1、前言

采矿业作为现代工业体系中的关键支撑和基础产业，为推动我国社会经济的蓬勃发展做出了重要贡献。然而，大部分矿山随着开采进程的深入，会不可避免地对矿区及其周边环境造成负面影响，如土壤与水源的污染、生物多样性的急剧下降等，并可能会产生一些潜在的安全隐患，如引起山洪、滑坡、泥石流、坍塌等自然灾害的频发[1～4]。研究表明，失去土壤和植被覆盖的露天矿山，其自然修复时间至少需要三百年；环境污染严重或生态系统退化严重的露天矿山，甚至无法修复[5]。近年来，随着国家生态文明建设的发展及一系列地方性相关政策的相继出台，建设绿色、高效、可持续发展的矿山企业势在必行[6～9]。因此，为保证矿山的绿色可持续发展和生态系统的稳定，亟需对历史遗留和当前开采中的露天矿山开展生态修复治理工作。

湖北省阳新县积极响应国家号召，启动了“五边三化”创建工作，即在全县域长江边、河湖边、城区边、干道边、集镇边等区域的可视范围内不设矿权，已办理采矿权的矿场有序退出市场。但矿山关停后，遗留的废弃采石场存在各类安全隐患，给当地生态环境造成了较大威胁。本文以阳新县某典型废弃露天矿山为例，利用生态修复治理技术，通过采用台阶式降坡卸荷、人工重建受损植被群落等措施，减少了突发性地质灾害的发生，营造了与周边自然环境相协调的人工绿化景观带，实现了废弃矿山生态修复治理的目标。

2、矿山生态环境概况

该矿山位于湖北省阳新县沙村建材厂废弃采石场，地处山地至丘陵过渡地带，山脉总体呈东西走向，海拔标高20～306.5m。该废弃矿山由多家采石场在不同历史时期无序采挖形成，采石场采用狭窄的“一面坡”开采方式，导致矿区最终遗留下一条东西向长约600m、高差约200m的陡峭悬崖式边坡面，存在重大地质灾害隐患。根据该矿区地形地貌特征，将其划分为两个主要区域，Ⅰ区为北侧塘口，Ⅱ区为工业场地，如图1所示。

Ⅰ区塘口主采面边坡整体走向121°，坡向200°，坡度50°～75°，局部接近直立状态。坡顶最高海拔为153m，最低为51m，最大高差102m。坡脚区域因长期无序开采，形成了多处不规则边坡，自然植被破坏严重。矿区内未修建专门的排土场，废渣主要堆放在开采平台外侧及坡脚。边坡岩性为三叠系下统大冶组灰岩，岩层产状178°∠70°。边坡主要发育两组裂隙。其中，L1裂隙产状145°∠75°，裂隙上宽下窄，渐至闭合状，褐红色粘土充填，裂隙最宽5～10cm，延伸长度2～5m;L2裂隙产状280°∠31°，裂隙多呈闭合状，局部微张，约1～2条/m。

Ⅱ区为采场底盘平台及工业场地，Ⅱ区南北平均宽228m，东西平均长930m，整体地势西低东高。因废渣堆积较不规整，采场底盘凹凸不平，平均海拔标高为+40m。该区域的主要物质组成为第四系人工堆积碎石土，平均厚度为5m。

3、主要地质环境

3.1高陡边坡

Ⅰ区边坡为采石场主采面，坡度50°～75°，局部近似直立，最大高差达102m，高陡边坡岩性主要为厚层状、块状灰岩，岩石质地较致密坚硬，局部区域溶蚀现象明显。受开采爆破影响，岩体结构破碎，局部存在活动性的危石。边坡主要发育两组节理裂隙，切割裂隙和层间裂隙贯穿整个边坡，裂隙以层间裂隙为主，局部切割裂隙较强烈。高陡边坡地质环境问题如图2所示。

Ⅰ区采石场边坡均为岩质边坡，其稳定性主要取决于其内部主要结构面之间、结构面和临空面之间的组合关系，以及卸荷松动情况和软弱层空间位置[10-12]。利用赤平投影法对Ⅰ区主采面边坡进行稳定性分析，结果显示，Ⅰ区主采面边坡结构面L1与L2交线位于坡面投影弧线同侧，且倾角小于坡脚，为不稳定结构面组合，岩层被两组裂隙切割严重，在不利因素诱发下会产生崩塌等地质灾害。

3.2废渣堆

采石场废渣主要由灰石碎石块与第四系残坡积碎石土混合而成，成分复杂，土石比约为2:3。矿区内未设置专门的排土场，废渣主要堆积在开采平台外侧及坡脚边坡，如图3所示。采石场废渣无序的堆积，造成了较多环境问题，一是废弃矿渣随意堆积在坡脚和开采平台，占据了原有土地资源；二是废弃矿渣堆积的斜坡稳定性差，存在安全隐患；三是长期堆放于矿区地表的废渣，在风化作用下变成粉末状，干旱季节随风扬起大量粉尘，严重污染了大气环境。

3.3地形地貌景观破坏

露天开采、废渣土无序堆放和石料厂占地等行为，造成矿区植被和表土层完全剥离，原始地貌不复存在，原有土地的生态系统被破坏，裸露的岩石及堆积的废渣严重削弱了土地的种植功能，利用人工手段恢复植被非常困难。

图1 矿区治理分区及现状

图2 高陡边坡地质环境

4、生态保护修复治理技术

4.1总体思路

矿山生态修复治理基于“防治结合”原则，根据现场实际调查情况、边坡稳定性分析以及设计目标综合考虑，提出了两个设计方案，并从矿山生态修复技术可行性、施工场地环境条件、综合效益与投资等方面进行了比较论证（表1），最终采取方案一作为实施方案。整体边坡治理剖面如图4所示。

4.2削坡工程

由于矿山开采边坡坡体坡度较陡，局部近乎直立，且边坡基岩节理裂隙发育，为消除存在的崩塌、危岩等地质安全隐患，对高陡边坡采用爆破削方为主，机械削方为辅的方式进行危险地质现象处理。边坡削（清）方主要包括以下四个方面的工作：

(1）剥离清除坡顶或坡面上的悬挂岩块、松动岩石，对突出的局部危险区域进行削坡。

(2）通过机械削坡的方式对边坡进行整形，确保边坡整体平顺。

(3）清除风化导致的破碎岩体、悬空岩体、堆积在坡面的岩块等，消除崩塌灾害隐患。

(4）由于岩质边坡坡度近乎垂直，建设台阶作为后续建造挡土墙、排水沟、封边墙及场地平整、客土喷播绿化、覆土绿化等生态治理项目的基础。

4.3挡土墙工程

削坡完成后，在距主采面边坡坡脚一定距离处，设置直背式浆砌块石结构挡土墙。挡土墙能够为边坡可能出现的坠石提供缓冲地带；就地回填施工过程中产生的弃石弃土，减少外运工作量；在回填区域进行覆土绿化，设置绿化带，美化环境，增加城市绿地面积；防止底盘表层覆土受雨水冲刷而流失。

4.4地表排水工程

为迅速排放底盘及坡面汇集的雨水，减少降雨对挡土墙墙脚的冲刷，在挡土墙墙脚设置了排水沟，确保地表降水水流以较短路径汇入沟槽。此外，为降低地表水对坡面的冲刷力度，在距马道外缘一定距离处设置封边墙。

图3 废渣堆积地质环境问题

表1 边坡治理工程方案比选

4.5绿化养护工程

绿化工程主要包括：挡土墙及马道覆土绿化、底盘覆土绿化、客土喷播绿化。其中，在边坡坡面采取客土喷播护坡技术，既能保证边坡的稳定性，又能使边坡复绿，使其与城市景观环境相适宜。

养护管理期为竣工后一个水文年。养护期间通过管道将水源引至坡脚（坡面平台）蓄水池，利用高压水泵输送至坡顶灌溉，绿植出苗15d后，施加一次氮肥（5g/m2），再过10d后施加一次复合肥（15g/m2）；根据气候条件适当浇水，以达到最佳护坡及绿化效果。

4.6监测工程

针对采石场特点及主要矿山地质环境治理工程类型，在施工期间采用相对位移监测；施工完成后，主要采用自动化监测、视频监测、宏观巡视等方式对不稳定边坡区进行全方位监测与观察，详细记录坡体开裂、地鼓等变形破坏现象，并实时传输监测数据，一旦发现异常，立即报告并停止施工。

5、施工工艺及质量控制

5.1削坡工程

5.1.1削坡施工工艺

削坡工程自+226m开始，至+34m结束，共设置17级马道，每级边坡高12m，马道宽度可满足3m要求，削方后坡比≯55°，坡面削（清）方总工程量为1 049.70×104m3。边坡先经爆破形成初步轮廓，再由机械削方定型。针对不同情况的边坡，灵活选用削坡方法，确保达到设计要求。土壤或软岩边坡采用挖掘机铲斗刮平处理，局部采用人工平整，土壤边坡坡度不陡于1:1（水平：垂直）；硬岩或基岩出露区域边坡则通过破碎锤处理消除浮石，边坡坡度不陡于75°。在特殊情况下，应根据岩石的特性对坡度值进行验算校正，确保边坡的稳定。岩石破碎地段应修筑挡土墙或护坡，保证边坡的稳定。路堤坡度应≯45°，路堤表面采用人工整平。修复治理工程所产生的土方主要作为废料外运；削方产生的石料主要作为水泥原料或建筑石料。

图4 整体坡面治理剖面

5.1.2工程质量控制

针对边坡位移情况，利用无人机每日进行现状图拍摄及3D模型构建，直观展示全面施工情况；进行机械削坡工作前，利用RTK测量仪布置坡顶线与坡底线，确保削坡质量符合设计要求；派遣专人每日巡查边坡情况，及时处理边坡浮石与裂缝；秉持动态化管理原则，针对未知的边坡情况及时调整修订施工方案，保证施工质量；严格施工规范，每级边坡完成后，均需在监理单位组织下按照验收规范检查工程质量，保证工程质量合格。

5.2挡土墙工程

5.2.1挡土墙施工工艺

挡土墙设置于距主采面边坡坡脚40m处，呈直背式浆砌块石结构，总长1 183.96m，总高2.5m（地面以上高2.0m，基础埋深0.5m）。挡土墙顶宽0.6m，底宽1m，基础底面向外倾斜坡比0.2:1，墙面向外倾斜坡比1:0.2。挡土墙墙背坡度随地形变化，挡土墙底部设置厚300mm的C25钢筋混凝土垫层。沿墙走向每隔15m设置一条伸缩缝，伸缩缝自墙顶至基底，缝宽20mm，缝内填充沥青麻筋或沥青木板。为排除墙后积水，在距地面高0.5m及1m墙体处设置泄水孔，泄水孔ϕ75mm，水平间距3.0m，泄水管处配备0.5m厚滤水层。

5.2.2工程质量控制

确保基础开挖至中风化层，挡土墙底部设置厚300mm的C25钢筋混凝土垫层；石料抗压强度≮30MPa，采用M10砂浆砌筑；每日巡检，利用无人机拍摄，及时处理裂缝与泄水孔堵塞；自检合格后报监理验收，监理验收合格后方可开展后续工程。

5.3地表排水工程

5.3.1地表排水施工工艺

在挡土墙墙脚单边砌筑排水沟，排水沟尺寸为0.6m×1.0m，总长1 183.96m，采用浆砌石结构，砌体厚0.3m，抹面厚度2cm，每15m设一道伸缩缝。将边坡坡面汇水向东西两侧引出，最终接入已有排水系统。在距马道外缘0.5m处设置1.0m×0.3m封边墙，总长11 967.09m，采用C25混凝土浇筑，纵筋HRB400ϕ16mm@300mm钢筋、横筋ϕ8mm@200mm钢筋，纵筋HRB400ϕ16mm入基岩深度≮0.2m。封边墙每15m布设一道伸缩缝，缝宽2cm。

5.3.2工程质量控制

浇筑封边墙混凝土时须将基岩面打毛冲洗干净，封边墙基础岩面严禁向外倾；钢筋规格和间距应符合设计要求；修建封边墙和排水沟并自检，每日巡检，报监理验收合格后，方可开展后续工作。

5.4绿化工程

绿化工程主要包括挡土墙及马道覆土绿化、底盘覆土绿化、客土喷播绿化三方面内容。

5.4.1挡土墙及马道覆土绿化

在挡土墙后缘距坡脚40m处设置绿化带，回填种植土并种植乔木、灌木及藤类植物绿化。种植土厚度0.8m，植物树种以香樟、红叶石楠球为主；香樟胸径≥9cm，红叶石楠球高度≥1.7m、蓬径≥1.2m，间距4m，交错布置；藤类植物间距0.5m，采用凌霄等植物，藤类植物采用3年生规格，严禁扦插种植。

5.4.2底盘覆土绿化

底盘场地平整后覆土绿化，覆土厚度0.1m，播撒草、灌籽绿化。

5.4.3客土喷播绿化

5.4.3.1客土喷播施工工艺

客土喷播主要采用经特殊生产工艺制成的客土材料，加入植物种子，并添加必要材料，通过喷播、机械或人工作业方式制成适宜植物生长的土壤培养基。喷植种子选取以乡土植物为主、外来植物种子为辅的植物群落，更能适应当地自然生态环境。植被绿化效果与周边山体自然景观协调融合。客土喷播施工工艺流程如图5所示。喷混植生施工推荐种子配方见表2。

图5 客土喷播施工工艺流程

5.4.3.2工程质量控制

根据季节及当地土质条件等，采用乡土植物种类，配以适宜在斜坡上生长的深根型、耐旱、耐贫瘠、抗逆性强的先锋草种和目标树种的种子进行混播，选择适合的植物种子及其种子配比，以达到四季常青的景观效果；在喷播前对批量种子发芽率进行测定；确保地面及坡面平整，清除松散块石及杂物；严格控制混合土层厚度，分两次喷射至地面和坡面，在第一次喷射的混合土层达到一定强度后，将种子与泥炭土、腐殖土、粘结剂、纤维、缓释复合肥、保水剂搅拌均匀，再次喷射至混合土层，确保喷射混合材料平均厚度≮0.2m。同时，严格核准材料混合比例及用水量。

表喷混植生施工推荐种子配方

图6 矿区治理前后效果对比

5.5养护工程

5.5.1养护施工工艺

绿化工程施工完成后需定期进行养护，养护周期为竣工后一个水文年。养护内容主要包括浇水、施肥、补种、病虫害防治、乡土植物移栽等。前期养护应以保持坡面湿润为原则，发芽期内每天浇水2次，持续15d后可减少浇水次数；春末、夏初及初秋之际，需喷洒广谱杀菌剂预防病虫害，三个月后视植物生长情况浇水施肥；后期浇水应遵循“多量少次”的原则，促进根系生长；后期养护管理阶段以采用粗放式养护管理为主。

5.5.2工程质量控制

安排专员每日巡查苗木和草籽生长状态并记录养护情况，如发现死亡的苗木，应及时补植。监理定期现场抽查，确保养护到位。

6、治理效果

项目实施后，增加了29.76×104m2林地面积与14.12×104m2建设用地面积，有效消除了地质灾害隐患，改善了矿区地貌景观及周边生产生活环境，减轻了对土壤及地下水资源的破坏，解决了无主废弃矿山综合整治和历史遗留矿山地质环境问题，生态环境效益显著，治理效果如图6所示。

结合治理区域实际情况，采用坡面削（清）方、挡土墙、排水沟、封边墙、场地平整、客土喷播绿化、覆土绿化等综合技术方案，遏制了项目区域地质环境不断恶化的趋势，降低了突发性地质灾害发生的风险，增强了水土保持能力，显著改善了项目区域环境，促进了社会稳定和经济发展。

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文章来源:陈祥,朱刚,冉成,等.废弃矿山高陡边坡生态修复治理技术研究与实践[J].水泥技术,2024,(06):78-84.