废弃矿山地质环境恢复治理措施分析

【摘 要】矿山地质环境恢复治理是近年来新兴的实用型环境保护学科，涉及到地质、采矿、环境、农林、水利、旅游、生态、建筑等诸多学科领域。本文结合工程实例，简述了矿区的基本情况，针对该地区的地质条件，对废弃矿山地质环境恢复治理措施进行了探讨。

【关键词】废弃矿山；地质灾害；恢复治理

引言

随着国民经济快速发展，基础设施建设规模逐年增加，建筑材料的需求量急剧增长，导致采石场、砖瓦窑场等数量和规模日益扩大。建材工业在为国民经济建设做出了巨大贡献的同时，也带来了一系列的生态环境问题，如水土流失、植被破坏、景观污染、地质灾害等，严重影响矿区及其周边人民群众生命财产安全和正常生活秩序。

1　矿区基本情况

某矿区始建于上世纪末，历史上开采技术落后，形成大小露采宕口多处，各宕口均无安全开采平台，为自上而下一面坡，由于岩石裂隙发育，危岩体随处可见。对居民生命财产和人身安全存在极大的隐患，引起各级政府的高度重视，该地区国土资源主管部门将该矿区矿权全部关闭，立项对该矿区地质环境进行恢复治理。

2　地质条件概况

2.1　气象水文

该矿区气候属季风副热带湿润型，气候温暖，雨量适中，冬季干旱，夏季湿热，四季分明，光照充足。年平均气温15.4℃，极端最高气温为41.2℃，极端最低气温为-22℃，年无霜期220d。年均降水量951.3mm，年最大降水量1335.3mm，年均降雨天数120d，年降水分配不均，雨季多集中在7～9月。矿区水系属淮河流域水系，区内及周边无较大地表水，冲沟较发育，雨后有暂时性流水，地表水系发育一般。

2.2　地形地貌

该矿区地势平坦稍起伏，海拔标高一般在60～80m之间，地形切割程度中等。地形坡度较缓，约在20°左右。区内植被稀疏，除少量松杉树木外，其余均为灌木、杂草。

由于人类采矿活动，破坏了原有的地形地貌，形成多处露采坑和废渣堆场，导致矿区呈“残山瘦峰”景观――山脊瘦削，采场连片。采场大部分边坡陡峭，边坡角在65°～75°之间，局部大于75°，坡高一般在20～30m之间。

2.3　地层岩性

该矿区主要岩性为白云岩，发育有内碎屑沉积，上部含叠层石，为潮间碳酸盐及陆源碎屑沉积。按岩性分上、下两段，　厚166.27m。①　下段（Zjd1）：深灰色中至厚层粗晶白云岩，厚114.43m，底部具大竹叶状构造；②上段（Zjd2）：灰色、深灰色中厚层假鲕状硅质岩及硅质白云岩，出露厚41.54m。地层产状为246°∠10°，上覆以白云岩碎石为主的碎石土和薄层腐殖土。

3　废弃矿山的影响

3.1　土地植被资源破坏

经过多年的开采，矿区地形地貌已由原来的小山丘变成凹陷采坑，同时也破坏了矿区土地使用类型，使原来青翠的林地荡然无存。

根据调查，矿区累计挖损土地面积10.62hm2、植被资源11.43hm2，目前仍然处于状态，尚未恢复；累计压占土地面积4.92hm2、植被资源4.35hm2，局部植被自然恢复；累计损毁坟墓21处（表1）

表1　矿山破坏土地植被情况统计表

3.2　地貌景观与水土流失

露天采矿使大量土壤遭剥离破坏，岩石，形成了光秃秃、凹凸不平的岩石坡面，坡体上几乎寸草不生，同时采矿形成的废渣土随意堆放，极易引起水土流失。根据有关规定的划分，矿区属于水土流失重点预防保护区，据现场调查，区内农田水土流失较轻微，沟渠及部分土质边坡存在一些细沟侵蚀现象。

3.3　采矿引发地质灾害

目前，矿区大部分露采坑已连成一片，从北向南呈“一字”型分布，坡高边陡，地质灾害频发。据现状调查，矿区已发生滑塌等次生地质灾害4处。

滑塌是介于滑坡和崩塌之间或不能明显区分两种类型的一类，主要发生于顺层开采边坡。顺层边坡在雨水和重力双重作用下，极易造成岩体沿层面滑落，形成滑塌地质灾害。另外，在露采场坡顶多见“探头岩”等危岩体，坡底局部已积水，种种因素加剧了发生滑塌地质灾害的可能性，对该地居民带来极大的安全隐患。

4　废弃矿山治理措施

4.1　危岩清除与采坑回填

为了充分利用土地资源，保障群众生命财产安全，设计采取回填方式恢复土地类型，使之与该地区生态环境相协调。

该地区铁矿资源储量丰富，是我国的大型铁矿石基地。治理区周边铁矿企业众多，铁矿尾矿资源丰富。根据尾矿浸出毒性试验分析（表2），各测定项目浓度均低于《危险废弃物鉴别标准――　浸出毒性鉴别（GB5085.3―1996）》中浸出毒性鉴别标准值和《污水综合排放标准（GB8978―1996）》允许排放浓度值。由此可见，铁矿尾矿为第Ⅰ类一般工业固体废弃物，适宜作为充填物进行回填。

表2　铁矿山固体废弃物毒性浸出试验结果

矿区采场遗留大量高陡边坡，均不同程度的存在坡顶岩土开裂、坡面岩石松动、边坡稳定性较差情况，为保证治理工程安全实施，首先予以清除，然后再采取自下而上的方式进行回填。回填层依次为铁矿尾矿填充层、废弃渣石回填层、杂土填充层（表土层）。填充料均分层碾压密实，终了坡面保持向外侧倾斜2°左右，便于排水（图1）。

4.2　排水系统设计

4.2.1　排水沟

根据矿区治理终了地形以及土地复垦类型布置排水沟，设计标准以当地10年一遇最大一小时降雨量为准。

（1）流量计算

洪峰流量计算采用简易公式：

其中：Q――洪峰流量，m3/s；

K――洪峰径流系数；

L――设计降雨强度，mm/h；

F――集水面积，km2；

经计算：治理区洪峰流量Q=0.991m3/s。

（2）结构设计

依据谢才―曼宁型进行排水沟结构设计，排水沟过流量公式为：

其中：A――过水断面面积；

R――水力半径；

C――谢才系数（由　可求得C，n为粗糙率）；

i――排水沟沟底坡降。

通过计算，排水沟选用矩形过水断面尺寸为0.8m×0.5m时，过流量Q　，可满足不淤不堵。

（3）修建规格

排水沟采用矩形断面，按照0.8m×0.5m的规格修建。排水沟采取全沟道衬砌，选用新鲜块石、M7.5水泥砂浆砌筑护壁，　排水沟沟底厚0.3m，　侧壁为0.3m，壁底及内壁用1∶3水泥砂浆抹面防渗，抹面厚度为2cm。排水沟沟基开挖高度在保持与覆土后的地面一致的前提下，要求水沟需要开挖深度在0.5m左右（图2）。

4.2.2　储水调节池

为了便于后期植被重建以及排水沟维护的需求，设计沿主排水沟均匀布置若干储水调节池。储水调节池设计形状为矩形，其规格为3m×4m，深1.5m；池壁和池底均采用块石浆砌，厚度均为0.3m；壁底及内壁用1∶3水泥砂浆抹面防渗，抹面厚度为2cm（图3）。

4.2.3　过水涵管

根据场地平整标高，在矿山道路与排水沟交叉区域需设置地下过水涵管。管径依据排水沟设计流量而定，采用直径0.8m的涵管（图4）。

排水系统的修筑有效减缓了降雨对地质环境的影响，保障了后期植被重建的水源需求，更重要的是在汛期利于该地区内雨水的排泄，有效缓解建设点的防洪压力，降低发生内涝等自然灾害的可能性。

4.3　土地复垦与植被重建

为了与该地区生态环境相协调，因地制宜将废弃矿区复垦为建设用地区、生态休闲区和养殖灌溉区三大功能区。治理区后期植被重建过程中，植物体系主要选择乔灌木类、草本类和花木类植物。

植物体系的选择主要遵循以下原则：

（1）首先对矿区及周边的植物种类进行调查，通过观测筛选出适应性较好的种类；

（2）采集初选植物的种子，选定不同场地条件进行播植试验，通过评价成活率、生长表现等指标，筛选出复选植物种类；

（3）　用复选植物体系进行治理区的绿化施工，评价施工效果，确定可应用推广的植物种类，并大量繁殖推广；

（4）也可采用外来植物体系，在经过复选、决选播植试验后，筛选出表现较好的种类用于施工；

（5）在治理过程中应根据实际情况调整植物体系，确保不同种类树木、花卉及草本合理搭配种植，以达到绿化及美观的双重效果。

5　结语

地质灾害隐患的解决是矿山地质环境治理的基础，必须要首先消除地质灾害隐患，才能保障后期施工的安全；恢复土地、植被资源、营造矿区良好的生态环境是矿山地质环境治理的最终目的。通过露采坑回填、排水系统修筑等工程措施以及植被重建等生态措施治理后，不仅消除了矿区地质灾害隐患，恢复了土地利用类型，提高了土地利用率，而且还改善了矿区的地质环境，实现了废弃矿山与当地生态环境之间的协调，从根本上解决废弃矿山对当地建设的影响。