永興石英石礦山地質(zhì)環(huán)境治理

劉忠元 薛 雷 管秀娟 寧 睿

（1.山東乾舜礦冶科技股份有限公司；2.廣德市應(yīng)急管理局；3.昌樂縣政務(wù)服務(wù)中心；4.廣德市安鑫建材有限公司）

推動廢棄礦山地質(zhì)災(zāi)害治理與生態(tài)修復(fù)工作，是深入貫徹國家礦業(yè)領(lǐng)域生態(tài)文明方針政策的重要體現(xiàn)，是礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展的必然選擇［1-2］。多年來，我國在大量礦山地質(zhì)災(zāi)害治理實踐過程中，積累了寶貴的廢棄礦山隱患消除和生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗［3-4］。

永興石英石礦是一個關(guān)閉多年且原礦權(quán)已滅失的廢棄露天礦山，位于皖、蘇兩省交界處的廣德市新杭鎮(zhèn)，在廣德市城北東29°方向約27 km 處，東南距湖州市65 km。礦山開采后形成了一個不規(guī)則的露采宕口，破壞了原有山體的穩(wěn)定性，在每年汛期連續(xù)降雨或強降雨作用下多次發(fā)生規(guī)模不等的邊坡失穩(wěn)垮塌地質(zhì)災(zāi)害，對周邊環(huán)境安全構(gòu)成較大威脅。為此，亟待開展廢棄礦山地質(zhì)災(zāi)害治理及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作。

1 礦山治理區(qū)現(xiàn)狀

礦山地質(zhì)災(zāi)害治理區(qū)位于沿江丘陵平原區(qū)的高丘區(qū)，總體呈現(xiàn)北高南低的特點，東西最大長度約253 m、南北最大寬度約200 m，面積約4.14 萬m2。治理范圍為以現(xiàn)狀高陡邊坡為主體，北側(cè)、東側(cè)、西側(cè)分別外延20～90 m 至露采坑底、礦山道路（含施工便道）；治理工程區(qū)標(biāo)高為+118.54～+215.88 m，最高點位于治理工程區(qū)北側(cè)的丘頂處，最低點位于東南側(cè)礦山道路，相對高差約97 m；原始地形坡度一般為10°～20°。

礦山開采形成了一個露采宕口，東西最大長度約200 m、南北最大寬度約110 m，宕口面積約11 730 m2。露采宕口邊坡坡頂標(biāo)高為+197.19 m，坑底最低標(biāo)高為+136.66 m，高差約60 m，且基本是一坡到底的一面坡，邊坡角為65°～80°，局部呈陡立狀；高陡邊坡范圍內(nèi)原生植被已被破壞，外圍植被覆蓋率好，多為灌木林地。在采坑底部的邊坡崩塌堆積體的平面投影面積約4 190 m2，分布標(biāo)高為+137.86～+181.56 m，最大高度達43.7 m，邊坡角為25°～40°，堆積量約6.50萬m3（圖1）。存在的主要問題總結(jié)如下。

（1）露天宕口邊坡較陡、穩(wěn)定性差，邊坡坡向與地層產(chǎn)狀基本一致，裂隙較發(fā)育且?guī)r石含軟弱夾層（粉砂巖），坡面零星分布危巖體，多次發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，同時，堆積于采坑底部的滑坡體在雨季時易于發(fā)生泥石流災(zāi)害，存在較大安全隱患。

（2）礦山開采改變了原有的地形條件，形成大面積的露天宕口，造成原生植被破壞、巖體裸露地表，生態(tài)環(huán)境破壞問題突出，與周邊自然景觀不協(xié)調(diào)。

2 治理區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡地質(zhì)概況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，治理工程區(qū)地層產(chǎn)狀為120°∠22°，共發(fā)育2 組裂隙：①組產(chǎn)狀 201°∠65°，②組產(chǎn)狀28°∠70°，間距2～3 m，多呈閉合狀，裂隙率為2～5條/m3。高陡邊坡裂隙局部發(fā)育段且?guī)r石含軟弱夾層，存在遭受崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險性。

針對邊坡和結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，這里利用赤平投影圖對最終邊坡與結(jié)構(gòu)面的空間組合關(guān)系進行評價，并據(jù)此分析最終邊坡的穩(wěn)定性。

北側(cè)高陡邊坡主要坡向為100°～130°，邊坡類型為順向坡。根據(jù)赤平投影法分析判斷，地層與2組裂隙相互組合，交棱線傾向均與坡面同向，且傾角均小于坡角。因此，北側(cè)高陡邊坡穩(wěn)定性差。在連續(xù)強降雨（暴雨）、長期風(fēng)化、震動及重力等因素的作用下，易沿裂隙面產(chǎn)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，易沿巖石軟弱結(jié)構(gòu)面（粉砂巖夾層）產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)邊坡的高度、長度、坡度及裂隙的發(fā)育程度，預(yù)測崩塌、滑坡規(guī)模小于10 000 m3，危險性等級為中等。

西側(cè)高陡邊坡主要坡向為20°～30°，邊坡類型為反向坡、斜向坡。邊坡產(chǎn)狀、①組裂隙、②組裂隙相互組合交棱線傾向均與坡面反向或斜向，西側(cè)高陡邊坡現(xiàn)狀條件下基本穩(wěn)定。但在多種外在因素的作用下，仍然存在沿裂隙面、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性。預(yù)測崩塌、滑坡規(guī)模小于5 000 m3，危險性等級為中等。

2.2 邊坡穩(wěn)定性計算

2.2.1 計算方案及參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場踏勘分析可知，邊坡上部風(fēng)化影響嚴(yán)重，原巖層面節(jié)理較發(fā)育，而且?guī)r土界面強度低。經(jīng)分析，該邊坡為小型邊坡，可能破壞模式主要為簡單平面破壞。簡單平面破壞模式為直線或頂部局部小開裂的折線滑塌。

根據(jù)邊坡的特征和組合情況，計算中主要考慮以下2 種工況條件下的各剖面的穩(wěn)定性，分別為自重+天然狀態(tài)（工況Ⅰ）、自重+暴雨（工況Ⅱ）。巖體計算參數(shù)見表1。

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2.2.2 計算結(jié)果

根據(jù)《坡面防護工程設(shè)計規(guī)范》（T/CAGHP 027—2018）、《崩塌防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219—2016），露采邊坡處于一般集鎮(zhèn)的小型礦山，距離周圍民房較遠，因此，確定邊坡防治工程等級為三級；按照三級邊坡穩(wěn)定性要求，穩(wěn)定性系數(shù)需滿足1.10。根據(jù)邊坡分布特征，選取了2 個代表性剖面（圖1 中：A—A′線、B—B′線）進行邊坡穩(wěn)定性計算（圖2）。

通過計算，得到A—A′線目前狀態(tài)下（工況Ⅰ）的穩(wěn)定性系數(shù)為1.026；但是由于坡體受雨水的影響相對較大，暴雨狀態(tài)下穩(wěn)定性將迅速下降，計算工況Ⅱ時的穩(wěn)定性系數(shù)為0.913。B—B′線斷面目前狀態(tài)下（工況Ⅰ）的穩(wěn)定性系數(shù)為1.015，工況Ⅱ時的穩(wěn)定性系數(shù)為0.897。

由此可知，A—A′、B—B′線露采邊坡的安全系數(shù)小于允許安全系數(shù)1.10，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在產(chǎn)生邊坡滑坡失穩(wěn)的風(fēng)險，遇突發(fā)因素（工況Ⅱ）時將加大邊坡失穩(wěn)的概率；以往發(fā)生的多次垮塌事件也證實了這一點，因此需要采取可靠的邊坡治理措施消除安全隱患，提高邊坡的穩(wěn)定性。穩(wěn)定狀態(tài)。

3 綜合治理方案及實施效果

3.1 治理原則

（2）因地制宜、技術(shù)可行的原則。在充分保護現(xiàn)有山體植被的前提下，充分利用現(xiàn)有地形條件，采用適合邊坡巖、土特點的技術(shù)方法對邊坡進行恢復(fù)治理工程，避免對現(xiàn)有環(huán)境產(chǎn)生破壞。

（3）社會效益和生態(tài)效益相統(tǒng)一的原則。結(jié)合治理工程區(qū)的地理位置，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理與周邊環(huán)境相融合，形成一個有機的整體。

（4）礦山生態(tài)環(huán)境復(fù)原的原則。通過方案的實施，有效控制治理工程區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，防止水土流失，改善邊坡平臺和坡面生態(tài)植被環(huán)境。

根據(jù)永興石英石礦地質(zhì)環(huán)境治理提出的總體目標(biāo)，綜合考慮礦區(qū)的具體情況、地質(zhì)條件以及項目實施的可行性等方面因素，提出綜合治理遵循的原則如下［5-6］。

（1）邊坡穩(wěn)定、安全優(yōu)先的原則。通過危巖清理、邊坡修復(fù)工程的實施，達到減載的目的，消除潛在的崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患，使治理工程區(qū)的邊坡達到

3.2 分區(qū)治理方案

治理工程區(qū)劃分為3個分區(qū)，分別為高陡邊坡分臺階削坡、客土噴播治理分區(qū)（Ⅰ），崩塌體清理、坡腳回填反壓、坑底覆土、復(fù)綠治理分區(qū)（Ⅱ），辦公區(qū)、礦山道路（含施工便道）及自然復(fù)綠保留區(qū)治理分區(qū)（Ⅲ）（表2）。3 個分區(qū)的治理面積分別為1.41，0.84和1.89萬m2。

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對于削坡工程，采用挖掘機、推土機等機械設(shè)備對采場邊坡進行整治?？傮w原則是先清除邊坡坡面分布的危巖體，消除由于不穩(wěn)定巖塊（體）可能引起崩落、滾落等地質(zhì)災(zāi)害。在保證按設(shè)計要求的坡頂線及坡度的基礎(chǔ)上盡量減少土石方的開挖。根據(jù)高陡邊坡分臺階削坡方案形成+155，+165，+175，+185，+195，+205 m 共計 6 個邊坡平臺。土石方的開挖順序為從上至下進行，形成坡度后結(jié)合人工清除坡面凹凸不平的土石層，坡面盡量平整。現(xiàn)場實施過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制設(shè)計標(biāo)高和坡度，盡量避免對周邊原始地貌、植被的影響和破壞。

對于采場坡面，在保證平臺穩(wěn)定、安全的前提下，采用掛網(wǎng)客土噴播方案對削坡形成的邊坡坡面和平臺進行復(fù)綠，按照坡面清理→鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)→客土噴播→養(yǎng)護管理的順序施工。

對于采坑底部，采用喬、灌、草多層配置結(jié)合復(fù)綠方案，進行多植被間種、套種、混種；坑底復(fù)綠工藝流程為拓坑→耕植土回填→植被綠化；覆土應(yīng)為有利于植物生長的耕植土，回填均要求碾壓密實；覆土pH 值為5.5～8.5，含鹽量不大于0.3%，覆土沉實厚度不小于0.3 m。

3.3 治理效果

永興石英石礦采用分區(qū)治理方案后，消除了礦山以往開采造成的地質(zhì)災(zāi)害隱患，修復(fù)了礦山開采破壞的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)地表植被的復(fù)墾復(fù)綠，生態(tài)環(huán)境效益明顯。治理前后對比見圖3。

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)永興石英石礦現(xiàn)狀特點，分析提出主要存在露天宕口邊坡安全和生態(tài)環(huán)境破壞2 個方面的問題，為現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害治理指明了方向。

（2）從礦山邊坡安全和生態(tài)修復(fù)2個角度提出了綜合治理原則和分區(qū)治理方案，經(jīng)現(xiàn)場實施消除了邊坡安全隱患，修復(fù)了礦山開采破壞的自然環(huán)境，取得顯著的生態(tài)效益，對類似礦山地質(zhì)環(huán)境治理具有一定指導(dǎo)借鑒作用。