樊 彬

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊(duì)）

為積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，遵循節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，促進(jìn)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展，全國(guó)各地開(kāi)展礦山生態(tài)修復(fù)，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，提高土地資源利用率，改善人居生態(tài)環(huán)境，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全［1-9］。本文以貴州某鋁土礦閉坑礦山為例，通過(guò)對(duì)閉坑礦山開(kāi)展地質(zhì)生態(tài)環(huán)境調(diào)查，分析生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，融合生態(tài)修復(fù)的理念，梳理工程實(shí)施步驟，參照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)考慮安全、節(jié)約、動(dòng)態(tài)、可操作性等具體的內(nèi)容，對(duì)閉坑礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，以期為閉坑礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理工作提供參考。

1 工程概況

1.1 閉坑礦山基本情況

某鋁土礦閉坑礦山位于貴州省清鎮(zhèn)市區(qū)中心306°方向，直線距離約8.6 km，行政區(qū)劃屬清鎮(zhèn)市站街鎮(zhèn)所管轄，礦區(qū)位于清鎮(zhèn)至衛(wèi)城公路的北東側(cè)，直距約4.0 km，有簡(jiǎn)易公路直通礦區(qū)，交通較方便，區(qū)位條件優(yōu)越。礦區(qū)面積為0.159 3 km2，由4 個(gè)拐點(diǎn)控制，其開(kāi)采方式為露天+地下聯(lián)合開(kāi)采，開(kāi)采標(biāo)高+1 460～+1 300 m，生產(chǎn)規(guī)模為2 萬(wàn)t/a，屬小型私營(yíng)企業(yè)，于采礦證到期后政策性關(guān)閉。礦區(qū)為溶蝕中低山地貌，地形切割較強(qiáng)烈，地貌主要為斜坡、山巒、陡崖及沖溝，且屬于緩斜坡地帶，山體的自然坡度在5°～30°，最低點(diǎn)在調(diào)查區(qū)的南東部水田洼地內(nèi)，海拔1 337.30 m，最高點(diǎn)在調(diào)查區(qū)北西部的山頂，海拔1 523.9 m，相對(duì)高差186.6 m。礦區(qū)主要含礦地層為石炭系下統(tǒng)九架爐組，該層分為2 段，第1 段（C1jj2）巖性為淺灰、灰白色厚至塊狀粗晶灰?guī)r，厚0～100 m；第2 段（C1jj1）含鋁鐵礦系為礦區(qū)的含鋁土礦巖系，厚17～27 m。

1.2 閉坑礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

（1）地形地貌景觀破壞問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核實(shí)，因礦山開(kāi)采及排土，生態(tài)環(huán)境、地形地貌發(fā)生了較大的改變，造成土地毀壞、山體破損、巖石裸露、植被破壞等問(wèn)題，對(duì)地形地貌景觀的破壞程度較嚴(yán)重（圖1）。

（2）土地、土壤資源破壞問(wèn)題。該礦山土地資源的破壞表現(xiàn)形式在于土地類(lèi)型的改變，土壤破壞的表現(xiàn)形式在于土壤層的破壞、侵蝕、流失、污染及退化，均是由露采礦山剝離表土及采礦工程引起的。

（3）地質(zhì)災(zāi)害隱患問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核實(shí)，礦山地下開(kāi)采區(qū)域在地表未形成地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，僅礦區(qū)南側(cè)堆渣場(chǎng)內(nèi)的渣體在遇強(qiáng)降雨天氣后形成了渣土泥石流，沿山溝對(duì)下游部分農(nóng)田造成了沖積破壞，致使農(nóng)田大面積損毀，損毀面積約7 850 m2。為此，在礦山閉坑后由礦方采用漿砌石的方式修建了一道攔渣墻，該墻體未進(jìn)行抗傾覆、抗滑移驗(yàn)算，其穩(wěn)定性尚待考究。同時(shí)，其內(nèi)側(cè)形成深坑且位于環(huán)形道路旁，存在一定的安全隱患。

（4）礦山水資源破壞問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，礦區(qū)范圍內(nèi)不屬于兩湖水源保護(hù)區(qū)，礦區(qū)附近亦無(wú)自然保護(hù)區(qū)。礦山開(kāi)采為露天開(kāi)采與地下聯(lián)合開(kāi)采，地下開(kāi)采坑道已閉坑，本次不作評(píng)價(jià)；礦山露天開(kāi)采的高度大于礦區(qū)范圍內(nèi)最低侵蝕面標(biāo)高，礦區(qū)范圍內(nèi)水的補(bǔ)給情況主要屬于大氣降水，自然地形西高東低，有利于地表水的排泄，大氣降水總體從北西匯聚到南東角再排泄出礦區(qū)。根據(jù)黔中區(qū)域已有鋁鐵礦山勘查和生產(chǎn)資料，廢碴場(chǎng)淋濾液對(duì)水環(huán)境的污染較小。

2 閉坑礦山生態(tài)修復(fù)環(huán)境問(wèn)題成因分析

該礦山采用露天+地下聯(lián)合的方式進(jìn)行開(kāi)采，露天開(kāi)采工藝。打眼、裝藥、爆破、挖掘機(jī)開(kāi)礦、裝載機(jī)裝車(chē)、汽車(chē)運(yùn)輸；地下開(kāi)采工藝：平硐開(kāi)采、選擇走向壁式采礦方法、爆破落礦回采工藝、刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)礦、絞車(chē)提升等。導(dǎo)致礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的方式主要為2 種：第一種是露天開(kāi)采造成的地面大面積挖損，地表地形地貌景觀、土地、土壤資源、水環(huán)境遭到破壞，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及形成地質(zhì)安全隱患；第二種是地下開(kāi)采造成大面積的采空區(qū)，誘發(fā)地面塌陷及地裂縫等一系列地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)也可能會(huì)引起水資源破壞情況發(fā)生。因此，礦山產(chǎn)生何種類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題均由礦山開(kāi)采方式?jīng)Q定。

3 閉坑礦山生態(tài)修復(fù)可行性研究

3.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患消除可行性研究

渣土泥石流地質(zhì)災(zāi)害造成大片農(nóng)田損毀的情況，應(yīng)采用清渣、農(nóng)田復(fù)墾的修復(fù)方式，以達(dá)到清除渣土泥石流對(duì)礦區(qū)周邊農(nóng)田損毀影響的目的。礦區(qū)南部堆渣場(chǎng)內(nèi)的松散渣體遇強(qiáng)降雨，仍可能發(fā)生渣土泥石流的地質(zhì)災(zāi)害隱患，應(yīng)采用清渣、覆土、復(fù)綠、修建攔渣壩的修復(fù)方式，以達(dá)到消除地質(zhì)災(zāi)害隱患的目的。礦區(qū)中部因開(kāi)采形成的深坑及因礦方自行修砌的攔渣墻內(nèi)側(cè)形成的閉合性深坑存在安全隱患的情況，應(yīng)采用采坑回填、覆土、復(fù)綠的修復(fù)方式，以達(dá)到消除安全隱患的目的。

3.2 攔渣墻穩(wěn)定性分析研究

礦方自行修砌的攔渣墻，長(zhǎng)度為39.86 m，走向?yàn)?50°；橫截面為矩形，內(nèi)邊坡垂直，頂寬1.6 m，高4.48 m，基礎(chǔ)埋深2 m，基礎(chǔ)寬2.2 m。經(jīng)計(jì)算最大可攔渣量約2 000 m3，滿足實(shí)際需要。

攔渣墻設(shè)置有泄水孔，用于疏干壩后河溝積水，防止地表水下滲及壩后積水形成靜水壓力。泄水孔向壩外傾的角度為-5°，在平面上布置有3排泄水孔，相隔1.2 m，左右間距為3 m，共16 個(gè)，底層泄水孔設(shè)在地面高程以上0.4 m 處，泄水孔材質(zhì)為50 mmPVC圓形泄水管。攔渣墻中部設(shè)有泄洪口，深0.5 m，長(zhǎng)1.2 m。通過(guò)對(duì)排水溝的斷面及匯水面積計(jì)算，該泄洪口大小及泄水孔滿足排水要求。

為保證攔渣墻抗滑移穩(wěn)定性，應(yīng)驗(yàn)算在土壓力、其他外力作用及20 a一遇洪水工況下，采用容許應(yīng)力法計(jì)算基底摩阻力抵抗擋墻滑移的能力Kc（容許抗滑穩(wěn)定性系數(shù)取1.30）：

式中，G為擋墻自重，kN；Ex，Ey為墻背主動(dòng)土壓力的水平與垂直分力，kN；Ea為墻背主動(dòng)土壓力的水平與垂直分力，kN；α0為基底傾斜角，（°）；μ基底摩擦系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取0.6；γQ1主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)擋墻類(lèi)型取值1.4；γ為墻后填土容重，kN/m3；θ為填土的內(nèi)摩擦角，（°）；δ為墻背與填土間的摩擦角，（°）；β為墻后填土表面的傾斜角，（°）；H為擋墻高度，m。

計(jì)算得Kc=0.53＜1.3，故抗滑移穩(wěn)定性不符合要求。

為保證擋墻抗傾覆穩(wěn)定性，須驗(yàn)算擋墻抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力K0（容許抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)取值1.3）：

式中，ZG為墻身、基礎(chǔ)及其上土重合力重心到墻趾的距離，m；Zx為土壓力垂直分力作用點(diǎn)到墻趾的水平距離，m；Zy為土壓力水平分力作用點(diǎn)到墻趾的水平距離，m。

計(jì)算得K0=1.12＜1.3，故抗傾覆穩(wěn)定性不符合要求。該攔渣墻抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性不符合要求，為排除其存在的安全隱患，需增加梯形重力墩支護(hù)工程。

3.3 邊坡穩(wěn)定性分析研究

該礦山西側(cè)因采礦形成了1個(gè)高陡邊坡，邊坡高5～62 m，邊坡主要以松散巖土體和基巖為主，整體邊坡角約55°。邊坡巖體較完整，未見(jiàn)有危巖及其他滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患，主要以定性的方法對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，采用赤平投影分析法，結(jié)合地層、巖土結(jié)構(gòu)、地形地貌、水文地質(zhì)條件、人類(lèi)工程活動(dòng)等因素分析判斷。

巖石敲擊聲較清脆，有輕微回彈，稍震手感。根據(jù)巖石野外判別為硬質(zhì)巖，整體為中等風(fēng)化至微風(fēng)化，坡體無(wú)軟弱夾層無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面。坡體穩(wěn)定性由巖體強(qiáng)度控制，并受邊坡巖體應(yīng)力場(chǎng)影響。巖體為硬質(zhì)巖，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)基飽和抗壓強(qiáng)度30 MPa以上，結(jié)合邊坡現(xiàn)狀和自穩(wěn)歷史，可定性判定邊坡為較穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 礦山土地復(fù)墾可行性分析研究

（1）土地?fù)p毀分析。該礦山損毀土地的方式主要為2 種：①工業(yè)場(chǎng)地、附屬場(chǎng)地等建筑物及棄渣的堆放對(duì)土地的壓占；②生產(chǎn)期間礦山露天開(kāi)采造成的地面大面積挖損損毀，形成的采場(chǎng)、采坑及邊坡。

（2）土地利用狀況分析。該礦山實(shí)際破壞土地面積為5.13×104m2，根據(jù)國(guó)家第二次土地調(diào)查圖斑顯示，其損毀前地類(lèi)主要包含有林地1.43×104m2、水田0.62×104m2、居住用地0.12×104m2、采礦用地2.96×104m2，其土地權(quán)屬為黃柿寨村。根據(jù)切合實(shí)際、綜合設(shè)計(jì)、就地取材、因地制宜等原則，將礦山損毀地類(lèi)主要修復(fù)為水田及林地。

（3）生態(tài)環(huán)境影響分析。礦山開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)該區(qū)域土地、植被和生態(tài)環(huán)境都有較大影響，主要是露天礦開(kāi)采過(guò)程中造成土地、植被破壞而導(dǎo)致的土地?fù)p毀、植物量減少，生物多樣性破壞等方面，且已發(fā)生的渣土泥石流沖毀、掩蓋大面積農(nóng)田，對(duì)周邊居民生活環(huán)境帶來(lái)巨大影響。

（4）水土資源平衡分析。通過(guò)對(duì)土源量及土地復(fù)墾水源分析（表1），可供利用的土源大概方量為22 700 m3，土源需求大概方量為21 273 m3，礦區(qū)內(nèi)部土源充足。礦區(qū)修復(fù)主要為渣土泥石流破壞的農(nóng)田區(qū)域，據(jù)實(shí)際調(diào)查，結(jié)合作物灌溉定額推算，區(qū)內(nèi)農(nóng)作物在自然降雨灌溉外，每公頃還需90 m3水量進(jìn)行補(bǔ)充灌溉。現(xiàn)有溝渠引水量能夠滿足灌溉需求，只需修建引水渠至復(fù)墾水田區(qū)域進(jìn)行灌溉。

4 礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，結(jié)合礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，將修復(fù)技術(shù)分為露天采場(chǎng)修復(fù)技術(shù)、堆渣場(chǎng)修復(fù)技術(shù)、采坑修復(fù)技術(shù)、邊坡修復(fù)技術(shù)、水田損毀區(qū)修復(fù)技術(shù)及配套工程修復(fù)技術(shù)。閉坑礦山生態(tài)修復(fù)治理區(qū)如圖2所示。

4.1 露天采場(chǎng)生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)

（1）場(chǎng)地整平。利用原有地形，采用削高填低，原土就地翻松、推平等方法進(jìn)行平整，允許局部存在波浪式自然起伏。

（2）覆土。根據(jù)修復(fù)地類(lèi)確定覆土厚度，該礦山此處修復(fù)為林地，故覆土厚度≥0.3 m，其土壤為采坑時(shí)剝離的表土，還需進(jìn)行改良，使改良后的土壤質(zhì)量達(dá)到林地復(fù)墾要求。

（3）林木栽植。采用喬、灌、草相結(jié)合的方式進(jìn)行林木栽植，選擇的林木優(yōu)先考慮成活率高、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)，遵循適地適樹(shù)原則，滿足造林規(guī)范要求。

4.2 采坑、深坑回填生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)

在進(jìn)行采坑及深坑回填時(shí)應(yīng)盡量采用石料或土石混填，石塊厚度應(yīng)小于分層厚度的2/3?；靥钋皯?yīng)進(jìn)行清表挖根，回填反壓不應(yīng)對(duì)鄰近構(gòu)造物和環(huán)境造成影響，以免引起次生地質(zhì)災(zāi)害。

4.3 堆渣區(qū)生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)

首先應(yīng)對(duì)區(qū)域渣堆進(jìn)行化驗(yàn)分析，判斷渣體是否“無(wú)毒無(wú)害”。若無(wú)有毒害成分，則可考慮用于地表覆土土源或采坑回填土源；若含有毒害成分，則在施工前應(yīng)事先進(jìn)行處理，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置隔離層后再?gòu)?fù)墾修復(fù)。

4.4 邊坡生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)

通過(guò)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性分析可知，邊坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，故僅需開(kāi)展邊坡綠化即可，采用每級(jí)臺(tái)階坡腳修建種植槽和種植藤蔓植物的方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

（1）種植槽。首先在治理單元邊坡腳及臺(tái)階部位采用輕磚砌筑種植槽，槽凈寬約50 cm，深度約50 cm，采用水泥標(biāo)磚砌筑，墻厚一般12 cm，槽內(nèi)覆營(yíng)養(yǎng)土，共計(jì)修砌種植槽1 362 m，預(yù)計(jì)覆土340.50 m3。

（2）種植藤蔓植物。選用常青藤、爬山虎做為邊坡綠化植物，種植于種植槽內(nèi)，一般苗長(zhǎng)50 cm，種植間距50 cm，共計(jì)種植藤蔓2 726株（圖3）。

4.5 水田損毀區(qū)生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)

通過(guò)淤積物清理、水田土壤重構(gòu)的方式對(duì)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

（1）淤積清理。對(duì)損毀區(qū)內(nèi)掩蓋水田的渣體進(jìn)行清理，同時(shí)保持下游水田中的排水渠排水通暢，降低泥石流發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）水田土壤重構(gòu)。田地表層淤積清理后，尚需進(jìn)行覆土，并保證不低于60 cm 的土層厚度，覆土表面坡度需小于2°。本次需恢復(fù)田地面積約7 850 m2，則所需覆土方量約4 710 m3。

4.6 配套工程生態(tài)修復(fù)技術(shù)

（1）井口封堵。采用混凝土砌墻對(duì)閉坑礦硐實(shí)施永久性封堵，封堵墻厚度≥2 m，且在井（硐）口設(shè)立安全警示標(biāo)識(shí)牌。

（2）排水溝。為了滿足閉坑礦山的灌溉、排水要求，需對(duì)閉坑礦山設(shè)計(jì)排水溝。在排水溝過(guò)水能力驗(yàn)算時(shí)，取10 a 一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)作為基本參數(shù)，礦山的平均降雨量為37 mm，查《皮爾遜III 型頻率曲線的模比系數(shù)KP 值表》得KP=1.51，由此計(jì)算得10 a 一遇最大小時(shí)降雨量為56 mm。為便于施工和集排徑流，溝道比降i=2%。通過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)流量Q大于洪峰流量Qs，且斷面平均流速V=1.33 m/s，小于粗砂不沖允許流速，因此排水溝斷面均確定為0.40 m×0.40 m，設(shè)計(jì)高出地表10 cm，作為安全超高標(biāo)準(zhǔn)。

（3）沉砂池。沉砂池主要用于去除流水中粒徑大于0.2 mm、密度大于2.65 t/m3的砂粒，以保護(hù)排水渠免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，使得比重大的無(wú)機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒能夠隨水流帶走。

（4）格柵壩。為了防止松散渣體及滾石遇暴雨沿河溝形成泥石流，對(duì)下方村寨及田地造成威脅，在治理區(qū)內(nèi)設(shè)置1道格柵壩。設(shè)計(jì)格柵壩長(zhǎng)度為28 m，走向?yàn)?8°，近南北向，橫截面為梯形，內(nèi)邊坡為垂直，上寬0.8 m，下寬1.6 m，高2 m，基礎(chǔ)嵌入基巖不小于0.5 m，基礎(chǔ)寬2.5 m。經(jīng)計(jì)算，格柵壩長(zhǎng)度共計(jì)28 m，共需挖土石方量為105 m3，M7.5 漿砌石地基105 m3，M7.5漿砌塊石172.2 m3。

（5）攔渣墻。礦山自主修砌的攔渣墻欠穩(wěn)定，還需加設(shè)重力墩增加墻體容重，以滿足攔渣墻的抗滑移、抗傾覆要求。設(shè)計(jì)11 座重力墩，每座相隔3 m 左右，垂直分布于攔渣墻外側(cè)；橫截面為梯形，靠攔渣墻一側(cè)垂直，上寬0.5 m、下寬2.0 m、厚1.0 m、高4.48 m，沿墻體外側(cè)開(kāi)挖嵌入基巖不小于0.5 m。

5 結(jié)語(yǔ)

閉坑礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)是基于對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的研究分析而確定的，而礦山產(chǎn)生何種類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題則是由礦山開(kāi)采方式?jīng)Q定。礦山常見(jiàn)的開(kāi)采方式為露天開(kāi)采及地下開(kāi)采，通過(guò)對(duì)2種開(kāi)采方式造成的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題分析，結(jié)合閉坑礦山生態(tài)修復(fù)的可行性研究，得出閉坑礦山通過(guò)礦硐封堵、采坑回填、清渣、場(chǎng)地整平、覆土、土壤改良、邊坡綠化、農(nóng)田、水利等配套工程修復(fù)技術(shù)對(duì)閉坑礦山生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理修復(fù)，為今后的閉坑礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理提供參考。