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青海省互助县柏木峡矿山环境问题及防治对策



全 文 : 2016年1月 Journal of Green Science and Technology 第2期
收稿日期:2015-11-26
作者简介:解 伟(1982—),男,河北廊坊人,工程师,主要从事矿山地质环境治理及地质灾害危险性评估等工作
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  林间播撒草种,草种选择紫花苜蓿,撒播紫花苜蓿
草籽30kg/hm2。播撒时,要注意条带均匀,可用细齿
耙往返拉松表土,使草籽被土覆盖。
5.4 气体污染治理方案
加大瓦斯的抽放和集中处理能力,提高瓦斯利用
率,或者研究将瓦斯固化吸收工艺,减少排放量;将矸石
转化为其他新型产品,使矸石的利用率提高,减少堆放
和排出量。
6 结语
煤炭开采的环境问题,不仅要考虑矿区的环境污染
防范与治理,还要考虑对周边环境的影响,这是一项复
杂的系统工程。需要矿区人民和各级公司共同努力,将
煤炭开发过程中对环境的破坏程度降到最低。
参考文献:
[1]雷少刚,卞正富.西部干旱区煤炭开采环境影响研究[J].生态学
报,2014(11).
[2]黎 炜,陈龙乾,赵建林.我国煤炭开采对生态环境的破坏及对策
[J].煤,2011(5).
[3]王 燕.煤炭开采对生态环境的影响及治理对策[J].煤炭科学技
术,2009(12).
青海省互助县柏木峡矿山环境问题及防治对策
解 伟
(青海省核工业地质局,青海 西宁810008)
摘要:探讨了位于青海省互助县柏木峡地区的废弃采石场由于计划经济时期的粗放开发导致的矿山地质
环境问题,在分析了采石场的现状及边坡稳定性的基础上,提出了防治思路及治理对策。
关键词:柏木峡;采石场;矿山环境问题;对策
中图分类号:X37      文献标识码:A  文章编号:1674-9944(2016)02-0122-05
1 引言
青海省是一个矿产资源大省,地处青藏高原东北
部,人口稀少,自然条件恶劣,矿业开发在国民经济和社
会发展中占有非常重要的地位,由于在计划经济时代矿
产资源开发粗放,利用低效,导致矿区环境恶化,矿山地
质环境问题日益突出。
解放前青海省就有采盐、砂金、煤炭等采掘业。但
均为小规模土法生产,至1949年全省采掘矿产总量仅
4×104 t。新中国成立后,矿山逐步发展成为全省的支
柱产业。矿产资源开发作为支撑经济社会发展的重要
产业,在青海省经济发展历程中做出了巨大的贡献。
互助县柏木峡废弃采石场位于青海东部地区,黄河
的一级支流湟水河流域内,计划经济年代起就以建材类
资源为主的矿产资源开发,导致了青海东部地区大大小
小的采砂场遍布湟水流域各大支流。不仅挖损、压占了
大量耕地资源、破坏了地貌景观,而且造成了大面积的
含水层结构破坏和水土流失,严重影响了青海东部地区
的自然地貌景观和水土涵养。
2 矿区自然地理及地质环境条件
2.1 自然地理
柏木峡采石场位于青海省互助县东北部的柏木峡
峡口处,行政上属互助县巴扎藏族乡管辖,距互助县城
约24km,距省会西宁市约57km。其地理座标为北纬
36°59′43″,东经102°51′27″。该采石场东侧为互助县威
远镇至互助北山国家地质森林公园旅游公路,交通较为
便利。
该区属高原半干旱大陆性气候,以寒长暑短、多风
少雨、无霜期短为主要特征。据互助气象站(威远镇)资
料,多年平均气温3.5℃,最高极端气温24.7℃,最低
极端气温-33.1℃,无霜期105~125d,多年平均降水
量486.8mm,蒸发量1 174.9mm,相对湿度66.0%,降
水量在年内分配不均,主要集中在6、7、8、9四个月,占
全年的72%,蒸发量集中在4、5、6、7、8五个月,占全年
的63%。区内气候具明显的垂直分带性规律,随着地
势的升高,气温下降,北部山区海拔4 000m以上,多年
平均气温在0℃以下,平均降水量达600mm;南部浅山
区海拔2 500m,多年平均气温在4℃左右,年降水量小
于400mm。以农业气候区划,属寒冷牧业气候带,微润
气候区,牧草生长天数可达108d左右。
矿区地表水系主要为紧邻采石场东侧10~40m处
的柏木峡河,为常年流水,现场调查时水量较小,在雨季
水量较大。该区域土壤类型为栗钙土,土壤质地多为残
坡积碎石土,表层有机质含量2%~6%左右,矿区因采
石破坏的土壤层主要以其亚类—暗栗钙土为主,多见于
阳坡地带,层厚40~50cm。
采石场开采面位于阳坡,光照时间相对较长,地表
221
DOI:10.16663/j.cnki.lskj.2016.02.045
 解 伟,等:青海省互助县柏木峡矿山环境问题及防治对策 环境与安全
蒸发量相对较大,采石场后部山坡植被发育、覆盖良好,
主要为柠条、冰草、柽柳等,坡面植被覆盖率大于70%。
采石场坡面山坡因采石,局部山体基岩裸露,坡面多堆
积残坡积碎石土,植被覆盖率为零,植被恢复需客土
回填。
2.2 地质环境条件
2.2.1 地形地貌
矿区地处互助柏木峡峡口柏木峡河北岸中低山前
缘地带。总体地势东南高西北低,依地貌形态和成因分
侵蚀剥蚀中低山区及河谷平原区。
(1)侵蚀剥蚀中低山区。矿区处于柏木峡的峡谷-
侵蚀剥蚀中低山斜坡地带,海拔高程2 975~3 290m,
相对高差约315m,地形坡度30~40°,山顶呈浑圆状,
植被覆盖率小于10%,由奥陶系结晶灰岩构成主体,坡
体上覆薄层坡积物,厚3~5m,主要由碎石、块石组成。
采石破坏主要表现在原始完整山体被采剥为掌状,
地形坡度人为改观大,共形成4个开采掌子面,掌子面
多呈圆弧状,主要分布于山脊中下部,最低开采标高
2 997m,最高开采标高3 135m,采深10~30m,地面
坡度呈下缓上陡状,平均坡度50°,其上以基岩陡坡崖为
主,坡度在65°~85°之间,采石场顶部因采石局部呈反
坡状;坡体上分布大量危岩、危石,坡脚崩坡积物堆积,
坡度在35°~40°之间。
(2)河谷平原区。分布于矿区南部,柏木峡近呈东
西向展布,河谷呈“U”字型,由河漫滩、一级阶地组成,
河漫滩宽30~50m,高出河床0.2~0.4m,由砂砾卵石
组成,Ⅰ级阶地在该段分布不均,不连续、不对称,阶面
宽10~30m不等,具二元结构,并略向河床下游倾斜,
纵坡度与河床坡度接近一致。
2.2.2 地层岩性及岩土工程地质特性
根据现场调查,柏木峡采石场所在峡谷出露的主要
地层由老至新分别为:奥陶系细晶灰岩、第四系全新统
崩坡积碎石土及第四系全新统冲积卵砾石。
(1)细晶灰岩(O1)。浅灰或灰色,细晶质结构,中
至厚层状构造,岩石坚硬,性脆,主要矿物成分为方解
石,裂隙不甚发育,岩石断口岩质新鲜,呈强风化 -微风
化,主要出露于采石时形成的陡坎处。
(2)崩坡积块碎石土(Qcol+dl4 )。主要为采石时崩塌
滑落的碎块石土,分布于坡体中部及坡脚地带,呈棱角
状、尖棱角状,块径最大者达5m 左右,一般0.02~
0.5m,呈强-中风化,碎石含量约占55%,块石含量约
占15%,余为砂土,中密为主,碎块石土由于粒径大小
悬殊,其不均一性尤为突出,粒径的不均一,孔隙悬殊很
大,局部架空。
(3)冲积砾卵石(Qal4)。分布于柏木峡河河床河漫
滩及阶地上,为白色卵砾石层,粒径一般在1~5cm之
间,最大15cm,分选性一般,砾石多呈次圆状,成分以
砂岩、花岗岩及变质岩为主,层厚约13~20m,上部覆
盖有薄层粉土,厚度约0.2~0.4m。
2.2.3 水文地质条件
(1)地表水。矿区地表水系主要为紧邻采石场东侧
10~40m处的柏木峡河,柏木峡河从矿区自北向南侧
通过,沟谷呈“U”型,沟宽110m左右,标高2 962m,沟
谷走向北东至南西向,柏木峡河为沙塘川河一级支沟,
由北向南至互助县城附近汇入沙塘川河,发源于北部仙
米达坂山主脊,呈南北方向展布沟道平均纵坡降15~
30‰,流域面积119km2,径流长度45km,多年平均流
量1.4×108 m3。由于上游山区降水补给丰沛,属常年
性河流。
(2)地下水。区内地下水主要分布于柏木峡峡河谷
区及北侧山体内,地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜
水及基岩裂隙水。①松散岩类孔隙潜水,分布于柏木峡
河Ⅰ级阶地,含水层由第四系全新统冲积砂卵石层为
主,含水层厚度13~20m。地下水位埋深11~16m,渗
透系数15.19m/d,单井涌水量580~737m3/d,地下水
主要接受山区地表水和地下水的径流补给,矿化度一般
0.28~0.50g/L,水化学类型属 HCO3—Ca· Mg型。
②基岩裂隙水,分布于柏木峡北侧中低山区,据区域水
文地质资料,含水层岩性主要为奥陶系灰岩,由于该段
现代流水强切割,山体支离破碎,沟谷深切,地形坡度
大,不利于地下水的赋存,地下水短暂的径流即溢出地
表成泉,具区域水文地质资料,Ⅱ区南侧距坡脚50m处
有泉水出露,单泉流量一般在0.1~1.0L之间,水化学
类型为 HCO3—Ca为主。
2.2.4 地质构造
区域上位于祁吕弧形西翼中部祁连多字型构造体
系马雅雪山褶带,这一巨型构造体系展布在祁吕弧形带
西翼之中,由一系列斜列相间的褶带和槽地构成,该构
造带的地层和岩性均呈东西向带状分布,马雅雪山褶带
构成高耸的马雅雪山顶峰和沿北西西向蜿蜒的群山,主
要构造行迹呈北西西向,并以复式褶皱,压扭性结构面
为主,核部和两翼分别由奥陶系地层组成,轴向290°,两
翼倾角60~70°,核部小褶皱颇为发育,该褶带断裂以压
扭性为主,规模较大的仙密大山压扭性断裂,呈北西西
向延伸,断裂面倾角60~70°,在柏木峡沟清楚地看到奥
陶统逆于白垩系红层之上。
该采石场矿石为灰 -深灰色细晶灰岩,有益组分含
量高,且稳定,为变质型石灰岩矿床。采石场四个开采
掌子面暴露的灰岩节理裂隙一般发育,岩体较破碎。
2.2.5 地震
据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),采
石场所在区域50年超越概率10%的地震动峰加速度
为0.10g,相应地震基本烈度为Ⅶ度。
2.2.6 不良地质条件
柏木峡采石场范围内,除因开采石料在后部陡坎及
中部坡面上分布危岩和小型崩塌外,未发现其它不良地
质现象。
3 采石场的开采现状及开采边坡的稳定
性分析
3.1 采石场的开采现状
自20世纪80年代起,柏木峡采石场开始采挖,开
挖山体,爆破取石,现已废弃。经过多年采石,加上近期
有在坡脚开挖取土活动,使得山体及开采区自然景观遭
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 2016年1月 绿 色 科 技 第2期
到严重破坏,柏木峡采石场按开采位置分为4个区,自
南向北分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区。其中Ⅰ区南侧和
Ⅱ区上部部分区域属于金圆水泥厂矿权范围之内,但是
该区域内的开采破坏现状非金圆水泥厂的开采行为所
致,属20世纪80年代的偷采盗挖的遗留问题,本次一
并纳入治理范围之内(图1)。
图1 柏木峡采石场卫星影像分区
3.1.1 Ⅰ区
Ⅰ区位于项目区最南侧,沿威北公路长135m,起
讫桩号K24+700~K24+835,开采区坡脚紧邻威北公
路。开采高程介于2 982~3 080m之间,上下相对高差
约100m,坡面上窄下宽,平面形态大致呈“三角形”,坡
度较陡,平均约40~50°,根据现场调查及物探资料揭
示,Ⅰ区松散堆积层平均厚度约为0.5m。需清理危岩
平均厚度约为0.6m。
Ⅰ区采石场上部陡崖岩石裸露、岩壁陡直,开采形
成的掌子面参差不齐,分布有大量危岩体,崩塌落石不
断,斜坡上溜石、滚石现象严重,崩坡积的碎块石堆积于
斜坡下部施工便道及坡脚,便道宽8~10m。坡脚为开
挖取土形成的陡坎,后壁高约8m,受开挖影响,陡坎不
断垮塌。
Ⅰ区开采区范围内植被基本破坏,岩石裸露,危岩
较发育,坡脚开挖凌乱,地质环境和自然景观破坏严重
(图2)。
图2 Ⅰ区全貌
3.1.2 Ⅱ区
Ⅱ区位于Ⅰ区北侧,沿威北公路长120m,起讫桩
号K24+880~K25+000,开采区坡脚距威北公路约30
~50m。开采高程介于2 985~3 115m之间,相对高
差约130m,坡面上窄下宽,平面形态呈“三角形”,坡度
较陡,平均40~50°,根据现场调查及物探资料揭示,Ⅱ
区松散堆积层平均厚度约0.5m。需清理危岩平均厚
度约为0.6m。
Ⅱ区采石场上部陡崖岩石裸露、岩壁陡立,开采形
成的掌子面参差不齐,岩体破碎,分布大量危岩体。斜
坡上溜石、滚石现象严重,块石滚落堆积于斜坡中下部
施工便道平台上。坡脚一级边坡左侧被施工弃渣覆盖
掩埋,植被遭到破坏。
Ⅱ区开采区范围内植被破坏殆尽,岩石裸露,危岩
发育,崩塌、滚石严重,坡脚施工弃渣随意堆积,地质环
境及自然景观破坏严重(图3)。
图3 Ⅱ区全貌
3.1.3 Ⅲ区
Ⅲ区位于Ⅱ区北侧,沿威北公路长130m,起讫桩
号K25+020~K25+150,开采区坡脚紧邻威北公路。
开采高程介于2 985~3 085m之间,开采范围相对高差
约100m。坡面上窄下宽,平面形态呈“三角形”,坡度
较陡,平均35~45°,根据现场调查及物探资料揭示,Ⅲ
区松散堆积层平均厚度约0.5m。需清理危岩平均厚
度约为0.6m。
Ⅲ区采石场上部陡崖岩石裸露、岩壁陡直,开采形
成的掌子面参差不齐,岩体较破碎,分布大量危岩体。
斜坡上分布大量崩塌落石,孤石块径一般约50cm~2
m,最大约3.5m,多呈棱角状。
Ⅲ区开采区范围内植被破坏殆尽,岩石裸露,上部
陡崖危岩发育,崩塌、滚石严重,地质环境及自然景观破
坏严重(图4)。
图4 Ⅲ区全貌
3.1.4 Ⅳ区
Ⅳ区位于开采区最北侧,沿威北公路长395m,起
讫桩号K25+240~K25+635,开采区坡脚距公路15~
40m。开采破坏规模最大,开采高程介于2 995~3 200
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 解 伟,等:青海省互助县柏木峡矿山环境问题及防治对策 环境与安全
m之间,开采范围相对高差约205m。开采掌子面从山
脊处弯折成南、北两个开采“三角面”,根据现场调查及
物探资料揭示,Ⅳ区松散堆积层平均厚度约0.5m。需
清理危岩平均厚度约为1m。Ⅳ区采石场上部陡崖近
直立,陡崖最高约40m,岩层近直立,走向与公路大致
垂直,开采形成的掌子面参差不齐,岩体节理裂隙较发
育,岩体较破碎,陡崖上危岩体发育。
Ⅳ区中部斜坡较陡,平均坡度约38°,斜坡上分布大
量崩塌落石,孤石块径一般约0.2~1.5m,最大约2m,
多呈棱角状。斜坡下部坡脚处由于人工开挖取土,形成
了3个取土坑,其中两个坑相连,取土坑宽约66m,沿
坡面斜长约40m,开挖厚度约5m。另一个取土坑底边
宽约37m,沿坡面斜长约45m,开挖厚度约12m。开
挖取土后,后壁不断掉块、垮塌,向后发展,现场调查期
间掉块时有发生。
根据现场调查,Ⅳ区威北公路左侧坡脚一带目前堆
积有大量施工弃渣,主要以块石、碎石为主,块石块径一
般0.8~1.5m,碎石粒径2~5cm。
Ⅳ区开采区范围内植被破坏殆尽,岩石裸露,上部
陡崖危岩发育,崩塌、滚石严重,坡脚施工弃渣随意堆
积,地质环境及自然景观破坏严重(图5、图6)。
3.2 开采边坡的稳定性分析
开采边坡的岩性为变质灰岩,岩体裂隙不甚发育,
岩体完整性相对较好,根据采石场的开采特征及工程地
质类比综合判定,边坡整体稳定,不会产生整体破坏。
图5 Ⅳ区南侧全貌
图6 Ⅳ区北侧全貌
  边坡开采之后,在后部陡崖及坡面上发育有危岩体
及坡面危石,一旦滚落,势必会威胁坡脚的威北公路及
行人车辆安全,需及时清除。
4 采石场的矿山环境问题
柏木峡采石场的石料开采,不仅改变了原有的地形
条件与地貌特征,造成了山体破损、岩石裸露、植被破坏
等现象,而且增加了崩塌等地质灾害发生的风险。
4.1 改变地形地貌、破坏自然景观
采石活动改变了开采区的原有地形条件和地貌特
征,采石后使地形坡度变大,形成巨大的开采裸露“三角
面”,后壁高陡临空,开采面上山体松动、破碎,岩石裸
露;坡面被弃渣碎块石、岩屑覆盖,也破坏了原地表的植
被生态系统。造成现场景观与周边自然地形地貌、植被
覆盖形成很大视觉反差,与周边自然环境极不协调。经
统计,采石场4个分区破坏的地形地貌景观共计达
145 850m2,破坏程度严重,恢复治理的难度较大。
由于开采“三角面”面临威北公路,而威北公路为通
往互助北山国家地质森林公园的必经之路,给数以万计
的过往游客造成视觉上极大的不适感,影响公众心理,
降低互助乃至青海在国际、国内旅游者心目中的形象。
在当地自然条件下,采石场区域内自然环境及植被系统
短期内很难自然恢复。因此采取工程措施进行客土绿
化恢复植被显得极为必要。
4.2 破坏地质环境、引发地质灾害
采石场原有自然地理及地质环境是经漫长的地质
作用改造的产物,人类工程活动应与之相协调。各种地
质作用使原有坡体稳定性相对平衡,坡体结构一旦遭到
破坏,产生地质灾害的风险大为增加。
该采石场开挖山体,爆破取石,对山体的稳定性和
自然平衡势必造成极大扰动,地质环境造成破坏,开采
后的巨大临空面上产生崩塌、危岩等地质灾害,随时发
生坠落式崩塌。由于危岩体位置高出坡脚100~205
m,崩塌后较大块体将会产生跳跃式滚动,严重危及下
方威北公路及车辆、行人的安全。因此,采用工程措施
防治崩塌危岩显得极为必要。
5 防治思路及治理对策
该矿区的防治思路及治理对策主要考虑为采石场
边坡治理工程和绿化工程两部分,由于专业性质的差异
分别进行叙述。
5.1 边坡治理工程
5.1.1 清除危岩
为防治崩塌危岩等地质灾害,同时为中下部地质环
境治理工程施工提供安全保障,对上部陡崖发育的危
岩,采用人工配合小型机械撬落,使碎块石滚落至坡脚
一带。
5.1.2 清理危石、平整坡面及刷坡
上部陡壁清危完成后,对坡面上的崩坡积碎块石、
孤石、危石进行人工配合机械清理,清理时自上而下,坡
脚设置警戒线,严禁人员在坡脚活动。坡面清理完成
后,按设计边坡断面放线进行削方刷坡,自上而下施工,
不得欠挖或乱挖,严禁掏洞开挖和爆破施工。遇有边坡
高度、平台宽度、边坡坡率变化时,应平缓过渡,保证坡
521
 2016年1月 绿 色 科 技 第2期
面连续顺畅。在各级边坡与自然边坡相接处,应平缓过
渡,顺畅连接。
5.1.3 坡脚填筑边坡
Ⅳ区坡脚区需要填埋取土坑和回填坡脚(格宾石
笼),拟利用坡脚带堆积的碎块石和弃渣。覆坑整平利
用推土机、装载机等设备将废渣按削高填低的要求推
平,并大小级配混合,以利于压实,消除架空现象。平整
后地面必须平顺,无大坡度和沟坎,以利于上层腐植土
的覆盖和植树、草灌绿化。
5.1.4 格宾石笼
格宾网石笼网眼尺寸为80mm×100mm,使用线
径内径和外径分别为3.0mm/4.0mm,石笼尺寸1m
×1m×2m及1.55m×1m×2m,垂直摆放。格宾供
货厂家需提供至少国家一级实验室以上资质单位出具
的网面抗拉强度检测报告。
5.2 绿化工程
5.2.1 三维网客土草灌绿化
(1)边坡处理。将边坡上堆积的碎块石等杂物清理
干净,将低洼处回填夯实平整,确保坡面平顺。
(2)铺设三维网。将三维植被网沿坡面由上至下铺
于坡面上,网与坡面之间保持平顺结合。三维网幅宽
1.5m,搭接宽度为10cm,周边卷边10~15cm,预埋三
维网铺于坡顶时需延伸40~80cm,埋于土中并压实,
每100m2 坡面需用三维网面积为113.17m2。将三维
网自下而上用ф8mm的U型钢钉固定,U型钢钉长67
cm,U型钢筋间距约1.0m,中间用ф8mm的 U型钢
钉进行辅助固定。每100m2需用钢钉160个合计
42.43kg。三维植被网铺设完毕,将客土均匀覆盖于三
维植被网上,将网包覆盖住,直至不出现空包,确保三维
植被网上客土厚度不小于40cm。然后将肥料施洒于
表层。肥料为氮∶磷∶钾=15∶15∶15或氮∶磷∶钾
=10∶8∶7的复合肥及含 N有机质,肥量约为30~50
g/m2。
(3)撒播草籽。覆土回填完毕,进行人工撒播草籽,
即将草籽(按25g/m2 左右撒播)和促使其生长的肥料
及水按一定比例混合搅拌后均匀撒播于坡面上。
(4)养护管理。撒播植草完成之后,必需定期进行
养护,直到草坪成坪。
5.2.2 坡脚栽种乔、灌木
在坡脚带区域内,按行距2.0m、株距2.0m梅花
状栽种当地耐旱乔木,乔木选用青杨,乔木胸径不小于
3cm。由于栽种区多为砂砾石空隙大,为确保所栽种树
木的成活率,所购树苗应带直径不小于30cm的根系土
球。乔木之间栽植怪柳、柠条等灌木幼苗。栽种后,及
时浇水养护,养护期为两个月。
5.2.3 养护管理要求
养护管理期的主要内容包括施肥、浇水、病虫害防
治等。
6 结语
通过对矿区治理工程的实施,不但能抑制和缓解因
矿业活动而产生的一系列生态环境问题及地质灾害,减
缓生态环境被破坏的速度,逐步达到人与自然的和谐,
实现矿产资源的可持续开发。但是由于青海省对于高
边坡矿山的治理属于起步阶段,治理思路和防治对策存
在一定的局限性,故对新技术、新方法的应用方面有待
思考。
致谢:在此特别感谢项目协作单位青海九○六工程
勘察设计院及青海省水文地质工程地质勘察院的大力
支持。
参考文献:
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EnvironmentalProblems of Mine at BaimuGorge in Huzhu
County of Qinghai Province and the Countermeasures
Xie Wei
(Nuclear Industry Geological Bureau of Qinghai Province,Xining810008,China)
Abstract:This article mainly expounds the abandoned quarry of Baimu gorge in Huzhu county of Qinghai province.
Due to the extensive development during the planned economy period,the problems in mine geological environment are
quite serious.Based on the present situation and the analysis of slope stability of the quarry,the article proposespre-
ventive ideaand countermeasures.
Key words:Baimu gorge;quarry;mine;environment;prevention and cure;countermeasures
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