产设施、废弃矿渣堆置、修筑公路等占用大量土地，造成了边坡裸露，留下了采矿坑、排土场、废弃地等，并形成新的隆起和塌陷地貌，破坏项目区原有自然景观。

2 恢复治理工程设计与措施

清镇某铝土矿恢复治理坚持预防为主、防治结合，谁开发谁保护、谁破坏谁治理、谁投资谁受益的原则[6-7]，对已经闭坑的露天采场及堆渣场地，包括6个治理区和矿山自行治理区，进行设计治理。本次设计治理总面积为501.98亩，主要通过堆渣场地平整与回填、边坡整治、种植槽、截排水沟、植被复绿等措施进行治理。

2.1 堆渣场地平整与回填

场地平整前应对场地进行测量放样，设置控制桩、水准基点及网格，清楚地面障碍物及埋深，使用挖掘机及铲车对场地地表土进行剥离；堆渣场回填土石来源为边坡削坡土石方。回填时需分层压实回填，每层高度不大于0.50m，压实系数不小于0.94。矿渣堆场清理回填后，地面坡度＜10°。矿渣堆体边坡清理后形成的边坡及矿渣回填采坑后形成的边坡坡度＜30°。

2.2 边坡整治

对垂直堆放高度超过5m的松散堆积边坡进行台阶式放坡治理，每5m高设计一个边坡台阶，台阶宽3～4m；削坡后边坡坡度＜30°（如图1所示）；治理后坡面上的岩石碎块大小不得超过10cm。

图1 边坡整治及矿渣回填剖面图

2.3 种植槽

高陡的石质边坡不像土质边坡容易种植植被，为解决这一难题，经过研究和实践，种植槽技术被成功应用于石质边坡。种植槽是利用工程锚杆固定和钢筋混凝土梁板形成种植槽。清镇某铝土矿恢复治理中，在边坡底部及台阶上修筑M7.5 浆砌石种植槽。种植槽高0.5m，宽0.6m，槽身厚0.40m（如图2所示）；种植槽每隔10m设置缝宽2cm的沉降缝。

图2 种植槽大样图

2.4 截排水沟

每年5～9月是清镇某铝土矿区降雨集中时段，且该时间段存在高强度且频发的暴雨，降雨渗入土层后使其内聚力、内摩擦力等力学性能降低。所以需要在排土场后缘、边坡坡顶及坡脚设计截排水沟（如图3所示），将地表水汇集到蓄水池为矿区农业提供灌溉保证，同时，为边坡稳定性提供有力的保障。

图3 截排水沟大样图

2.5 植被复绿

2.5.1 土层厚度及造林初值密度

根据《土地复垦质量控制标准》（TD/T1036-2013），确定了贵州省全境属西南山地丘陵区，通过分析质量控制标准，本次设计土层厚度规定如下：

（1）复垦为旱地的有效土层厚度≥50cm，砾石含量＜5%；

（2）复垦为林地的有效土层厚度≥30cm，砾石含量≤50%；

（3）复垦为其他草地的有效土层厚度≥10cm，砾石含量≤50%。

同时依照《造林技术规程》（GB/T 15776-2016），参考附录A-各造林区域主要造林树种适宜初植密度表，本次设计复绿树种主要为槐树、杨树类，取造林初植密度为2500 株/hm2（167 株/亩），即造林行距为2.0m，株间距为2.0m。植被复绿整体大样如图4所示。

图4 植被覆绿大样图

2.5.2 草种

豆科植物白车轴草（俗名三叶草）和紫花苜蓿（俗名绿肥、肥料草）为优良牧草，适应性强，耐旱耐贫瘠，酸性或碱性土壤均可生长。早熟禾喜光，耐旱性较强，耐阴性也强，可耐50%～70%郁闭度，对土壤要求不严，耐瘠薄[8]。

综合考虑治理区土壤、气候等因素，本次设计采用白车轴草、紫花苜蓿和早熟禾作为复绿草种。籽采用人工播撒，按每公顷种植面积300kg草籽的播种量均匀播种，边坡区域可适当加密。

2.5.3 藤蔓植物

爬山虎对环境适应性强，喜欢阴湿环境，而且不怕强光，具有耐寒、耐旱、耐修剪、耐贫瘠等特点，气候适应性广泛，在暖温带以南冬季也可以保持常绿状态[9]。同时，爬山虎的根系会分泌酸性物质腐蚀石灰岩，有利于其在岩质边坡上生长。除爬山虎外，本次设计还采用油麻藤、常青藤、葛藤作为岩质边坡的复绿植物。藤蔓植物种植间距为0.5m。

2.5.4 复绿树种

治理区及周边的土壤条件差，本次设计优先采用耐贫瘠、抗干旱的树种，如：杨树、刺槐、大叶女贞、柏树、柳杉、马尾松等。根据土地合理利用原则，将治理区内土地发挥出其最大经济效益，可种植具经济价值的果树。依据矿山实际情况，选择土壤条件较好的区域，可种植樱桃、枇杷、杨梅、桃树、李树等。本次设计中涉及的所有复绿树种出土地径均不＜3cm，出土高度均不得＜1.0m。

种植完成后，为提高植物成活率，应及时采取松土、杂草清除等管理措施，并根据生长发育各阶段要求，进行预防植物病害、森林防火等防护措施，保证成活率达90%以上。

3 效益分析

3.1 社会效益

通过对清镇某铝土矿环境恢复治理工程的实施，可消除因矿山而引发的地质灾害对矿区及周边人民生命财产安全的危害，有利于保护矿区职工，并起到很好的示范作用，有力地推动当地矿山地质环境保护与修复治理工作的顺利开展，使当地群众真正受益，促进了社会稳定，将起到十分积极的作用，其社会效益如下：

（1）有利于采矿区周围农业的生产，可以实现当地社会经济的可持续发展，并使劳动者获得最大利益；

（2）解决当地就业难的问题，增加劳动者的收入，巩固拓展脱贫攻坚成果，全面推进乡村振兴。

3.2 生态环境效益

通过对采矿区的地质环境实施管理，使矿区生态环境得到显著改善，树木覆盖率明显提升。矿区种植的植物不仅可以起到绿化的作用，还能吸收有害物质，净化空气。不断生长的根系可以稳定土壤，减少土壤侵蚀，提高土壤蓄水能力。矿区生态系统逐步恢复的同时，也使矿山周围环境逐渐回到原有状态，生态环境效益巨大。为矿区种植适合的草和植被，不仅可以防止该地区的土壤侵蚀，还能提高环境抵抗能力，促进环境良性循环。

4 结束语

综上所述，矿山地质环境恢复治理工程应在对破坏现状进行分析的基础上，根据实际情况采取合理的治理措施，坚持因地制宜、就地取材、经济合理等原则，使治理效果不仅符合当前要求，还要迎合当地今后发展趋势。真正地做到工程治理、生态治理及区域发展相互结合，实现可持续发展，为当地人民重塑幸福美好家园。

本文介绍的清镇某铝土矿山地质环境恢复治理工程，包括6个治理区和矿山自行治理区，设计治理总面积为501.98亩。矿山治理措施主要包括堆渣场地平整与回填、边坡整治、种植槽、截排水沟以及植被复绿，真正地体现了“谁破坏、谁恢复；谁治理、谁受益”的治理原则，为清镇市和贵阳市乃至全省摸索、探讨保护矿山地质环境提供方法，对国家财产免受损失和保障广大人民群众生命安全具有深远的社会意义。