淺談宿州市埇橋區(qū)欄桿振海采石廠廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理設計

汪定圣

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽合肥230000)

1 概況

宿州市埇橋區(qū)欄桿振海采石廠位于宿州市東北約44km處，南西距欄桿鎮(zhèn)約5km，屬埇橋區(qū)欄桿鎮(zhèn)管轄。該采礦權(quán)于2014年9月被埇橋區(qū)國土資源局進行了政策性關閉，現(xiàn)屬無主的露天開采廢棄礦山。由于宿州市埇橋區(qū)欄桿鎮(zhèn)振海采石廠長期以來的開采，嚴重破壞了鳳山自然地形地貌和生態(tài)環(huán)境，呈現(xiàn)一派“滿目瘡痍”的慘景，成為與當?shù)丨h(huán)境極不相襯的“傷疤”。為有效整治宿州市埇橋區(qū)欄桿振海采石廠礦山地質(zhì)環(huán)境問題，宿州市埇橋區(qū)國土資源局將該礦山列入2018年度礦山地質(zhì)環(huán)境治理項目，設計總治理面積為10.92hm2（約164畝）。

2 廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境背景條件

該礦區(qū)屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，多年平均氣溫14.4℃、降雨量854.60mm、蒸發(fā)量1159.70m。多年相對濕度70%，無霜期210～240d，凍土深0.30m。礦區(qū)屬于淮河流域，礦區(qū)及附近地表水體不發(fā)育，僅礦區(qū)內(nèi)底部因宕口露天開采而形成以面積約663m2的積水坑，最大積水深度約3m。礦區(qū)最低侵蝕基準面標高為+40m。

礦區(qū)地處淮北平原北部，地面標高56.18～122.05m，現(xiàn)狀地貌類型為構(gòu)造剝蝕溶蝕低丘和現(xiàn)狀人工地貌（露天采場）。礦區(qū)及周邊地區(qū)內(nèi)植被分布有桃樹、松柏等人工栽植植物和白茅草、狗尾草和野刺子等野生植物。

礦區(qū)地層主要為上元古界震旦系上統(tǒng)望山組灰?guī)r、含海綠石砂巖夾藻灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，礦區(qū)北東側(cè)開采揭露了輝綠巖巖體，呈巖株狀產(chǎn)出。礦區(qū)礦體主要為薄—中厚層狀灰?guī)r，隱—細晶結(jié)構(gòu)。巖石密度2.60～2.72g/cm3，抗壓強度為65.89～81.06MPa，屬堅硬巖石。

礦山采用露天開采方式，現(xiàn)狀地面標高56.18～122.05m，高于侵蝕基準面標高，正常情況下礦山積水可自然排泄，但在采場中北部形成一中間低周圍高的凹坑，坑底標高一般61.00m左右，坑內(nèi)積水形成積水塘。

3 廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境問題

由于宿州市埇橋區(qū)欄桿振海采石廠多年開采，目前廢棄礦山形成了一定的安全隱患和地質(zhì)環(huán)境問題，主要有以下問題。

3.1 采礦活動嚴重破壞了土地、植被資源

據(jù)欄桿鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃（2006-2020）和實地調(diào)查，礦山及其周邊原土地類型主要包括裸地（127）、其他有林地（033）。多年來由于振海采石廠開采建筑用石料礦，對該區(qū)土地、植被資源破壞嚴重，已經(jīng)累計挖損、破壞及壓占土地面積約8.96hm2（詳見表1）。

3.2 采礦活動嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境、自然景觀和地貌景觀

礦山開采對礦區(qū)地貌景觀和生態(tài)環(huán)境破壞較大，原本地勢平緩的山丘，由于礦山持續(xù)開采，礦區(qū)內(nèi)形成了多個大小不一、深淺不一的采坑及孤立殘丘，并且在采坑中部形成1處面積約633m2的積水坑，2處料堆占地面積3003m2，采坑周圍全部形成了峭壁，壁面巖石破碎，造成環(huán)境視覺污染，對生態(tài)環(huán)境、自然景觀和地貌景觀造成了嚴重的破壞。

表1 礦山開采破壞土地資源情況一覽表

3.3 采礦活動形成地質(zhì)災害隱患

由于采礦活動導致山體挖損嚴重，形成了多個深淺不一、環(huán)形相連的大采坑，采坑底部最低標高56.18m，頂部最高標高122.05m，將現(xiàn)狀平臺標高進行概化已大致形成+56m、+60m、+65m、+68m、+70m、+73m、+75m、+80m、+90m、+95m、+100m、+105m、+117m、+117m大小不等的平臺，各平臺之間有陡坎連接或自然緩坡連接，單級采場邊坡高度最大達30余米，邊坡角26°～82°，最大邊坡角近90°，局部形成懸空高架頭，采坑邊坡高而陡峭，坡體巖石破碎，坡面上留有大量的浮石、懸石，存在嚴重的崩塌、滑坡地質(zhì)災害隱患，對周邊人類活動構(gòu)成極大的安全威脅。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，受節(jié)理裂隙、層面及坡面等多重結(jié)構(gòu)面影響，加之坡度過陡，坡體局部高架臨空，礦區(qū)內(nèi)共存在危巖體4處，坡面有大面積浮石分布4處。

4 廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理目標

根據(jù)本礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征、礦山開采狀況和地質(zhì)環(huán)境影響問題，結(jié)合欄桿鎮(zhèn)城鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃，確定礦山地質(zhì)環(huán)境治理思路為消除地質(zhì)災害隱患、土地復墾、生態(tài)復綠。治理后恢復果園地46150m2（約4.62hm2）、平臺有林地27226m2（約2.72hm2）、邊坡灌草地 17698m2（約 1.77hm2）、坑 塘 水 面 3947m2（約0.39hm2），外圍現(xiàn)狀保留其他有林地面積14204m2（約1.42hm2）；基本消除地質(zhì)災害隱患和視覺污染；達到恢復礦區(qū)自然生態(tài)環(huán)境，與周邊生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的生態(tài)目標；實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益共贏的目標。

5 廢棄礦山治理設計方案

礦區(qū)劃分為5個治理區(qū)，即底盤場地平整、宕穴、覆土復墾種植桃樹及草地區(qū)，平臺開挖、場地平整、宕穴復墾種植刺柏區(qū)，邊坡清理、削坡、坡頂及坡底開槽蓄土種植藤蔓區(qū)，積水周邊開挖保留為蓄水塘區(qū)，宕口外圍防護區(qū)。治理工程主要有邊坡削頂、削坡與清理、底盤與平臺場地平整、底盤與平臺宕穴、底盤覆土、種植綠化、蓄水塘整治、養(yǎng)護道路修復與新建、排水溝砌筑、外圍安全防護設施與標志安置、監(jiān)測與管護等（詳見圖1）。

5.1 邊坡治理工程設計

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，受節(jié)理裂隙、層面及坡面等多重結(jié)構(gòu)面影響，加之坡度過陡，坡體局部高架臨空，礦區(qū)內(nèi)共存在危巖體4處，坡面有大面積浮石分布4處，穩(wěn)定性差，都存在不同程度的地質(zhì)災害隱患和安全隱患，需要治理。設計時：①采用工撬除輔以機械開挖的方式對危巖體削坡卸載治理，對浮石進行清理，挖方體積約8635m3。②對礦區(qū)西北側(cè)宕口坡頂進行圓滑處理，對突出的巖體進行清除，對存在拐角的巖體進行削方，使其圓滑，經(jīng)測算挖方面積約1587m2，平均挖方深度約12m，挖方體積約19044m3。③對北西側(cè)宕口外圍坡頂進行削頂處理，對坡頂頂部風化及破碎巖石進行削除，削除挖方寬度為5m，平均挖方厚度為1m，挖方區(qū)面積約4037m2，挖方體積約4037m3。

5.2 場地整治工程設計

對底盤區(qū)2處料堆進行清理外運，該2處料堆是礦山企業(yè)前期采礦堆置而成，暫未銷售利用，在礦山治理前期由礦山企業(yè)自行外運，不納入設計范圍。

場地平整過程中，設計對底盤區(qū)的臨時圍墻進行拆除，據(jù)野外調(diào)查，該臨時圍墻長213m，高約1.8m，厚約0.3m，拆除工作量為115m3。

對治理區(qū)南西部約+57～+61m底盤進行整治，結(jié)合現(xiàn)狀地形對該平臺設計標高為+58～+62m，對突出的呈三角狀的錐型坡體進行挖方，均為巖質(zhì)挖方。挖方區(qū)面積約2316m2，平均挖方高度約7m，挖方體積約16212m3。挖方后形成QP1邊坡，設計坡度為55°，邊坡高度約10m，為巖質(zhì)斜向坡，坡體基本穩(wěn)定。對挖方區(qū)西側(cè)低洼處進行填方，填方區(qū)面積約2840m2，平均填方深度約3m，填方體積約8520m3。

為使東西兩側(cè)底盤相連，提高底盤平臺利用率，同時為了使治理后邊坡基本穩(wěn)定，設計對積水塘南部邊坡2處尾端進行挖除，挖除設計標高與本處現(xiàn)狀標高基本一致，挖除面積分別為344m2、372m2，平均挖除高度分別4m、8m，挖方體積4352m3。挖方后形成QP2、QP3邊坡，設計坡度為55°，邊坡高度約5～18m，為巖質(zhì)斜向坡，坡體基本穩(wěn)定。結(jié)合挖方后地形現(xiàn)狀，對+67～+75m底盤進行整治成+70～+75m。

對治理區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有的平臺進行貫通處理，邊坡平臺機械開挖時寬度不小于5m，均為巖質(zhì)挖方，開挖面積約1687m2，平均開挖深度約6m，挖方體積約10122m3。

結(jié)合平臺地形現(xiàn)狀，對平臺進行削高填底整平，整平面積73376m2，標高設計基于現(xiàn)狀適當確定，場地整平坡度要求不大于5°。

圖1 宿州市埇橋區(qū)欄桿振海采石廠廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程部署圖

5.3 宕穴挖槽工程設計

治理區(qū)巖性為薄層灰?guī)r，機械開挖難度小，根據(jù)設計種植類型，確定采用人工風鎬輔助機械方式開挖宕穴進行種植。

底盤宕穴規(guī)格為1.0m（長）×1.0m（寬）×1.0m（深），按種植間距3.0m×3.0m布置，共需宕穴2542個，挖石方體積為2542m3。

平臺宕穴規(guī)格為0.6m（長）×0.6m（寬）×0.6m（深），按種植間距2.0m×2.0m布置，共需宕穴3055個，挖石方體積為660m3。

沿邊坡平臺外緣和內(nèi)緣各1m處種植爬山虎，采用人工風鎬方式開挖蓄土槽進行種植，蓄土槽0.5m（寬）×0.5m（深），總長為4847m，挖石方體積為1212m3。

對治理區(qū)外圍設置水泥防護欄，埋設時采用人工風鎬輔助機械方式開挖宕穴進行，宕穴規(guī)格為0.3m（長）×0.3m（寬）×0.3m（新鮮基巖面以下），需宕穴269個，挖石方8m3。

治理區(qū)排水溝采用挖槽后用U型預制槽砌筑而成，排水溝挖槽尺寸為0.6m（寬）×0.4m（深），排水溝總長320m，挖石方77m3。

5.4 覆土工程設計

底盤宕穴規(guī)格為1.0m（長）×1.0m（寬）×1.0m（深），按種植間距3.0m×3.0m布置，共需宕穴2542個，覆土厚度為1m，覆土土方體積為2542m3。

底盤區(qū)設計宕穴覆土后全平臺覆土，用以種植草種，覆土面積46150m2，覆土厚度為0.2m，覆土土方體積為9230m3。

平臺宕穴規(guī)格為0.6m（長）×0.6m（寬）×0.6m（深），按種植間距2.0m×2.0m布置，共需宕穴3055個，覆土厚度為0.6m，覆土土方體積為660m3。

邊坡開挖蓄土槽規(guī)格0.5m（寬）×0.5m（深），總長為4847m，覆土厚度為0.5m，覆土土方體積為1212m3。

5.5 綠化工程設計

綠化工程治理設計基本原則是根據(jù)整治的需要，因地制宜，適地適樹，栽種以鄉(xiāng)土樹種為主，構(gòu)建田園生態(tài)防護體系。主要對宕口邊坡坡頂、坡腳、平臺以及斜坡進行綠化，恢復生態(tài)環(huán)境。

考慮與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，設計在底盤區(qū)種植桃樹，種植間距為3.0m×3.0m，需種植桃樹2542株。設計在平臺區(qū)種植刺柏，種植間距為2.0m×2.0m，需種植刺柏3055株。利用藤本植物上爬下掛的特點遮蓋采場高陡邊坡，對巖石坡面覆綠，設計在邊坡種植爬山虎，利用其上爬下掛對邊坡進行復綠，種植間距為0.5m，需種植爬山虎9694株。底盤區(qū)場地平整后，地形坡度較緩，設計采用表層覆土撒播草種進行綠化，綠化面積4.62hm2，撒播草種種類為胡枝子、狗牙根等。

綠化工程后期養(yǎng)護包括噴水養(yǎng)護、追施肥料、病蟲害防治、修剪與培土補植等。植被播植后至成活前須經(jīng)常灑水，保證土壤濕度，為其成活和正常生長創(chuàng)造良好條件。初期人工噴灑澆灌，后期利用雨水自然澆灌。部分樹木、藤本死亡，應及時補植，補植的苗木要在高度、粗度等方面與周圍正常生長的植被一致，以保證綠化的整齊性。

5.6 蓄水塘工程設計

礦區(qū)由于前期開采，現(xiàn)在底部形成1個積水塘，積水塘最長約44m、寬最長約18m，水面面積633m2，平均水深約3.0m，水面標高約64.13m，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查余訪問，該水塘蓄水性能良好，未有滲漏現(xiàn)象。本次設計保留該積水塘進行蓄水，為治理區(qū)復墾綠化提供供水水源，設計對積水塘南部地勢相對低洼地區(qū)進行開挖，均為巖質(zhì)開挖，挖方面積3286m2，設計挖方標高為+61～+63m，挖方平均深度為2m，挖方量約6572m3。經(jīng)開挖后，水塘面積可達3947m2，最大蓄水深度可達5m，最大蓄水量可達15788m3。

5.7 養(yǎng)護道路工程修復與新建設計

為保證治理區(qū)與外圍的聯(lián)通和綠化養(yǎng)護工作需要，設計對原礦區(qū)道路進行修復保留，設計為三級道路，依原有道路修復，路面寬3.0m，長755m，同時為了便于底盤區(qū)、中北部平臺區(qū)綠化養(yǎng)護及取水需要，在治理區(qū)南部居民點位置設計新建通往蓄水塘及中北部平臺的養(yǎng)護道路2條，總長262m，設計路面寬3.0m。修復與新建道路結(jié)構(gòu)設計為2層，底層鋪設碎石，厚度為30cm，碾壓密實，上部覆蓋15cm厚度泥結(jié)石面層，壓實系數(shù)應大于0.97，形成泥結(jié)石路面并夯實。道路修復保留設計工作量為鋪設碎石約305m3。

5.8 安全防護工程設計

沿治理區(qū)北西側(cè)邊坡坡頂向外擴3m處設置水泥防護欄，防護欄商品砼規(guī)格為C30，防護欄間距為3m，規(guī)格為15cm（長）×15cm（寬）×210cm（高）；防護欄埋設時采用人工風鎬輔助機械方式開挖宕穴進行，宕穴規(guī)格為30cm（長）×30cm（寬）×30cm（新鮮基巖面以下）。防護欄施工流程為鑿巖—埋樁—混凝土澆筑；防護欄中間用帶倒刺的鐵絲網(wǎng)進行連接，鐵絲網(wǎng)采用方列網(wǎng)形式布置，橫向布置鐵絲8根，兩個防護欄中間布置豎向鐵絲15根。水泥防護欄總長807m，需宕穴269個，澆筑混凝土8m3，砼預制防護欄269根，螺紋鋼筋2421m，帶倒刺的鐵絲1614m2。

設計在蓄水塘南部設置一擋土墻+防護欄，擋土墻高0.8m，寬0.5m，擋土墻總長43m，共需砌石18m3。砼預制防護欄15根，螺紋鋼筋135m，帶倒刺的鐵絲90m2。防護欄外圍種植刺籬，種植間距為0.2m，需種植刺籬215株。

5.9 排水溝設計

為有效排除礦區(qū)匯水，沿養(yǎng)護道路設置排水溝，將治理區(qū)上方來水分別排至蓄水塘和治理區(qū)外圍，設計排水溝砌筑長度為320m。砌筑前開挖基槽，采用U型預制槽砌筑，砌筑前夯實基底、坡面，采用20mm厚M7.5的砂漿抹面。單個U型預制槽尺寸為0.5m（長）×0.6m（寬）×0.4m（深），共需U型預制槽640個。

5.10 標志牌工程設計

根據(jù)治理區(qū)實際情況，在治理區(qū)入口或便于進入地段、進入采場地段、蓄水塘周圍、高陡邊坡周圍設置安全警示標志，共布設10塊警示牌，提醒當?shù)匕傩者h離采場宕口等。

為傳播生態(tài)環(huán)境保護理念，示范礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理經(jīng)驗，設計在治理區(qū)進出采場道路處設立工程簡介標志牌1塊，采用巨形石灰?guī)r塊石或預制砼塊，巨石高度1.0～1.5m，至少有一處豎直平面，平面面積不小于2m2。

5.11 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工程設計

通過對治理區(qū)治理工程進行監(jiān)測，及時掌握治理區(qū)邊坡穩(wěn)定情況和復綠效果的有效性，確保礦山地質(zhì)環(huán)境治理的實施能得到較好的效果。本次設計共布設10個監(jiān)測點，其中邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測點7處，植被監(jiān)測點3處。監(jiān)測工作從礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程建設期結(jié)束，邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測點每半月觀測1次，雨季半月2次；植被監(jiān)測點每月觀測1次，雨季半月1次。

5.12 管護工程設計

治理工程結(jié)束后，后期的養(yǎng)護更為重要，養(yǎng)護時間為期2年，養(yǎng)護面積為7.34hm2，派專人對綠化邊坡及復墾林地進行必要的后期管理維護，管護內(nèi)容包括澆水、施肥、病蟲防治、補種及后期苗木種植。

6 結(jié)論及預期效益

通過本項目的實施，①可消除崩塌等地質(zhì)災害隱患，保障礦區(qū)周邊居民的生命財產(chǎn)安全，具有較好的減災效益。②可有效改善礦區(qū)的景觀環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，消除視覺污染，具有較好的環(huán)境效益。③通過礦山地質(zhì)環(huán)境治理后，提高了土地利用率，調(diào)整了土地利用結(jié)構(gòu)，坡地宜林則林、宜草則草，使環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展走上良性循環(huán)的道路，并有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。