焦桐高速鞏義北山口鎮(zhèn)白窯至老井溝段廢棄礦山地質環(huán)境問題及治理對策

張建峰

(核工業(yè)江西工程勘察研究總院有限公司，江西 南昌 330000)

鞏義市礦產(chǎn)資源豐富，礦業(yè)開發(fā)歷史悠久，特別是改革開放以來，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用得到了迅猛發(fā)展，礦產(chǎn)開發(fā)和與之相關的礦產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)也隨之成為鞏義市的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但無序的亂采亂挖給當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來嚴重的破壞，崩塌地質災害時有發(fā)生。選取焦桐高速鞏義北山口鎮(zhèn)白窯至老井溝段廢棄礦山的地質環(huán)境問題為研究重點，提出治理對策，對該地地質環(huán)境治理有一定的參考意義[1-3]。研究區(qū)位于鞏義市北山口鎮(zhèn)焦桐高速南官莊至老井溝段東側山川村，北距北山口鎮(zhèn)約3 km，北距鞏義市約5 km，其西部有國道310通過，中間有涉村鎮(zhèn)至鞏義的省道和便道經(jīng)過，交通較為便利。

1 地質環(huán)境特征

鞏義市地處華北地層區(qū)，分屬豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)。鞏義市市域出露地層由老到新依次有：下元古界嵩山群(Pt1sh)；中元古界馬鞍山群(Pt2m)；古生界寒武系(∈)、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(O2m)、石炭系上統(tǒng)本溪組(C2b)、太原組(C2t)、二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)、下石盒子組(P1x)、上統(tǒng)上石盒子組(P2s)、石千峰組(P2sh)；中生界三疊系劉家溝組(T1l)；新生界第四系中更新統(tǒng)(Qp2)、上更新統(tǒng)(Qp3)、全新統(tǒng)(Qh)。研究區(qū)場地內底層較簡單，表層主要為黃土狀粉土和碎石土，下部為石炭系的奧陶系的灰?guī)r。

鞏義市位于華北地臺嵩箕臺隆北部邊緣滎密背斜北翼，總體構造形態(tài)為一走向NWW-SEE，傾向15(°)左右，傾角一般小于10(°)的單斜構造，區(qū)內發(fā)育少量高角度正斷層及滑動構造，地質構造較復雜。

經(jīng)野外調查，研究區(qū)內構造以發(fā)育早期深層次的韌性變形構造群落為特征，后期脆性構造不發(fā)育，對建筑用灰?guī)r影響不大。

早期深層次韌性變形，在研究區(qū)內結晶灰?guī)r中表現(xiàn)為固態(tài)流變褶皺、順層劈理化帶和韌性剪切帶的變質固態(tài)流變結構群落的形成，整體上巖層的產(chǎn)狀變化較大，很不穩(wěn)定；局部出現(xiàn)小型褶皺和小型斷層。后期脆性構造不發(fā)育，僅表現(xiàn)為局部地段的節(jié)理發(fā)育，出現(xiàn)較大的裂隙。

2 水文地質及工程地質條件

2.1 水文地質條件

研究區(qū)位于構造剝蝕丘陵區(qū)，地勢較高，坡度較大，地表為黏性土層，降雨排泄條件好，不易下滲，補給地下水有限。地下水對采礦和后期治理不會產(chǎn)生影響。所以，場地水文地質條件簡單。

治理區(qū)位于基巖出露丘陵區(qū)，頂部第四系松散層，主要分布于溝谷及坡頂，富水性差。治理區(qū)地下水類型為碳酸巖類巖溶裂隙水，單井涌水量<10 m3/d，富水性不均勻，但水位埋深大，對治理工程設計與施工影響不大。

2.2 工程地質條件

場區(qū)的地層及其工程力學性質，可劃分為中厚層灰?guī)r巖組、鈣質泥巖巖組、雜填土土體及黏性土土體。

1)中厚層灰?guī)r巖組

巖體完整、致密、堅硬、抗壓強度高、抗風化能力強、巖溶不發(fā)育，節(jié)理較發(fā)育—不發(fā)育，干抗壓強度70～100 MPa，軟化系數(shù)>0.75，在勘查區(qū)大面積出露。

2)頁巖巖組

巖體較完整、較堅硬、抗壓強度較低、抗風化能力較弱，節(jié)理較發(fā)育，干抗壓強度10～15 MPa，軟化系數(shù)>0.85。巖體較松脆，在陡崖處易出現(xiàn)崩塌。工程地質性質較差。

3)黏性土土體

在勘查區(qū)山坡低處出露，結構較為疏松，力學強度低，承載力在150～180 kPa，壓縮系數(shù)為0.10～0.20。具有一定的直立性。

4)碎石土土體

在東風村場區(qū)山坡低處出露，泥質膠結，結構較為疏松，力學強度低，承載力在120～150 kPa，壓縮系數(shù)為0.10～0.15?？颖陂_挖較陡時，存在塌滑的可能性。

2.3 人類工程活動

研究區(qū)及周邊主要的人類工程活動有礦產(chǎn)開發(fā)和農耕活動。研究區(qū)為建筑石材開采區(qū)，早期進行開采，2008年全部關閉，地形地貌和土地資源破壞嚴重。農耕活動包括耕種、田間道路修整等?？傮w治理區(qū)人類活動較強烈。

3 主要礦山地質環(huán)境問題

研究區(qū)內由于礦產(chǎn)資源的開采，造成了一系列礦山地質環(huán)境問題，采坑比比皆是，廢棄礦渣隨意堆放，山體整體破損，地形地貌景觀嚴重破壞，對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成巨大影響。采礦活動在一些地方形成高陡邊坡，崩塌地質災害時有發(fā)生，存在著嚴重的地質災害隱患。本次研究范圍內的主要礦山地質環(huán)境問題為采礦遺留的露天采坑及渣堆，不穩(wěn)定邊坡及其危巖體，以及采礦遺留的平硐等。研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)露天采坑22處，渣堆10處和崩塌地質危巖體26處。

3.1 采坑

研究區(qū)有采坑22處，各采坑破壞面積大小不一，采坑情況一覽見表1。

表1 采坑情況一覽

采坑深淺不一，平均深度最大達71 m，最小深度為10 m，均屬于較深的采坑。其中SCK9破壞面積最大，為16 000 m2，SCK6破壞面積最小，面積為400 m2。100～1 000 m2的采坑為2個，占總數(shù)的9.09%；1 000～5 000 m2的采坑為11個，占總數(shù)的50%；5 000～10 000 m2的采坑為8個，占總數(shù)的36.36%；大于10 000 m2的采坑為1個，占總數(shù)的4.55%。

采坑總體積4 103 500 m3。SCK9體積最大，為1 040 000 m3，SCK2體積最小，為13 000 m3，其中10 000～100 000 m3的采坑為11個，占總數(shù)的50%。100 000～200 000 m3的采坑為4個，占總數(shù)的18.18%。200 000～300 000 m3的采坑為3個，占總數(shù)的13.64%。大于300 000 m3的采坑為4個，占總數(shù)的18.18%。這些采坑在一些地段成區(qū)連片，嚴重地破壞了地形地貌景觀和山區(qū)林地資源。在較深的采坑周邊多數(shù)是較陡的陡崖，形成較大的臨空面，一些邊坡頂部出現(xiàn)卸荷裂隙，構成危巖體，形成崩塌隱患[4]。

3.2 渣堆

研究區(qū)內有渣堆10個，多為不規(guī)則形狀。渣堆總占壓面積為2 350 m2，最大面積600 m2(SZD10)，最小值為50 m2(SZD4)。渣堆高度不一，最大值為3 m(SZD6、SZD9)，最小值為1 m(SZD1)。渣堆總體積為3 770 m3，最大值為1 000 m3(SZD10)、最小值為60 m3(SZD4、SZD5)。其主要危害為占壓破壞林地和地形地貌景觀，一些高度大的渣堆還存在地質災害隱患。渣堆調查統(tǒng)計結果見表2。

表2 渣堆調查統(tǒng)計結果

3.3 危巖體

研究區(qū)危巖體26處，總體積為18 642 m3，最大值為3 000 m3(SW06)、最小值為12 m3(SW24)。危巖體特征一覽見表3。

表3 危巖體特征一覽

4 治理對策

4.1 治理原則

1)因地制宜的原則，針對研究區(qū)地質災害和礦山地質環(huán)境問題的特點、分布及危害程度，抓住重點，因地制宜，采取綜合工程治理措施對破壞的地質環(huán)境進行治理。消除區(qū)內崩塌等地質災害隱患及影響；修復地形地貌景觀，改善區(qū)內生態(tài)環(huán)境。按照“宜林則林、宜景則景、宜耕則耕”的原則，因地制宜地對破損山體進行改造整治，最大限度地增加土地利用面積，有效改善高速公路兩側的地貌和生態(tài)景觀，促進當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

2)突出改善高速公路兩側可視范圍內地貌景觀治理的原則，本治理區(qū)內地質環(huán)境問題非常嚴重，多處地段嚴重影響了地形地貌和破壞土地資源，在臨近高速公路兩側存在多處高陡邊坡及遺留的采坑渣堆，嚴重影響了高速公路兩側的地貌景觀，因此本次治理重點在改善高速公路兩側的地貌景觀。

3)適當提高耕地、林地的覆土厚度，鞏義市北山口鎮(zhèn)位于山地丘陵區(qū)，地形起伏大，水源缺乏，為保證治理后的耕地質量和樹木成長，適當提高覆土厚度，增加土壤保肥保墑能力，穩(wěn)固喬木根系。

4.2 總體思路

根據(jù)鞏義市及北山口鎮(zhèn)的規(guī)劃發(fā)展需要，結合治理區(qū)地質環(huán)境現(xiàn)狀及地質條件，本著“宜景則景、宜林則林、宜耕則耕”的原則，有效地改善高速公路周邊的地質環(huán)境，改善礦區(qū)的自然環(huán)境。

治理區(qū)面積0.167 km2。主要礦山地質環(huán)境問題采坑22處，總面積92 100 m2，采坑壁形成的危巖體26處，總體積為18 642 m3，采坑內各處堆積的大量渣堆10個，多為不規(guī)則形狀?？傉級好娣e為2 350 m2，總體積為3 770 m3，影響高速公路周邊的地貌環(huán)境。具體實施內容為：削坡及清理危巖，修整巖壁的臺階作為綠化的平臺，覆土綠化或復耕，在治理后的地塊覆土，修筑擋土墻及排水溝，養(yǎng)護澆灌系統(tǒng)[5]。

4.3 治理對策

具體治理目標為露天采坑22處、渣堆10處和崩塌地質危巖體26處，治理后可形成林地4.355 hm2、灌草地1.054 hm2、耕地0.984 hm2。

1)危巖清理。①邊坡整理，使邊坡整體平順，以便下一步施工；②清理危巖體，對風化強烈、坡面破碎、存在較大安全隱患的邊坡及危巖體實施削方工程，清除表層風化破碎巖體、懸空巖體、坡面堆積巖塊等，消除崩塌災害隱患，使坡面盡可能平整、穩(wěn)定。實施措施為：①對高陡邊坡上不穩(wěn)定的石塊及堆積浮石，采用系繩索人工鋼釬清理；②對于邊坡頂部的危巖和陡坎高度不大的，采用挖掘機的沖擊錘清理；③對于邊坡頂部基巖風化程度較大，卸荷裂隙發(fā)育，巖體較破碎，設計采用削坡清理，使用挖掘機、沖擊錘施工；④削坡及開挖的石塊，大小控制在30 cm以下，以便回填時比較密實，不出現(xiàn)較大的空隙。

對場區(qū)SCK4、SCK5、SCK6、DCK7、SCK9、SCK15、SCK16、SCK17、SCK18、SCK20采坑上部的危巖體進行清理，預計清理危巖119 456 m3，消除地質災害隱患。

2)渣堆整理。對渣堆SZD1、SZD4、SZD6進行清理回填至采坑SCK1、SDK7；對渣堆SZD2、SZD3、SZD5處的石渣，回填至采坑SCK2、SCK9，使其形成緩坡，降低坡度，恢復植被；其他渣堆就地清理平整，同時修整臺階，形成一個平臺，覆土綠化。根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)狀地形，在平整、美觀的基礎上，隨坡就勢，按不同高程、坡度將渣堆進行平整整理。

3)綠化。為了恢復生態(tài)，美化環(huán)境，對治理平整后的地塊進行覆土綠化。在平整區(qū)種植火炬樹1 810棵、側柏4 138棵、紫穗槐2 350棵、荊條5 580 m2、刺槐2 401 m2及灌草樹種混合籽，綠化面積約林地4.355 hm2、灌草地1.054 hm2，恢復地形地貌景觀，改善生態(tài)環(huán)境。

4)擋土墻。研究區(qū)擋土墻形式選為重力式漿砌塊石擋土墻。擋土墻主要是2種地段：①回填礦渣外圍的擋土墻；②地塊覆土外圍防止水土流失設置的擋土墻。強度為M10。為了便于排水，1～2 m高擋土墻體下部設置1排排水管，4 m高擋土墻體中部和下部各設置1排排水管，排水管為DN75，間距3.0 m，排水管與水平面夾角為12(°)，兩端出墻50～110 mm，墻內露頭用3層濾網(wǎng)包扎，以防堵塞。每隔10 m設置一道伸縮縫，縫寬20 mm，采用木板和瀝青填塞。表層采用砂漿抹面處理，砂漿強度M10，厚度2 cm。研究區(qū)擋土墻設計參數(shù)結果見表4。

表4 研究區(qū)擋土墻設計參數(shù)結果

5 結 論

礦山開采頻頻引發(fā)各種地質災害，破壞治理區(qū)生態(tài)環(huán)境，對當?shù)鼐用裆a(chǎn)生活產(chǎn)生極大影響，存在不穩(wěn)定因素。通過鞏義市北山口鎮(zhèn)焦桐高速兩側廢棄采石場礦山地質環(huán)境治理的實施，可有效消除各種地質災害隱患，極大地減少出現(xiàn)災害事故，促進社會穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境逐漸改善，營造和諧社會氛圍。