宿州市某廢棄石料廠地質(zhì)災(zāi)害治理及山體復(fù)綠方案設(shè)計(jì)

張 偉 高 山

（安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)）

宿州市某廢棄石料廠（大溝西村西850 m）位于宿州市埇橋區(qū)曹村鎮(zhèn)西南約5.5 km處，為露天開采礦山，開采礦種為泥質(zhì)白云巖，2004 年12 月建礦，于2007 年12 月關(guān)閉。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，治理區(qū)因開采形成2個(gè)宕口，挖損區(qū)面積約為0.48 hm2，最大邊坡高度約為19 m，最大坡度約80°。治理區(qū)存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患，且對地形地貌景觀、土地資源影響嚴(yán)重。因此，有必要對該廢棄石料廠的地質(zhì)災(zāi)害治理措施進(jìn)行研究。

1 地質(zhì)環(huán)境背景條件

1.1 地形地貌條件

治理區(qū)位于皖北低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢起伏較大，海拔為66.0～139.0 m，整體呈西北高東南低。山體自然坡度為15°～25°。微地貌類型為溶蝕、剝蝕低丘，標(biāo)高為66.50～106.20 m［1］。山丘長期受剝蝕作用，植被稀疏，局部為光山禿丘。受人工露天開采影響，治理區(qū)現(xiàn)已形成2 個(gè)長條形采礦宕口，南北長約為240 m，寬為5～55 m，面積約0.48 hm2，采場邊坡高度為2～19 m，局部邊坡近乎直立。

1.2 地層及構(gòu)造條件

治理區(qū)地層屬華北地層大區(qū)、晉冀魯豫地層區(qū)、徐淮地層分區(qū)、淮北地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)出露地層主要為青白口系倪園組（Qnn），主要巖性為泥質(zhì)白云巖、含燧石結(jié)核白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，厚288.18～576.57 m［2］。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為閃長玢巖脈。

治理區(qū)位于秦嶺構(gòu)造帶東延北分支部分，魯南隆起南緣，處在徐宿弧形構(gòu)造帶中。區(qū)內(nèi)褶皺較發(fā)育，多為NNE 向，規(guī)模均較大，多與徐宿弧形構(gòu)造的分布保持一致。治理區(qū)內(nèi)無斷裂分布，只在治理區(qū)西側(cè)約400 m 處有1 處NNE 向正斷層，傾向E，傾角40°，對治理區(qū)影響小，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

1.3 水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件

治理區(qū)及周邊地表水系不發(fā)育，在治理區(qū)南側(cè)約20 m 外有一斷頭小水溝，寬為1～2 m，深約0.5 m，調(diào)查時(shí)水溝干枯。地下水含水層可劃分為碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組和巖漿巖類裂隙含水巖組兩種類型，主要接收大氣降水補(bǔ)給，蒸發(fā)、側(cè)向徑流是其主要排泄途徑，徑流方向主要為西北向東南［3］。

根據(jù)巖（礦）石成因、巖性、巖石組合，物理力學(xué)性質(zhì)，治理區(qū)工程地質(zhì)巖組劃分如下：

（1）較軟—較堅(jiān)硬薄層狀碳酸鹽巖巖組主要分布于治理區(qū)西、北部，巖性主要為青白口系倪園組（Qnn）的泥質(zhì)白云巖，巖溶較不發(fā)育。據(jù)本次巖樣測試結(jié)果：天然密度為2.57～2.60 g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度為15.8～24.4 MPa，屬較軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

（2）較堅(jiān)硬塊狀花崗巖巖組主要分布于治理區(qū)東部，巖性為閃長玢巖，為燕山期侵入巖，巖石單軸抗壓強(qiáng)度一般大于50 MPa。治理區(qū)內(nèi)閃長玢巖均已風(fēng)化為砂土狀，厚度大于5.0 m。

2 廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境問題

治理區(qū)采礦活動(dòng)現(xiàn)已停止，由于采礦企業(yè)沒有按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行科學(xué)開采，大部分開采宕口邊坡坡度在40°～85°，局部近乎直立，且?guī)r體破碎，存在邊坡巖體失穩(wěn)現(xiàn)象。礦山開采底盤面坑坑洼洼，高低不平。根據(jù)調(diào)查，治理區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境問題集中體現(xiàn)在礦山地質(zhì)災(zāi)害、地貌景觀破壞以及土地資源損毀3個(gè)方面。

2.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害

2.1.1 邊坡穩(wěn)定性分析

治理區(qū)內(nèi)邊坡主要分為4 段：BP1、BP2 巖性為泥質(zhì)白云巖，其中BP1 為順向坡，BP2 為斜交坡，層面產(chǎn)狀90°∠44°，最大坡高為19 m，邊坡巖性軟弱，風(fēng)化強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，工程地質(zhì)條件較差；邊坡BP3巖性為閃長玢巖，最大坡高為14 m，巖體為全強(qiáng)風(fēng)化，呈砂土狀，現(xiàn)狀邊坡較穩(wěn)定；邊坡BP4巖性為泥質(zhì)白云巖，層面產(chǎn)狀90°∠27°，最大坡高為5 m，邊坡巖性軟弱，風(fēng)化強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，為順向坡，但坡度較緩。治理區(qū)邊坡穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果見表1。

2.1.2 現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查治理區(qū)內(nèi)2 處地質(zhì)災(zāi)害（BT1 及BT2）均為泥質(zhì)白云巖邊坡頂部危巖體引發(fā)的崩塌地質(zhì)災(zāi)害（表2）。坡頂危巖體在降水及自重影響下沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移式崩塌，崩塌危巖體沿坡面滾動(dòng)堆積于坡腳。方量均小于5 m3，未造成直接經(jīng)濟(jì)損失。

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2.2 地貌景觀破壞

礦區(qū)范圍內(nèi)植被以喬木、灌木為主，間有草本植物，生態(tài)系統(tǒng)較簡單。礦山露天采場破壞該區(qū)原有植被，植被的破壞使得部分區(qū)域變?yōu)槁懵稜顟B(tài)，植被破壞嚴(yán)重，治理區(qū)現(xiàn)狀地形地貌景觀破壞嚴(yán)重。

2.3 土地資源損毀

治理區(qū)內(nèi)宕口底盤較平整，南部宕口堆渣（DZ1）面積約988 m2，大部分區(qū)域厚度小于0.5 m，局部厚度約為1.0 m；北部宕口堆渣（DZ2）面積約為664 m2，厚度為0.5～1.0 m。另坡腳處有局部堆填堆渣，厚度為0.5～1.0 m?，F(xiàn)狀治理區(qū)內(nèi)土地壓占損毀較輕。

治理區(qū)土地資源遭受采礦活動(dòng)影響，原有表土資源流失，形成裸露巖質(zhì)地面，植被生長環(huán)境趨向惡劣，水土流失加劇，土地資源遭受嚴(yán)重破壞。

3 地質(zhì)災(zāi)害治理及復(fù)綠工程方案設(shè)計(jì)

根據(jù)治理區(qū)的地質(zhì)特征、開采狀況及地質(zhì)環(huán)境影評估結(jié)果，確定地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與綜合治理基本思路為消除災(zāi)害、恢復(fù)林地、生態(tài)復(fù)綠。通過危巖清理、覆土整平、植樹復(fù)綠等工程手段（圖1），消除礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患，恢復(fù)、改造礦山生態(tài)環(huán)境，達(dá)到土地綜合利用的目的［4-6］。

3.1 邊坡治理工程

治理區(qū)現(xiàn)狀邊坡坡頂線凹凸不平，多呈折線狀，坡體節(jié)理發(fā)育，巖體被切割呈塊度大小不等（1.0～5.5 m）的塊狀。邊坡坡體陡峭，局部近直立。在邊坡整體穩(wěn)定性較好的前提下，危巖清理能較好地解決坡面的危石、危巖和松動(dòng)層等危險(xiǎn)因素，且不新增破壞面積，符合設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)對采坑邊坡進(jìn)行系統(tǒng)的危巖清理，BP1、BP2、BP4 邊坡將中上部的危巖體進(jìn)行清理；BP3 現(xiàn)狀邊坡較穩(wěn)定，該邊坡維持現(xiàn)狀。以消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，為后期景觀設(shè)計(jì)提供場地條件。危巖清理自上而下進(jìn)行，設(shè)計(jì)邊坡BP1、BP2 采用機(jī)械清理和人工清理相結(jié)合的方式，危巖清理產(chǎn)生的土石方用于回填宕口DP1；設(shè)計(jì)邊坡BP4采用人工清理方式，危巖清理產(chǎn)生的土石方用于回填宕口DP1。

3.2 回填覆土工程

治理區(qū)宕口底盤為堆渣壓占，高低不平，設(shè)計(jì)通過回填、覆土、整平將宕口底盤治理復(fù)墾為有林地。DP1：東北大部分區(qū)域回填整平標(biāo)高為72.0 m，西南角回填整平標(biāo)高為72.0～74.0 m，并于周邊地形自然銜接，地面整體坡度不得大于15°。DP2：維持現(xiàn)狀。

3.3 截、排水工程

為防止降水沖刷坡面，降低邊坡穩(wěn)定性，影響坡率復(fù)綠效果，設(shè)計(jì)于BP1、BP2 及BP4 坡頂設(shè)截水溝，截水溝通過急流槽接入消能池，宕口底盤設(shè)排水溝，排水溝接入沉淀池后，通過涵管排入現(xiàn)有水溝中。

截、排水溝采用C20 預(yù)制混凝土明溝形式，壁厚為12 cm，截水溝溝底鋪設(shè)1.00 m 寬，0.2 m 厚的C15素混凝土墊層。水溝粗糙率n為0.020。

急流槽采用M7.5 漿砌片石砌筑，口寬0.4 m、底寬0.4 m、深0.4 m、壁厚0.3 m。槽底每隔1.5 m 設(shè)長1.0 m、寬0.5 m、高0.5 m 凸隼。溝內(nèi)每隔0.5 m 設(shè)長0.4 m、寬0.15 m、高0.15 m 消能坎。凸隼及消能坎均用M7.5 漿砌片石砌筑。槽頂用M10 水泥砂漿抹平，抹平厚度2 cm。

為銜接治理區(qū)內(nèi)水系與周邊水系的關(guān)系，設(shè)計(jì)于治理區(qū)東南角接入外部水系前設(shè)置沉淀池，沉淀池尺寸為2.0 m×2.0 m×2.0 m（長×寬×深），在底高0.5 m 處設(shè)置寬50 cm 的平臺(tái)，采用M10 漿砌片石砌筑，砌筑厚度為0.3 m。頂部采用M10 砂漿抹平。沉淀池出口處設(shè)置鐵絲網(wǎng)。

3.4 復(fù)綠工程

根據(jù)《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（TD/T 1036—2013）可知，治理區(qū)屬于黃淮海平原區(qū)，有效土層厚度≥30 cm，設(shè)計(jì)復(fù)墾土層厚度不小于0.8 m，其中表土為外購耕植土厚度為0.3 m，底土厚度為0.5 m 可采用外購黏性土回填。底土下可回填邊砂巖含水層。

（2）根據(jù)太原組L4 灰含水層、7#煤層頂板砂巖含水層和下石盒子組底界砂巖含水層離子濃度范圍，繪制了基于Piper圖的離子庫分區(qū)圖。

（3）對比分析了徐莊礦7331 工作面突水過程離子在離子庫分區(qū)中的位置變化，認(rèn)為其突水過程存在水源的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，利用離子守恒原理對轉(zhuǎn)化中的混合水源進(jìn)行了定量計(jì)算，其中7#煤層頂板砂巖水占比達(dá)26.96%，上石盒子砂巖水占比為73.04%。

（4）結(jié)合突水過程與回采過程對突水水源的判別結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)。認(rèn)為工作面推進(jìn)至480 m 時(shí)，突水量減小并穩(wěn)定在40 m3/h，此時(shí)突水水源中7#煤層頂板砂巖水量為8～10 m3/h，占比為20%～25%，上石盒子砂巖水量為30～35 m3/h，占比為75%～80%，實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果與離子守恒判別結(jié)果基本一致。