洛阳市非金属矿山地质环境恢复治理技术与典型模式

乔　刚，袁文婷，付法凯，陈书印，张怡静，张　艺

（1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南洛阳471023；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南洛阳471023）

·地质与矿业工程·

洛阳市非金属矿山地质环境恢复治理技术与典型模式

乔刚*1,2，袁文婷1,2，付法凯1,2，陈书印1,2，张怡静1,2，张艺1,2

（1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南洛阳471023；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南洛阳471023）

洛阳是矿业大市，历史上众多矿山企业乱采乱挖现象严重，地形地貌景观破坏等矿山地质环境问题突出。以洛阳市非金属矿山环境恢复治理近年来的工程为例，探讨了适宜于洛阳市非金属矿山环境恢复治理的4种地质灾害式治理技术方法和6种边坡生态修复技术方法，初步总结了洛阳市非金属矿山环境恢复治理5种典型治理模式。

非金属矿山；环境治理；技术方法；模式；洛阳

1　非金属资源概况

洛阳市分布的106个矿种中，非金属矿占了70多种，占河南省非金属矿种（约80余种）的80%以上，其中大型矿床34处，中型矿床46处，水泥灰岩、白云岩、石英砂岩、石英岩、玄武岩、钾质碱性岩、耐火粘土、萤石、高岭土（包括煤系高岭土）、黄铁矿、蛭石均系优势矿种，多形成一些大型矿床，目前非金属矿产已开发利用了19种，建材、陶瓷系列可为利用的矿种最多，优势最明显，但当前的利用率仅42.8%～53%，其中用量最大的为水泥灰岩，开发矿区l7个，矿山企业28个，年开采量达404×104t。

2　矿山地质环境问题

洛阳是矿业大市，矿山企业众多，由于历史原因，乱采乱挖现象严重，矿山的无序开采，使地形地貌景观、植被遭到破坏，引发的矿山地质环境问题越来越突出，制约了洛阳市地方经济的发展、也影响了人居的生活环境。

洛阳市非金属矿山矿产开采方式可分为露天开采和地下开采，已开发利用的矿产大多以露天开采为主，少量为地下开采。

洛阳市非金属矿山主要存在的矿山地质环境问题为崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂缝、地形地貌景观破坏、含水层破坏及土地资源毁损等。露天开采形成的高陡边坡存在地质灾害隐患，又破坏了地形地貌景观，生态植被、生态环境恶化。地下开采的非金属矿山环境问题：主要为地形地貌破坏、地裂缝、地面塌陷、地下含水层破坏等。

3　技术方法

矿山地质环境恢复治理的设计施工均应先是解决地质灾害问题，然后再进行矿山的恢复治理工作。

针对洛阳市非金属矿山的环境问题，恢复治理的难点是岩质高陡边坡，怎样因地制宜地做好矿山生态恢复是我们面对的难题，以下根据近年来工作的情况介绍几种技术方法共同探讨。

3.1地质灾害治理技术

（1）坡率法。适用于土质边坡、较破碎的岩质边坡，其高度一般不超过12m，边坡坡度一般可用（1∶1.00）～（1∶1.75）。

坡率法是采用边坡填方、挖方及设置安全平台等技术措施，控制边坡的高度和坡度，达到边坡自身稳定的边坡治理技术。坡率法可与锚杆（索）或锚喷支护、护面墙等边坡支护工艺联合应用，形成组合边坡。当不具备全高放坡条件时，上段可采用坡率法，下段可采用支护结构以稳定边坡。

（2）削坡平台法。适用于坡度不大于50°土质边坡、表面较破碎的岩石边坡，坡度大于45°、小于55°边坡可以放平台（如图1），但只能在平台上种植绿化，绿化率低。

根据治理区边坡现状及地层产状、岩性等条件，设计自坡顶向下3～5m高度范围内按坡率1∶1削缓边坡，对坡顶范围明显突出部分的突兀悬岩进行削坡卸载，清除残埂和局部陡立岩壁附着的大块危岩体及浮土碎石，削坡减载、清坡施工采用机械凿挖及人工风镐，然后在堆筑台阶平台回填种植土，厚度0.5m，建立乔灌草藤立体植被体系。

图1　平台种植绿化剖面示意图

（3）锚固法。锚固法原理是用锚杆将拉力传至稳定岩土层中，适用于对岩质边坡、土质边坡的锚固。目的是消除崩塌、滑坡地质灾害。

锚固的型式应根据锚杆锚固段所处部位的岩土层类型、工程特征、锚杆承载力大小、锚杆材料和长度、施工工艺等条件进行选择。常用的有预应力和非预应力两种类型。其材料类型有普通钢筋[HRB335、HRB400 (Ⅱ级、Ⅲ级)]、精轧螺纹钢筋、高强钢丝或钢绞线。

（4）挡土墙。在松散岩土质边坡、需保护的重要建筑物、生态环境或其他需要特殊保护的地段的位置常设置拦挡保护工程，常用的为挡土墙，其中重力式或半重力式使用较为普遍，其技术方法简述如下：

按墙背常用线形，可分为重力式、俯斜式、仰斜式、直立式等类型。挡土墙一般为3～12m，可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。在地下水位较高或较软弱的地基上，可采用半重力式挡土墙。半重力式挡土墙由立壁和底板组成，按受力需要不设钢筋或在受拉区应力较大处局部设置钢筋。重力式挡土墙、半重力式挡土墙宜采用明挖基础。当受地基承载力特征值控制或稳定性要求时，可采用钢筋混凝土条形扩展基础。墙基底可做成逆坡。对土质地基，基底逆坡坡度不宜大于0.1∶1；对岩质地基，基底逆坡坡度不宜大于0.2∶1。

3.2边坡生态修复技术

（1）点植法。适用于岩质高陡边坡，坡面现状较复杂、岩体裂隙较多、岩质疏松、沟槽面积较大和存在微平台地貌的边坡。点植技术包括鱼鳞坑（图2）、种植槽（板槽）、飘台、容器苗等，主要在十分陡峭的岩壁上开展绿化。

图2　鱼鳞坑施工剖面示意图

由于这些岩壁基本不具备植物生长基材附着或存蓄的条件，因此采取或在岩壁上开凿坑穴；或在岩壁上砌筑或浇筑小型围挡结构，如坑、槽、台，状如燕窝、鱼鳞，然后在这些坑穴、槽台内填充基材，种植特别耐干旱、贫瘠的小型灌木或藤蔓，在边坡上形成点状式绿化。

（2）喷播法。一般用于不大于50°的各种类型边坡，且边坡稳定性较好。

采用专用的喷播机械,将水、草种、肥料、天然木纤维、保水剂、粘合剂、染色剂等材料定量地加入喷播机的搅拌料箱中,在搅拌器工作时,边加水边加料,待物料搅拌均匀后,通过机械的喷射系统,将均质粘稠的混合物喷敷在绿化施工的坡面上,形成覆盖草种养生的喷播层。这种将播种、施肥、浇水和养生结合在一起的草坪喷播施工方法,不但施工效率高、播种均匀,而且最大的特点是能在人工很难或无法接近的地带实现绿化施工作业。

（3）植生带（袋）法。适用于坡度不大于60°土质和岩质边坡，坡高一般不超过15m，属稳定性边坡。

将植物种子按一定比例均匀地播撒在两层布质或纸质无纺布中间，然后通过行缝、针刺及胶粘等工艺，将尼龙防护网、植物纤维、绿化物料、无纺布密植在一起而形成一种特制产品。将其覆盖在边坡表面，只需适量喷水，就能长出茂密的草坪及灌木。

（4）格构法。格构加固技术适用于坡度30°～50°、坡体岩土均匀且较坚硬的边坡。根据格构采用的材料不同，格构可分为浆砌块石格构、现浇钢筋混凝土格构和预制预应力混凝土格构(又称PC格构)。其中PC格构在日本应用较为广泛，并有较为完善的设计施工规范；目前我国在边坡工程中主要使用浆砌块石和现浇钢筋混凝土格构，格构的常用型式有4种：方形、菱型、弧型、人字形。

（5）挖沟植草（灌）。适用于泥岩、页岩及灰岩互层等易开挖沟槽的软质岩面边坡。常用坡度30°～45°，坡度超过45°时应结合坡面锚杆使用。要求每级坡高不超过10m，同时边坡自身必须稳定。挖沟植草护坡是指在坡面上按一定的行距人工开挖楔形沟，在沟内回填改良客土，并铺设三维植被网(或土工网、土工格栅)，然后进行喷播绿化的一种植草护坡技术。

（6）土质边坡。洛阳市非金属矿山土质类边坡多为第四系地层组成。放坡是对陡边坡进行卸载，放坡时应按坡率1∶1进行放坡，每隔6.0m错一平台，错台宽度2.5～3.5m，在坡顶和坡脚的各平台上设置截水沟，并采用土钉墙支护对坡面防护。放坡后需对坡面进行相应的支护措施，应采用土钉墙支护措施及截排水工程。

3.3植物适宜性选择

植被是矿山环境恢复治理的重要内容。关于植物物种的选择，应该尊重植被群落生态演替的自然规律，遵循生物多样性原则和生态系统稳定性原则、适应性原则和物种共生原则，调配好植物组合，形成最佳植物群落，构建一种自养型生态系统。见表1。

表1　洛阳市乡土植物种类一览表

3.4配套措施

为了达到矿山环境治理工程的效果，对治理的工程要进行养护管理工作，特别是生态恢复，要在营造水土保持林和播草籽以后,应及时进行灌溉,保证苗木成活和种子发芽。在植被建植初期,植被对水分的要求相对较高,要保证水分的补给。在植物建植后的2～3年内,为了保证植物的成活稳定还需实施维护管理,及时进行补栽、水肥补给等。

4　主要治理模式

（1）凤凰山模式——矿山公园。主要是对地质灾害治理+废弃地面的整治+矿山公园建设。

新乡凤凰山矿区2001～2006年加大治理力度，又陆续关闭造纸厂、煤场及水泥厂立窑生产线等64家，主要矿山环境问题是地质地貌景观破坏。

主要治理技术方法是采用客土平整、修筑挡土墙,种植水土保持乔、灌、草、藤植物,植物配置可以分台阶进行，树种的选择及配置尽量体现植被的生物多样性，进行立体防护，在台阶设置浆砌石挡墙,修建排水沟,配置微喷设施,为提高植被成活率提供水源保障。主要采用采坑回填平整、矿渣清理、修建道路、排水工程，绿化等措施。

为使凤凰山生态环境得到明显改善，2006～2008年，河南省国土资源厅加大对区内矿山地质环境治理力度，实施的项目多达6个，总投资1680万元，对凤凰山地区各类地质灾害进行治理和对区内矿业遗迹进行保护。2010年5月获国土资源部国家矿山公园创建资格，总面积5.94km2。争取中央、省财政矿山地质环境治理投入4350万元，筹措资金1.366亿元。目前已初步建成以矿业遗迹为主，融自然景观、人文景观于一体的矿山公园。同时吸引社会资金近26亿元开发建议凤凰山文化产业和旅游开发项目。产生了明显的社会经济与环境效益。

（2）始祖山模式——耕地保护。主要是台阶整治+浆砌石挡墙+格构+覆土（耕地）+绿化。

矿区内堆积的废弃矿渣结构松散，废弃矿渣为冶炼硫磺矿渣，雨后形成的硫磺水，污染当地的土地和水资源，造成区内1.93km2的面积内植被破坏，寸草不生，严重破坏了小浪底水库旅游区的地形地貌景观。矿渣大多沿库区边沟谷堆积，坡度较大，在40°～43°之间，在暴雨条件下，可能诱发滑坡等地质灾害。治理区内已形成19个大大小小的矿渣堆和1个大的矿渣坑，其中矿渣堆共占地面积为47261m2，废矿渣量共为342608m3，渣坑占地面积16500m2，需回填矿渣量为99000m3。

根据该区的矿山地质环境问题及岩土工程条件，采用挡渣墙工程、矿渣平整工程、格构护坡工程、覆土工程、生物工程、排水工程、道路工程及标志碑工程进行综合治理。

始祖山矿山地质环境的恢复治理项目，增加了当地的耕地，有效提高了新安县小浪底库区附近的森林覆盖率，使景观得到了提升，较好地改善了小浪底条观光旅游线路的人居环境和旅游环境，提升了河南旅游整体形象有深远意义。

（3）锦屏山模式——城区周边环境美化。主要治理技术方法是采用刷坡+挂网+客土喷播。矿区主要矿山环境问题是崩塌和地质地貌景观破坏用铺设和锚固铁丝网、喷浆、喷播治理方法，消除和减轻了矿区地质灾害与环境地质问题造成的危害，可有效保障南环路、宜洛南渠及城区南部居民区生命财产安全，提高居民环境质量，有利于构建和谐社会。

（4）高景山模式——高陡边坡绿化。主要治理技术方法是采用清坡+鱼鳞坑+种植槽绿化技术+宕底综合整治+截排水系统。

矿区主要矿山环境问题是地质地貌景观破坏，通过对高陡岩质边坡采用点植式绿化技术，点植式包括鱼鳞坑法、燕窝穴法、种植槽（板槽）法、飘台法等，针对在十分陡峭的岩壁上开展绿化。由于这些陡峭岩壁基本不具备植物生长基材附着或存蓄的条件，因此采取或在岩壁上开凿坑穴，或在岩壁上砌筑或浇筑小型围挡结构，坑槽台状如“燕窝”、“鱼鳞”，然后在这些坑穴、槽台内填充基材，种植耐干旱、贫瘠的小型灌木或藤蔓，在边坡上形成点状式绿化。使居民小区边废弃矿山经过治理后环境效果明显。

（5）嵩县模式——塌陷回填。主要是采空区探测+塌陷坑回填+截排水+防护隔离+监测。

矿区主要矿山环境问题是地面塌陷和土地资源破坏，根据嵩县萤石矿矿区经过勘查划分的危险性大区，用防护隔离工程和警示牌工程圈出了危险带，对矿区的地质环境采取了塌陷坑回填工程、排水渠工程、挡土墙工程、土地平整工程的应急综合治理，降低了地质灾害对矿区附近居民生命财产安全的危害。

本治理工程属减灾工程，以避免灾害损失为主要目的，通过该项目的实施，即改善了矿区的河道排水条件，避免采空区进一步大规模塌陷，回填的16个采空区恢复了耕地，改善了矿区人居生活环境。

5　结语

（1）本文以洛阳市非金属矿山环境恢复治理近年来的工程为例，探讨了适宜于洛阳市非金属矿山环境恢复治理的4种地质灾害治理技术方法和6种边坡生态修复技术方法，初步总结了洛阳市非金属矿山环境恢复治理5种典型治理模式。

（2）根据地质环境、气候条件及物种适应性，筛选出用于洛阳市矿山环境恢复治理的乡土植物种类，用于护坡的草本植物大部分属于禾本科和豆科。选择护坡植物应乔、灌、藤、草相结合，丰富生物多样性，构建立体生态防护体系，才能达到保持水土、修复生态的目的。

（3）在不同地区、季节不同、施工方法不同，治理效果就不同。这需要今后在对矿山环境生态恢复工作中进行探讨，同时在对矿山进行生态环境治理时，对植物种子配方、基质配方等进行试验，以提高生态环境恢复的效果。

（4）矿山地质环境保护与恢复治理是一门多学科交叉的科学（土壤学、环境学、地质学、生物学、化学等），加强理论研究，加强对外交流与合作，提高技术含量，持续推进矿山地质环境恢复与治理技术（矿区土壤污染修复，生态景观修复技术、地下水环境修复、地貌景观恢复）；加强矿山地质环境保护与恢复治理新技术、新方法的研究。

（5）矿山环境恢复治理工作要与当地的耕地恢复、公园建设、旅游等紧密结合起来，才能取得较好的治理效果。

[1]洛阳市非金属矿山地质环境保护与恢复治理技术方法研究[R].河南省地矿局第一地质矿产调查院，2013.

[2]陈芳孝，等.北京市矿山生态治理主要技术与典型模式[J].中国水土保持，2007.

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[4]武强，等.矿山环境治理模式及其适用性分析[J].水文地质工程地质，2010.

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[7]曾莹.岩质边坡绿化方法及植物的选择[R].吉林市绿化管理处设计室.

The Geological Environment Recovery Control Technology and the Typical Model for Nonmetallic Mines in Luoyang City

QIAO Gang1,2，YUAN Wen-ting1,2，FU Fa-kai1，2，CHEN Shu-yin1，2，ZHANG Yi-jing1，2，ZHANG Yi1，2
(1.The First Geological Prospecting Institute of Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Luoyang Henan 471023,China;2.Key Laboratory of Au-Ag-Polymetallic Metallogenic Series and Deep-seated Metallogenic Prognosis of Henan Province,Luoyang Henan 471023,China)

Luoyang as a large mining city,due to the grievous random mining for many mining enterprises over the past few decades,the mine geological environmental problems such as destroyed landform landscape etc.are very serious.Taking the mine environment recovery projects of Luoyang City in recent years as examples,the paper discussed the environmental governance methods for 4 kinds of geological hazard and ecological restoration technique for 6 types of slope suitable for nonmetallic mines in Luoyang City,and preliminarily summarized 5 kinds of typical models of nonmetallic mines environmental governance of Luoyang City.

non-metallic mine；environmental governance；technique；model；Luoyang

X141

B

1004-5716(2015)07-0091-05

2014-07-08

2014-07-17

乔刚（1982-），男（汉族），河南洛阳人，工程师，现从事水工环地质工作。