韩城市英山采石场矿山地质环境问题及生态修复治理实践

时间：2024-08-31

李石桥苏强姬学华

（中国地质矿业有限公司北京 100029）

矿产资源的开发和利用促进了经济建设的发展，带动相关科学技术的进步。但开采后形成的矿山地质环境问题，产生了地质灾害隐患，破坏了地形地貌和自然景观，使水土流失加剧，也阻碍了当地经济的发展。近年来，党中央、国务院高度重视生态环境保护和修复工作。为贯彻落实***生态文明思想及“绿水青山就是金山银山”的重要理论，科学有效消除矿山地质灾害隐患、改善生态环境、恢复耕地资源，本文以陕西省韩城市英山采石场治理为例，针对矿山采矿形成的高陡岩质边坡、地形地貌景观破坏、土地资源占压等环境问题，采用削坡清坡、锚杆框格梁植被护坡、客土喷播、植生孔复绿、废弃地平整覆土及植被养护等方法进行地质环境治理与生态修复，取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益。

1 自然地理及地质环境背景

1.1 自然地理

英山采石场位于韩城市西部金城区。区内地貌属低山侵蚀构造地貌，地势总体西高东低。区内地形复杂，沟谷深切，山势陡峭。采矿区由于长期露天开采，采掘矿石及堆填废弃渣石，造成坡体前缘地形复杂多变，采石断面与坡体后缘基本垂直接触，形成了高陡岩石边坡的地貌景观。

1.2 地质环境背景

1.2.1 地层岩性

区域内出露地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第四系等地层，治理区出露地层包括奥陶系地层、第四系地层。

第四系地层主要有人工耕植土（Q4ml）、全新统崩坡积层（Q4ml+col）、中更新统风积层（Q2eol）。其中人工耕植土分布于坡顶，厚度0.50～1.5 m，为黄色粉质黏土，结构松散，稍干、稍密、含植物根系、可见少量虫孔和结壳石。全新统崩坡积层主要由崩坡积碎石土组成，块碎石成分主要为浅灰色～棕灰色的灰岩，该层厚约数米至十余米，主要分布在无矿山开采面坡脚位置。中更新统风积层主要分布在坡体上部，厚度1.3～11.5 m。岩性为浅灰黄～褐黄色离石黄土，硬塑，土质成分均匀，夹1～2 层棕红色古土壤，垂直裂隙发育程度一般。

奥陶系中统马家沟组灰岩（O2m）为矿区开采岩层，浅灰色～棕灰色，中厚～厚层状，微晶结构，致密坚硬，质地较均一。岩层产状倾向为260°～270°，倾角30°～35°。总体坡面倾向110°～120°，坡面微风化，表面有爆破开采及风化形成的碎石块和石渣，边坡共发育2 组共轭节理，节理面产状：103°∠58°及191°∠71°，1 m 内见2～3 条裂隙，受开采震动影响部分裂隙宽约3～10 cm，裂隙中充填岩质碎屑与泥质。原生节理闭合性好，延展性长度7～10 m，钙质胶结；坡长约800 m，垂直高度为40～80 m 不等。

1.2.2 地质构造与地震

区内地层平缓，构造相对简单，为一向北缓倾单斜构造，在韩城大断裂附近，以奥陶系石灰岩、白云岩为主体构成断褶翘起带。治理区位于韩城大断裂西侧，禹门口—文家岭残破扇形背斜南侧。

区内地处渭河盆地北缘，新构造运动较为强烈。区内地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度0.15 g，场地设计特征周期值0.45。

1.2.3 水文地质与工程地质

治理区地下水类型有第四系松散岩类孔隙水及碳酸盐岩类岩溶裂隙水。地下水通过降水入渗补给，第四系孔隙水沿裂隙或孔隙径流补给岩溶裂隙水或在沟谷两侧以泉水方式排泄；岩溶裂隙水径流补给深层地下水。开采区位于当地侵蚀基准面以上，自然排水通畅，区内水文地质条件简单。区内岩土体可分为碳酸盐岩坚硬岩类工程地质岩组和第四系松散岩类工程地质岩组。

2 矿山地质环境问题

英山采石场开采面长度近1 km，自北向南分3 个治理区，即1#、2#、3#治理区，裸露面积约4.4 hm2，采矿废渣堆占用和破坏土地面积约12.5 hm2。

2.1 地质灾害隐患

根据现场调查，区内岩石致密坚硬，但由于爆破开采导致岩体破碎程度较高，坡脚遗留较大体积块状孤石，剥采形成的采坑，边坡近似直立，在坡体上部有临空面形成危岩体，坡体的表面发育凹腔，同时坡面上有浮石、孤石等，崩塌、滑坡等地质灾害有随时发生的可能。斜坡上开采产生的废渣与碎石料大量堆积，且由于多年开采，在开采过程中将价值较低的土石料堆放在沟谷中，造成沟谷淤积大量土石料，极易在暴雨情况下形成泥石流物源，对下游村庄造成威胁，危险性较大。

2.2 地形地貌景观破坏

区内石灰岩矿为露天开采，开挖、爆破破坏了原始坡体的岩体结构并形成陡直坡体多处。岩石裸露，岩体松动，植被破坏，山体破损严重，遗留的废渣废石等乱堆乱放，废弃地陡坎纵横交错，破坏了山体地形地貌及地质景观，也破坏了山体植被生态系统，与周边自然环境极不协调，造成水土流失和扬尘污染严重，对当地城市生态环境产生恶劣影响。

2.3 土地资源占压与破坏

剥采形成的废渣和尚未销售出去的石料堆积于地表占压和破坏土地，在地表水流的冲蚀下使土地里形成一层板结贫瘠土壤，使农业减产。同时，降雨入渗及冲刷引起堆渣坡顶出现裂缝，并发展为局部坡面泥石流，形成地质灾害，进一步对当地的耕地资源造成破坏。

3 地质环境治理及生态修复技术

高陡边坡的治理方式已有众多文献涉及，本项目采用削坡减载、锚杆框格梁、排水沟、挡土墙等治理措施取得了较好的效果。生态复绿根据坡高与坡度采用不同的方法：平台附近废渣堆放区及低坡段，利用生态袋等工程进行复绿；对于坡度＜55°的基岩出露区，采用客土喷播复绿技术复绿；对于坡度≥55°的基岩出露区，采用“植生孔”复绿技术进行；对于视觉条件好，坡高坡陡不易绿化的边坡，进行摩崖雕刻措施。

3.1 地质环境治理措施

本采石场分1#、2#、3#共3 个治理区，各治理区坡高与坡度均不相同。根据坡高与当地环境现状，采取不同的方式进行治理，消除地质灾害隐患，恢复当地生态环境（图1）。

图1 英山采石场治理工程平面图

3.1.1 削坡减载措施

项目区灰岩出露厚度大，节理裂隙发育，岩体破碎，开挖、爆破破坏了原始坡体的岩体结构并形成陡直坡体，坡体存在发生地质灾害的可能。设计采用上部岩体削坡减载，降低现有边坡坡度，对于1#采坑，针对山体形状，从2 个面进行分级放坡，坡比为1∶1，每8 m 设置一马道。

3.1.2 锚杆框格梁措施

对于2#、3#采石场开采平台场地平整后对边坡进行分级放坡、锚杆框格梁防护。主要经济技术指标：肋柱桩身、柱身使用C25 混凝土施工，锚杆为长度6 mΦ32 钢筋，水泥砂浆由42.5 级硅酸盐水泥配制，水灰比为0.40～0.45。钻进速度、孔位误差及钻进深度应满足设计要求。框格梁马道宽4 m，内侧设置截排水沟和挡土墙，截排水沟断面为0.3 m×0.4 m，挡土墙0.8 m 高，断面为0.3 m×0.5 m，挡土墙内侧填耕植土，种植乔灌木。

3.1.3 废弃地修复治理措施

废弃地整治主要根据废渣堆填位置、方量，采取挖高垫低清理残留的岩土体，利用挡墙拦挡废渣，开挖场地排水沟与边坡排水系统相沟通，构建完整的排水系统，减少水土流失和泥石流灾害隐患。废弃地平整后，进行客土覆土，覆土厚度30～50 cm，达到恢复土地植种的功能。

3.2 生态修复措施

3.2.1 生态长袋工程

对于稳定的硬质岩边坡采用生态袋垒砌措施。经济技术指标：生态袋装满填充料并压实成型为标准尺寸60 cm×30 cm×15 cm 的生态袋；生态袋用无纺布以聚丙烯（PP）为主要原料制成，单位面积质量≤135 g/m2，断裂强度≥7.5 kN/m。生态袋垒砌施工中采用直径50 mm 的PVC 排水管，按约2 m×2 m 间距布置，在垒砌结构顶部以外有明显汇水面或顺坡连续垒砌长度超过30 m 时采用。复合土工膜单位面积质量≥300 g/m2、膜厚≥0.2 mm，宽度0.8～1.0 m。

3.2.2 挂网喷播工程

在削坡清坡和回填压脚坡面进行挂网客土喷播。经济技术指标：主锚杆采用Φ12 mm 螺纹钢，长度≥30 cm；辅锚杆采用Φ10 mm 螺纹钢，长度≥25 cm。钢丝网采用丝径2.0 mm、孔径6 cm 的勾花网。喷播改良基材时分2 次进行，第1 次喷射厚度8～10 cm 不添加种子材料的植生基质，第2 次喷射厚度2 cm以上的植物种子及营养液混合料，全部灌木种子材料以及土壤活化材料均在第2 次喷播中使用，种子喷播前需要进行催芽处理。喷播总厚度10～12 cm，在岩性破碎或岩石坚硬部位，喷层厚度可适当增加。

3.2.3 植生孔复绿工程

对高陡边坡挂网喷播效果欠佳的情况下，利用植生孔复绿。经济指标：开采面危岩清理后布置SNS 主动防护网，横纵向采用长度为3 m 的φ16 mm 钢绳作为支撑绳，支撑绳网格内铺设1 张4 m×4 m 的钢丝网（网格20 cm×20 cm），每张钢绳网与四周支撑绳间用φ8 缝合绳缝合联结并进行预张拉，坡面打φ300 mm 的植生孔，植生孔间距为2 m×2 m，深度为1.5 m，角度与坡面呈25°～35°。坡面植生孔内营养土需进行二次填土，最终填土至距孔口20 cm 处，植生孔内种植5 株攀爬植物（图2）。种植后需将各株攀爬植物分别分散固定在主动网上，以利于后期整体绿化效果。

图2 植生孔设计图

3.3 摩崖雕刻措施

对边坡岩体稳定、相对平整且规模较大的岩面予以保留并自然裸露，结合摩崖雕刻艺术化修饰，在降低修复成本的同时，创造地质剖面遗迹留存观赏价值。

4 治理效果分析

露天矿山开采形成的高陡边坡，破坏了地形地貌，不仅存在地质灾害隐患，也存在视觉污染。利用植生孔复绿技术，结合主动网防护进行边坡防护，消除了地质灾害隐患。通过2 a 多的养护，边坡复绿率达到70%以上。矿区植被景观得到恢复提升，形成冬天有绿、春夏有花的美景；同时增加了水源涵养能力，有效降低水土流失（图3）。

图3 英山采石场地质环境治理与生态修复效果前后对比图