废弃采石场矿山地质环境问题及恢复管理方案

摘要未得到有效治理的废弃采石场容易引发地质和环境问题。以江西省石城县下茶坑废弃采石场矿山为例，通过现场调查，总结分析矿山土地资源、植被破坏以及地质灾害等问题。针对各问题提出相应的恢复和治理方案，包括复绿、边坡治理、截排水、监测等工程。研究成果对类似矿山环境治理具有参考价值。

DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2021.04.052

石城县琴江镇下茶坑采石场属于露天开采，矿区及周边地质环境遭到了一定程度的破坏。矿山紧邻赣州市石城县旅游集散地，对旅游集散地的整体景观产生了严重影响，长此以往，会给石城县旅游产业带来损失。

采石场位于石城县城南部，直线距离约4km，属石城县琴江镇花园村管辖。紧邻项目区东部有水泥公路通往县城，交通便利。矿区由4个坐标拐点组成，面积为0.975km2，开采深度为263~322m，开采时年生产规模约为40000m3。

1矿区地质环境

矿区属侵蚀低丘地貌，地势总体呈中部高东西两侧低，地形坡度一般在25°~35°，山顶标高为224~363.2m，相对高差119.2m，山脉整体走向呈北—北北东向。植被覆盖率约90%，以灌木、松树为主。

矿区地层发育前震旦系(Z)青灰色、灰色、黄褐色变余长石石英砂岩和板岩，中厚层—厚层状，产状为46°∠27°;岩石硬度较大，强风化层厚度为1~3m，节理裂隙发育，半风化层结构致密，节理裂隙不发育。第四系(Q4)主要发育腐殖土层、粘土砂质层，岩性为粘土、砂质粘土，均由残坡积层形成;厚度一般为0.5~2m。矿区内未见明显的断裂构造出露，仅在岩石中发现裂隙构造和层间裂隙构造。区内仅山沟小溪常年流水，周边水系呈树枝状展布，矿区以东0.5km处有1条河流，流向自北向南，河宽为36~92m，地表水受大气降水和山上潜水补给。含水层主要为第四系冲洪积、残坡积物孔隙潜水含水层，含水层厚度小，约为1.5m，富水性较弱。变质岩石材矿体结构致密，且节理、裂隙不发育，又处于当地侵蚀基准面之上，为弱含水层[1-2]。

2矿山主要地质环境问题

根据现场调查，矿山主要地质环境问题包括2个方面：一是土地资源和植被破坏问题，二是边坡失稳所造成的地质灾害问题。

2.1土地资源及植被破坏问题

该矿山开采对土地资源和植被造成的破坏主要区域包括工业场地、露天采场和矿山道路等[3]。据现场调查，矿区挖损土地、植被投影面积达2432m2，其中采场平台1359m2，采场边坡投影面积1073m2;此外间接影响面积达7732m2。同时形成大片裸岩陡坡，裸岩坡高达数十米。矿山以东约1km处即为石城县旅游集散中心，在集散中心可清楚看到大面积裸岩陡坡，极大影响了旅游集散中心的整体景观。

2.2采场边坡地质灾害问题

该废弃矿山共形成3条采场边坡(图1)，已发生多次小规模的崩塌、滑坡等地质灾害。为防止更大规模的地质灾害，需对3处边坡进行稳定性分析。根据现场测量，各边坡相关情况如下。

(1)1#边坡坡向为192°，坡度为68°，坡高为25m，坡长为80m;残坡积层厚1~1.5m，强风化层厚3.0~5.0m。

(2)2#边坡坡向为89°，坡度为72°，坡高为16m，坡长为35m;残坡积层厚1~1.5m，强风化层厚1.0~2.5m。

(3)3#边坡坡向为48°，坡度为61°，坡高为10m，坡长为40m;残坡积层厚0.8~1.2m，强风化层厚1.0~1.5m。

综合各边坡的几何要素、裂隙水深、抗剪强度对安全系数的影响，将极限平衡状态整理为无量纲形式，根据现场调查的边坡几何要素和边坡尺寸，结合当地相关的岩土体参数，计算各边坡的稳定性，

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZT0219—2006)，当Fs=1.00~1.05时，滑坡处于整体暂时稳定—变形状态;当Fs=0.95~1.00时，滑坡处于整体变形—滑动状态。

跟据计算结果，1#边坡和2#边坡处于整体暂时稳定—变形状态，在特定外部条件下有发生小规模崩塌、滑坡等地质灾害的可能;3#边坡处于稳定状态。

3矿山地质环境恢复治理方案

针对该矿山地质环境与存在的主要问题，因地制宜，紧密结合当地规划，对矿山地质环境进行治理，实现矿区地貌与旅游集散地景观统一和谐;并消除矿区内地质灾害隐患，确保人民群众的生命财产安全[4-5]。方案总治理面积为0.11km2，总体方案措施为削坡+截排水+绿化+监测。

3.1边坡防治方案设计

3.1.1削坡工程

采用挖掘机、推土机等机械施工的方式对项目区采场边坡进行整治。土石方工程实施过程中，应严格控制设计标高和坡度，尽量避免对周边原始地貌、植被的影响和破坏[6]。

根据边坡极限平衡法的稳定性系数计算公式，计算得出1#边坡削坡至坡面角为55°时，稳定性系数可达到1.23，2#边坡削坡至坡面角为60°时，稳定系数可达到1.23。

所以设计1#、2#边坡分别削坡至55°和60°，3号边坡仅进行排水、绿化处理。各削坡工程见图2~图4。各边坡坡顶建截水沟，坡脚建排水沟，坡面选择椰式草毯绿化。

削方工程量主要利用MAPJIS软件计算各剖面削方面积，再乘以各边坡宽度得出。经计算，共需开挖土石方量为9524.8m3。

3.1.2截排水工程

3.1.2.1排水沟设计

因采场剥离区水土流失较少，再综合考虑土地平整后的实际情况，整体规划治理区排水系统，做到水流通畅、分流合理。同时考虑工业用地以后的排水量较大，适当将水沟的过水断面放大，以避免短期内重复建设[7]。根据冲沟汇流面积和当地水文资料来估算排水流量，确定排水系统规模，从而确定截排水沟的设计参数。截排水沟布置遵循横截、纵排的原则，一般沿各斜坡坡顶布置横向截水沟，不同高程水平的多级平台边缘布置纵向联络排水沟，治理区内地表径流通过纵横交叉的截排水网络最终排向地势低洼处的管网或自然沟谷;排水沟主要设置在坡脚和道路内侧。截排水沟采用C20混凝土浇灌，砌筑前先用人工打夯机夯实基底，夯实系数不小于0.95;水沟沟底设5cm厚的C15混凝土垫层。截排水沟为矩形断面，宽为0.6m，深度为0.75m，壁厚0.15m。方案中截排水沟的总长度达367m。

3.1.2.2截排水沟施工流程

排水工程施工应与设计要求符合，排水沟断面形式为矩形结构，施工程序为测量放样→沟槽开挖→石块、水泥、砂、水等备料→石料洒水湿润→拌制砂浆→模板支护→混凝土浇灌→养护→拆模→沟侧回填[8]。

具体施工方法：首先根据图纸测量放线方法确定排水沟位置，然后人工开挖沟槽，开挖完成后进行必要的修整、夯实，再进行支模、混凝土浇灌，浇灌时先浇沟底，再浇侧墙。

3.1.3复绿工程

3.1.3.1松树种植

在矿区采场平台种植松树并人工洒播草籽。松树种植区域面积为1346.6m2，设计种植密度为2.0m×2.0m(株距×行距)。松树种植主要工序为整地→挖穴→返穴回填、施有机肥→定植(补植)→抚育管理[9]。技术要点：①在土地平整阶段完成整地，同时需要完成截排水系统;②以2m×2m的间距挖鱼鳞坑(打穴)，种植穴长0.7m，宽0.7m，深0.7m;③挖穴后每穴施有机肥4kg，利用削方区表层土作为种植穴回填土，先回填下层土后放入肥料，使肥料与土充分拌匀，依次回填中、上层土，回填成馒头形，高出地面10~15cm;④裸根苗定植时要沾黄泥浆，塑料容器苗要拆袋，宜选择阴天或雨天后，做到苗木根系自然舒展，栽植深度高出嫁接口1~2cm为宜，发现因苗木质量问题未能成活时，应及时补种;⑤造林当年5—6月进行松土培蔸，9—10月份除草1次;第2年开始每年除草2次，松土浅垦1次;⑥造林后应安排专人专管，防止人畜危害，时间为2a，包括草区养护;⑦做好追肥工作，第一年钙镁磷1.84kg/hm2、有机肥16.75kg/hm2，第2年复合肥0.67kg/hm2、钙磷镁0.37kg/hm2、尿素0.23kg/hm2、有机肥15.48kg/hm2;⑧病虫害防治方法为以防为主，药饵诱杀。

矿区松树种植总量为337株(幼苗，苗高40~60mm，胸径4~6mm)，

3.1.3.2洒播草籽

在松树未长成时，为了对该地块的环境快速恢复，进行洒播草籽。草籽选择混合型草籽，以矿区自然成长较好的芦积、马尾巴草、茅草和当地常见的青草籽混合喷播。洒播草籽20g/m2，撒播面积1346m2，先进行机械耙平后，再翻耕土壤，翻耕深度不低于0.3m，对松树株间隙洒播草籽。洒前用少量泥沙和磷肥拌种，每公斤草籽掺和肥料2kg，撒播后覆细土2cm，雨季播种。

3.1.3.3椰式草毯绿化

采场边坡削方区域都用椰式草毯绿化坡面。考虑到土的综合利用，椰式草毯覆土全部采用坡面削方工程的表面土，不采用外购土，工艺如下。

(1)边坡处理。人工清理边坡，削除杂物，覆10cm厚土于整平的坡面上，洒水湿润。

(2)铺设椰式草毯。将草毯沿坡面由上至下铺于坡面上，网与坡面之间保持平顺结合。

(3)喷播。将草籽(按每平方米30g左右)和促使其生长的附着剂、木纤维、肥料、生长素、保湿剂及水按一定比例混合搅拌，形成均匀混合液，通过液压喷播机均匀喷洒于坡面上。

(4)养护管理。喷草施工完成之后，必需定期进行养护，直到草坪成坪。待草坪长至5cm左右时，即可揭开无纺布。

3.1.3.4植物种植

(1)种子、苗木质量要求。种子质量必须符合种子的活力要求，以供货商供应标鉴为准对其鉴定。其它苗木应该参照当地及有关绿化行业标准。

(2)种植时间。必须在当地气候条件下选择适宜的时间种植，施工前应得到业主和设计师的确定。

(3)保养成活期为1个月，日常管养日期为3个月。根据长势情况及时补种和施肥，草坪密度不低于90%，灌木生长势良好、无病虫害。

3.2矿山地质环境监测工程

矿山进行地质环境监测保证矿山地质环境管理、治理工程正常运行的基础。通过定期进行环境监测，可以及时发现问题，以便让相关部门尽早地解决问题，从而有利于监督各项环保措施的落实，并根据监测结果适时调整环境保护计划。

矿山地质环境监测包括地质灾害监测、地质地貌景观、土地复垦与植物绿化效果的监测。监测工作由主管部门负责并组织实施，成立专职机构，加强对本方案实施的组织管理和行政管理，并接受当地矿产资源管理部门的监督[10]。

3.2.1斜坡稳定性监测

对1#、2#、3#边坡的监测应采取全面巡查和重点监测相结合的原则进行。在工程实施过程中和实施后均进行检测，主要监测内容和工作如下。

(1)相对位移监测。监测斜坡重点变形部位，如裂缝、崩滑面(带)等两侧点与点之间的相对位移量，测量出变形量及变形速率。

(2)监测点布设。可在坡顶处设置骑缝式简易观测标志，如打入木桩或钉钉拉绳、画线或水泥砂浆贴片等观测坡体滑移变化情况。

(4)监测频率。每15d1次，若监测发现边坡较稳定，可每月1次;在汛期、雨季、防治措施施工期宜每天1次，合计约300次。

3.2.2地形地貌景观、土地复垦与植物绿化效果监测

(1)监测内容。监测植被非自然死亡、退化的情况。

(2)监测点的布设。各斜坡坡脚布置1个观测

点，采场平台植树种草区布置2个观测点，预计5个观测点。

(3)监测方法。定期巡查，对破坏范围内的植被破坏情况、土壤破坏情况、植被绿化的效果等进行调查。

(4)监测频率。每月观测1次。连续监测3a，共180次。

3.2.3监测工作量

4结论

露天开采矿山主要的地质环境问题为采场边坡稳定性问题和植被破坏问题。采场边坡主要为岩质期效果。针对露天开采矿山的主要地质环境问题，矿山环境恢复治理措施主要为采场边坡削坡、采场截排水工程、采场边坡草毯绿化、采场平台直接覆土绿化、边坡治理及绿化工程监测。露天开采矿山土层覆盖极薄，建议对绿化工程进行至少为期2a的监测和养护，以保证生态环境恢复治理工程能够达到预测之外，也应对水质情况、温度变化进行详细记录，加强对水文地质条件的认识。边坡，裂隙较发育。根据计算结果，1#边坡和2#边坡处于整体暂时稳定—变形状态，在特定外部条件下有发生小规模崩塌、滑坡等地质灾害的可能;3#边坡处于稳定状态。该矿山开采对土地资源和地貌景观造成的破坏主要有工业场地、露采场和矿山道路等地面建设区对地形地貌造成的挖损及压占土地资源。

参考文献

[1]刘东杰，陈新卫，吴素.江西石城地区含矿伟晶岩地质特征及找矿标志[J].矿产与地质，2018，32(5):816-822.

[2]庄贤贵，彭琳琳，刘庆鸿.江西石城楂山里萤石矿床地质特征及成因探讨[J].化工矿产地质，2017，39(2):65-71.

[3]喻文亮，刘楚晴，李阳，等.广西资源花岗岩矿山环境评估及恢复治理方案[J].四川地质学报，2017，37(1):112-116.

[4]王团圆.矿山开采中环境保护存在的问题及治理对策[J].资源节约与环保，2020(2):138-138.

[5]王永生.矿山地质环境治理存在问题及对策[J].南方国土资源，2009(12):38-39.