方城縣汪廟滑石礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析及治理方案

來亞芳（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001）

方城縣汪廟滑石礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析及治理方案

來亞芳
（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001）

【摘 要】方城縣汪廟滑石礦山地質(zhì)環(huán)境問題突出，制約了地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，危及了當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)安全。本文闡述了礦山的地質(zhì)環(huán)境背景，分析了礦山地質(zhì)環(huán)境問題，提出了土方清理回填、截排水溝、植樹綠化、井口混凝土井蓋封閉等工程治理方案。

【關(guān)鍵詞】礦山；地質(zhì)環(huán)境；治理方案；方城縣

方城縣汪廟滑石礦為計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期建設(shè)的國(guó)有礦山，礦體位于北西走向的山梁北麓，礦體長(zhǎng)度1500m，寬10～160m，品位25.26%～30.34%，平均品位29.11%，白度80%以上，儲(chǔ)量126.75萬t。于20世紀(jì)70年代開始投產(chǎn)，露天采坑因無礦源而已停采，大部分豎井也因巷道坍塌，已于1997年閉坑。該礦自投產(chǎn)以來，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但這種短期經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)背后的資源浪費(fèi)、破壞與污染卻嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展[1-2]。礦區(qū)主要環(huán)境地質(zhì)問題有：露天開采規(guī)模較大，對(duì)地形地貌景觀破壞嚴(yán)重；采坑邊坡崩塌、地表裂縫、地面塌陷等礦山地質(zhì)災(zāi)害。

方城縣汪廟滑石礦處于漢江支流賈河上游，沿河兩岸居住著數(shù)千居民，礦山及周邊地質(zhì)環(huán)境是他們賴以生存的空間，亦是他們努力建設(shè)的美好家園。多年來，礦山環(huán)境地質(zhì)問題日益嚴(yán)重，十分突出，礦山地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，制約了地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，危及了當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)安全。對(duì)方城縣汪廟滑石礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行治理，是造福當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷拇笫拢渖鷳B(tài)效應(yīng)和社會(huì)影響都是積極的。

1　礦山地質(zhì)環(huán)境背景

1.1自然地理概況

方城縣汪廟滑石礦位于南陽市東北部，屬方城縣獨(dú)山鎮(zhèn)劉營(yíng)村。距方城縣城22km，暖泉西500m，柴營(yíng)東南600m，有公路相通，交通便利。礦區(qū)長(zhǎng)2km，寬0.6～1.0km，面積1.56km2，本次需要治理面積約0.75km2。

本區(qū)屬季風(fēng)型暖溫帶氣候，氣溫以七、八月最高，極端最高氣溫39.7℃，氣溫以一至二月最低，極端最低氣溫-20.3℃，年平均氣溫14.2～16.0℃；年降雨量628.9～1542.9mm，最長(zhǎng)連續(xù)降雨期17天，降雨量321.3mm，歷年一日最大降雨量為267.6mm；年蒸發(fā)量1197.7～1903.9mm；年平均相對(duì)濕度69%～80%，年平均絕對(duì)濕度13.6～15.3mb。結(jié)冰期自十一月至翌年三月，凍結(jié)深度10～15cm。多西南風(fēng)，風(fēng)力一般2～3級(jí)，最大可達(dá)8級(jí)。

礦區(qū)位于漢江支流水系，溪溝以分水嶺為上源。西北側(cè)有竇溝、楊條溝，西南側(cè)有對(duì)窯溝，兩者匯集沿途各支岔在劉營(yíng)附近匯集成賈河，均屬季節(jié)性河流。楊條溝流量最小為1.1L/s，一般25L/s左右，最大洪水量為20.81m3/s。暴雨后不足一小時(shí)出現(xiàn)洪峰，雨停數(shù)小時(shí)即可復(fù)原。地下水化學(xué)類型為HCO3-Ga型水。

1.2地質(zhì)環(huán)境背景

1.2.1地貌

礦區(qū)地處伏牛山余脈，地貌類型屬低山丘陵區(qū)，山嶺走向?yàn)楸蔽飨?。地?shì)南高北低，最高點(diǎn)在礦區(qū)西南部栗溝東北，海拔343m，最低點(diǎn)在礦區(qū)東北部，海拔190m，相對(duì)高差150m。

礦山由于多年的采礦活動(dòng)，地形特征多有改變，突出表現(xiàn)在兩個(gè)巨大的露天采坑和眾多的豎井及采空區(qū)引起的地表塌陷和地裂縫，采坑面積數(shù)千至萬余平方米，深15～30m，坑深壁陡。地表塌陷和地裂縫大小不等，多呈135°方向分布，塌陷坑深度幾米至十?dāng)?shù)米。

1.2.2地層

礦區(qū)位于華北地臺(tái)南緣與秦嶺褶皺帶東段結(jié)合部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，出露地層為中元古界官道口群高莊組變含礫石英砂巖、石英砂巖、大理巖夾滑石片巖和第四系殘坡積土。

中元古界官道口群高莊組：主要巖性為變含礫石英砂巖、石英砂巖、大理巖夾滑石片巖，淺乳白、淺黃色，中粒厚層狀。走向220°，傾角35～60°。

第四系殘坡積層：主要分布于坡角和溝谷之中。巖性為含礫粘土、粉質(zhì)粘土，厚0.4～12m。

1.2.3構(gòu)造與地震

區(qū)域構(gòu)造上，礦區(qū)位于秦嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶北緣，欒川—維摩寺—白云山大斷裂位于礦區(qū)北約2.5km處。維摩寺—白云山大斷裂呈北西西向展布在南召馬市坪、方城縣的維摩寺、泌陽的白云山一帶，傾向北，傾角45°，為逆沖斷裂，上盤為下古生界陶灣群及加里東期侵入巖，下盤為中元古界寬坪群。晚第四紀(jì)以來該斷裂處于穩(wěn)定狀態(tài)。

方城縣汪廟滑石礦地處于低地震帶，根據(jù)GB18306-2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，礦區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，地震特征周期0.35s，地震基本烈度屬于“小于Ⅵ度”區(qū)。

1.2.4水文地質(zhì)

按照礦區(qū)地下水的賦存介質(zhì)、水力性質(zhì)、埋藏條件等，可將礦區(qū)地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型[3]。

松散巖類孔隙水：第四系松散巖類孔隙水分布于竇溝、楊條溝及其支流溝谷中的沖洪積層中，含水層為砂土及砂礫石，厚度一般不超過12m，水位埋深0.5 ～2.5m，接受大氣降水補(bǔ)給，向下游方向徑流排泄。

基巖裂隙水：基巖裂隙水賦存于中元古界官道口群高莊組石英砂巖的裂隙中。其賦存條件、富集規(guī)律受裂隙發(fā)育程度、地形地貌、氣候的控制。石英砂巖構(gòu)造裂隙發(fā)育，開啟性、連通性差，風(fēng)化裂隙不發(fā)育，富水性較差。常見泉流量小于0.05L/s，地下水徑流模數(shù)小于0.5L/s·km2。

治理區(qū)地下水以接受大氣降水滲入補(bǔ)給為主。由于地形較陡，降水大部分沿地表徑流排出區(qū)外，僅有少量降水沿裂隙下滲，在一定條件下，呈下降泉形式溢出地表，匯入溪河，流出區(qū)外。

1.2.5工程地質(zhì)

根據(jù)巖土體特征，可將區(qū)內(nèi)巖土體劃分為三類工程地質(zhì)體：

(1)第四系殘坡積物：分布于坡地和河谷，厚度小，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)差。

(2)崩坡積物及礦渣：分布于開采區(qū)及其下方，厚度變化大，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)差。

(3)中等—弱風(fēng)化的巖體：分布于山梁，節(jié)理裂隙發(fā)育，為礦區(qū)穩(wěn)定地層，工程性質(zhì)一般。

綜合來看，礦區(qū)場(chǎng)地地形起伏大，淺表地層及地表植被破壞嚴(yán)重，水土流失嚴(yán)重，工程地質(zhì)條件較差。

2　礦山地質(zhì)環(huán)境問題

2.1地形地貌景觀

由于長(zhǎng)期的露天開采，留下大小30余個(gè)采坑，有兩個(gè)規(guī)模較大(Ⅰ、Ⅱ號(hào))，Ⅰ號(hào)坑寬約60m、長(zhǎng)約300m，深15～30m，采坑?xùn)|南高、西北低，采坑壁多直立；Ⅱ號(hào)采坑寬約60m，長(zhǎng)約100m，深30～50m，雨季坑內(nèi)經(jīng)常積水。礦區(qū)內(nèi)分布有30余個(gè)豎井，除少數(shù)井口保持完好外，大部分井口都發(fā)生了不同程度的坍塌。露天采場(chǎng)及周邊雜亂堆積著大量的廢礦渣，破壞地表植被，改變微地貌，并壓占山坡地。

豎井井口敞開且多坍塌，在破壞地貌景觀的同時(shí)還威脅人畜安全，危害性較大。

2.2礦山地質(zhì)災(zāi)害

(1)崩塌。

Ⅰ號(hào)采坑壁多直立，沿采坑西北側(cè)壁發(fā)育了三處崩塌點(diǎn)，沿采坑南側(cè)坑壁發(fā)育一處崩塌點(diǎn)，崩塌災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。Ⅱ號(hào)采坑壁陡立，沿東北側(cè)壁發(fā)育三處崩塌，崩塌災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。

由于崩塌災(zāi)害多沿采坑壁周邊發(fā)育，規(guī)模很小，沒有明顯的危害對(duì)象，所以危害較小。

(2)地面塌陷、地裂縫。

地面塌陷及地裂縫大面積存在，近幾年因停止采礦而逐漸趨于穩(wěn)定。地表裂縫主要分布在采礦區(qū)的北部邊緣，大體走向155°，延伸長(zhǎng)度十幾米至幾十米不等，寬度小的十幾厘米，最大寬度可達(dá)3m，目測(cè)深度淺的有1～2m，最深可達(dá)15m左右；塌陷陷坑多呈橢圓形，直徑多為10～30m，深度2～10m。

地面塌陷和裂縫以及廢棄的礦井破壞地形地貌景觀，威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)安全，危害較大。

3　治理方案

礦區(qū)外圍已開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與規(guī)劃，是方城縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，已列入方城縣地質(zhì)災(zāi)害治理規(guī)劃[4]，同時(shí)該礦區(qū)也納入了方城縣礦山環(huán)境治理規(guī)劃之中[5]。本次治理方案依據(jù)現(xiàn)有國(guó)家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，參考地區(qū)同類治理工程經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)持以人為本、注重效益、工程措施和生物措施相結(jié)合的原則，采用土方清理回填工程+截排水溝工程+植樹綠化工程+井口混凝土井蓋封閉工程，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合治理。

3.1土方清理回填工程

布置在礦區(qū)中部重點(diǎn)治理部位，主要是對(duì)露天采坑的坑壁和坍塌的井口進(jìn)行清理和平整，利用廢棄礦渣對(duì)采坑和地裂縫以及豎井進(jìn)行回填，在一定程度上恢復(fù)自然地形地貌。合計(jì)土方工程量為10萬m3。

將清方區(qū)的礦渣堆清理回填至填方區(qū)(采坑)內(nèi)，進(jìn)行坡面平整，形成具有一定坡比的順向坡。根據(jù)設(shè)計(jì)的坡比進(jìn)行施工，回填施工要分層進(jìn)行壓實(shí)，分層厚度為50～100cm。

將豎井井口附近的礦渣或覆土清理、平整、回填至井中，有條件的應(yīng)盡可能的將豎井填滿。

3.2截排水溝工程

為匯集并快速排泄雨水，防止雨水對(duì)治理區(qū)坡面地表的沖刷破壞，布置地表截排水溝系統(tǒng)。截排水溝布置在治理區(qū)外周，截排水溝的兩端延伸至治理區(qū)下游沖溝內(nèi)，坡陡地段設(shè)置消能坎，下端設(shè)置消能池[6]。

設(shè)計(jì)截排水溝為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，砌體強(qiáng)度不小于40MPa，砌石厚度0.3m，截排水溝過水?dāng)嗝鎸?.8m，高0.6m，設(shè)計(jì)截排水溝長(zhǎng)度為1000m。

主要工程量為：土(石)方開挖1535.0m3，M7.5漿砌石785.0m3，砂漿抹面2650.0m2，伸縮縫20.0m2。其過流能力計(jì)算如下。

設(shè)計(jì)截排水溝過水?dāng)嗝娉叽纾?/p>

底寬b=0.8m，高h(yuǎn)=0.6m，比降i=10%左右。

最大過流能力計(jì)算：

式中：過水?dāng)嗝婷娣ew=bh=0.6×0.8=0.48m2；

濕周x=b+2h=0.8+2×0.6=2.0m；

水力半徑R=w/x=0.48/2.0=0.24；

謝才系數(shù)：C=(1/n)R1/6

糙率n漿砌石取n=0.025；

經(jīng)計(jì)算C=31.53。

則最大過流能力為：

按50年一遇洪水，N=50，p=2%時(shí)的洪水流量計(jì)算：

Qp=qpF(m3/s)

式中：Qp——相應(yīng)頻率p=2%，重現(xiàn)期N=50年的洪水流量；

qp——相應(yīng)頻率p=2%時(shí)的流量模數(shù)(m3/s· km2)，從水文圖集中可查得該處經(jīng)緯度處的流量模數(shù)qp=35m3/s·km2；

F——集雨面積，匯水面積經(jīng)測(cè)量為0.03km2，

則：Qp=35×0.03=1.05m3/s。

經(jīng)復(fù)核計(jì)算說明截排水溝滿足排泄50年一遇洪水，且預(yù)留一定的安全系數(shù)。

3.3植樹綠化工程

在整個(gè)治理區(qū)域范圍進(jìn)行植樹綠化。植樹的重點(diǎn)是本次清方、回填、平整治理區(qū)域及第四系松散層分布區(qū)域，以恢復(fù)植被，美化礦山環(huán)境。

綠化設(shè)計(jì)采用適宜當(dāng)?shù)貧夂蛏L(zhǎng)的優(yōu)良樹種(如楊樹等)，樹的規(guī)格為胸徑3cm，植樹網(wǎng)格間距3～5m，選擇生長(zhǎng)健壯、無病蟲害、無機(jī)械損傷、樹形端正和根系發(fā)達(dá)的苗木。

主要工程量：綠化面積0.75km2，植樹7500株。

3.4井口混凝土井蓋封閉工程

在調(diào)查、勘查工作中發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)存在30余個(gè)豎井，其中適宜進(jìn)行治理封閉的約22個(gè)。首先對(duì)這部分豎井進(jìn)行井口清理、平整、回填，優(yōu)先考慮用附近河里的砂卵石進(jìn)行回填，并盡可能將其填滿。在井口相對(duì)平整、穩(wěn)定的條件下，對(duì)其采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土井蓋進(jìn)行封閉。

主要工程量：鋼筋混凝土井蓋22個(gè)，其中C25砼310m3，鋼筋制安25.85t。

4　結(jié)語

方城縣汪廟滑石礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要有地形地貌景觀的破壞，以及崩塌、地面塌陷、地裂縫等礦山地質(zhì)災(zāi)害。采用土方清理回填工程+截排水溝工程+植樹綠化工程+井口混凝土井蓋封閉工程，

對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合治理，可有效消除礦山地質(zhì)環(huán)境隱患，促進(jìn)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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[6]張咸恭,王思敬,張倬元,等.中國(guó)工程地質(zhì)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

【環(huán)境工程】

Analysis and Treatment Schemes of Mine Geological-environment Problems From Wangmiao Talc in Fangcheng County

LAI Ya-fang
(The First Geological Exploration Institute of Henan Province, Zhengzhou 450001, China )

Abstract:Mine geological-environment problems prominent of Wangmiao talc in Fangcheng county, restricted the sustainable development of the local economy, endangering the local people's life and property security. This article examines the geologicalenvironment background of Wangmiao talc in Fangcheng county, and analyzes the mine geological-environment problems. The study propose several engineering schemes, including clean and backfill of earthwork engineering, water drain engineering, afforestation engineering, and the well head sealed with concrete manhole cover engineering.

Key words:mine; geological environment; treatment schemes; Fangcheng county

【收稿日期】2015-01-26

【基金項(xiàng)目】河南省兩權(quán)價(jià)款地質(zhì)環(huán)境項(xiàng)目(豫財(cái)建[2010]512號(hào))。

【中圖分類號(hào)】TD167；X141

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386(2015)06-0027-03