天津市某灰岩矿山地质环境问题及生态修复治理

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　　摘要：某灰岩矿山开采方式为露天开采，由于长期开采造成一系列矿山地质环境问题。矿区内共发育6处滑坡隐患、30处崩塌及崩塌隐患，采矿活动对含水层结构破坏影响较轻，对自然景观影响较严重。现阶段的矿山活动对人居环境、土地资源、生态环境等都造成较严重影响。通过采取表土剥离和储存+清危工程+削方减载+回填压脚+坡脚落石槽和拦石墙+马道挡土墙+排水系统+绿化工程相结合的治理措施，对矿山地质环境问题进行修复。通过治理让矿山地质环境问题得到改善，提高人民生活环境质量。

　　关键词：某灰岩矿；矿山地质环境问题；生态修复治理

　　1地质环境概况

　　某灰岩矿山位于蓟县低山丘陵区南部，根据矿山开采形成的微地貌，结合地质灾害分布特点、矿区未来规划概况，将矿区划分为大火尖山、考山、页岩山三部分；最高点位于大火尖山山顶，海拔258.4m；最低点位于矿区南部道路，高程为62.0m，相对高差196.4m。属于暖温带半湿润大陆性季风气候，工作区植被属暖温带落叶阔叶林、针、阔叶混交林及次生灌草丛类型。项目区的植物群落主要以落叶阔叶林植被型、针叶林植被型和灌草丛植被型为主。矿山位于蓟州区北部低山丘陵地区与山前平原区交接带区域，周边土壤类型主要为褐土，属于华北暖温带一种地带性土壤类型，山前平原土壤类型主要为潮土。土地利用类型包括林地、耕地、交通运输用地、城镇村及工矿用地、园地、草地、水域及水利设施用地及其他土地，区内矿业活动对土地资源影响主要表现为矿山采坑区对林地（乔木林地、灌木林地）的挖损和压占。

　　2矿山地质环境问题

　　2.1矿山地质灾害问题

　　矿区内共发育6处滑坡隐患（1处中型，5处小型）、30处崩塌及崩塌隐患（3处中型，27处小型）。大火尖山区东北部边坡为人工开挖灰岩矿石而形成，在风化作用下，边坡岩体极其破碎，局部马道已失稳滑塌，局部坡面分布有大量松散堆积体。该处边坡坡体失稳发生滑塌的主要原因，一是边坡岩体破碎，受多组软弱面控制，沿潜在顺层软弱面发生滑塌；二是已经滑塌在坡面上的大量松散堆积体，在暴雨极端天气条件下，易失稳发生二次滑塌。对坡脚矿区道路及构筑物形成威胁。考山区东北侧边坡因人为爆破采矿形成滑坡隐患，受构造作用和风化作用，边坡岩体极其破碎，由于坡脚因爆破开挖而临空，坡体中存在节理裂隙切割而导致坡体侧向约束降低，边坡下部陡立的岩体先发生滑动，其上部岩体因失去支持发生变形滑动，蠕变过程一般比较缓慢，滑动形式以牵引式滑动为主。

　　现状崩塌滑坡地质灾害的主要威胁对象包括以上建筑设施及未来的居民、游客，受威胁人数可能大于100人，可能直接经济损失大于500万，预测矿区崩塌滑坡地质灾害危险大，须采取必要的地质灾害治理措施以消除地质灾害隐患。

　　2.2矿山含水层破坏

　　治理修复区坡洪积层在雨季时为主要含水层，强风化灰岩、白云岩裂隙中赋存少量裂隙水，中风化灰岩、白云岩为相对隔水层，基岩裂隙水属深层地下水但分布较稳定。工作区受降雨及外围补给，地下水流向东南。水位受地形控制，水位较稳定。矿区为露天开采，开采历史较长，矿石开采对基岩裂隙水含水层结构造成破坏，破坏方式主要表现为挖损破坏、爆破及移动变形，形成新的地下水运移通道，但矿区范围内基岩裂隙水含水层富水性弱，较差，局部含水，不会形成一个完整的含水层，不具供水意义，治理区范围内无重要含水层，矿山开采只是局部破坏了地下水赋存条件及径流条件，未造成大范围的含水层疏干，未波及第四系潜水及地表水体。从矿山停产闭坑后，多年来地下水赋存条件及径流条件已经形成新的平衡，水位较稳定。根据资料及调查访问，治理区范围内地下水贫乏，人工填土、第四系碎石土和基岩裂隙内均未揭露有地下水。

　　据调查，治理区及其周边地区地下水富水性弱，矿山及周边居民生活用水均为外围井水，未明显受到矿山开采影响。因此，废弃矿山采矿活动对含水层结构破坏影响较轻。

　　2.3矿山地形地貌景观破坏现状分析

　　2.3.1对自然景观的影响

　　矿山为露天开采，现状治理修复区内已损毁的区域占地面积约84.07hm2（包括采坑、生活建筑、厂房、矿山道路等），对自然景观影响较大，原开采时期遗留的废石堆、创面改变了原生地形标高和地形地貌，对地形地貌、景观有一定影响，造成的视觉污染较大。故历史采矿活动对自然景观影响较严重。

　　2.3.2对建筑物及工程、设施和自然保护区的影响

　　矿区南侧为蓟州区北外环，矿山采矿活动对人文景观、地质遗迹、周围等地形地貌景观造成一定影响和破坏，现状矿业活动对重要的工程建筑物、设施影响较轻，矿区远离国家生态红线，对自然保护区影响小。

　　2.3.3对人居环境的影响

　　矿区东南侧为桃花园村和帕提欧花园小区，现状矿山引起的环境问题是矿山粉尘污染对人居环境造成较严重影响。

　　2.4矿山土地资源损毁现状分析

　　2.4.1土地损毁的形式

　　压占：矿区尾矿、废渣长期压占使土地功能改变，压占了大量的土地资源，致使土地原有功能丧失。

　　占用：矿区废弃的采矿、选矿等厂房、建构筑物、矿山道路的修建，导致其原有的地表形态、植被、土壤结构等损毁，占用了土地资源。

　　挖损：由于露天开采对露天采场的挖损，导致露天采场的原地表形态、土壤结构、地表生物等损毁，土地原有功能完全丧失。

　　沉陷：由于采矿开挖坡脚，导致原始坡面岩层移动错位，地表一定范围内产生裂隙，地表变形等问题。本矿区土地损毁形式以挖损为主。

　　2.4.2已损毁土地情况

　　通过现场调查和收集资料，损毁土地类型包括乔木林地、灌木林地和裸岩石砾地等，目前土地类型为采矿用地、村庄等，已损毁土地面积共为84.07hm2。

　　矿业活动已损毁土地资源影响主要表现为采场对土地的挖损、矿山地面建设区对土地的挖损和压占，土地损毁程度以重度损毁为主，少数地块为轻度。现状评估矿业活动对土地资源影响严重，土地损毁程度为轻度-重度损毁。

　　2.5矿山水土环境污染现状分析

　　2.5.1土壤污染现状评估

　　现状矿山已停产闭坑，无选矿厂，无选矿废水，矿山矿渣堆或尾矿堆放面积较小，矿渣堆淋滤水污染物主要为固体悬浮物，不会造成土质污染。现状评估矿业活动对土壤环境的污染影响较轻。

　　2.5.2水环境污染现状评估

　　根据调查，矿区无地表水，现状评估矿区地表水污染影响较轻。由于矿区所在区域地下水埋深较大，矿区各类活动对地下水影响较小，现状评估矿业活动对地下水污染影响较轻。

　　3生态修复治理措施

　　3.1表土剥离和储存

　　对于挖方工程和削坡工程，由于天然斜坡表层残坡积粉质黏土、坡脚和冲沟的冲洪积、坡洪积粉质黏土可以改良为种植土，因此在挖方前需要对这些第四系粉质黏土需要进行表土剥离，并进行集中堆放储存［1］。天然斜坡表层残坡积粉质黏土一般厚度0.5~1m，坡脚和冲沟的冲洪积、坡洪积粉质黏土厚度一般1~5m。

　　3.2清危工程

　　局部危岩清除主要针对危岩带上松散、破碎的岩体，采用机械清除的方式，对采面上悬岩体、浮石、险石进行清理，治理采用由上至下剥离的方法进行，防止其出现崩塌、掉块等现象。本项目对于坡度不高，可以采用机械清理危岩的稳定边坡采用该方法。

　　3.3削方减载

　　削方减载是消除崩塌和滑坡的较经济的方法，具有滑坡隐患的顺向坡和小斜交坡按层理产状分级放坡，分级高度5~6m，马道宽度一般4~5m，平台倾斜坡度2%，稳定坡度18。～35。。逆向坡和大斜交坡按1:0.75坡率分级放坡。由于白云岩土石等级为次坚石，需采用机械削方。对于强风化白云岩和土体可采用机械削方。削方减载需修建通向坡顶的施工便道，宽度4m，施工顺序从上至下进行，并注意落石威胁人身和财产安全。

　　3.4回填压脚

　　回填压脚是通过在坡脚堆填土石等材料，以增加坡体整体稳定的一种工程治理技术。回填压脚应设置在滑坡前缘抗滑段区域，本工作区即为废弃矿坑区域，可采用土石回填或加筋土反压以提高滑坡的稳定性；同时应加强反压区地下水引排［2］。回填压脚和填方材料可以采用削方减载产生的碎块石土，回填体边坡采用分级放坡，坡度1:2.5，分级高度6m，马道宽度一般4m，平台倾斜坡度2%。坡顶、马道、坡面和坡脚设置截排水沟进行排水。马道和坡面进行绿化。

　　3.5坡脚落石槽和拦石墙

　　3.5.1落石运动轨迹分析

　　本次采用的崩塌数值软件RocFall对落石进行分析，落石自身的参数主要有：落石质量、落石形状和落石启动速度。基于RocFall将落石当作质点处理，且质量固定，故而忽略了落石质量和落石形状的影响，只考虑启动速度的影响。危岩体在外界因素的影响下发生缓慢变形，产生位移，当累积到一定程度时会发生突然失稳，通常其初速度通常很小，在此视初速度为0~0.5m/s，落石的质量根据体积在0.5~1m3的白云岩（岩石容重取2.7t/m3），即落石质量为1350~2700kg，随机发生100次。对0~30m、0~60m、0~100m、0~150m四种情况标准剖面进行计算，可以得到发生100次崩塌后的落石运动轨迹。落石多以顺坡滚落和弹跳方式运动，边坡越高，在坡脚2m处挡土墙处能量越大，弹跳高度越大，最大动能99699J，最大弹跳高度4.14m。

　　3.5.2坡脚落石槽和拦石墙设计

　　根据以上分析，为拦截落石，在坡脚设置底宽3m的落石槽，外侧设置拦石墙，拦石墙为重力式钢筋混凝土挡土墙，墙高5m，墙顶宽0.50m，面坡坡率1：0.3，墙背直立，基础埋深1m。

　　3.6马道挡土墙

　　由于马道设计种植乔木，需要覆土，在马道外缘设计用1m高浆砌片石挡土墙拦挡客土，采用顶宽0.4m的矩形截面。

　　3.7排水系统

　　3.7.1马道截水沟

　　挖方边坡每级马道中需设置马道截水沟，马道截水沟一般为倒梯形（外边垂直），底宽为40cm，高为40cm。马道截水沟用M7.5浆砌片石加固，将坡面集水汇到堑顶截水沟后，通过急流槽引至填方排水沟中。

　　3.7.2排水沟

　　坡脚设置排水沟，截面为梯形，上口宽3.0m，下口宽1.0m，深1.0m。当排水沟与道路相交时，道路下设置纵向排水暗涵（侧涵）与两侧排水沟相连。

　　3.7.3急流槽

　　对于长边坡或水流无法排除的特殊山形路段，每隔100m和在低洼转折处设置1道，边沟与截水沟相连处根据开挖边坡情况设置急流槽。急流槽根据地形设置台阶型。急流槽断面设计成矩形，用7.5#浆砌片石铺砌每隔100m和在低洼转折处设置1道。截水沟与自然河沟、排水沟相连处根据地面坡度设置急流槽将截水沟的集水汇入边沟与排水沟间连接的急流槽后，一同排入排水沟和附近冲沟和低洼地。

　　3.8绿化工程

　　覆绿地块采用覆土植树、植草等措施，道路两侧种植乔木，高陡的边坡马道种植单排乔木并种植攀爬植物方法绿化。绿化主要采用2种形式：

　　3.8.1平台式绿化

　　通过修建马道，利用挡土墙和墙内客土进行绿化，种植侧柏和荆条，马道种植槽栽种乔木（侧柏、油松、臭椿）2排，乔木树坑可以采用方形，规格120×120×100cm3纵向间距2m，横向间距2m，深度1m，两侧移栽攀爬植物（葛藤），树下撒播草籽（紫花苜蓿）。种植槽宽度4m，槽内种植土厚度0.6m，土壤类型采用壤质粘土，含砾石≤15%。

　　3.8.2坡面绿化

　　利用爬藤类植物的特点，在平台的边缘种植攀爬植物（葛藤），株距0.5m，采用移栽方式，坡脚和坡肩各种一排。坡面铺设深绿色浸塑电焊网用于攀爬植物缠绕，规格为Φ3的10×10cm方孔电焊网，每隔2m用Φ5的150mm不锈钢钉固定，用10号铁丝绑扎。两片深绿色浸塑电焊网搭接长度10cm，用10号铁丝绑扎［3］。

　　养护抚育分为初期养护和后期养护管理：

　　（1）初期养护阶段主要采取加强苗木管理、松土、灌溉、施肥、除臻、修枝等措施进行管护。在达到设计目标的植物成型期间，应根据可能出现的问题，适时采取基质修补、植物补播（植）、追肥和浇灌等措施。

　　（2）后期养护管理阶段随着植被演替发展，应重点进行保育（培育）和更新等维护作业，开展病虫害防治。保育作业主要采取剪除藤蔓、伐除杂草、间伐等措施，同时应视植物生长情况，及时进行更新作业。在养护过程中，应全面普查植被生长状况，对于自然灾害和人为损坏应采取一定的补植措施。在坡体上应严格控制浇水量，以免诱发崩塌、滑坡局部或整体失稳。在干旱或立地条件较差地区，应根据设计及管护要求，及时进行浇水和喷灌等作业。

　　4结论

　　矿山在长期开采中对矿区及周边形成了诸如地质灾害隐患、环境污染、资源浪费、水土流失、生态景观破坏等一系列地质环境问题。通过本次生态修复治理工程实施，使项目区矿山地质环境问题得到治理，削除了地质灾害对附近活动村民的生命财产威胁，废弃建筑物、废弃矿渣得到清除，占压和破坏的土地得到恢复，使治理区地质环境大为改观，减少了矿渣对周边生态环境的污染，促进了整个生态系统的融洽与协调，并保持了系统之间的良性循环。

　　参考文献

　　［1］孟繁，耿谏.废弃灰岩矿矿山地质环境综合勘查及治理技术——以天津大兴峪北矿区为例［J］.矿产勘查，2019，10（11）：2825-2830.

　　［2］赵越，冉淑红，史飞飞，等.北京房山福顺达石灰岩矿矿山地质环境及生态修复治理［J］.冶金与材料，2023，43（10）：52-54.

　　［3］刘强，郝文辉，郭巨，等.河北省士元水泥灰岩矿矿山地质环境恢复治理研究［J］.能源与环保，2022，44（11）：1-5+11.

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