废弃采石矿山地质环境治理方案初探
废弃采石矿山地质环境治理方案初探
龙治国 洪兴全 徐光耀 汪 彪 彭 泉
武汉市勘察设计有限公司
摘 要：分析了废弃采石矿山地质环境问题及危害，结合武汉市东湖生态旅游风景区鼓架山及长山矿山地质环境治理工程，针对其独特的地质环境特点，提出了矿山地质环境治理措施，形成了特有的治理模式，以期为其它矿山地质环境治理工程提供有益参考。 关键词：采石矿山；地质环境；治理措施
0 引言
山石资源不仅是重要的矿产资源，有些还是具有重要科研价值的地质遗迹或具有观赏价值的地质地貌景观[1]。但大规模的开山采石为人类经济发展做出了重要贡献的同时也破坏着人类赖以生存的自然环境，遗留下了大量的破损山体，导致植被破坏、水土流失、视觉污染等问题，不仅严重影响了城市形象，恶化了城市的自然生态环境，部分还成为坍塌、滑坡等自然灾害隐患[2]。
针对上述矿山地质环境问题，武汉市为响应国家关于“矿山复绿”文件精神及党的十八大会议精神，出台了关于“破损山体生态修复”及对“三环线东湖高新段山体修复”批示文件，以减少矿山生产活动造成的矿山地质环境问题及地质灾害，改善矿山地质环境和生态环境，促进矿山地质环境问题治理工作的规范化，实现地区经济可持续发展，并对可视范围内的破损山体重点进行专项整治。武汉市东湖生态旅游风景区鼓架山及长山矿山地质环境治理工程为专项整治项目之一。在详细调查了基地土质、岩层及植被、水文等基础资料的基础上，综合分析了矿山地质环境问题的危害，并针对特定的工程地质条件，提出了矿山地质环境治理方案，以期达到可持续发展治理的效果。
1 工程概况
鼓架山及长山治理区位于武汉市东湖生态旅
游风景区鼓架村。鼓架山位于长山正东方约700m，鼓架山东侧紧邻严西湖，北侧临近武汉市区主干道之一花山大道；长山西侧距青王路直线距离约1.7km，北侧紧邻建设中的花山大道且距严西湖直线距离约500m（如图1）。鼓架山治理区面积约15.56万平方米（折合约233亩），长山山治理区面积约5.44万平方米（折合82约亩），两座山治理面积总计约21.0万平方米（折合约315亩）。
图1 鼓架山及长山治理区地理位置图
据武汉市地质构造纲要图，鼓架山及长山位于驼子店扇形背斜的北翼，喻家湖压扭性断裂东侧约2公里，场区分布的喻家湖压扭性断裂属古老的地质构造，且无第四纪全新世活动断裂分布，其地貌类型为剥蚀浅-浅低丘陵区，出露地层主要为第四系（Q）、泥盆系（D）及志留系（S）地层。场区地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水。
鼓架山及长山采石场是人工露天采石场，上述两座采石场于2005年年底前关闭，采石场在多年的生产过程中，爆破采石，造成岩石破碎松动、山石裸露，加剧了水土流失，使植被难以生长，青山
1废弃采石矿山地质环境治理方案初探
被“开膛破肚”，变成“瘌痢头”。开采宕面高度大、坡度陡、局部节理裂隙发育，存在较大的安全隐患。致矿区土壤质量下降、大量土地荒废，据调查统计，加上矿区附属占地，由于采石导致破坏林地面积达治理工程主要以鼓架山及长山治理范围内地质环境综合整治为目的，以恢复其生态环境质量为重点，通过各项工程治理措施改善地质环境条件，消除地质灾害隐患，在此基础上进行山体覆绿。
2 矿山地质环境问题及危害
不合理的开山采石形成高陡的边坡，改变了原始地貌状态，破坏了山体边坡原始稳定的平衡状态，形成了潜在的不稳定斜坡。根据现场调查，鼓架山及长山山体破坏现状主要表现为山体地形地貌景观破坏、开挖山体造成潜在不稳定斜坡及土地资源破坏三个方面。
2.1 地形地貌景观破坏
鼓架山及长山矿区位于东湖生态旅游风景区内，由于长期无序开采山体，使岩体风化后的残积层、半风化岩石和基岩裸露出来，特别是露天采矿暴露的面积大，在地表形成多处深浅不一的凹陷坑，最深达数十米，使山体变得千疮百孔、断壁突兀，采矿废渣随意堆积，植被被毁。它们破坏了生态系统，改变了原始地形，并形成巨大的颜色反差，破坏了自然的地貌景观，产生负面视觉影响。
2.2 不稳定斜坡
开山采石所形成许多高陡边坡，成为潜在不稳定斜坡，开挖山体坡脚，造成边坡失稳垮塌，产生局部崩塌、滑坡等地质灾害，威胁附近机械制造厂厂房及居民生命财产安全。另外频繁的放炮振动对矿区边坡稳定性也造成一定的影响。
2.3 土地资源破坏
治理区由于采矿荒芜的土地、厂矿生活和建筑垃圾堆积、其他工业场地及挖损矿山废弃土地，导
213亩，土地利用效率降低、生态环境恶化，影响当的发展和群众的生活，进而对社会经济的可持续发展造成严重影响。
3 矿山地质环境治理原则及措施
3.1 矿山地质环境治理原则
本次治理工程治理的基本原则：
（1）因地制宜、分类进行治理原则，对不同破坏现状采用不同的治理方案，相同或者类似的破坏现状归为同一个治理类别；
（2）遵循安全第
一、技术可行、经济合理、施工便利的原则，尽量减少削、填方量，在安全、稳定的基础上，充分利用原有地形依山傍势进行生态环境恢复治理设计；
（3）设计工作严格贯彻动态设计法，根据施工现场的地质情况、施工情况及监理的反馈信息，及时优化本方案设计，以确保边坡工程安全。
3.2 矿山地质环境治理措施
矿山治理措施包括削方工程、填方工程、坡面整形工程、排水工程、支挡防护工程及绿化工程，其治理措施典型剖面图如图2。通过以上治理措施消除潜在地质灾害隐患，增加绿化覆盖面积，提高长山及鼓架山生态环境质量。
针对前述潜在不稳定斜坡，采用削方、坡脚填方等手段进行治理。依据规范[3]，优先采用坡率法进行边坡设计，按工程类比的原则并结合已有现状稳定边坡分析其治理后稳定性。
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削方A区高程(m)小路105.700Qel+dl10025.7m削方B区22.1m坡面整形区21.0m填方区12.1m14.7m高程(m)90修饰基准线坡比1：1.5I级平台及截水沟89.800修饰基准线坡比1：1.75II级平台及截水沟76.000修饰基准线坡比1：1.75被动防护网D3w坡脚厂房57.20054.000Qel+dl10090808070图 例:粉质粘土夹碎石7060605021240粉砂质泥岩倾向(度)倾角(度)D3w排水沟5040地层产状修饰基准线65364030Q200el+dl30泥盆系上统五通组206080100120140第四系残坡积层2040
图2 矿山地质环境治理措施典型剖面图
3.2.1 削方工程
对高陡岩质边坡坡体后缘的强风化层及边坡中部出露中~微风化岩体按1:1.0削方，对土质边坡残坡积层按1：1.5~1：1.75削方，消除松土和浮石的物质 来源，减缓边坡坡度，消除崩塌滑坡产生的可能，修复破损山体使其与周围自然景观相协调。
3.2.2 填方工程
填方边坡坡度与填料类型和边坡高度有关，根据所用的填料类型不同，分为土质和石质两种。填方工程区一般位于高陡岩质边坡坡角线前后，为山体向平地过度带，填方工程主要集中在长山及鼓架山高陡岩质边坡坡脚处。
一般土质填方边坡，均采用1：1.5，但当边坡超过一定高度时，其下部采用1：1.75，以保证边坡工程稳定。削方所得石方，可用来填筑边坡，称为石质填方边坡。填石边坡应由不易风化的较大（大于25cm）石块组成，边坡坡度一般可用1：1.0。当采用易风化的岩石填筑边坡时，边坡坡度按风化后的土质边坡设计。
3.2.3 坡面整形工程
对于已破坏的低矮岩土边坡及裸露的土质边坡，采用人工或机械方式对各段边坡坡面上危岩体、浮石或松动的岩石、陡直土坡进行清理，做到无明显的危岩存在，并对坡面转角处及坡顶的棱角进行修整，确保坡面坡面基本平整圆滑，以利于覆绿，一般按照1:1.0进行修坡，对于岩性较好的逆向坡，坡率可采用1：0.5~1：0.8。坡面整形包括以下三个方面：削除陡直土坡、清除边坡孤石及边坡局部坑洼填平。 3.2.4 排水工程
排水是边坡加固工程中的一项重要措施。工程实践证明，排水对提高边坡的稳定性具有至关重要的作用，通常也是一种比较经济的一种工程方案。排水系统包括地表排水工程和地下排水工程，本项工程中主要考虑排除坡面汇水，采用坡间平台截水沟及坡脚排水边沟。
进行地表排水工程设计时，要确定排水量大小，以合理确定排水工程的有效断面。地表排水工程主要是拦截、引离边坡范围外的地表水和排除降
3
落或出露在边坡范围内的雨水和出露的泉水以及封闭洼地积水。
回填种植土预埋PVC排水管渗水土壤施工及维修便道（反滤层）砼浇筑图3 坡间截水沟示意图
回填种植土预埋PVC排水管渗水土壤（反滤层）片石砌坡图4 坡脚排水边沟示意图
3.2.5 支挡防护工程
长山治理区山石裸露，坡度陡（现场实测约1：0.30~1：1.28），最大坡高达60m，局部岩石节理裂隙发育，存在较大的安全隐患。且长山同脚下有大片厂房，在施工过程中必须对厂房进行有效保护。本案采用RX-075型、网型D0/08/150的柔性被动网实施防护。
GS-8001减压环钢绳丝锚杆钢绳网砼基础S0/2.2/50格栅或基岩面凿孔钢柱砼基础或基岩面凿孔基座基?座钢筋笼地脚螺栓锚杆基座土层锚杆图5 被动防护网横断面图
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该被动防护系统是由钢丝绳网、铁丝格栅网、锚杆、工字钢柱、上下拉锚绳、减压环、底座及上下支撑绳等部件构成。系统由钢柱和钢丝绳网联结组合构成一个整体，对所防护的区域形成面防护，从而阻止崩石土体的下落对坡脚厂房造成危害，起
到防护的作用。
3.2.6 绿化工程
绿化工程是在土石方工程基础上进行，根据土石方工程处理后形成的山体坡面基础，绿化改造方
式分为喷混植生、坡面植草和覆土植树三种种植方式。
（1）喷混植生。喷混植生是利用客土掺混黏合剂
和锚杆加固铁丝网技术，通过特制喷混机械将土壤、肥料、有机质、保水材料、植物种子等混合干
料加水后喷射到岩面上，形成大于10cm厚度的具有连续空隙的植生层，种子可在空隙中生根、发芽、生长[4]。针对石壁陡峭治理区，削方后仍然呈现1∶1的陡坡，且坡面全部为裸露岩石，无法在其上覆土，乔灌木无法正常生长的区域，采用喷混植生方式进行绿化。
（2）坡面植草。针对填方区坡面较陡、土层厚度低，不利于乔灌木生长的特点采用坡面的方式进行山体复绿。填方区经过工程治理坡度较削方区平缓，但仍处于1∶1.0～1∶2.0之间，栽植乔灌木不
利于日后养护，成活率不能得到保障。坡面植草可以使山体复绿，逐渐恢复山体生态功能，且成本较低。植草区范围内回填土方厚度约20cm。
（3）覆土植树。覆土植树主要针对场地开阔、坡度较平缓的修坡整治区和土地平整区，坡度基本控制在1∶2.0以下，可以通过一定量的种植土回填
满足乔木生长必须的条件要求，回填土方厚度约45cm。在以常绿生态防护树种为基础，满足生态修复、山体复绿的要求的基础上，配置一些落叶、色叶、观花的乔灌木，通过季象、色象变化营造良
好的景观效果。
4 其它措施
针对鼓架山及长山矿山边坡的具体特点以及主要防治工程类型，利用多种监测手段，建立全方位的立体式监测系统，采集、储存、传输数据，进行数据处理和信息反馈，研究掌握边坡变形破坏过程与内外营力的关系，借助地质灾害预报的理论与方法，为选择最佳防治方案提供依据，对施工期间的工程施工进行监测，确保施工安全，为检验工程的防治效果提供科学依据[5]。
监测工作以控制鼓架山及长山边坡变形范围为目标，并适当考虑邻区地质灾害对其产生的不良影响。监测重点放在长山治理区、厂房区、居民区以及主要防治工程布置的区段；监测工作以地表位移监测为重点，以仪器测量为主，辅以人工巡视和宏观地质调查；监测内容主要包括变形位移监测、防治过程中的施工安全监测、防治效果监测；监测网点布设在对鼓架山及长山边坡变形有直接影响的地段，同时兼顾便于安装、维修和通视等条件，监测仪器应力求少而精，能满足实际需要。
5 结语
矿山地质环境治理是一项长期、艰巨而又复杂的工作[6]，涉及到削方工程、填方工程、坡面整形工程、排水工程、支挡防护工程及绿化工程。矿山地质环境治理从生态城市建设和构建和谐社会的要求为出发点，为提高城市生态环境质量，改善人居生态环境的一项有力措施[7]。遵循因地制宜、分类治理、安全第
一、经济合理的原则，同时严格贯彻动态设计法，采用信息法施工，是治理效果保障的重要前提。
鼓架山及长山地处花山生态新城与主城区过渡地带，具有重要的生态、景观双重地位。随着对
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鼓架山及长山废弃采石矿山的全面治理，结合制定合理有序的环境开发规划，东湖生态旅游风景区又将增加一片山清水秀的自然景观，为实现武汉市生态旅游发展的目标打下坚实的基础。
参考文献：
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