石門溝廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理的實踐

朱泳霖

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

石門溝內(nèi)蘊藏著豐富的石灰石礦產(chǎn)，20世紀(jì)70年代，當(dāng)?shù)卦M織人員進(jìn)行礦山開采，破壞了自然環(huán)境，并且破損山體和大量的廢棄礦渣增加了崩塌和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。隨著我國對生態(tài)環(huán)境越來越重視，開始了對山、水、林、田、湖、草等幾大生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理，石門溝地質(zhì)環(huán)境治理也提上日程。筆者參與了該項目地質(zhì)環(huán)境治理理論與實踐的全過程，本文就該項目的具體實施情況作概略介紹。

1 項目區(qū)自然環(huán)境條件

1.1 地理位置、交通

項目區(qū)位于天祝縣城西南約20 km處，中心點坐標(biāo)為東經(jīng)102°47′41″，北緯37°23′42″?？h城到項目區(qū)有便道連接，交通便利。

1.2 氣象、水文

項目區(qū)深居內(nèi)陸，屬典型的溫帶大陸性氣候，自南向北由潮濕寒冷的高山氣候過渡到干旱炎熱的沙漠氣候。

項目區(qū)內(nèi)為季節(jié)性流水沖溝，河道內(nèi)有地表水流，地表水主要來源為積雪融水，地表水與地下水隨地勢相互轉(zhuǎn)化，部分地段出露，部分地段入滲。

2 項目區(qū)內(nèi)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題

項目區(qū)內(nèi)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題是礦山開采產(chǎn)生的大量廢棄石渣無序堆放引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害主要有泥石流和崩塌災(zāi)害[1]。

2.1 泥石流災(zāi)害

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，項目區(qū)內(nèi)的石門溝主溝道為泥石流溝。

石門溝流域面積約4.4 km2，流域形態(tài)近似瓢形。溝內(nèi)地形地貌屬低中山丘陵及山間溝谷地貌，大部分山體表部覆蓋有殘坡積含碎石粉土，厚0.3～0.7 m，下伏奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，基巖在局部地段裸露。石門泥石流溝的形成區(qū)主要位于流域西南面的梁狀山體中?；鶐r裸露，風(fēng)化強烈，裂隙發(fā)育。溝床上有第四系沖洪積碎石土覆蓋，厚2～4 m，平均粒徑10～30 cm，粉土、砂土含量低。坡腳可見崩塌堆積體（圖1），以碎石、塊石為主，松散無序堆積。受降水沖刷，溝床上的碎石土和坡腳的崩塌體可直接參與泥石流活動。堆積區(qū)主要位于溝口，在溝道中可見大量分選性較好的碎石沿溝道堆積（圖2）[2]。

圖1 溝道上游坡腳崩塌體

圖2 溝口溝道中堆積碎石

經(jīng)計算得知，該溝道泥石流重度為15.83 kN/m3；100年一遇的泥石流峰值流量為74.52 m3/s，一次最大沖出量為1.81×104m3，一次沖出的固體物質(zhì)總量為0.64×104m3；50年一遇的峰值流量為57.62 m3/s，一次最大沖出量為1.40×104m3，一次沖出的固體物質(zhì)總量為0.49×104m3；該溝道泥石流100年一遇的規(guī)模為中型，50年一遇的規(guī)模為中型，見表1和表2。

表1 泥石流暴發(fā)規(guī)模分類

表2 石門溝泥石流規(guī)模分類

2.2 崩塌災(zāi)害

項目區(qū)內(nèi)的礦山停開廢棄后，遺留了兩處較明顯的潛在崩塌體隱患（圖3和圖4），形態(tài)特征見表3。

圖3 崩塌體B1

圖4 崩塌體B2

表3 崩塌體形態(tài)特征

這兩處潛在崩塌體均為巖質(zhì)體，坡高5～20m，坡寬10～60 m，坡度70°～80°；坡面巖體均為灰?guī)r，巖體較堅硬。因礦山開采產(chǎn)生較大面積的臨空面，臨空面大部分已風(fēng)化呈紅褐色或棕紅色；臨空面陡直，呈直立陡崖狀，局部坡面成反坡，甚至懸空。

局部地段斜坡面上堆積的人工廢棄礦渣較為松散，無壓實，穩(wěn)定性較差，常見溜滑現(xiàn)象。兩處危巖體的穩(wěn)定性較差，在自身重力作用下，隨時可能傾倒或溜滑失穩(wěn)。在流水沖刷、冰雪凍融、風(fēng)蝕、溫度應(yīng)力、震動等外界條件作用下，失穩(wěn)破壞的可能性更大，失穩(wěn)后將產(chǎn)生傾倒或錯斷式崩塌，規(guī)模約為1萬m3崩塌物。

3 治理方案及設(shè)計參數(shù)

3.1 治理方案

為了恢復(fù)原地形地貌景觀，降低地質(zhì)災(zāi)害的危害程度，使礦山環(huán)境和周邊自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境相協(xié)調(diào)，提出以下治理方案。

（1）坡面清理工程：對在坡面上的廢棄渣堆進(jìn)行清理并修整面。

（2）錨桿格構(gòu)工程：坡面清理以后，對穩(wěn)定性較差的邊坡采取錨桿格構(gòu)工程進(jìn)行防護(hù)。

（3）坡面防護(hù)工程：對潛在崩滑區(qū)采用主動防護(hù)網(wǎng)和被動防護(hù)網(wǎng)聯(lián)合的防護(hù)措施。

（4）擋土墻工程：在不穩(wěn)定邊坡坡腳設(shè)置重力式擋土墻進(jìn)行支護(hù)。

（5）攔擋工程：在泥石流溝主溝內(nèi)布置2～3座攔擋壩，建立聯(lián)合防護(hù)體系，將補給泥石流的大量松散物質(zhì)攔蓄于溝內(nèi)，降低泥沙輸出，減少泥石流流量，同時抬高溝床侵蝕基準(zhǔn)，穩(wěn)定兩岸坍塌體。

（6）排導(dǎo)工程：設(shè)置排導(dǎo)堤，引導(dǎo)水流按設(shè)定的路線快速向下游徑流，防止對溝道沖刷，或起動溝道內(nèi)其他區(qū)域的松散物質(zhì)成為災(zāi)害物源。

（7）護(hù)岸工程：在水流對溝岸坡腳有強烈沖刷的區(qū)域設(shè)立護(hù)岸工程，防止對坡腳的沖刷。

（8）生物綠化工程：進(jìn)行植草種樹，恢復(fù)破壞區(qū)的植被環(huán)境[3]。

3.2 治理設(shè)計參數(shù)

3.2.1 擬設(shè)工程區(qū)工程地質(zhì)條件

沿溝道中下游地段擬布設(shè)排導(dǎo)堤。根據(jù)勘探結(jié)果得知，排導(dǎo)堤擬建處的地基土在基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)均為沖洪積碎石。碎石呈棱角狀-次棱角狀，母巖成分為灰?guī)r、砂巖、變質(zhì)巖等，級配不良；顆粒較純凈，充填物少，平均粒徑10～20 cm。碎石層壓縮性低、較密實、承載力較強，可以作為排導(dǎo)堤基礎(chǔ)持力層，但由于局部地段碎石粒徑差別較大，或含較大塊石，使得地基土均勻性變差，增加開挖難度，建議將其挖除，回填級配碎石并適當(dāng)夯實后作為擬建排導(dǎo)堤的基礎(chǔ)持力層。場地周邊無不良地質(zhì)現(xiàn)象，無活動斷裂通過，適宜排導(dǎo)堤工程建設(shè)。

3.2.2 治理工程地基土物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)顆分試驗數(shù)據(jù)，同時結(jié)合工程經(jīng)驗，確定地基土物理學(xué)參數(shù)擬建工程地基土主要力學(xué)指標(biāo)建議值如表4所示。

表4 擬建工程地基土主要力學(xué)指標(biāo)建議值

3.2.3 水土腐蝕性評價

（1）地基土腐蝕性評價。采取3組擾動土樣進(jìn)行土的室內(nèi)易溶鹽試驗，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）》（GB 50021—2001），該場地環(huán)境類型屬Ⅲ類，綜合判定場地地基土對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性[4]。

（2）地下水腐蝕性評價。在溝道中游和下游各采取1組地表水樣進(jìn)行室內(nèi)水質(zhì)分析，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）》（GB 50021—2001），地下水環(huán)境類型屬Ⅰ類，綜合判定場地地基土對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性[4]。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）項目區(qū)內(nèi)出露地層主要為奧陶系灰?guī)r和第四系土層，其中第四系土層包括上更新統(tǒng)沖洪積粉土、角礫，全新統(tǒng)坡積、殘坡積含碎石粉土，全新統(tǒng)沖洪積碎石，以及人工堆填廢棄礦渣和少部分耕植土。

（2）項目區(qū)內(nèi)地下水類型主要為巖溶水和孔隙水，其中巖溶水富水性貧乏，孔隙潛水富水性較好。

（3）項目區(qū)內(nèi)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題是泥石流、崩塌地質(zhì)災(zāi)害。該泥石流屬溝谷型泥石流，發(fā)育程度為中易發(fā)。該泥石流100年一遇的規(guī)模為中型，50年一遇的規(guī)模為中型。

（4）崩塌災(zāi)害對原始的地形地貌景觀造成了嚴(yán)重影響和破壞。

（5）場地地基土和地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。工程施工時可采取相應(yīng)的防腐蝕措施。

4.2 建議

建議采取以下治理方案。

（1）坡面防護(hù)工程：對潛在崩塌區(qū)采用主動防護(hù)網(wǎng)、被動防護(hù)網(wǎng)和錨桿格構(gòu)工程聯(lián)合的防護(hù)措施。

（2）擋土墻工程：在不穩(wěn)定邊坡坡腳設(shè)置重力式擋土墻進(jìn)行支護(hù)。

（3）攔擋工程：在泥石流溝主溝內(nèi)布置2～3座攔擋壩，建立聯(lián)合防護(hù)體系，將補給泥石流的大量松散物質(zhì)攔蓄于溝內(nèi)，減少泥沙輸出，減少泥石流流量，同時抬高溝床侵蝕基準(zhǔn)，穩(wěn)定兩岸坍塌體。

（4）排導(dǎo)工程：設(shè)置排導(dǎo)堤，引導(dǎo)水流按設(shè)定的路線快速向下游徑流，防止對溝道沖刷。

（5）生物綠化工程：進(jìn)行植草種樹，恢復(fù)破壞區(qū)的植被環(huán)境。