淺談湖北省大冶市某露天礦山地質(zhì)環(huán)境治理與恢復(fù)

孫 達(dá)， 聶振邦， 余興江， 費(fèi)江勇， 劉 徽， 王 磊

(湖北省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊(duì),湖北 大冶 435100)

礦產(chǎn)資源的開(kāi)采和開(kāi)發(fā)利用,對(duì)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)，但也破壞了礦山地質(zhì)環(huán)境,導(dǎo)致一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。露天開(kāi)采與地下開(kāi)采相比,具有投入產(chǎn)出快、生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn),但其直接開(kāi)挖的方式,對(duì)地表環(huán)境破壞大,易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害隱患、土地資源破壞及占用、自然景觀破壞等一系列地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)實(shí)施地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程,可消除礦業(yè)活動(dòng)帶來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害隱患,也能有效改善和修復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,對(duì)建設(shè)綠色礦山和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦山概況及地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 礦山概況

礦區(qū)位于大冶市西北327°,直距約20 km,行政區(qū)隸屬大冶市還地橋鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)南部0.5 km有黃石—還地橋市級(jí)公路經(jīng)過(guò),武漢—九江鐵路從礦區(qū)北部1.5 km處穿過(guò),在鐵山設(shè)有貨運(yùn)站,交通較為便利。礦區(qū)面積3.2 km2,開(kāi)采規(guī)模為10×104t/a,生產(chǎn)服務(wù)年限為20 a。礦山為露天開(kāi)采,因多年開(kāi)采,目前形成一處巨大的采坑，平面上呈不規(guī)則橢圓形。

1.2 礦山地質(zhì)環(huán)境

本區(qū)屬亞熱帶大陸性氣候,四季分明,雨量充沛,冰凍期短。礦區(qū)外北部有小水塘,礦區(qū)內(nèi)無(wú)地表水體。礦區(qū)為丘陵地形,最高點(diǎn)海拔標(biāo)高+125.40 m,位于礦區(qū)北東部；最低點(diǎn)標(biāo)高為+37.50 m左右,位于礦區(qū)采坑內(nèi),相對(duì)高差約87.9 m。礦區(qū)整體地勢(shì)東高西低、北高南低,采坑為中部低四周高的桶狀。

礦區(qū)位于還地橋—黃金山復(fù)向斜西段北翼的次級(jí)褶皺——太平山向斜的北翼,礦區(qū)總體表現(xiàn)為一單斜構(gòu)造,地層傾向195°～230°,傾角10°～16°。礦區(qū)主要出露三疊系下統(tǒng)嘉陵江組第一段(T1-2j1)灰色、米黃色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和大冶組第四段(T1d4)灰、深灰色中—厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。開(kāi)采礦體賦礦層位主要為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組第一巖性段。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

礦區(qū)經(jīng)過(guò)多年無(wú)序開(kāi)采,存在一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題,主要為地質(zhì)災(zāi)害隱患、自然景觀破壞、土地資源破壞及占用[1]。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患

礦山開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生的高陡邊坡主要分為采坑邊坡和廢渣堆場(chǎng)邊坡。

2.1.1采坑邊坡

采場(chǎng)依地形從西向東推進(jìn),采用分臺(tái)階開(kāi)采方式,目前已形成+40 m、+60 m、+75 m三個(gè)不完全臺(tái)階。礦山經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采已形成6個(gè)采坑邊坡,形成的高陡邊坡存在地質(zhì)災(zāi)害隱患,主要潛在破壞形式為崩塌和滑坡。各邊坡基本特征見(jiàn)表1。

表1 采坑邊坡基本特征一覽表

選擇具有代表性的1號(hào)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。1號(hào)邊坡坡向約337°,坡高42～109 m,邊坡角約60°,總體長(zhǎng)度235 m，巖性為淺灰、米黃色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r,巖層傾向與邊坡坡向近似垂直,為橫向坡。邊坡上覆大量孤立廢石,塊度大小約0.1～0.5 m,厚度不詳,易發(fā)生小型滑坡。邊坡的變形破壞與風(fēng)化裂隙發(fā)育方向、延伸長(zhǎng)度、切割深度密切相關(guān),巖體中外傾裂隙面是邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)破壞的主要結(jié)構(gòu)面。巖體主要發(fā)育2組節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面：一組為平行節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀為35°∠53°;另一組為X型節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀為33°∠50°、185°∠540°，線裂隙率為0.3條/m,裂隙被巖石碎屑充填。

經(jīng)赤平投影分析(圖1、表2)可知,1號(hào)邊坡被節(jié)理面和巖層面切割而不穩(wěn)定。因局部地段風(fēng)化較為強(qiáng)烈,巖體出現(xiàn)差異性風(fēng)化,導(dǎo)致邊坡表面凹凸不平,局部形成坡面凹腔。巖層產(chǎn)狀與節(jié)理裂隙L1、L2和L3的交線傾向均與坡向基本一致,且其傾角均小于坡角,使上部巖層失去支撐,重心超出支點(diǎn)而下落,每逢雨季或持續(xù)性降雨均有不同程度的落石、掉塊發(fā)生。

圖1 采坑1號(hào)邊坡赤平投影圖

表2 采坑1號(hào)邊坡赤平投影分析表

2.1.2廢渣堆場(chǎng)邊坡

在治理區(qū)南西部已形成大面積的堆料場(chǎng),占地面積約為2 300 m2,堆料場(chǎng)高差5～10 m,坡角為30°～60°,成分主要為成品建筑用碎石,結(jié)構(gòu)松散。目前處于不穩(wěn)定狀態(tài),極易順坡崩落,易發(fā)生小型崩塌和滑坡。

2.2 自然景觀破壞

采石場(chǎng)距離黃石—還地橋鎮(zhèn)市區(qū)公路約500 m,位于公路可視范圍內(nèi)。由于礦區(qū)地表植被破壞,基巖裸露,采石場(chǎng)露采邊坡斷壁突兀,極大地破壞了原有的植被茂密、景色怡人的自然景觀。礦山在采礦活動(dòng)中,挖損土地、破壞地表植被、堆放廢渣等,使得地表面貌變得支離破碎。碎石場(chǎng)經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采,形成了1個(gè)巨大的弧形掌子面、1個(gè)采坑和1個(gè)廢渣堆，嚴(yán)重破壞了自然景觀(圖2)。

圖2 采坑及周邊自然景觀影像

2.3 土地資源破壞及占用

礦山采場(chǎng)及堆土場(chǎng)占用土地面積較大。采礦導(dǎo)致當(dāng)?shù)亓值卦獾狡茐?部分林地荒蕪,土地資源閑置浪費(fèi),礦區(qū)及周邊土壤質(zhì)量下降,生態(tài)環(huán)境惡化。礦區(qū)采坑侵占林地135 000 m2，廢渣堆壓覆林地2 300 m2，掌子面侵占林地89 040 m2,共占用各種土地資源224 040 m2(表3)。

表3 土地資源破壞及占用面積統(tǒng)計(jì)表

3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理

根據(jù)礦山地質(zhì)特征、開(kāi)采狀況,確定地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與綜合治理基本思路為消除地質(zhì)災(zāi)害、植被覆綠,分為地質(zhì)災(zāi)害治理和生態(tài)修復(fù)兩個(gè)步驟,其中地質(zhì)災(zāi)害治理主要對(duì)高陡坡面采用分多級(jí)臺(tái)階進(jìn)行削清方,消除地質(zhì)災(zāi)害隱患;生態(tài)修復(fù)主要是對(duì)臺(tái)階進(jìn)行綠化,采用臺(tái)階式復(fù)綠法[2](圖3)。為達(dá)到治理工程及植被覆綠與周?chē)匀痪坝^協(xié)調(diào)銜接,施工方案中對(duì)礦界外部分自然景觀破壞坡段實(shí)施坡面削清方恢復(fù)治理,已依法獲得相關(guān)部門(mén)許可。

圖3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程布置圖

3.1 坡面削清方工程

削清方的主要目的是放緩坡度,采用機(jī)械人工相結(jié)合方式進(jìn)行削方,操作時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意邊坡的變動(dòng)情況,如發(fā)現(xiàn)有裂紋或部分坍塌現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支撐和放坡,并注意支撐的穩(wěn)固和邊坡的變化。

根據(jù)礦山坡面情況,對(duì)+40 m以上標(biāo)高分多級(jí)臺(tái)階進(jìn)行削方,臺(tái)階寬3 m,相對(duì)高差控制在10 m左右[3],防止發(fā)生滑坡。分別在標(biāo)高+50 m、+60 m、+70 m、+80 m、+90 m、+100 m、+110 m、+120 m設(shè)置臺(tái)階,臺(tái)階邊坡角60°。臺(tái)階形成的次序按從上至下進(jìn)行,當(dāng)上一級(jí)臺(tái)階成型、削方修整、清方后方可進(jìn)行下一級(jí)臺(tái)階工作。估算本項(xiàng)目削方工作量為72.87×104m3,填方工作量為0.90×104m3。

本次回填可采用生產(chǎn)車(chē)間旁堆料和削方產(chǎn)生的部分土方,運(yùn)距<200 m,不需要外地購(gòu)置土源,可降低治理成本。

3.2 臺(tái)階綠化工程

臺(tái)階綠化工程的順序?yàn)椋号_(tái)階修整→覆土→植樹(shù)、藤→撒播草灌種子。

將危巖體、松散的浮石和巖渣清除干凈,處理好光滑巖面,對(duì)邊坡局部不穩(wěn)定處進(jìn)行清刷或嵌補(bǔ)加固,保持坡面平緩過(guò)渡。

臺(tái)階內(nèi)回填種植土,覆土平均厚度為0.5 m。種植土除滿足有機(jī)質(zhì)、鹽分、pH值要求外,還需要質(zhì)地疏松,有團(tuán)粒結(jié)構(gòu),具一定肥力。

臺(tái)階回填完畢后,栽植刺槐,地徑4 cm,縱橫間距2.0 m×2.0 m。樹(shù)坑為人工挖掘,深0.5 m,長(zhǎng)0.5 m,寬0.5 m,挖坑方量0.125 m3/個(gè)。內(nèi)側(cè)種植常綠油麻藤一排,間距1.0 m。再均勻撒播草灌種籽,灌木種籽選擇胡枝子、六月雪、紫穗槐，草籽選擇佛甲草、多花木蘭、紫花苜蓿、高羊茅。

為了保證植物良好持續(xù)生長(zhǎng),回填種植土要求為：選擇疏松、肥沃、透氣、透水的土壤,有機(jī)質(zhì)≥15%,全氮≥4.0 g/kg,全磷≥1.0 g/kg,全鉀≥10.0 g/kg,pH值6.5～7.5,含砂礫(粒徑<10 mm)含量<15%,粘粒和粉粒含量(粒徑0.02 mm以下)為85%左右，不應(yīng)采用淤泥、膨脹性粘土等軟弱有害的巖土或城市建筑廢土作填料。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)坡面削清方,清理了采場(chǎng)邊坡的危巖、浮石,設(shè)置多級(jí)臺(tái)階改善邊坡形態(tài)，有效地消除地質(zhì)災(zāi)害隱患；通過(guò)臺(tái)階綠化,消除視覺(jué)污染,保護(hù)和恢復(fù)了自然生態(tài)環(huán)境,可恢復(fù)林地224 040 m2,增加土地利用面積和價(jià)值，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益,也可以為類(lèi)似的礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理提供參考與借鑒。

建議在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中及其運(yùn)行期間,加強(qiáng)斜坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè),確保施工及治理工程安全；加強(qiáng)后期綠化工程的養(yǎng)護(hù)管理，從水土肥等方面確保生態(tài)復(fù)綠有長(zhǎng)期成效。