陕西省矿山地形地貌景观损毁现状及修复技术*

李 成，彭 捷，陈建平，高 帅，孙 魁，姬怡微

(1．西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054；2．陕西省地质环境监测总站 矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室，陕西 西安 710054)

矿产资源开发必然会引发众多矿山环境问题，且由采矿方式的不同，决定着矿山环境问题的种类和发育特征，矿山环境问题对周边环境的影响可用环境影响效应来表征，武强认为，环境效应可分为：占用与破坏土地资源、水资源损毁、矿山次生地质灾害以及自然景观与生态破坏，其中自然景观与生态破坏是最显而易见且最难以修复[1]。近年来随着我国环保政策愈发严厉，以往矿山环境治理已经从提倡“以人为本”消除矿山地质灾害威胁为主要目标向“山水林田湖草”综合治理的方向转化，“景观问题”已上升到民生问题的高度，这种转变深刻体现了“人民群众对美好生活的向往”。因此如何对废弃矿山进行景观再造，以及生产矿山已破坏损毁的土地功能进行重新置换，达到环境修复的目的，成为摆在我们面前的难题。

周妍提出了后工业景观的概念，即采用景观设计的手法对原有工业元素进行改造、重组与再生，通过对场地功能的全新置换、环境修复营造新景观[2]。潘树林认为矿山景观修复的重点在于植被恢复和重建。然而植被的重建需要有适宜的地形地质条件，废弃矿山和废弃工矿用地其地形地质条件已大大改变或彻底改变，因此，景观重建的首要难题首先是对地形地质条件进行重构，使其适宜植被的人工种植和自然再生[3]。同时，众多学者从地质学、环境学、园林景观学、生态学、微生物学等不同的角度对矿山环境治理技术与治理模式进行了研究[4-10]。笔者通过分析陕西省矿山地质环境问题特征，总结了陕西省矿山地质环境治理技术模式及方法，以期为陕西省矿山环境治理提供借鉴。

1 矿山地形地貌损毁方式

1.1 矿业开发引起地形地貌破坏的主要因素

矿产资源开采方式有地下开采、露天开采、露天地下联合开采三种方式。矿业开发过程中建设工业广场、井口、炸药库、选厂等地面建设工程，这些地面建设工程均对矿山原生地形地貌产生改变。露天矿山开发，由于矿体本身就出露于地表，必然需要对地形地貌产生巨大改变；另外矿山开采产生的矸石、废石、废土等固体废弃物堆放在原始沟谷中，也对地形地貌产生很大影响。归纳起来，损毁矿山原始地形地貌的主要因素包括矿山地面建设工程、矿山露天开采工程、矿业固体废弃物堆放。损毁方式可分为挖损、压占两种。

1.2 矿山地表挖损损毁

1.2.1 矿山地表挖损分类特征

按照矿山挖损目的不同，可分为地面建设工程挖损和矿产资源开发挖损两种，前者包括建设工业场地进行挖损；后者是指矿山挖损剥离矿层(脉)而对地表岩土体进行的挖损，主要包括露天采矿表土剥离、露天采矿场(坑)等。

按照挖损时序不同，可分为基建期挖损和生产期挖损两种，前者是指矿山基础建设期间，为了建成各类采矿工程、办公区、生活区、道路、固体废弃物堆放区等地面设施而进行的地表岩土体挖损。后者是指矿山生产期间，为开发矿产资源或新建地面建设工程而进行的地表岩土体挖损。

按照挖损地段不同，可分为平面挖损和斜坡挖损两类，平面挖损是挖损后不改变平面的基本形态，仅对地表岩土体类型进行了改造重建使得地表高程发生变化；后者是指对矿山区域内斜坡地带进行挖损整理，不仅改变了斜坡面的高程，同时也改变了斜坡的倾角和岩土体性质，如工业广场边坡挖损、矿山道路路侧斜坡挖损、炸药库斜坡挖损、矿山资源露天剥离斜面挖损等。

按照挖损程度不同，可分为重度挖损、中度挖损和轻度挖损。在此提出矿山挖损程度分类指标，主要衡量指标包括地表高程变化量、地表坡度变化量和单项工程地表岩土体破坏面积比(表1)。

表1 矿山地表挖损程度分级

1. 2.2 矿山地表挖损治理难度分级

按照恢复治理的难易程度不同，可分为难治理挖损、较难治理挖损和易治理挖损。一般仅发生地表高程变化并伴随岩土体类型破坏的地表挖损较易治理，地表坡度变化量发生变化并伴随地表岩土体发生改变的地表挖损较难治理或难治理，如工业广场挖损、道路路面挖损、炸药库平台挖损等易于恢复治理，工业广场边坡挖损、道路路侧斜坡挖损、炸药库后斜坡挖损、高陡露天采矿岩面、露天采矿坑等是地表挖损治理的难点。衡量恢复治理难易程度的指标主要为地表挖损最终岩土体类型和最终斜坡角度(表2)。另外，实际治理过程中还需要参考治理区所处气候带不同而产生的植被生长能力差异综合确定治理难度。

表2 矿山地表挖损治理难易程度分级

矿山地表挖损治理难度，一是取决于矿区原始地形地貌特征，如工业场地及其它地面建设工程所在位置；二是取决于矿产资源类型，不同矿类所产生的地表挖损不同；三是取决于矿产资源开发方式。在实际情况中，矿区地表挖损治理受三种影响因素叠加影响。总体来说，矿山地面建设工程挖损一是大多数集中在矿山基建期或技术改造期间，且多以平坦开阔地带平面轻度挖损为主，因此地表挖损恢复治理难度一般为易治理。而露天开采对地表的挖损主要是地表松散覆盖层的剥离和对矿层的开挖，这种开挖一般多为重度斜坡挖损，恢复治理难度多为难治理。

1.2.3 陕西省矿山地表挖损基本情况

陕北风沙滩地区主要开采矿类为煤以及石油、天然气，主要为井工开采；陕北黄土高原地区主要开采矿类包括煤炭、石油、天然气、砖瓦粘土，煤炭，以井工开采为主，露天开采次之，建材类以露天开采为主，府谷县黄河沿岸也有少量井工开采的石灰岩矿山；关中平原北部主要开采煤炭、石灰岩、砖瓦粘土，此区域煤炭开采方式均为井工开采，石灰岩、砖瓦粘土均为露天开采；关中平原南部秦岭北麓主要开采建筑石料、砖瓦粘土以及少量金属矿山，建材开发均采用露天开采方式，华县、华阴、鄠邑区、周至等少量金属矿山采用井工开采。陕南秦巴山地区主要开采金属、冶金、化工原料非金属、石灰岩、建筑石料等矿类，金属非金属矿山开发方式以井工开采为主，露天开采次之，石灰岩及其它建材均为露天开采。结合陕西省气候、降雨量分带而产生的植被恢复难度，确定陕西省矿山地表挖损与影响地表挖损的三大因素关系，进而划分治理难度(图1)。

图1 陕西省矿山地表挖损基本特征

1.3 矿山地表压占损毁

1.3.1 矿山地表压占分类特征

矿产资源开发过程中，按压占目的不同，可分为地面工程建设压占和矿产资源资源开发压占两种，前者包括工业广场建设、矿山道路建设、修建炸药库及采矿井筒等产生的压占；后者包括排土场、废石渣、矸石尾矿等对地表岩土体进行的压占。

按压占时序不同，可分为基建期压占和生产期压占两种，前者是指矿山基建期，建设地面设施而进行的地表岩土体压占。后者指生产期，矿产资源开发产生的固体废弃物而进行的地表岩土体压占。

按压占地段不同，可分为开阔型地貌地表压占和沟谷型地貌地表压占两类，开阔型地貌地表压占是指压占后不改变地貌的基本形态，仅对地表岩土体类型进行了改造重建使得地表高程发生变化。如工业广场建设压占、矿山道路路基压占、炸药库修建平台压占等；后者是指对矿山区域内沟谷区进行压占，压占后改变了沟谷的原生地貌参数。

按压占程度不同，可分为重度压占、中度压占和轻度压占。因固体废弃物一般为松散岩土体，其天然休止角一般在35°左右，超过这个角度，边坡极易失稳，因此划分压占程度时考虑了边坡稳定角。在此提出矿山压占损毁程度分类指标，主要衡量指标包括地表高程变化量、地表坡度变化量和单项工程地表岩土体破坏面积比(表3)。

表3 矿山地表压占损毁程度分级

1. 3.2 矿山地表压占治理难度分级

按恢复治理的难易程度不同，可分为难治理压占、较难治理压占和易治理压占。衡量恢复治理难易程度的指标主要为地表压占高度、压占面积、压占区边坡坡度变化量(表4)。一般仅发生地表高程变化小的地表压占易治理，地表坡度变化量大且压占面积大的地表压占较难治理或难治理。矿山地面建设工程地表压占大多数集中在矿山基建期或技术改造期间且以重度压占为主，因此恢复治理难度一般为难治理或较难治理。另外，实际治理过程中还需要参考治理区所处气候带不同而产生的植被生长能力差异综合确定治理难度。

表4 矿山地表压占治理难易程度分级表

1.3.3 陕西省矿山地表压占基本情况

陕北地区压占主要以大型建筑、设备、表层剥离废石土、煤矸石压占为主；关中平原北部以中小型建筑、设备、灰岩石渣、煤矸石压占为主；关中平原南部秦岭北麓主要以中小型建筑、选矿采矿设备、尾矿库、灰岩石渣、尾矿渣压占为主；陕南秦巴山地区主要以中小型建筑、选矿采矿设备、尾矿库、灰岩石渣、尾矿渣压占为主。结合陕西省气候、降雨量分带而产生的植被恢复难度，确定陕西省矿山地表压占与影响地表压占的三大因素关系，进而划分治理难度(图2)。

图2 陕西省矿山地表压占基本特征

2 矿山地形地貌修复技术

2.1 矿山地表挖损修复技术

2.1.1 露天采坑修复技术

露天采场土地复垦主要是对采坑和采坑边坡进行复垦，按照采矿后地形相对高差大小，可归纳为3种修复方式。相对高差<20 m为小高差露天采坑，相对高差20～50 m为较大高差露天采坑，相对高差>50 m为大高差露天采坑。根据各自特征和治理恢复难度，采用不同修复方式和复垦方向，改善地形地貌景观(图3)。

图3 露天采坑修复技术模式图

2.1.2 露天采场修复技术

露天采场通常表现为高陡露天采矿岩面，根据地形地貌的不同对露天采场岩面进行分类。无台阶的线性斜坡斜长<30 m为低岩面，线性斜坡斜长30～60 m的为中型岩面，线性斜坡斜长>60 m的为高岩面。坡角<45°的硬岩斜坡为缓坡，坡角45～60°的硬岩斜坡为较陡坡，坡度>60°的硬岩斜坡为陡坡。

综合斜坡长度和坡度特征，可选用适宜的技术进行地形地貌景观修复：坡面爆破客土栽植复绿技术、绿化砼喷播复绿技术、格构护坡复绿技术、填充造坡复绿技术、鱼鳞坑复绿技术、植生袋复绿技术、轮胎护坡复绿技术及绿色屏障复绿技术[4]。表5中各栏内不同技术按照推荐优先程度进行排列。

表5 不同地形地貌条件露天采场修复技术推荐表

注：①坡面爆破客土栽植复绿技术；②绿化砼喷播复绿技术；③格构护坡复绿技术；④填充造坡复绿技术；⑤鱼鳞坑复绿技术；⑥植生袋复绿技术；⑦轮胎护坡复绿技术；⑧绿色屏障复绿技术

2.2 矿山地表压占修复技术

2.2.1 矿山地面建设工程压占修复

矿山地面建设工程压占修复，一般对废弃建筑拆除，矿洞封堵，然后对废弃土地进行平整场地、覆土、植被重建等方法进行治理。

2.2.2 固体废弃物压占修复

固体废弃物压占修复一般采取平整、覆土、种植的方法，根据排放地点不同可分为开阔地排放、沟谷形排放，根据堆放形式可分为锥形、连脊形、横向弧形和平坦形等。针对不同情况，可采用三种治理模式：推平整治、台阶式平整、异地迁移平整。一般堆放在开阔地的固体废弃物可采用推平整治和台阶式平整的方式进行修复，堆放在狭窄沟谷中的固体废弃物可采用异地迁移平整方式进行修复。

推平整治一般需要对废石堆的结构进行重新构建，下层堆置粗粒废石和有毒的废石，并在上部覆盖土壤或细粒碎石。若推平后计划作为林业用地，则覆土厚度根据树种而定，在土壤缺乏的矿区，一般可在其中掺入垃圾、粉煤灰、尾矿粉、污泥等，提高树木生长的母质环境，树苗一般为当地适生树苗(图4)。

图4 推平整治示意图

针对规模较大的废石堆，可采取台阶式平整的方法，在对堆体顶部表面进行平整、覆土、种植外，还需进行边坡整修、植树种草造林，减少水土流失等措施。在工程实施过程中需要修筑边坡平台，同时在边缘修筑挡水墙，改变水体汇流途径，减少水土流失，平台坡面土石构建后可种植牧草或灌木，坡脚堆放大石块或修建浆砌石挡土墙增加堆体的整体稳定性(图5)。

图5 台阶式平整治理示意图

对于处于狭窄沟谷中的固体废弃物，考虑到沟道堵塞和发生泥石流隐患的可能性，可将顺坡堆积的固体废弃物迁移至主沟道中，平整压实，预留排洪渠道，然后覆土种树种草(图6)。

图6 固体废弃物沟谷填充治理示意图

3 典型示范工程

3.1 露天采坑治理示范工程

3.1.1 铜川焦平露天采坑综合治理

该治理示范工程，将露天开采形成的废弃矿坑回填，对废弃渣石堆推平，覆土植树或还耕，使采矿开挖形成的边坡台阶地得到修复，台阶覆土还林，清理修筑排水渠，修建矿区道路，项目实施后，恢复耕地8.8 hm2，恢复林地11.5 hm2(图7)。

3.2 露天采场治理示范工程

3.2.1 药王山周边废弃采场综合治理

药王山周边从1970年开始石灰岩开采，长期的无序开采，遗留的大采坑及废渣、垃圾等破坏了原本延续一致的地形地貌，开采形成的裸露的岩质边坡及黄土陡砍极易发生崩塌等地质灾害，2013年，开始对该区域进行综合治理，治理内容主要涉及三个废弃灰岩采石场，对于采石岩面主要采取清坡、拦挡措施，采用的治理技方法有填充造坡复绿技术和植生袋复绿技术，采场、采坑主要采取回填、复垦措施，再对整个采区进行综合复绿。项目实施完成后，恢复利用废弃土地10.67 hm2，采石场植树种草6.87 hm2(图8)，极大地改善了当地的生态环境，消除了灾害隐患。

图7 焦平露天采坑治理效果

图8 药王山周边采场治理效果

3.2.2 韩城英山露天采场综合治理

韩城英山露天采场治理示范工程共治理3个开采面及底部平台，1、2号采面采用坡面清理、台阶形削坡、台面截排水工程、坡面植生袋施工、绿化工程等治理技术，3号采面采用坡面清理、挂网、钻孔植生、绿化工程工程等(图9)。

图9 英山露天采场治理效果

3.3 地面建设工程压占修复示范工程

3.3.1 澄城曹村煤矿区地质环境治理

曹村境内原来分布有10余家个体煤矿，2000年后小煤矿全部关闭，本项目对区内废弃工业场地进行治理。对建筑工程、采矿设备进行拆除清运，矿洞进行封堵，对裂缝及塌陷坑进行充填、夯实、平整，治理后，复垦土地9.47 hm2，恢复82.07 hm2农田耕地功能，提高矿区土地生产力。

3.4 固体废弃物修复示范工程

3.3.4 韩城下峪口废弃群采煤矿区综合治理

韩城市下峪口群采煤矿区位于下峪口矿区和桑树坪矿区交接地带，从1980年起，开始了大规模的开采，长期的无序开采导致矿山地质环境问题非常突出，采矿废石弃渣压占损毁土地、地貌景观破坏、矿山地质灾害频发等。项目开展后，采用废渣降坡、清运、主沟道废渣填充+排洪+覆土绿化的治理方案(图10)。首先对主沟道及支沟内废渣堆进行降坡。在主沟道中下游低洼区堆放降坡产生废渣，对主沟道废渣进行推平碾压降坡，同时修筑浆砌石排洪明渠，疏通主沟道汇水。最后进行覆土，种植矮冬麦或者杨槐，既促进了矿区安全，又改善了生态环境[11]。

图10 韩城下峪口废渣治理效果

4 结论

矿山原始地形地貌损毁方式可分为挖损、压占两种。损毁程度根据相应的指标可以分为重度损毁、中度损毁和轻度损毁，相应的恢复治理难易程度可分为难治理、较难治理和易治理。

露天采场适宜的地形地貌景观修复技术有：①坡面爆破客土栽植复绿，②绿化砼喷播复绿技术，③格构护坡复绿技术，④填充造坡复绿技术，⑤鱼鳞坑复绿技术，⑥植生袋复绿技术，⑦轮胎护坡复绿技术，⑧绿色屏障复绿技术。

固体废弃物压占修复一般可采用推平整治、台阶式平整和异地迁移平整三种治理模式。