山東省沂源縣大田莊石灰巖露天礦山地質環境治理工程探討

李寧寧，單吉成，郝翰，時晨，李麗，王會韜

(1.沂源縣自然資源局，山東 沂源 256100；2.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊， 山東 濟南 250014；3.中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250199；4.臨朐縣自然資源和規劃局，山東 臨朐 262600)

0 引言

隨著礦業經濟的發展，礦產資源開發規模和強度不斷增大,導致礦山地質災害等一系列地質環境問題日益突出[1-2]。礦產資源的開發在保障經濟社會發展的同時，也產生了一系列的礦山地質環境問題,嚴重地影響了當地生態環境，極大地降低了地質地貌景觀質量[3]。露天開采礦山引發的礦山地質環境問題是目前我國突出的礦山地質環境問題之一[4]，存在地質災害隱患的,必須及時采取有效措施,消除隱患[5]。沂源縣地處魯中山區，淄博市最南端，地層出露齊全，地質構造比較發育，非金屬礦產資源蘊藏潛力大，以建筑石料用灰巖、建筑用風化砂為主的非金屬礦產資源尤為豐富。隨著經濟社會的飛速發展，各類礦山開發、工程建設等人類活動導致地形地貌破壞、山體和土地損毀、地質災害頻發、地下水及土壤污染等環境地質問題日益嚴重。截至2019年沂源縣歷史形成的廢棄礦坑、礦井多達94處，地質災害隱患點52處。地質環境破壞已嚴重制約經濟可持續發展。

1 礦區地質條件

沂源縣大田莊石灰巖礦區位于沂源縣城西南處約6.5km，青蘭高速公路南約0.42km，省道S234東約0.21km，位于田莊水庫西南角，屬沂源縣南麻街道辦轄區內(圖1)。

1—沂河組；2—山前組；3—五陽山組；4—土峪組；5—北庵莊組；6—東黃山租；7—三山子組；8—炒米店組；9—崮山組；10—張夏組；11—饅頭組；12—孫家峪單元；13—斷裂；14—項目區位置圖1 治理區地質簡圖

礦區地層出露復雜，基底為太古代泰山巖群雁翎關組變質巖和侵入巖，蓋層有奧陶紀馬家溝群北庵莊組灰巖及第四紀地層。北庵莊組主要巖性為灰色厚層云斑灰巖、灰巖和白云巖；第四系主要為殘坡積物，巖性為黃土狀粉質黏土，含有灰巖礫石。該治理區內尚未發現大的斷裂構造，褶皺、構造裂隙較發育，裂隙寬約5～150mm，局部達200mm，裂隙內多被棕色黏土充填，由于構造裂隙發育，局部巖石破碎，開采坡面分布大量危巖體。區內未有巖漿巖出露，開采區未揭露巖漿巖。

2 礦區水文地質特征

礦區地處南麻水文地質單元，沉積裂隙巖溶含水組，含水層巖性主要為微晶灰巖，富水性較好。地表水向沂河及田莊水庫徑流排泄，區內斷裂構造不發育，受地形地貌影響，地下水由西南向西北流向，一般8—9月份水位最高，豐水期過后，水位開始緩慢下降，至次年6—7月份，地下水位呈低—高—低變化，屬于入滲-徑流型，地下水礦化度516.74mg/L。

單井涌水量在1000～5000m3/d之間。治理區內水文地質條件簡單。

3 礦區地質環境現狀

沂源縣大田莊礦區的礦石種類主要為石灰巖礦，自20世紀七八十年代開始零星開采，至20世紀九十年代，隨著經濟的發展，建筑材料的需求增加，開采規模不斷增大，開采方法采用機械打孔爆破，再進行人工分揀。無節制的礦產資源開采，給當地帶來經濟繁榮的同時，也帶來一系列環境地質問題，如地形地貌破壞，生態環境惡化以及地質災害等問題，并在一定程度上危及到人民財產生命安全[6]。

3.1 崩塌地質災害的特征及其危害

礦區因開采石灰巖形成高陡邊坡，南部和北部邊坡高差較小，東部邊坡高差較大，坡度一般近乎直立，形成臨空面。邊坡裂隙發育，巖石破碎、整體性差，極易發生邊坡崩塌災害。邊坡長度為505.73m，坡高10～50m，最大坡角為約90°，近乎直立，坡面危巖體、危石隨處可見,整體性差，在降水、凍融、地震等外營力的作用下,危巖體因重力共同作用下，脫離母體，產生崩塌災害。

3.2 水土流失特征及其危害

石灰巖礦的無序開采,毀壞了大量的土地與植被。礦區石灰巖開采歷史悠久，歷經數十年的破壞性開采，土地和植被遭受嚴重破壞，石灰巖開采表層殘積、坡積風化層剝離，植被遭受毀滅性的破壞，同時采石場邊坡坡度大，覆蓋層薄，局部基巖裸露，剝離殘坡積層未采取任何水土保持措施，大氣降水產生地表徑流，造成水土流失，造成了礦山荒漠化、石漠化，山體遺留的少許土壤也因為長期淋濾,土壤內有機質嚴重流失，致使礦區內植被再生困難，山體裸露，對自然生態環境嚴重破壞。

3.3 地質地貌景觀破壞

無序的礦山開采，形成了大量的采石陡崖和大面積的采石平臺，采場和礦山周邊遺棄、遺留大量廢石，渣石堆，對原生地形地貌景觀破壞嚴重，該礦區西鄰省道S234，北鄰青蘭高速，人流車流量巨大，造成嚴重視覺污染。因此，實施礦山地質環境保護與恢復治理在當下十分重要[7]。

4 工程治理方案

4.1 治理工程原則與目標

(1)治理原則

治理工程首先要解決現存的崩塌、滑坡等礦山地質環境問題，確保周邊群眾生命財產安全[8]。治理工程以恢復當地生態為根本遵循，整體打造，整體修復，確保治理工程能夠達到和周邊環境協調一致的效果。治理工程在經濟承受力的前提下，盡最大所能達到預期治理效果。在堅持公益方向的基礎上，充分體現財政資金在礦山生態修復工程上的支持性和引導性[9]。按照“宜林則林、宜水則水、宜耕則耕、宜景則景”的原則，根據治理區所處區位特點并結合當地的社會經濟發展情況，合理確定破損山體治理的方向[10]。治理工程采取分級處理方法進行預測，并制定良好的防治措施[11]。

(2)治理目標

通過符合實際的工程措施，消除地質災害隱患，恢復破壞的地形地貌景觀、生態環境，解決現有地質環境問題，提高治理區地質環境質量。

4.2 綜合治理方案

礦山地質環境治理工程技術主要分為危巖體清理工程、臺階削坡工程、漿砌石擋土墻工程、截排水溝工程等防治技術[12]。

(1)邊坡治理

《條例》將流域作為統一整體列為管理對象，但是各地區水功能區劃，尤其是邊界河湖水功能區劃仍有不統一的地方。如2010年國務院批復的《太湖流域水功能區劃》將淀山湖整體劃為淀山湖蘇滬緩沖區，但在以前的江蘇省、上海市人民政府對有關的水功能區劃批復中均對淀山湖使用功能進行了不同的定位，江蘇定位為漁業用水區，利用率較高，上海定位為水源保護區，對環湖地區發展進行了嚴格限制。建議兩省一市各自調整水功能區劃，將保護標準統一到2010年5月國務院批復的《太湖流域水功能區劃》蘇滬緩沖區這一統一標準中來。

將邊坡進行爆破削坡、人工及機械將坡面危巖體清除處理，將礦區邊坡進行削坡，采取爆破削坡[13]。清理危巖體和削坡產生的土石方回填至礦坑處平整并覆土。治理區工程邊坡治理部分主要是對坡度較陡、裂隙發育的邊坡段進行治理，治理區內邊坡高度0～40m，坡度較陡，局部達90°，坡面上存在大量的危石，邊坡存在嚴重的不穩定隱患。一是清除危石，二是在邊坡坡底修排水溝一道，走向沿邊坡走向布設，截水溝尺寸為42cm(高)×42cm(寬)，20cm厚M10漿砌片石砌筑；坡腳采取種植小葉爬山虎。爬山虎種植的間距為0.5m，每叢3株，共690株(圖2)。

1—坡面線；2—治理后地形線；3—灰巖；4—削坡；5—續坡；6—擋墻；7—側柏；8—爬山虎圖2 臺階治理削方設計大樣圖

邊坡爆破過程中需提前剝離表土層，由于本區表土層較薄，剝離的表土層可集中堆放于治理區平整地段，以備綠化用。爆破工程由相關資質的專業公司承擔，編制專項爆破方案，通過后方可施工。邊坡爆破過程中需提前剝離表土層，由于本區表土層較薄，剝離的表土層可集中堆放于治理區平整地段，回填時一并覆土。

(2)擋墻砌筑

爆破后，在臺階式坡頂布設擋土墻，沿平臺邊坡走向布設，坡頂擋土墻尺寸40cm(上底)×80cm(下底)×70cm(高)，40cm厚漿砌片石砌筑(圖3)。

1—M10漿砌石；2—基巖；3—回填土圖3 坡頂擋墻大樣圖

削方后，坡腳處采取臺階式續坡的方式，為確保渣石的穩定，須砌筑一個階地，阻擋續坡回填的渣石，形成一個穩定的臺階，為第三平臺。尺寸為5m(上底)×10m(下底)×8.6m(高)，40cm厚漿砌片石砌筑(圖4)。

圖4 坡腳處階地擋墻大樣圖

(3)采坑治理

采坑采用石方回填平整，將爆破削方后的土石方分層填入，然后進行渣石平整。石方回填施工要求石方分層充填，每100cm為一層，分層壓實，壓實系數為0.93，用機械碾壓。結合治理區場地實際，提前制定施工機械、車輛行走路線，對過窄的區域必要時要進行加固、加寬，并做好標記和施工準備方案。施工前對填方基底、已完隱蔽工程進行查驗，做好記錄。底層壓實渣土的填方，不得用有機質含量的土和碎塊草皮。底層渣土使用6～8遍振動平輾。碾壓時，輪(夯)跡應互相搭接，避免漏壓或漏夯。當回填土區域施工機械無法壓實時，要用人工運土填平壓實。雨季填土作業時，要啟動應急預案，對地挖處進行挖溝排水，有必要時，要停止施工作業，雨停后做好檢查，對沖毀的填土區域進行重新填平壓實。在爆破削坡后的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,厚度為70cm，種植土從距離治理區5km的魯村庫區購買。種植土覆蓋完成后用挖掘機進行平整，并采用人工對內部較大石塊進行破碎。肥沃的表土是復墾時再種植成功的關鍵要素[14],故上層種植土首選附近較為肥沃的表層土或耕植土。

通過實施高陡邊坡削臺回擋填土，為爬山虎、側柏等植物生長創造適當條件，爭取在較短時間內發揮植物的生態防護功能，達到修復該破損山體的目的，而硬巖地區植被復綠植物的選擇極為關鍵，關系到生態復綠工程實施的成敗。一般本地物種的抗逆性和適應性強于外來品種[15]或礦區采用單一植被，恢復效果不但不佳，還往往出現生態系統不穩定等現象[16-18]，故在植被的恢復上，按照多層次、多結構，喬木、灌木、草本立體混交原則進行恢復。平整后的場地覆土后，整個治理區范圍內，按2.0m×2.0m的株距種植側柏，為防止水土流失，整個治理區撒上狗牙根草籽，以固定表土。

(5)毛石支護

礦區南部因臺階式開采造成渣石臺階式堆積，堆積的渣石松散、強度低、整體性差、抗滲透性差，當遭遇強降雨，在自然環境內外應力作用下很容易滑塌，所以采用毛石支護以確保邊坡的穩定性。采用40cm厚的毛石進行支護(圖5)。

1—毛石；2—碎石土圖5 毛石支護大樣圖

根據工程布置設計圖，采用全站儀對需支護位置進行測量放線，采用木樁或白灰標示。偕同監理及設計人員到現場進行驗收。根據測放好的擋墻位置，對坡面進行清理，清除雜草、虛土等。達到設計標高。選用無風化、無裂隙毛石，對毛石外側進行勾縫處理，灰縫的寬度掌控在20～30mm；支護厚度為40cm。支護工程完成后及時進行養護維護，確保工程施工質量，組織施工技術人員對所有施工資料進行整理匯總，及時報請監理進行分項工程驗收。

5 結論

(1)已關閉的露天石灰巖礦山存在的主要地質環境問題是地質災害(主要是崩塌、滑坡、泥石流)及地質地貌景觀的破壞。消除已關閉礦山地質災害目前國內主要是高陡邊坡及危巖體的卸載，需要采取控制爆破技術，減少飛石的發生，同時還要結合人工排險技術。只有確定治理生態環境的重點，才可以有效的完成各項治理工作，減少地質災害的出現。礦山地質環境治理應在消除地質災害隱患的基礎目標之上，以生態重建為主，土木工程建設為輔。

(2)工程治理措施的選擇上要充分考慮巖石邊坡的穩定性，對其采取科學的分析和判別，在此基礎上綜合考慮各種自然和人為因素,對崩塌區域整體和分部重點判斷，確定需要卸載的危巖體大小和區域。

(3)已關閉露天礦山地質環境生態修復治理工程首先要考慮實施后的生態效益,綠化方案應著重考慮本土樹種，盡量體現生物多樣性。在綠化樹種的選擇上，在美觀、經濟、便捷的原則下，突出植物群落的豐饒感、整體美，要優先選擇搭配抗旱性強，與周邊景觀協調一致，符合當地氣候條件的樹種來栽植。

(4)針對于當前的發展形勢，要積極地開展相關的預防以及保護工作，堅持走可持續發展道路不動搖，堅持環境保護與資源開發管理共同發展的道路，全面實施對礦山地區的環境進行科學合理的規劃。