山東梁山石灰巖礦區礦山地質環境保護與恢復治理

劉文峰，肖衛國

(1．山東省物化探勘查院，山東 濟南　250013；2．山東省地質環境監測總站，山東 濟南　250014)

山東梁山石灰巖礦區礦山地質環境保護與恢復治理

劉文峰1，肖衛國2

(1．山東省物化探勘查院，山東 濟南250013；2．山東省地質環境監測總站，山東 濟南250014)

以青龍山石灰巖礦區為例，從礦山地質環境問題、邊坡穩定性分析、恢復治理方案、工程施工等方面對礦山地質環境保護與恢復治理進行分析探討，總結經驗，旨在最大限度的恢復原有生態環境和地形地貌景觀，為同類型的礦山地質環境問題提供借鑒作用。

礦山地質環境；邊坡穩定性；石灰巖礦區；恢復治理；山東梁山

引文格式：劉文峰，肖衛國.山東梁山石灰巖礦區礦山地質環境保護與恢復治理[J].山東國土資源，2015，31(5)：44-48.LIU Wenfeng, XIAO Weiguo. Protection Restoration and Managment of Geological Environment in Limestone Mines in Liangshan County of Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：44-48.

青龍山石灰巖礦區位于山東省梁山縣城東南梁山風景區主景區范圍內，在通往梁山風景區主干道北側。礦區呈不規則的長方形，東西長約1800m，南北寬30～200m，開采方式為露天開采。20世紀60年代礦區內長期處于群采亂采狀態，嚴重地破壞了山體的地質地貌景觀。無序的開采形成了大量的采石陡崖和采石平臺，采石陡崖坡度一般75°以上，有部分區域坡度大于80°，局部形成懸空危巖。

1　礦區地質環境條件

梁山縣在大地構造上屬于中朝地臺(Ⅰ級)、魯西臺隆(Ⅱ級)、濟寧-成武凹陷(Ⅲ級)的一部分；以SN向巨野斷裂為界，橫跨巨野凹陷和東平凸起2個Ⅳ級構造單元。礦區周邊構造發育，以近EW向和近SN向的2組斷裂為主。SN向的巨野斷裂，EW向的汶泗斷裂，以及NW—SE的韓崗斷裂構成該區的主要格局。梁山縣新構造運動表現比較明顯，其表現形式，主要是升降運動，其次是地震。

梁山屬于魯西北黃泛平原工程地質區，礦區內基巖經人類生產活動后大面積出露，出露地層主要為堅硬、較堅硬的中厚—厚層狀灰巖巖組，巖性為寒武紀張夏組灰巖、白云質灰巖、鮞狀灰巖夾泥灰巖[1]。巖石堅硬、致密，巖溶發育不均一，力學強度差異較大，灰巖強度高，泥灰巖遇水軟化，強度低。

礦區地下水類型為碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙水,含水巖組由張夏組厚層狀鮞狀灰巖、薄層竹葉狀灰巖、灰巖間夾頁巖組成，裂隙巖溶較發育，含水性尚好，水位埋深<50m。

2　礦區地質環境現狀與穩定性分析

2.1礦區地質環境現狀

該石灰巖礦屬于梁山石灰巖露天采場區(停采)[2]，經過多年的開采，嚴重破壞了原有的生態環境，形成了大量的采石陡崖和采石平臺。采石平臺寬30～200m，采石陡崖高4～50m。根據該礦區衛星遙感影像資料結合現場勘查分析，礦區礦山地質環境問題主要為崩塌災害[3]、水土流失以及地質地貌景觀破壞等。

2.1.1崩塌地質災害特征及危害

礦區采石陡崖均為崩塌地質災害隱患區(圖1)，從已崩落的巖體及坡面危巖體的體積看，崩塌體的大小差異較大，最大的直徑可達2m以上，而大多數崩塌體直徑一般小于0.5m，且在外力作用下群體產生崩塌的可能性較小。因此，治理區內崩塌地質災害規模一般較小，但其處于風景區內，游客行人較多，因此其地質災害危險性相對較大。

治理區破損面既高且陡，破損立面巖體裂隙發育，突出的塊狀巖石隨處可見，山坡上風化層結構極為松散，在降雨、震動等外力作用下，巖土體在重力作用下突然脫離母體，迅速崩落滾動，發生崩塌災害，造成人民生命財產損失。

圖1　崩塌地質災害隱患點

2.1.2水土流失特征及其危害

石灰巖礦開采, 破壞了大量的土地和植被。特別是露天開采礦山,對土地資源及地形地貌景觀造成的影響和破壞更為嚴重[4]，造成了礦山荒漠化，加速水土流失，山體遺留土壤因長期淋濾，土壤有機質流失嚴重，土壤團粒結構差，造成土壤肥力嚴重下降，使治理區植被難以生長，形成了大量裸露的山體，對地質環境的生態功能造成了極大的負面效應。

2.1.3地質地貌景觀破壞

無序的礦山開采過程形成了大量的采石陡崖和采石平臺，面積較大；主要礦山地質環境問題是巖質高陡邊坡寸草不生影響地貌景觀，可能引發崩塌災害[5]；開采過后廢棄的石灰窯依山靠嶺、占用土地資源，且由于下方緊臨居民住房(圖2)，存在較大的安全隱患；這些都與風景名勝區的優美景色形成強烈的反差，嚴重影響景區形象。

圖2　廢棄的石灰窯下方緊臨住戶

2.2穩定性分析

2.2.1邊坡整體穩定性分析

巖質邊坡整體穩定性取決于巖層巖性及結構、巖層產狀與斜坡面的關系、斷裂構造以及地下水影響等。

治理邊坡坡面巖性均為寒武紀張夏組中厚層灰巖，此類巖石致密、堅硬，抗風化能力強，區內為中—微風化，坡面巖性均一，無軟弱夾層，從邊坡巖性及結構方面分析，邊坡整體穩定性強，處于穩定狀態。

根據地質調查，治理區域巖層傾角一般8°～10°，傾向NNW，邊坡傾向為南，巖層傾向與邊坡傾向相反，治理的邊坡為反向坡，屬穩定性邊坡。

通過調查以及資料分析，治理區內無大的區域性斷裂構造，亦無平行于治理邊坡的小型斷裂構造，不會對邊坡整體穩定性構成影響。

區內裂隙巖溶水水位低于斜坡坡腳標高約30m，水位年最大變幅小于10m，始終處于該斜坡坡腳20m以下波動，因此地下水不會對斜坡整體穩定性構成影響。綜上所述：治理邊坡整體穩定性好，不易形成滑坡災害。

2.2.2邊坡局部穩定性分析

據地質災害調查，治理區邊坡坡面處巖石較為破碎，部分巖石已脫離母巖，形成危石、孤石，局部巖體穩定性差，為崩塌災害隱患。

無序開采后殘留的較大體積的危石、孤石、高陡邊坡加劇了崩塌災害的危害性；治理區內雖無大的斷裂構造，但一些小型斷裂與邊坡相交處巖石格外破碎，崩塌災害較為發育，宜形成較大的崩塌體；此外晝夜的溫差、季節的溫度變化，促使巖石風化；地表水的沖刷、溶解和軟化裂隙充填物形成軟弱面，水的滲透及短時富存會增加靜水壓力，強烈地震以及人類的工程活動都會促使崩塌的發生，對景區內游人及附近居民安全構成威脅。

3　工程治理方案與分析探討

根據石灰巖礦區的地質環境條件、突出的地質災害類型、特征及其危害性，結合穩定性分析結果，確定對破損山體，采取危巖卸載、邊坡放緩等措施消除地質災害隱患；運用客土回填，修筑排水溝、擋土墻、覆土綠化等成熟的破損山體修復技術，治理恢復破損山體的生態環境，消除視覺污染，并使之與周圍景區景色相協調。

根據治理區坡體高度結合山勢分別制定治理措施，坡高小于8m的區域采用斷崖底部砌壘圍堰成種植池的方式；坡高8～15m，采用放緩邊坡覆土綠化的方式，局部利用已有平臺植樹綠化；坡高15～30m且頂部無植被，在斷崖底部砌壘圍堰形成種植池，植樹綠化，斷崖上部邊緣爆破清理成二層平臺空間的治理措施。

3.1危巖體卸載工程

危巖體主要存在于治理區的采石陡崖，是由于風化或受開采爆破影響而脫離母巖，危巖體破碎松散且不平整。治理措施主要采用人工卸載的辦法，對于體積較大的巖石，先采用靜態爆破的方法將巖石解小，然后分塊卸載。卸載的巖石就近用于擋土墻、臺階式圍堰、種植池圍堰、截排水溝等的建設和渣土回填。

危巖體卸載方法：在山頂做固定錨或利用已有的固定物固定工作繩索和安全繩索，施工人員佩戴安全帶沿工作繩索及安全繩索下放到施工位置使用撬棍、千斤頂等工具將危巖剝落。對于大塊巖石，先用鐵索、倒鏈進行固定，防止其直接下落。之后用靜態爆破的方式將其破碎，使之變成小的巖塊后下放至山下。

靜態爆破是一種新型爆破施工技術，由于它可在無振動、無飛石、無噪音、無污染的條件下破碎或切割巖石，而且爆破時不會損壞周圍的任何物體，又能達到破碎的目的，因此，對體積較大的危巖體可選擇采用靜態爆破的方法處理，然后對爆破之后的小塊危巖體進行人工清除[6]。由于治理區內有些崩塌隱患點距離民房較近，為保證建筑物的安全，選擇使用靜態爆破技術施工無疑是最佳的，并且藥劑反應的時間可以通過溫度和外加劑等方法控制，施工現場可根據實際情況靈活掌握，以利于施工。

靜態爆破的施工工藝流程：施工準備→布設孔位→鉆孔→裝藥→藥劑反應→巖石開裂，對已經產生裂縫的巖石，再用風鎬解小、清除，達到卸載的效果。

3.2 “廢石—客土”回填工程

采石平臺及陡崖坡底采用“廢石—客土”的工藝進行回填，分層回填壓實，回填區下層就地取材回填廢石渣土，上層回填種植土。肥沃的表土是復墾時再種植成功的關鍵要素[7]，因此上層種植土應選用附近較肥沃的表層土或耕植土。

回填前清理基底上的樹墩及主根，清除坑穴積水和雜物；填土過程中，對填方基底和已完隱蔽工程進行檢查和中間驗收。底層渣土鋪土分層厚度一般為0.5m，碾壓時，夯跡相互搭接，防止漏壓。回填種植土時，應考慮土方的沉實度，防止發生缺土二次回填現象。回填完成后進行注水沉實，對塌陷部位及時補方，避免出現壓實度不夠，栽植苗木后土內現漏斗現象，影響苗木成活及美觀。

3.3擋土墻工程

治理區采石陡崖坡度較大，采石平臺較寬。采用覆土把邊坡改造成平緩地帶，坡腳和平臺外沿設置擋土墻防止水土流失，并配合景觀功能需要，栽植園林景觀植物。

擋土墻設計使用M7.5漿砌石結構，根據各施工段陡崖高度、坡度等實際情況設置墻體高度和寬帶，一般墻體高度1.5m，底面寬1.1m，頂面寬0.4m，擋土墻基礎入巖0.1m。地表以上0.2m設泄水孔，孔徑100mm，間距5m，泄水孔向外坡度為8%，泄水孔周圍填放厚200～500mm，直徑5～25mm的礫石做濾水層，泄水孔行間距1.0m，呈梅花狀分布。

設計要求擋土墻基礎落在基巖上，沉降縫每15m設置一道，實際施工中發現基槽開挖后，地層變化較大，有些部位基底為土層，如要到達基巖，還需開挖將近2m，開挖量大，對于較矮的擋土墻來說其工程意義不大。通過與設計的溝通協商，施工中采用超挖60cm，基底夯實，用漿砌石做基礎，同時在巖石與土層交界處增設沉降縫，防止不均勻沉降拉裂墻身，較好地解決了問題。

3.4截排水工程

邊坡易受上方坡面匯水沖刷，對此應著重加強坡頂、坡面的截水防滲工作[8]。為減少降雨匯流對治理工程的影響，防止因坡面地表徑流入滲沖刷降低回填土體的穩定性，設置地表排水系統攔截、輸導坡面匯流。橫向截水溝沿地形等高線布置，這樣既可以使地表徑流順利入溝又不造成溝道外側的沖刷破壞，還可以盡量減少開挖量并保證水溝的穩定性。縱向排水溝的設置沿垂直等高線最大坡降方向布置，從而保證排水溝置于局部地形的最低部位，易于排水，同時也對溝道的穩定性有利。

排水溝溝口寬450mm，溝底寬300mm，溝深300mm，所有排水溝都進行襯護處理。襯砌材料為漿砌石，溝底漿砌厚度20cm，側墻漿砌厚度20cm，砌筑用砂漿采用M15水泥砂漿，用C15混凝土壓頂。開挖深度大于溝底厚度和側墻高度之和，襯砌兩側進行回填和夯實處理。

3.5綠化工程

園林綠化的基本思路是從生態和經濟原則出發，植物種植以自然態為主，減少種植后的人工養護和管理，在現有樹種的基礎上，選擇適合土質的鄉土樹種，充分考慮植物多樣性以喬、灌、草三者相結合形成的植物群落，以不同花期的花木分層配置即滿足植物的季向變化又符合當地文化，體現植物群落的整體美，突出區域內植物層次的豐富感，同時達到園林景觀綠化的最佳效果。

該次治理工程選用的適合于石灰巖地區的綠化植被：側柏、毛白楊、國槐、合歡、刺槐、山杏、垂絲海棠、迎春、連翹等。對于原有野生荒山上的喬、灌木，盡量予以保留。

對較高的采石陡崖，采用在斷崖底部砌壘圍堰形成種植池，種植毛白楊、側柏等苗木；斷崖下部種植爬山虎，上部種植薔薇和迎春。在坡頂斷崖上部邊緣爆破清理出二層平臺空間，種植側柏、黃櫨、薔薇、迎春等苗木。

在開采平臺及外圍坡體覆蓋種植土，在平臺均勻自然的栽植側柏、山杏、毛白楊、刺槐、火炬等。平臺周圍種植藤蔓植物，然后周圍噴播草種，滿足綠化植物種類多樣性原則。

3.6治理效果

工程施工完成后(圖3)，從根本上改善了當地因礦山開采活動而造成的環境破壞現狀，保護梁山風景名勝區可視范圍內生態環境的同時也為當地居民改善了居住環境，使風景名勝區石灰巖礦區生態系統更加健康穩定，生態功能得到恢復和加強，整體提升了梁山風景區的環境層次。

圖3　治理后的邊坡(局部)

4　 結論

⑴石灰巖礦區礦山地質環境問題主要為崩塌地質災害、水土流失以及地質地貌景觀破壞。消除崩塌地質災害的重點是危巖體卸載，在治理過程中，尤其是礦區臨近生產居住區時，建議采用人工或靜態爆破的方法卸載危巖體。

⑵巖石邊坡的穩定性分析應首先進行整體性穩定性判別，分析其是否有整體滑動的可能，是否會形成滑坡地質災害；然后再進行局部穩定性分析，綜合考慮各種自然和人為因素，對崩塌隱患點進行判別，確定需要卸載的危巖體。

⑶綠化工程是礦山地質環境恢復生態功能的重點，綠化方案應以鄉土樹種為基調，配以抗旱性強、與周圍景觀相一致的優勢樹種，體現生物多樣性。綠化物種的選擇應根據當地的自然環境，結合氣候條件，在美觀、經濟的原則下，符合當地文化，體現植物群落的整體美，突出區域內植物層次的豐富感。

⑷因石灰巖礦區隱伏地質情況變化較大，治理施工過程中不能一味簡單機械的按照設計施工，應根據揭露的地質情況調整治理方案，以保證治理工程的質量。

[1]何進,星玉才,岳輝.洛陽非金屬礦山地質環境恢復治理探討[J].地質災害與環境保護,2013,24(4):41-42.

[2] 高彥生,崔瑞芹.濟寧市露天礦山開采現狀及保護治理措施[J].山東國土資源,2010,26(3):24-27.

[3] 中國地質調查局.滑坡崩塌泥石流災害調查規范(DD 2008—02)[S].

[4]劉超良,孫濤,魏增超,等.露天礦山地質環境保護與恢復治理[J].地質災害與環境保護,2013,24(2):34-36.

[5]李輝,李永紅,康金栓,等. 陜西省韓城市西山灰巖群采區礦山地質環境問題及恢復治理探討[J].災害學,2014,29(3):139-143.

[6]王仁剛,袁西龍,呂沛才.靜態爆破技術在青島市崩塌治理中的應用[J].中國地質災害與環防治學報,2007,18(4):123-124.

[7]林碧華,馬曉軒,陶波.石灰石礦山地質環境保護與恢復治理探討[J].地質災害與環境保護,2012,23(2):48-52.

[8]韋銀澤. 廣西荔浦石灰巖礦山地質環境保護與恢復治理[J].山東國土資源,2013,29(3):28-30.

Protection Restoration and Managment of Geological Environment in Limestone Mines in Liangshan County of Shandong Province

LIU Wenfeng1, XIAO Weiguo2

(1. Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Insitute, Shandong Jinan 250013, China; 2. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China)

Setting Qinglong limestone mining area as an example, from the aspects of geological environment problems in mines, slope stability, restoration scheme, engineer construction , protection and restoration of mine geological environment have been analyzed and discussed, experiences have been summarized in order to recover the original ecological environment and topography of the landscape maxmiumly. It also will provide some references for managing geological environment in other mines.

Geological environment of mines; slope stability; limestone mines; restoration and management; Liangshan county in Shandong province

2014-08-05；

2014-09-11；編輯：陶衛衛

劉文峰(1977—)，男，山東濟南人，工程師，主要從事水工環技術工作；E-mail:wwwhyliu@yeah.net

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