礦山地質(zhì)環(huán)境勘查與治理應(yīng)用

張志強(qiáng)，陳 芹

（1.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局國土資源勘查中心，河北 石家莊 050000；2.河北地礦勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050000）

1 概況

1.1 項(xiàng)目概況

石家莊西部山區(qū)內(nèi)北山項(xiàng)目區(qū)位于太行山北段東麓山區(qū)與平原區(qū)的接壤地帶，屬于構(gòu)造剝蝕丘陵亞區(qū)的丘陵區(qū)，以碳酸鹽巖為主。經(jīng)礦山開采活動(dòng)的影響，地形整體呈簸箕形狀，西高東低，北高南低，西側(cè)北側(cè)為掌子面，下部采坑。原始地貌已經(jīng)完全破壞，地形發(fā)生很大變化，海拔標(biāo)高178～286 m，地形高差大，山體坡度在35～85°。由于礦業(yè)活動(dòng)形成了一系列陡峭的掌子面，基巖裸露，原有植被遭到破壞。區(qū)內(nèi)微地貌主要表現(xiàn)為掌子面、開采臺(tái)階、平臺(tái)、殘山、渣堆、浮渣為主。

1.2 地質(zhì)情況

（1）地質(zhì)構(gòu)造。本區(qū)處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（I2）之山西斷?。á?3）內(nèi)五臺(tái)臺(tái)拱（Ⅲ29）與太行拱斷束（Ⅲ211）交接地帶，四級(jí)構(gòu)造單元為贊皇穹斷束（Ⅳ232）北部，北部緊鄰阜平穹褶束（Ⅳ231），構(gòu)造方向呈NNE-SSW 向。項(xiàng)目區(qū)位于井陘盆地的北東邊緣，紫荊關(guān)-靈山深斷裂東側(cè)，屬紫荊關(guān)-靈山深斷裂NE 向構(gòu)造帶，地層為一套單一斜層，主體傾向南東，傾角一般在20°以下，局部近于水平。（2）地震。據(jù)地震歷史資料分析，項(xiàng)目區(qū)附近未發(fā)生過6 級(jí)以上地震，項(xiàng)目區(qū)全新世以來斷裂活動(dòng)微弱，歷史上無破壞性地震記錄，區(qū)域地震對本區(qū)影響較小，屬地殼相對穩(wěn)定區(qū)。（3）水文地質(zhì)條件。本區(qū)屬地下水補(bǔ)給區(qū)，主要接受大氣降水補(bǔ)給，地下水類型主要為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。裂隙巖溶水含水層主要為寒武系灰?guī)r，其富水性主要受構(gòu)造及巖組控制，項(xiàng)目區(qū)寒武系中統(tǒng)和上統(tǒng)灰?guī)r節(jié)理和裂隙不發(fā)育，一般水位埋深大，水質(zhì)好，富水性極不均勻，項(xiàng)目區(qū)為弱富水帶，單位涌水量小于5 m3/h·m，由于地形較陡，大氣降水滲入后迅速向下游徑流排泄。（4）地層巖性。北山項(xiàng)目區(qū)出露地層主要為古生界寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z4），寒武系上統(tǒng)崮山組（∈3g）、長山組（∈3c）、鳳山組（∈3f）和新生界第四系（Q4）等。

2 勘查目的和任務(wù)

2.1 勘查目的

（1）查明項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境（掌子面、渣堆和平臺(tái)）現(xiàn)狀，分析對項(xiàng)目區(qū)及周邊地質(zhì)環(huán)境的影響；（2）查明項(xiàng)目區(qū)存在的主要環(huán)境地質(zhì)問題，分析其危害及發(fā)展趨勢，并制定防治工程方案；（3）查明項(xiàng)目區(qū)擬建工程部位工程地質(zhì)條件，并提出工程地質(zhì)參數(shù)，為施工圖設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.2 勘查主要任務(wù)

（1）收集與項(xiàng)目有關(guān)的氣象水文、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)等資料，掌握項(xiàng)目區(qū)自然地理及區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件；（2）通過地形測量、地面調(diào)查查明項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題及危害，并對發(fā)展趨勢做出評(píng)價(jià)；查明渣堆等分布的位置、規(guī)模、幾何尺寸以及對地表植被、土地資源、地貌景觀占?jí)浩茐某潭燃安环€(wěn)定邊坡等可能形成的次生地質(zhì)災(zāi)害，并評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性；（3）通過地面測繪、現(xiàn)場勘查等，查明項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的地層巖性，擬建工程部位的工程地質(zhì)條件；（4）調(diào)查項(xiàng)目區(qū)的水電、原材料供應(yīng)、施工道路、作業(yè)場地、工程占地等施工條件；（5）在綜合分析研究的基礎(chǔ)上，編制勘查報(bào)告，提出適宜該項(xiàng)目的治理工程方案。

3 勘查手段

勘查主要以地形測繪、地質(zhì)測量、槽探工程為主；野外工作嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求、規(guī)范，并嚴(yán)格遵守三級(jí)質(zhì)量控制制度，完成該項(xiàng)任務(wù)。

3.1 地形測繪

嚴(yán)格執(zhí)行《工程測量規(guī)范》，采用全站儀、GPS-RTK技術(shù)采集數(shù)據(jù)，利用南方CASS7.0 測量軟件成圖。主要工作內(nèi)容有控制測量、地形圖修測、剖面測量。

3.2 地質(zhì)測量

開展測繪工作前編寫了野外地質(zhì)測繪實(shí)施方案，制定了相關(guān)表格和技術(shù)要求，布置觀測路線和觀測點(diǎn)，詳細(xì)調(diào)查掌子面、渣堆、平臺(tái)，準(zhǔn)確定名巖土，保證資料的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

3.3 槽探工程

主要目的為揭露渣堆厚度、地層巖性及成分。探槽開挖過程中由技術(shù)員負(fù)責(zé)質(zhì)量控制，編錄以及取樣等工作。每一勘探點(diǎn)由技術(shù)負(fù)責(zé)逐一進(jìn)行現(xiàn)場核實(shí)驗(yàn)收，對原始資料及時(shí)整理，并編制展示圖。

4 勘查結(jié)論

4.1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及危害

北山項(xiàng)目區(qū)內(nèi)不合理的礦山活動(dòng)形成的掌子面、平臺(tái)、渣坡、渣堆等對區(qū)域內(nèi)的地貌景觀、地表植被造成不可逆轉(zhuǎn)的毀壞；大面積的基巖、礦渣裸露，僅靠自然恢復(fù)，短時(shí)間內(nèi)很難消除礦山活動(dòng)引起的地質(zhì)環(huán)境問題。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境的問題及其發(fā)展趨勢

北山項(xiàng)目區(qū)內(nèi)礦山環(huán)境問題為礦業(yè)活動(dòng)造成的地貌景觀和地表植被破壞，大量的棄渣堆積造成了粉塵污染和水土流失，并且存在潛在的不穩(wěn)定邊坡等隱患。這些地質(zhì)環(huán)境問題對生態(tài)環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

4.2.1 破壞地貌景觀

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)形成的掌子面、渣堆、平臺(tái)嚴(yán)重破壞了原有的植被，很難自然恢復(fù)，與周邊環(huán)境極其不協(xié)調(diào)。渣堆結(jié)構(gòu)松散，水土流失嚴(yán)重，遇到大風(fēng)天氣，造成粉塵污染等。這些現(xiàn)象嚴(yán)重危害周邊生態(tài)地質(zhì)環(huán)境，使生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

4.2.2 水土流失

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)渣堆結(jié)構(gòu)松散，主要為廢料渣塊石、粉末等，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的地形地貌、原有地表植被破壞嚴(yán)重，加劇了項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的水土流失。

4.2.3 不穩(wěn)定斜坡

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的渣堆邊坡在長期風(fēng)化、重力作用及雨水沖刷下，發(fā)生垮塌。若渣堆遇到暴雨情況，可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害。不進(jìn)行人為治理，這些次生災(zāi)害隱患將無法消除，可能會(huì)威脅到周邊居民的生產(chǎn)生活。

4.3 工程地質(zhì)參數(shù)建議

主要針對擬建擋墻等具體工程部位進(jìn)行工程地質(zhì)條件勘查。揭露了擬建工程部位地層巖性，結(jié)合《工程地質(zhì)手冊》選取物理力學(xué)參數(shù)，確定防治工程設(shè)計(jì)參數(shù)特征值，滿足勘查要求及施工圖設(shè)計(jì)需要。

5 礦山地質(zhì)環(huán)境治理

5.1 防治目標(biāo)

通過對項(xiàng)目區(qū)治理，最終達(dá)到以下目標(biāo)：（1）改善生態(tài)破壞、重造地貌景觀破壞、消除次生地質(zhì)災(zāi)害、減輕粉塵污染等問題；（2）通過對項(xiàng)目區(qū)治理，達(dá)到喬灌草相間的立體綠化模式。

5.2 防治原則

通過生物與工程措施相結(jié)合原則，生物綠化為主，輔以適量的工程措施，保證生物綠化順利實(shí)施、效果明顯。

5.3 防治方案

北山項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，現(xiàn)狀下存在掌子面1 處（編號(hào)B1）、開采臺(tái)階5 處（編號(hào)BT1-BT5）、殘山2 處（編號(hào)BCS1-BCS2）、渣堆1 處（編號(hào)BZ1）、采礦平臺(tái)2 個(gè)、采坑1 處、開采臺(tái)階上約12 724 m3的浮石浮渣及掌子面上5 處危石。

掌子面整體穩(wěn)定性分析：礦山開采剝離后，出露巖性主要為白云巖、灰?guī)r以及泥巖灰?guī)r夾層。巖層產(chǎn)狀270～305°∠9～18°，節(jié)理裂隙發(fā)育，表層巖體風(fēng)較嚴(yán)重，巖石較破碎，分布多處危巖塊石。根據(jù)現(xiàn)場測量主要發(fā)育兩組裂隙：裂隙1 為構(gòu)造裂隙，產(chǎn)狀90～110°∠65～73°，由于風(fēng)化和重力作用，表層局部裂隙變形較大；裂隙2為層理裂隙，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致，270～305°∠9～18°。該斜坡呈半環(huán)形形狀，選取西北側(cè)典型坡面和裂隙產(chǎn)狀的平均值，進(jìn)行赤平投影分析（圖1）。裂隙面交點(diǎn)a位于坡面以內(nèi)，判斷結(jié)果穩(wěn)定。

圖1 掌子面整體穩(wěn)定赤平投影分析圖

開采臺(tái)階均位于掌子面坡面上，共分部臺(tái)階5 處（BIT1～BIT5），均為礦山開采形成。開采臺(tái)階總長度1 631.8 m，平均寬度在11～23 m；開采臺(tái)階向坡面方向傾斜，坡度均小于10°，總面積23 425 m2；臺(tái)階分布浮渣共計(jì)2 980 m3。開采臺(tái)階基本特征見表1。

表1 開采臺(tái)階特征一覽表

總體治理方案為“開采臺(tái)階覆土綠化+浮石浮渣整治+清除殘山及危巖+渣堆整治及綠化”。

5.3.1 開采臺(tái)階覆土綠化

整個(gè)掌子面難以進(jìn)行綠化，通過開采臺(tái)階覆土，臺(tái)階外側(cè)種植側(cè)柏一排，內(nèi)側(cè)種植紫穗槐或火炬樹等多樹種增加改善掌子面整體地貌景觀，各樹種呈帶狀種植。臺(tái)階外側(cè)邊緣和內(nèi)側(cè)斜坡坡腳部位種植爬山虎，通過爬山虎藤的向上攀沿和向下垂吊來遮蓋掌子面，達(dá)到綠化效果。為了保證開采臺(tái)階覆土后不被雨水沖刷侵蝕攜帶走，在開采臺(tái)階外側(cè)修建石坎，每隔20～30 m修建橫向石坎，來穩(wěn)固覆土，避免縱向及橫向土體受到雨水、水流的沖刷。樹中間撒種草籽，減少覆土被沖刷、水土流失，并增加綠化效果。

側(cè)柏，株行距為1.0 m×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，側(cè)柏株高1.5～2.0 m，地徑3 m～5 cm。

紫穗槐，株行距為1.0 m×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，紫穗槐為3 年生，地徑2 cm，高1.5 m。

火炬樹，株行距為1.0×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，火炬樹為3 年生，地徑2 cm，高1.5 m。

平臺(tái)與陡壁交界的底界種植爬山虎，爬山虎株距0.3 m，覆土區(qū)域撒播草籽，撒播密度30 g/m3。

5.3.2 浮石浮渣整治

對開采臺(tái)階浮石浮渣進(jìn)行清理，填埋臺(tái)階低洼處，或平整平鋪于臺(tái)面之上，使厚度不高于基巖面20 cm，然后才能在臺(tái)階上進(jìn)行覆土綠化，浮渣清理整理方量為2 980 m3。

5.3.3 清除殘山及危巖

殘山清除。對殘山BCS1 的下部進(jìn)行部分清除，修整成臺(tái)階，進(jìn)行覆土綠化，清除殘山BCS1 長33 m，寬10 m，高9 m，體積為2 970 m3。對殘山BCS2 的上部進(jìn)行部分清除，修整成臺(tái)階，進(jìn)行覆土綠化，清除殘山長32 m，寬8 m，高7 m，體積為1 792 m3。殘山覆土綠化工作量劃歸為開采臺(tái)階綠化工程。

清除危巖。對項(xiàng)目區(qū)內(nèi)5 處危巖全部清除，做到一次性消除災(zāi)害，清理方量598 m3。

5.3.4 渣堆、平臺(tái)整治及綠化

北山項(xiàng)目區(qū)共分布有1 處渣堆，治渣整治量為2800 m3，開挖回填不平衡時(shí)，回填渣堆南部平臺(tái)BP2區(qū)域。坡面整治坡度1∶2 放坡，覆土綠化，帶狀種植側(cè)柏，紫穗槐。坡面采用穴狀種側(cè)柏與紫穗槐，內(nèi)側(cè)坡腳種植爬山虎。種植規(guī)格、間距要求同開采臺(tái)階綠化。渣堆坡腳修建擋墻共布置擋墻1 道，編號(hào)為2#擋墻。

將渣堆BZ1 多余不能平衡的礦渣回填到此處，回填厚度約0.70 m，然后進(jìn)行覆土綠化，種植毛白楊、側(cè)柏和爬山虎，樹間撒種草籽。白楊樹種植株行距為1.5 m×2.0 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，毛白楊株高6.0 m，主干高3.0 m，地徑4～6 cm，冠幅2.5～3.0 m。其他種植規(guī)格、間距要求同開采臺(tái)階綠化。以達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境的目的。

6 社會(huì)效益分析

治理工程實(shí)施后，其社會(huì)、環(huán)保效益體現(xiàn)如下。社會(huì)效應(yīng)，保證在工程治理后不再形成災(zāi)害。在保證社會(huì)穩(wěn)定、建設(shè)和諧社會(huì)等方面起著重要作用；環(huán)境效應(yīng)，減少水土流失、改善景觀、保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境等。

治理和綠化工程建成后，能有效保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)、公共設(shè)施的安全，對社會(huì)的安定團(tuán)結(jié)有著重要意義，其社會(huì)影響極為深遠(yuǎn)。治理效果圖如圖2 所示。

圖2 北山項(xiàng)目區(qū)治理效果圖

總之，對北山項(xiàng)目區(qū)礦山治理是必要的、技術(shù)可行的。其治理工程措施，對環(huán)境影響效果顯著。促進(jìn)地方的社會(huì)穩(wěn)定，加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于當(dāng)?shù)芈糜钨Y源的開發(fā)建設(shè)。