孫 偉，任 鷹，王 議

(中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081)

礦山露天采場(chǎng)治理恢復(fù)技術(shù)研究及應(yīng)用

孫 偉，任 鷹，王 議

(中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081)

本文對(duì)國內(nèi)外礦山露天采場(chǎng)治理及植被重建技術(shù)進(jìn)行了較全面的分析，說明了各種技術(shù)的適宜條件、施工工藝、優(yōu)勢(shì)和不足之處，并介紹了立體多層遮附式裸巖覆綠新技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)開展礦山露天采場(chǎng)工程治理和生態(tài)恢復(fù)重建具有一定的指導(dǎo)作用。

礦山; 治理恢復(fù); 技術(shù); 應(yīng)用

露天開采作為礦山主要的采掘方式，與井下開采相比，縮短基建時(shí)間，提高勞動(dòng)效率、降低開采成本，當(dāng)?shù)V床賦存條件對(duì)開采方式不限制時(shí)，成為礦山開采的首選方式。在我國，露天開采約占鐵礦總開采量的90%、有色金屬礦總開采量40%、建材非金屬礦總開采量90%以上。由于露天開采直接剝離礦體之上的植被、土壤和巖石，在地表形成面積幾十至幾百平方公里、深度達(dá)數(shù)十米或幾百米的露天采坑，對(duì)礦區(qū)環(huán)境的影響更直觀，嚴(yán)重破壞植被，造成水土流失和引發(fā)崩塌、滑坡等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，已成為礦山環(huán)境恢復(fù)治理的重要對(duì)象[1]。

礦山露天采場(chǎng)的治理重點(diǎn)主要為不穩(wěn)定邊坡和露天采坑，其治理恢復(fù)主要包括工程治理和植被恢復(fù)重建兩個(gè)方面[2]：

1 工程治理

1.1 危巖及不穩(wěn)定邊坡治理

人工開采形成的高陡邊坡一般很難恢復(fù)治理到其原始地形地貌形態(tài)，在進(jìn)行景觀恢復(fù)治理時(shí)，應(yīng)與區(qū)域地形地貌相融合，人造景觀與區(qū)域大環(huán)境相協(xié)調(diào)。

高陡邊坡的治理首先應(yīng)對(duì)不穩(wěn)定巖土進(jìn)行卸載，再進(jìn)行邊坡抗滑加固。主要目的是卸載、清除不穩(wěn)定巖土體，提高邊坡穩(wěn)定性，消除崩塌、滑坡等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害隱患，改善視覺效果，恢復(fù)生態(tài)功能。目前，國內(nèi)在露天采場(chǎng)高陡邊坡治理中應(yīng)用較成熟的技術(shù)有錨固、坡面噴砼、坡面彩色噴涂和邊坡塑造等[3]、[4]。

錨固法：采用應(yīng)力錨索、長錨桿、抗滑樁、擋土墻等，將易滑、存在裂隙的巖土體固定于坡面的方法。該方法適宜于巖體相對(duì)較完整的巖質(zhì)坡面，其優(yōu)點(diǎn)是能快速穩(wěn)固邊坡，減少卸載量，但治理成本高，治理工程復(fù)雜、難度大。具體施工時(shí)應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行坡面穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，根據(jù)坡面應(yīng)力分布特征，制定錨桿、抗滑樁和擋土墻等的布設(shè)方案[5]。

坡面噴砼：利用混凝土粘結(jié)性能護(hù)坡的方法。適宜于松散、破碎的土質(zhì)坡面，其優(yōu)點(diǎn)是治理成本較低，工藝簡單，但不適宜于陡直的高度大的坡面。具體施工首先注意混凝土配合比例、噴射順序、噴射速度、工作風(fēng)壓、噴射角度和噴射厚度等。

坡面彩色噴涂：利用彩色涂料或雕塑造型裝飾美化邊坡的方法。該方法適用于斷面較平整，坡面陡立的、穩(wěn)定性好的巖質(zhì)邊坡，主要應(yīng)用在重要交通干線沿途可視范圍內(nèi)，城市周邊及風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)的露天采場(chǎng)治理。由于設(shè)計(jì)形式不拘一格，而且能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到美化環(huán)境和改善視覺效果的目的，曾被廣泛采用。但此方法存在治標(biāo)不治本的缺點(diǎn)，噴涂效果很難長久保留，經(jīng)長期風(fēng)化退色或脫離剝落易造成二次景觀破壞，使之與周邊環(huán)境更不協(xié)調(diào)，沒有達(dá)到長久治理目的[6]。

邊坡塑造：一種在開采階段預(yù)留治理平臺(tái)的方法。根據(jù)采場(chǎng)的地形條件，一般采用自上而下水平臺(tái)階式開采。即每個(gè)掘進(jìn)水平高差控制在5m左右，陡坎頂部至坡底的水平投影距離為10m，坡面傾角30～45°，并在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)立排水溝。該方法適合儲(chǔ)量豐富且呈層狀產(chǎn)出的大中型礦產(chǎn)資源開采礦區(qū)。其優(yōu)點(diǎn)是可減免治理工程量，降低治理費(fèi)用，利于植被附著，能恢復(fù)和改善其生態(tài)功能，治理效果明顯。

1.2 露天采坑治理

露天采坑的治理恢復(fù)，應(yīng)根據(jù)采坑的規(guī)模（平面面積、深度）、坑底地形、坑底巖土類型、表層風(fēng)化程度等，結(jié)合用地需求，確定露天采坑的治理方向[7]、[8]。

恢復(fù)成耕地：深度小于0.5～1.0m的淺采場(chǎng)，在天然狀態(tài)下或人工修復(fù)后可滿足地表水、地下水徑流條件時(shí)，經(jīng)過削高墊洼，可治理恢復(fù)成耕地。覆土厚度視坑底巖體土風(fēng)化程度而定，巖體風(fēng)化程度較高時(shí)，自然沉實(shí)土壤覆土厚度為0.3m以上；巖體較完整，風(fēng)化程度較低時(shí)，自然沉實(shí)土壤覆土厚度為0.5m以上。采取下鋪粘土，上覆耕植土的形式，確保土壤涵養(yǎng)水分的能力。

恢復(fù)成林地：采場(chǎng)用于林業(yè)時(shí)，根據(jù)坑底地形、巖體風(fēng)化程度、種植樹木類型、根系發(fā)育狀況，確定覆土厚度和采種模式及方式。當(dāng)坑底地勢(shì)較平坦、巖體風(fēng)化嚴(yán)重時(shí)，易采用整體覆土，自然沉實(shí)土壤覆土厚度為0.3m～0.5 m以上；當(dāng)坑底地勢(shì)起伏較大，巖體較完整，應(yīng)采用穴植方式，減少上覆土方量，降低治理成本。

恢復(fù)成建筑用地：露天采場(chǎng)用于建筑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和工程地質(zhì)勘查，查明場(chǎng)地內(nèi)崩塌、滑坡、斷層、巖溶等不良地質(zhì)條件的發(fā)育程度，確定地基承載力、變形及穩(wěn)定性指標(biāo)。

2 植被重建

植被恢復(fù)重建工程技術(shù)涉及到基質(zhì)及其穩(wěn)定方法、植物品種的選配、植物栽植方法技術(shù)等。目前國內(nèi)外植被恢復(fù)工程技術(shù)方法從形式上可分為3大類，即網(wǎng)方法、格(子)方法和制成品方法[9]、[10]。

網(wǎng)方法：網(wǎng)方法是指在植被恢復(fù)技術(shù)中采用掛網(wǎng)的穩(wěn)定，防止表層風(fēng)化巖石脫落的方法。所采用的網(wǎng)有合成纖維網(wǎng)、金屬網(wǎng)等,與網(wǎng)相對(duì)應(yīng)形成不同的綠化方法。一般分為：三維網(wǎng)、單層合成材料網(wǎng)、金屬網(wǎng)、布魯格網(wǎng)等。

格方法：采用鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注或預(yù)制件在坡面上形成1m×1m～2m×6m 的格子狀構(gòu)造物，以防止淺層巖層的風(fēng)化剝蝕與滑塌。格子內(nèi)可回填植壤土20～30cm，然后植草或栽植木本植物。與混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注或使用預(yù)制件不同的另一種格子方法是利用合成纖維或塑料加工，常為菱形的格子狀，厚(高) 為15～20cm ,主要用途是固定回填的土壤。一般分為：格子梁、預(yù)制格子、土工隔室、其他格子方法等。

制成品方法：在工廠中將肥料、種子等以一定工藝附著在介質(zhì)上，形成制成品。使用時(shí)將產(chǎn)品鋪設(shè)于目標(biāo)體表面，稍加固定即可。包括植生墊、植生紙、植生袋等。

3 應(yīng)用

礦山露天采場(chǎng)治理恢復(fù)要綜合考慮所處地理位置、氣候條件、環(huán)境以及巖性、規(guī)模等諸多因素，在進(jìn)行治理恢復(fù)時(shí)，要力求因地制宜、節(jié)約高效、突出特色，綜合分析常規(guī)治理恢復(fù)方法中的利弊，制定科學(xué)、合理的治理方案。

黑龍江省七臺(tái)河市中心區(qū)有一建筑采石裸坡，位于仙洞山休閑公園內(nèi)，形成于20世紀(jì)70～80年代，長期裸露，且坡面堆積有殘坡積物，與環(huán)境極不協(xié)調(diào)[11]。即影響瞻觀，又有安全隱患，急需治理，快速復(fù)綠。但因氣候寒冷干燥，坡面風(fēng)化程度較低，且坡面傾角基本大于70°，局部甚至達(dá)到90°，保證治理恢復(fù)后坡面植被的成活率和長效性難度較大。為此，施工方采用立體多層遮附式裸巖覆綠新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年治理，當(dāng)年復(fù)綠的目標(biāo)。治理前首先對(duì)巖壁表面的浮石、危巖進(jìn)行了清理，對(duì)裂隙、節(jié)理發(fā)育的區(qū)域進(jìn)行水泥灌注。再預(yù)制寬度30～50cm，厚度6～10cm，長度數(shù)米至數(shù)十米的鋼筋網(wǎng)，采用長度為80～1500cm的錨桿延長度方向垂直固定在裸巖壁上，并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土，上表面做成利于植被附著的窩穴狀。種植用土采用特制營養(yǎng)土，即利于植被生長，又減少土壤用量，減低運(yùn)送成本。種植的植物選擇抗干旱、寒冷的喬灌類、藤本類、攀援類，要求具有側(cè)根極為發(fā)達(dá)，枝條向外伸展快，葉面大而闊，冠幅大的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)植綠，獲得大面積覆綠的效果，選種的植被具有向上速生、向下垂墜、左右延伸等多方向生長特性。再在治理后的裸坡前，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奈幕尘?，配建猛犸象群雕，昔日荒涼的裸坡，成為公園內(nèi)一景（照片）。

治理前裸坡

治理后當(dāng)年復(fù)綠景象

4 結(jié)語

露天采場(chǎng)環(huán)境治理是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，涉及學(xué)科面廣，技術(shù)方法較多。目前主要借鑒其它工程建筑領(lǐng)域的治理方法和經(jīng)驗(yàn)，還沒有出臺(tái)專門性的技術(shù)規(guī)范和要求，造成部分恢復(fù)治理工程設(shè)計(jì)不規(guī)范、措施不合理，即浪費(fèi)了資金，又達(dá)不到預(yù)期的治理目標(biāo)。因此，應(yīng)加強(qiáng)礦山環(huán)境治理理論與方法的研究及經(jīng)驗(yàn)交流，為我國礦山環(huán)境保護(hù)與治理提供技術(shù)保障。

[1] 中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.礦山環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理研究[R].2006.

[2] 張至剛. 邊坡穩(wěn)定性分析技術(shù)在我國金屬露天礦山中的應(yīng)用[J].云南冶金,1999,28 (3)：8～11.

[3] 胡家國,于 海.應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)評(píng)價(jià)礦山地壓災(zāi)害[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005, 15(12) : 8～12.

[4] 李全明,士 根,云 海.露天開采邊坡穩(wěn)定性分析方法及災(zāi)害防治措施研究[J] 2007,1 7 (2):55～60.

[5] 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].1997.

[6] 山東省國土資源廳.山東省礦山環(huán)境保護(hù)與治理規(guī)劃研究[R].2005.

[7] 曾憲明等. 土釘支護(hù)設(shè)計(jì)與施工手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[8] 化學(xué)工業(yè)部福州地質(zhì)工程勘察院.福州茂林山莊地基詳細(xì)勘察報(bào)告[R].2001.

[9] Damigos D,Kaliampakos D.Assessing the benefits of reclaiming urban quarries : a CVM analysis ,Landscape and Urban Planning ,2003 :249～ 258.

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[11] 黑龍江省地面塌陷防治研究所.立體多層遮附式裸巖覆綠新技術(shù)在采石礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理中的應(yīng)用[R].2009.

Application and Research on Harnessing and Restoration Technology of Open-pit Mines

SUN Wei, REN Ying, WANG Yi

(China Institute for Geo-environmental Monitoring, Beijing 100081)

This paper analyzes the open-pit mine harnessing and vegetation recovery technology at home and abroad in four aspects, including the optimum conditions, construction techniques, advantages and disadvantages. Then the paper introduces an application of a new technology named the Multi-dimensional and Multilayer Type of Vegetation Cover on Bare Rock, which has certain guidance function with project control and ecological restoration in open-pit areas.

Mine；Harnessing and restoration；Technology；Application

X505

A

1007-1903(2010)03-0048-03

孫 偉（1966-），女，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理方法和技術(shù)研究。E-mail:sunw@mail.cigem.gov.cn