第３２卷第１期 ２０１７年 ３月 ｄｏｉ：１０．１３５８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４—５８７６．２０１７．０１．０１０ 矿业工程研究 Ｍｉｎｅｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖ０１．３２ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０ｌ７ 石灰石矿山终采边坡地质环境问题 治理及效果分析 付宁宁 ，杨静东，赵冬冬 （北京市地质调查研究院，北京１０２２０６） 摘要：针对矿山开采导致的山体崩塌地质灾害隐患及地形地貌景观破坏等地质环境问题，结合凤山石灰岩矿矿区中 ３个终采边坡地质环境实际情况，分析了采坡面地层岩性、坡度和坡面松散程度以及开采引起的次生地质灾害和地形地貌 景观破坏等特征，在此基础上采用坡面治理、植被恢复等工程措施对其进行生态性治理．经过恢复治理后的３个终采边坡坡 面生态恢复治理获得良好的效果． 关键词：石灰岩；地质环境；边坡生态恢复；团粒喷播 中图分类号：Ｘ３７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—９１０２（２０１７）０１—００５０—０５ Ｔｈｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｓｉｄｅ——Ｓｌｏｐｅ ｏｆ Ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ Ｍｉｎｅ ＦＵ Ｎｉｎｇｎｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇｄｏｎｇ，ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇｄｏｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕ￣ｅｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓｕｃｈ ａｓ ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ ｌａｎｄｆｏｒｍｓ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｄｅｖａｓｔａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｉｎｅ ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ，ａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｆｉｎａｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｉｄｅ—ｓｌｏｐｅｓ ｏｆ Ｆｅｎｇｓｈａｎ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｍｉｎｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｔｔｅｍｐｔｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌｉｔｈｏ ｌｏｇｙ， ｇｒａｄｉｅｎｔ ａｎｄ ｌｏｏｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｍｉｎｅｄ ｓｌｏｐｅ，ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓａｓｔｅｒ ａｎｄ ｌａｎｄｆｏｒｍｓ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｄｅｖａｓｔａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｉｎｅ ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｆｉｎａｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｉｄｅ—ｓｌｏｐｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｇｏｖｅｍａｎｃｅ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ａ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ；ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｓｉｄｅ—ｓｌｏｐｅ；ｃｒｕｍｂ ｓｐｒａｙ—ｓｅｅｄｉｎｇ 随着我国经济的高速增长，大规模的基础设施建设的展开，矿山开采规模也在不断扩大．但矿山开采过 程中始终伴随着生态环境和自然景观的破坏．开采结束后，大部分遗留下的废弃采场边坡得不到及时的修复 治理，往往引发一系列地质环境问题，滋生滑坡、崩塌、滚石等安全隐患¨ｊ．如何在合理地开发矿产资源，同时 不造成矿山地质和生态环境恶化以及重大地质灾害事故发生，是实现绿色和谐矿山发展的重要研究课题． 英美等西方发达国家在矿山恢复生态学方面研究较早，我国对矿山废弃地生态恢复恢复研究始于２０ 世纪９Ｏ年代初，并取得了卓有成效的成果 ．目前，对于矿山边坡的恢复治理通常先采用锚杆一混凝土 浇筑等方法保障边坡得稳定性，并通过后期坡面铺植草皮，或移种攀爬藤蔓等植物防止水土流失，这种方 法存在生态防护持续性不良的问题 Ｊ．本文结合凤山石灰岩矿矿区中３个终采边坡地质环境实际情况， 采用青岛高次团粒公司自主研发的植被恢复技术，探讨分析了其恢复治理施工过程，分析研究结果旨在为 收稿日期：２０１６—０３—２３ ｝通信作者。Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｕｎｉｎｇｎｉｎｇｕｓｔｂ＠１２６．ｅｏｍ 第ｌ期 ｆ、 ｊ：．等：ｆＩ耿 矿…终采边坡地质环境川题｝ｆｆ州肢效果分析 ５１ 类似Ｉ 程的安伞悱 价以及设汁施ｌ 等卡｝１关 作提供参考． １ 矿山概况及地质地理环境 １．１ 矿山概况 ｌ；￣ｌｔｌｉ矿区化于北ｊ Ｉ 吕平 村镇附近，陔矿权 私｛为５．７７ｌ ６ ｋｉｌｌ ．本次治理的３个终采边坡化于矿 北部，治理面积为２３ １５９．０ ｎ１ ． １．２矿山地质环境 １）气象、水义地质条件：矿 十人陆性、卜 季风气候，乔零 多风、夏季酷热，秋季气候较温 和，冬季受北 冷 影响较大． 平均气温Ｉ１．５～ｌ】．８ ，陔地ＩＸ存秋事节结霜频繁，年平均无霜期约 ２００ ｄ，年平均降水５８４．２ ｍｌＴｌ，年内降水分们 均匀， ；｝｝集ＩＩ｜住６～８ Ｊ Ｊ，降雨垣４４３ Ｉｌｌｎ１’ｆ 降雨量全年的 ７６％．治理 【人】的地下水以第｝兀｛系４ＬＩ￣Ｉｅ水和岩浆柑裂隙水，补给米源主要为大气降水睡“入渗补给，地表 渗漏补给，及例Ｈ爿 』 裂隙水的侧 流补给． 地 水流…总体…Ｊ匕向南流动，Ｉ 内地下水的排泄方 式主要为人ｌ 歼采和ｎ然排泄． ２）区域地质构造：矿 为向南尔倾斜的 斜卡勾造．断裂构造较为发育，大的方面受ＮＥ２５。走向的逆掩 断层控制，整个寒武系掩覆于侏 系之 矿区本身即为断 ｆ 黜的一一部分，而矿 内一一系列小断层构造 均受』￡控制．治 Ｉ』、ｊ尢深大断裂发疔，发育仃小断 ，以及 裂隙，刈‘边坡的稳定起一定的控制作川． 根据历史地震５）－４ｉｉ资料，该Ｉ 虽然没 发 卜过强震， 址ｃ 有微 ｝ 求． ３）地层岩 ：矿Ｉｘ：ｆ｛｛露地层为寒武系『｛＿Ｉ ｆ 统ｆ１ 、馒头组及ｊ长 组．底板为寒武系Ｉｌｌ统下段底部毛 Ｊｔ！￣－Ｉ【，顶板为侏 系ＩｌＩ统髫辔Ｉｌｌ纠【，Ｉ，Ｉ．１ｋｔ￣ｑ力‘ …ｌ柯尔力‘向顺序分 ． 总体走向ＮＥ３６。，向南东方向倾 斜，倾角２５。～３５。，『Ｉ南西向北东ｍ逐渐变缓．矿ＩＫ 川 为寒武系 ｊ 纰深灰色细粒结 铺似豹皮状灰 、ｎ 质厌岩，馒头纰、张 组青灰色一／火 色，厚 状鲕状／火岩． ４）地形地貌：治州 位于北京北 ｌＩｌ地， ｆ１低ＩＩＩ Ｉ７－陵地貌， 『人Ｊ 低…、 陵、台地、河谷等几大类 型的地貌单尢．地势总体卜北高南低，地形向南切割较大，北部最Ｉ 海拔１９９．０ ＩＴＩ，南部最低海拔９０．０ ｎｌ，卡Ｈ 对高 约１０９ ｎ ．【｛１于地质构造作川，篪异风化及暴ｌ：Ｉ：『冲制作川，常肜成： 崖陡壁． ２ 矿山地质环境问题 风山矿经过多年的露人”采，Ｊ 殳 为 家经济建没做｝上Ｉ Ｊ 火 献的Ｉ￣ｆｔ，Ｊ‘，采矿也造成了一系列较 为ｆ眦蕊的矿ｌＩＩ地质环境『¨Ｊ题．经实地洲夼，矿 脱状条ｆ，卜１ 存的丰 地质环境问题 ：采矿引起的次生 地质灾害和地形地貌 观破坏 ． ２．１ 次生地质灾害 矿ｌ１．１７ｔ：采主嘤集【ＩＩ红２０ Ｉｔｌ：￣Ｃ／＼儿 匕，露人Ｊｒ采造成人 ＩｌＩ仆挖损，形成裸露的高陡不稳定斜坡， 住慢风化作川Ｆ，ｉ＋，：ｚｔ－表层崩滑塌现象． 儒治理的３条终采边坡（见Ｉ到１）．Ａ采 、Ｂ采【ｆＩｆ、Ｃ采 为‘ｌｌ 采形成，边坡崭 风化作朋强烈爷 裂隙发育， 体较为破碎，坡¨１ｊ｝ 嶙峋密 有大ｈ｝的危 、浮 （ 表１） 表Ｉ 终采边坡特征统计表 （ａ）终采边坡位嚣 ｍＪ ｉ耿 治琊ⅨｆＡ采 ） ㈤ 灰 治 ｝｛ （１｛、采 ） （ｃ｛）石从岩治娜 （ｃ采丽） 图１ 终采边坡位置与治理区位置 ５２ 矿业工程研究 ２０１７年第３２卷 ２．２地形地貌景观破坏 矿山开采改变了山体的完整性 ｊ，采面地段变成了悬崖峭壁，同时造成了山体植被的大量破坏，山体 及稳定性下降． 固土保水能力下降．治理区土地及其临近地区的生物生存条件恶化，生物量减少，生态系统结构受损、功能 ３ 矿山地质环境治理 由于受到人类采石的强烈干预，自然山体的原有植被和土壤层遭到彻底清除，导致山体残缺及功能缺 失．原有的山体岩石应力系统平衡受到破坏，增加了山体岩崩机率，加大了创面周围特别是表层的不稳定 性，极易发生滑坡并形成安全隐患．大量的裸岩坡面破坏自然景观的同时，已对生态环境构成严重威胁．经 过多年的生态恢复治理，Ｂ采面和ｃ采面坡下平台已经治理完成，而坡上由于坡体风化严重，岩体破碎，一 直未进行治理．本次治理只需对“高、陡”的坡面进行坡面治理及植被恢复治理 ｌＯ，ｌ１］． ３．１ 坡面治理 Ａ采面、Ｂ采面、ｃ采面岩性主要为石灰岩，边坡岩石风化作用强烈节理裂隙发育，岩体较为破碎，坡 面上嶙峋密布有大量的危岩、浮石，为避免因大规模爆破刷坡所产生的二次扰动，本次施工不再使用炸药 爆破得方法刷坡，只需人工将采面上存在的危石清理即可，施工过程中应特别注意受１２３。Ｌ２４。， ２００。 ８０。，３００。Ｌ５０。这３组结构面控制的危岩、浮石． ３．２植被恢复 通常遭到严重破坏的残损山体通常不具备植被赖以生长的土壤环境及养分条件，且山体极易受到雨 水冲刷而加速水土流失．自然条件下，裸露山体、岩石风化的速度非常缓慢，要形成１０ ｃｍ的土壤要经历上 万年的时间¨ ．此外，在陡峭的岩石坡面上直接铺土，难以克服土层重力下滑和雨水冲刷导致的水土流失 问题，因此要创造植物生长的土壤条件，就要采取特殊的技术措施，制备结构稳定的人工土壤，然后在此基 础上进行植被恢复．本次治理采用青岛高次团粒公司自主研发的植被恢复技术，使用富含有机质和黏粒的 客土材料，采用专用喷播设备（喷播设备容量为５．０ ｍ ，水平杨程为３００－４００ ｍ，垂直杨程为８０ ｍ），将泥 状材料从喷枪喷出的瞬间与团粒剂混合发生反应，并瞬间形成吸附性、稳定性强的土壤培养基，将土壤培 基，既能防止水土流失，又适合植物生长． 养基牢固地吸附于坡面上，为植物生长提供条件．采用团粒喷播施工后，能形成耐侵蚀能力强的土壤培养 根据本区气象、水文、土地资源环境特点，本次治理选用火炬树、臭椿、盐肤木等耐旱、耐瘠薄、生命力 顽强、综合抗性较强的荒山造林先锋植物，将一定比例的种子与土壤培养基混合，均匀喷播在土壤培养基 表层，喷播厚度为６—８ ｅｍ．喷播施工结束后，对坡面植物的发芽、生长、防治病虫害等工作进行实施管理， 养护管理期为一年，喷播工程剖面图如图２一图４所示． 图２喷播工程剖面图 第１期 付宁宁，等：石灰石矿山终采边坡地质环境问题治理及效果分析 ５３ 厚度见设计方案 土壤培养基 图３喷播工程坡面部分剖面图 图４喷播工程坡顶部分剖面图 ３．３排水沟及围挡设置 为了避免夏季集中降雨时山体汇水形 成的水头对喷播土壤冲刷而导致的土壤流 失问题，在山体顶部构筑截水沟，将夏秋季 节因集中降雨而形成的汇水排离坡体，增加 边坡的安全性．Ａ，Ｂ采面坡顶没有较大的汇 水点，不要砌筑截水沟．而Ｃ采面坡顶左侧 有汇水量较大，应砌筑截水沟，将坡顶汇水 有组织的引排至坡下，避免水头对坡面的冲 刷．Ｂ，Ｃ采面坡下平台已经治理完成，施工时 图５排水沟剖面图 需对挡墙及已栽植苗木进行防护，可在坡下侧设置钢板或木板围挡，围挡设置必须牢固，高度不小于２ ｍ， 避免坡面上清理下的石块对坡下挡墙及苗木造成毁坏，排水沟剖面图如图５所示． ４预期成效 １）通过清理危岩、浮石，Ａ，Ｂ，ｃ这３个终采边坡地质环境 得到了较大提高，能有效地消除地质灾害隐患，消除视觉污染， 改善居民的生活居住环境，促进经济社会可持续发展，具有较 好的减灾效益． ２）通过采用青岛高次团粒公司自主研发的“团粒喷播”植 被恢复技术，石灰岩边坡植被覆盖率达到９０％以上，数次大雨 未出现水土流失现象，植被与周边自然植被相融合，提高了边 坡生态质量，治理后的Ａ，Ｂ，ｃ终采边坡如图６所示． 图６治理后的Ａ，Ｂ，Ｃ终采边坡 ５ 结论 １）凤山矿山露天开采造成大量山体挖损，石灰岩边坡风化 作用强烈、节理裂隙发育，表层崩滑塌现象严重，为避免爆破导致的二次扰动，人工清理危石效果较好． ２）采用泥状材料与团粒剂混合反应技术形成土壤培养基，为植物生长提供了载体．该土壤培养基具有 吸附性强、稳定性好、耐侵蚀能力强等特征，可广泛应用于石灰岩质边坡生态恢复治理． ５４ 矿业工程研究 ２０１７年第３２卷 ３）将一定比例的火炬树、臭椿、盐肤木等植物种子均匀喷播在土壤培养基表层（厚度为６—８ ｅｍ），经 过定期管理并加工程防护措施（排水沟＋围挡墙）后，植被长势良好，覆盖率达到９０％以上，数次大雨未出 现水土流失现象，护坡效果显著． 参考文献： ［１］陈继强，黄土龙，王杰，等．某废弃采石场地质环境治理方案的探讨［Ｊ］．现代矿业，２０１５（８）：４８—５０． ［２］张启文，黄克斌，揣新．凹山采场高陡边坡生态再造实践［Ｊ］．现代矿业，２０１５（１０）：１５４—１５７． ［３］张世雄．露天矿开采的快速排土护坡与生态恢复技术［Ｊ］．中国矿业，２００９，１８（９）：８７—８９． ［４］丰瞻，许文年，李少丽，等．基于恢复生态学理论的裸露山体生态修复模式研究［Ｊ］．中国水土保持，２００８（４）：２３—２６． ［５］刘刚，郝名震．废弃矿山喷混植生生态恢复技术初探［Ｊ］．西部探矿工程，２０１１（２）：１５３—１５７． ［６］刘刚，郝名震．废弃矿山喷混植生生态恢复技术初探［Ｊ］．西部弹框工程，２０１１（２）：１５３—１５７． ｃ７］时伟，刘通，戚铧钟，等．岩质生态边坡稳定性影响因素权重分析［Ｊ］．青岛理工大学学报，２０１５，３６（２）：１４—１８． ［８］杨静东，付宁宁，胡燕青．北京水泥厂有限责任公司凤山矿矿山地质环境治理项目可行性研究报告［Ｒ］．２０１１． ［９］李向前，王莹莹，夏继忠，等．安徽省萧县牛头山水泥用石灰岩矿矿山地质环境治理方案［Ｊ］．安徽地质，２０１１，３（２１）： ２２２－２２５． ［１０］赵冬冬，杨静东，付宁宁，等北京水泥厂有限责ｆ壬公司凤山矿矿山地质环 台理项目凤山矿石灰石治理区设ｉ十方凛［Ｒ］．２０１１． ［１１］付方华，胡艳青，李玉倩．北京市昌平区凤山石灰石矿矿山地质环境保护与治理恢复工程设计（２ＯｌＯ年￣２０１１年）［Ｒ］． １ｏ． ［１２］李春林，许剑平，吴刚，等．团粒喷播在废弃采石场生态恢复方面的应用［Ｊ］．环境工程，２０１１（ｓ１）：２７８—２８１．