摘要：露天矿山开采难度小、产出高，整体生产成本较低，但开采期间会造成地质结构破坏，引发水体污染等环境问题，给周围地质环境带来严重危害。因此，针对露天矿山地质环境问题进行治理，通过治理工程分项设计，加强危岩清理与废渣清理，实施挡土墙与排水渠工程，发挥三维激光扫描测量技术的应用优势，全方位解决矿山地质环境问题。

　　关键词：露天矿山；地质环境；环境治理；景观修复；挡土墙

　　一直以来矿产资源都是大自然对人类的馈赠，也是人类赖以生存的物质资源。开采技术逐渐进步，人类对于矿山资源的开采规模逐渐扩大，在一定程度上促进了社会经济建设。但大规模的露天开采会对地质环境造成破坏，甚至威胁到人们的生活，所以有必要加强对露天矿山地质环境的科学治理与景观恢复。

　　1露天矿山地质环境问题分析

　　1.1工程概况

　　对露天矿山进行地质环境治理，早期矿山在开采期间存在着滥采乱挖的问题，人们遵循着“只破坏、不治理”的原则，最终遗留下严重的地质环境问题，不仅地形地貌与生态环境受到破坏，且矿山内采坑巨大，矿渣与危岩较多。一系列生态环境问题严重影响了人们的日常生活，也对区域生态可持续发展造成了深远的影响。因此，本次环境治理工程主要是针对露天矿山展开修复治理，其中包含矿山边坡整形、挡土墙与排水渠工程等。

　　1.2主要地质环境问题

　　1.2.1矿山地质灾害

　　对矿山整体情况进行勘查，区域内地质灾害问题主要表现在采矿高陡岩壁处危岩体与不稳定边坡两方面。

　　经过调查分析得知，区域内共有3处危岩体，均处于高陡边坡处，具体特征如下：危岩体WYT1，长22m~43m，高5m~15m，厚5m~20m；危岩体WYT2，长10m~25m，高10m~25m，厚5m~15m；危岩体WYT3，长5m~20m，高5m~12m，厚6m~10m。

　　矿山内不稳定边坡主要有以下几处：①不稳定边坡BP1主要处于矿山治理区的东北部地区，整个边坡呈现出半环形的形状，破坏面朝北，高度最高达到了16m，延伸长度大约65m，坡度可达到58°，整个坡体存在大量弃渣，其成分主要是碎石土，碎石的岩性是大理石，空隙度大且碎石结构松散，弃渣堆积后对地质环境造成影响。经过勘查得知，碎石含量占质量80%左右，碎石粒径最小1cm，最大30cm，其中有50%以上的碎石粒径在1cm~5cm范围内。矿山边坡没有任何植被覆盖，水体流失严重，整体稳定性不理想，边坡处存在着碎石溜滑的问题。矿山边坡的下部区域是PT1采矿平台。②不稳定边坡BP2，处于矿山环境治理区的中部，半环形形状，边坡破坏面主要面朝东向，高度比BP1更低，最高只有5m，坡体的延伸长度在115m左右，坡度最高为36°。相比之下，该边坡的坡体主要是由大理岩构成，在采矿期间受到了严重的破坏，该处存在植物覆盖，但覆盖率仅有20%。BP2边坡下方位置是PT2采矿平台，与BP1相比，BP2边坡稳定性略好。③不稳定边坡BP3，该处位于采矿治理区的西部位置，与山脊部分靠近，属于采矿期间山体切割时遗留下来的地势最高的区域，同样为半环形分布，高度差较大，最低为10m，最高可达70m，整体边坡长度420m，坡度较陡，最陡的地方可达80°。整个BP3边坡同样是由大理岩构成，大理岩层较厚，致密性较好，整体稳定性比较差，会伴随着岩块的掉落。边坡底部存在一部分的碎石渣土，同时底部也有块径在0.5m左右的大理岩块堆积，下方为PT3采矿平台。④不稳定边坡BP4，该处位于治理区的中部位置，同BP3对望，属于采矿期间山体切割遗留下的坡体，东北侧存在规模较小的岩体，边坡高度和长度分别为30m和110m，坡度在40°左右，整个坡体都有厚层状大理岩构成，植被覆盖率只有10%，均为自然生长的杂草，水土流失问题严重，但该处很少有岩块掉落的问题，下方同样是PT3采矿平台。

　　1.2.2含水层破坏

　　整个区域都属于露天采石区，多为整块状的岩石露天开采，没有产生含水层结构破坏现象，其中采矿最低点标高和地下水位标高分别为+784.49m和+750m，处于侵蚀基准面之上，自然降水和地下水不会对矿山的开采造成过大影响，开采时对周围生活供水没有影响，但是会对植被造成一定程度的破坏，导致水源涵养与水土保持、含水层补给情况受到影响。

　　1.2.3地形地貌景观破坏

　　经过调查分析发现，勘查区域内存在以下地形地貌景观破坏现象：

　　(1)采坑现象。因露天采矿产生1处采坑，对土地产生的破坏面积达到2803.22m2，长和宽分别为58m和55m，深度共15.5m。

　　(2)渣堆现象，勘查区域内总共有1处渣堆，规模比较小，高度仅有4m，该处渣堆属于碎石土堆积而成，整体呈现出勺子型，长度与宽度分别为72m和50m，高度最低2m，最高4m，面积共有2973.82m2。

　　(3)采矿平台，整个区域内共有3个采矿平台，面积分别为1342.47m2、4782.64m2、10973.7m2，边坡底部平台会有碎石渣与渣石路面存在。

　　(4)植被损毁。矿山开采导致大面积植被损毁，地表土土壤贫瘠且土层很浅，植物难以在此处生长，受到破坏后植被将难以在短时间内恢复。除此之外，采坑中会有基岩裸露的情况，此时植被生长缺乏必要的条件，采矿后的碎渣对原始地面进行掩埋，弃渣结构松散，此处难以保持水土，所以植被生长难度很大。形状不同且高度不等的矿山开采地区内，采坑面积很大，且各个采坑相互连续分布，基岩在外表直接裸露，不稳定边坡坡度陡，整体视觉效果不理想。

　　(5)土地资源破坏。调查后，了解到渣堆、不稳定边坡以及3处采矿平台的影响面积总计4.5916hm2，采矿用地面积已达到4.5866hm2。矿山的开采在一定程度上对当地自然生态环境造成破坏，大面积基岩裸露在外，弃渣随意堆放，导致整个区域原有的地貌景观被改变，林地与草地被破坏，原本的大面积林地最终变成了裸地。长此以往，山体对于水分的涵养能力逐渐降低，地表水的径流条件发生改变，山坡坡脚位置的一部分耕地受到影响，无论是耕作，还是灌溉难度都加大。

　　2露天矿山地质环境治理技术

　　多年以来的露天开次与地质作用影响，整个区域存在着一定的崩塌隐患，原始地形景观受到破坏，林地与草地资源严重损毁。对于崩塌地质隐患，为将隐患消除，加强对景观的修复，提高土地资源利用率，本工程决定对坡面高差大且岩体严重破碎的不稳定边坡进行坡面清理与纤维骨架的治理措施；对地质情况较好且边坡坡度略缓的不稳定边坡，采取危岩体清理和削坡处理措施，及时清理区域内的废气渣堆，加强采坑回填，上部再种植植被。

　　2.1治理工程分项设计

　　2.1.1危岩清理工程

　　提前对治理现场进行调查分析，发现露天采矿区域内存在较多危岩体，且多数危岩体都存在于BP3不稳定边坡处，该边坡作为高陡边坡，整个坡面处的岩石破碎程度大，一部分岩体已经滚落下来。对采场进行回填处理，所以高陡边坡位置不需要支护，可直接清理，3处危岩体供需清理2068.75m3，其中危岩体WYT1的长度为22m~43m，高度为5m~15m，厚度为2m~5m，体积1137.5m3；危岩体WYT2的长度为10m~25m，高度为10m~25m，厚度为1m~3m，体积612.5m3；危岩体WYT3的长度为5m~20m，高度为5m~12m，厚度为1m~5m，体积318.75m3。

　　2.1.2废渣清理工程

　　共需清理1处废渣堆，并位于采矿平台PT3的中部位置，整体堆积方量不大，渣堆顺坡堆放，不仅对土地造成压占，同时也破坏了地形地貌，是造成水土流失的重要原因之一。对于废渣的分布情况，结合当前地势条件，决定采取挖高填低平整措施，遵循因地制宜的治理原则，平整为平台，将挖出的废渣直接回填在周围的采坑内，经过计算得知，本次废渣清理工程共需要清理11590.34m3的废渣，修整到标高+828.5m处，渣堆清理的工程量中，长度和截面积分别为43.2m与268.3m2。

　　2.1.3场地整理工程

　　首先，对场地进行平整处理，即对渣坡平台和采矿坑进行回填平整。按照场地分布情况，计算地面高程，对整个治理区域进行划分，最终划分为3个平台进行整平，具体情况如下：①PT1平台处于BP1的下方位置，与进沟道路相互靠近，平整标高为+785m。②PT2平台处于整个治理区域的中部地区，以原有的采矿平台为基础，整平后的标高需达到+802m。③PT3平台处于工程治理的西南地区，属于最高的治理平台，将原有的矿山采矿平台与不稳定边坡BP4进行修整，直到标高为+828.5m。此时BPR边坡东北部分岩体绿化情况较好，在平整处理环节可以保持该处的原有情况。

　　采矿坑区域采用废渣进行回填，使其回填到标高+828.5m处，并与PT3平台标高一致，最终形成统一平台。对靠近道路的区域放坡处理，为保持坡面稳定，方便后续绿化，可对坡面进行30°的整平。由于采坑从下到上进行回填，所以回填时无需设置马道，为方便排水，边坡处需要设计一条从南向北的坡度平台，倾斜度为1%，治理区域的边坡平整面积经过调查后共计18977.95m2，其中挖方与填方分别为9171.02m3和16025.92m3。整个渣堆松散且空隙较大，经过压实后体积缩小，所以计算采坑回填量时将松散系数设定为1.3，将自然方状态下的回填方乘以1.3，最终得到的就是压实方状态下的回填方量。由于采矿坑与渣堆之间距离较近，不到50m，清理渣堆的时候可以选择就近充填，因此采坑填方的来源就是渣堆工程量。

　　其次，边坡修整。对4处不稳定边坡进行修整，以此达到消除地质隐患的目的，采取合理的边坡绿化措施。由于边坡的局部区域属于高陡边坡，降雨期间容易造成崩落，所以施工时应加大对安全性的重视，自上而下的进行修整，综合爆破与人工修坡的手段，将坡度尽可能的削减到70%以下，保持边坡的稳定性。修整之后的网面铺设与锚杆锚固喷播断面情况要与地质情况相符合，满足边坡修正要求。

　　2.1.4挡土墙工程

　　在边坡周围设置挡土墙，保证边坡稳定性。根据相关工程技术规范，要求挡土墙的基础埋深地基不能低于0.5m，对于碎石层可以忽略冻土深度带来的影响，要求水流冲刷状态下，冲刷线之下的碎石层厚度不能低于1m，按照项目实际情况，了解露天矿山地质情况，分析该区域历史冲刷与堆积现状，确定该处基础埋深在1m以上。针对坡度大与过流断面窄的地区，两侧可适当加深基础埋深，提高抗冲刷能力。平台边坡的坡脚位置需要设重力式挡土墙，以避免碎石从高处滚落，采取浆砌石砌筑方式，其中挡墙上部宽度为0.9m，下部出地面宽度为1.5m，整体高度2m。在采矿平台PT1和PT2底部分别设置1道挡土墙，PT1平台处的挡土墙长度为81.34m；PT2平台处的挡土墙长度为67.63m，两道挡土墙的总长度是148.97m，墙体背部垂直，坡度为1：0.3，使用M10浆砌条石砌筑挡土墙的墙身，且石材的强度必须达到30MPa以上，墙面位置使用砂浆材料进行勾缝处理。浆砌块石选用之前石方开挖的石块，按照地形情况为避免覆土后依然发生水土流失的问题，决定在台阶的外层建高度为0.6m的浆砌石保水式挡土墙，挡土墙埋深0.1m，地面以上高度为0.5m。

　　2.1.5排水渠工程

　　截排水渠工程，整个工程的施工要点包含以下几部分：①截排水渠的平面布置。矿山治理区域排水系统主要包含截水渠与排水渠两部分，其中截水渠用来截流采场边坡与上游地区的洪流，降低洪流对边坡的侵蚀影响；排水渠用来汇集截水渠所排出的水，以及截流所经过区域的洪流，将所有水流全部汇集到一起后再排到外部，避免洪流对不稳定边坡和覆土造成侵蚀。截水渠与排水渠的结构主要为矩形断面，采用浆砌石建造，共有5条排水渠和4条截水渠，主要分布于矿山采矿平台的内侧。其中截水渠布置在采矿平台内侧，负责截流从高处而来的水流；排水渠位于顶部截水渠，从此处开始一直到采场坡脚位置的挡土墙处，可进行上游水流的有效排导。②对截水渠与排水渠进行断面设计。完成边坡的削坡整形之后，最大汇水面积处于采矿平台的+830m位置，攻击18905m2，按照当地实际降水情况，该地区日降水量最大可达到146mm，而截水渠与排水渠的最大截面积0.18m2和1.49m2。③对截水渠与排水渠进行结构优化设计，两个水渠都是用M10浆砌石结构，壁厚与底厚为0.3m，每隔10m的位置设置一条沥青木板沉伸缝，宽度在2cm总有，外部使用M10砂浆进行抹面施工，顶部使用厚度为3cm的砂浆抹平处理。

　　在排水明渠穿过路面的区域设排水涵管，应用C25混凝土进行浇筑施工，要求排水涵管使用100cm直径柔性承插口排水管，壁厚0.1m，平均每节圆管2m长。排水涵管的纵坡共有4处位置，长度共计26m，纵坡0.5%。

　　2.1.6覆土与土壤修复工程

　　优化采矿区土地修复方式。对BP3边坡的高陡区域进行创面纤维骨架团粒结构修复，剩下的不稳定边坡使用削坡联合覆土修复方式，同时做好灌溉工作。将三个采矿平台覆土，使其重新恢复为旱地，采坑回填边坡处的覆土可恢复为林地，BP1边坡削坡的部分覆土可以恢复为草地。

　　区域内没有可以帮助植被快速恢复的土源，覆土与换填土必须额外购置运输。覆土设计环节，将土地平整后进行覆土，此处标高为+828.5m，面积可达11403.86m2。对于采矿平台覆土0.6m的厚度处可以复垦成旱地，对于0.5m削坡平台的覆土处可复垦成林地，对于覆土厚度为0.3m处的边坡可以复垦成草地。

　　加强对土壤的培育与施肥，提高植被成活率。做好用土养分设计，采用酸碱度中度与缓效钾一级、有效磷四级标准进行养分设计，要求养分低限值中，全氮、缓效钾、有效磷的限值分别达到2g/kg、500mg/kg、5mg/kg。覆土之后，露天矿山治理区的采矿平台成功变为旱地，按照上文所述的方法，还需对有机肥加以改良，比如采用农家肥提高土壤肥力和有机质含量，优化土壤结构，提高地力，保证该区域土地资源的优化配置。依据当地的施肥经验45m3/hm2来计算，整个区域一共需要75.52m3的培肥量。

　　2.1.7道路与喷淋工程

　　尽可能的应用该地区原有的道路，经过勘查计算得知道路长度为504.6m，道路坡度为20°。采用水泥道路，使用C20混凝土材料进行路面施工，路基与路面的宽度分别为4m和3m，需要开挖0.2m，此时土方开挖量共计479.41m3。根据该区域的实际情况，计划在道路两旁种植行道树，选用1m高侧柏，平均间隔2m的位置种植1颗，共需要600株，按照0.6×0.6×0.6m的规格开挖土方，共需要开挖129.56m3的土方。

　　经调查，该区域年降水量在57.6mm以上，雨季主要集中于8月份，边坡设计坡度大，难以保持天然降水。为改善植被原有生长条件，且覆土厚度有限，所以需要在该区域布置灌溉工程，提高植物成活率。联合生物工程，采取覆土种植与客土穴栽的方式，对边坡可以覆土的地区进行50cm的覆土处理，对采矿平台客土穴栽，边坡底部可以种植爬山虎，平均每个穴可以栽植2株爬山虎，相互之间保持1m的间距即可。项目内共有2处需要拆除的废气建筑物，分别为PT3边界与YT1岩体周围，拆除工程量和建筑垃圾清运量分别为45m3和20m3。

　　2.2三维激光扫描测量技术应用

　　依据激光测距技术进行矿区三维激光扫描测绘，完成地形图测绘与土方量计算等工作。露天矿山地质环境治理工作中，按照区域实际情况选择点云数据采集措施，合理设置扫描点云采样的密度与测量范围，在通视条件下布置反射标靶，扫描后进行标靶的精确扫描，得到几何坐标，再依据SDCORS-RTK大地坐标得到点云数据，使其可以转为大地坐标系。采用三维激光扫描技术进行内业处理，其中包含点云数据拼接、降噪、精简、处理等工作，此外还包含矿山地形图绘制。应用RIEGL-400三维激光扫描仪，完成点云配准之后将得到的数据配准在相同的坐标系内，根据数据的实际情况做好平差调整与测站拼接分析，使接下来的点云拼接效果达到最佳。在点云滤波过程中，先进行点云噪点剔除，再完成植被剔除，经过点云密度的抽稀处理后开始建模，最终可以获得DEM数据，根据DEM数据结果经过绘图后得到精准的露天矿区整体地形图。

　　3总结

　　整个露天采矿地质环境治理项目需要坚持以恢复耕地为主，旱地的恢复面积共计1682.56m2，了解区域内矿山地质灾害与地形地貌破坏情况，通过危岩清理与废渣清理之后，做好土地平整处理，及时搭建挡土墙与截水渠排水渠，做好道路修复与覆土工程，尽快恢复该地区的生态环境。