修武縣旅游專線廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及治理措施研究

高歡，孟飛，黃繼超，吳威男

1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院

一、研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南省修武縣洼村與當(dāng)陽(yáng)峪村之間，緊鄰云臺(tái)山世界地質(zhì)公園。地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°14′30″-113 ° 22′06″，北緯35°16′24″-35°22′42″，總面積29.42hm2，合441.3畝。隸屬于修武縣西村鄉(xiāng)。研究區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，夏熱多雨，冬冷少雪，春季干燥多風(fēng)，秋季清涼干爽。年平均氣溫為14.5℃，年平均降水量為563.7mm。區(qū)內(nèi)無(wú)地表水體，但是在暴雨條件下較易形成沖溝發(fā)育導(dǎo)致洪澇災(zāi)害，平時(shí)干枯。

二、地質(zhì)條件

（一）地形地貌

研究區(qū)位于太行山南麓構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)，總體地勢(shì)北高南低。山體呈渾圓狀，山脊線圓滑，山坡較為平緩。受采礦活動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)廢棄采礦邊坡較陡，高度約20-90m，坡角為70o-85o，區(qū)內(nèi)溝谷較深，巖石裸露，植被覆蓋率低。

（二）地層巖性

研究區(qū)內(nèi)主要出露奧陶系上馬家溝組厚層沉積狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等，主要在山坡上帶狀出露。下部為薄層狀砂礫巖、含礫白云巖及黃色鈣質(zhì)頁(yè)巖，底部為灰黃色泥灰?guī)r，中部為灰黑色角礫狀灰?guī)r、巨厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r；上部為巨厚——厚層狀灰?guī)r夾薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)白云巖，總厚度大于20m。該層位為以往露天采礦活動(dòng)的主要開采層。

（三）水文地質(zhì)

根據(jù)地下水的賦存條件可將研究區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三種類型。區(qū)內(nèi)含水層巖性為奧陶系中、下統(tǒng)和寒武系上、中統(tǒng)灰?guī)r，總厚度在900m左右。被石炭、二疊和第四系地層覆蓋，呈埋藏型，以徑流補(bǔ)給為主，人工開采為主要的排泄方式。

（四）工程地質(zhì)

根據(jù)研究區(qū)的地層及其工程力學(xué)性質(zhì)可劃分為中厚層稀裂狀堅(jiān)硬巖溶化灰?guī)r組，巖性主要為奧陶系厚層狀灰?guī)r、白云巖和頁(yè)巖、泥灰?guī)r等。其中灰?guī)r和白云巖的巖性堅(jiān)硬且完整，節(jié)理裂隙發(fā)育、巖溶發(fā)育中等，頁(yè)巖層屬性脆，浸水后軟化。

（五）地質(zhì)構(gòu)造與地震

研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造屬太行山復(fù)背斜的南翼，區(qū)內(nèi)斷裂褶皺構(gòu)造不發(fā)育，巖層呈單斜狀產(chǎn)出，傾向約178°，傾角9-11°。其內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造及破碎帶，附近主要斷層為趙莊斷層、九里山斷層。

此外，勘查區(qū)地震反應(yīng)譜特征周期為0.40s，地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，地震基本烈度為Ⅶ度，屬較穩(wěn)定區(qū)。

三、礦山主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

（一）土地資源破壞

根據(jù)實(shí)地調(diào)查得出，研究區(qū)范圍內(nèi)無(wú)村莊分布，周圍涉及的村莊有當(dāng)陽(yáng)峪村、洼村等2個(gè)行政村區(qū)域，總面積約0.22km2，大部分土地為裸地和采礦用地（圖1）。礦山開采對(duì)土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，致使大面積基巖裸露的采坑和隨意堆放的棄渣改變了原來(lái)的地貌景觀，破壞了原有的林地，使得部分原生植被遭到嚴(yán)重破壞，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)大面積林地變成裸地，土地荒漠化嚴(yán)重，導(dǎo)致項(xiàng)目區(qū)可利用土地資源減少。同時(shí)，由于土地肥力嚴(yán)重衰退，涵養(yǎng)水分能力差，導(dǎo)致苗木生長(zhǎng)困難，林草地質(zhì)量下降，自然災(zāi)害加劇，沙塵暴頻繁，大雨會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)生態(tài)難以為繼，加之地下水徑流條件的改變，使得坡腳部分耕地、耕作、灌溉困難。露天采場(chǎng)和高危邊坡對(duì)項(xiàng)目區(qū)土地資源造成了嚴(yán)重?fù)p毀，采礦產(chǎn)生的廢渣壓占并破壞土地資源。

（二）地質(zhì)災(zāi)害及不良地質(zhì)現(xiàn)象

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害主要是崩塌，由于無(wú)序開采，致使采礦邊坡具有高度大、坡度陡的特點(diǎn)，加之受自然風(fēng)化與人工擾動(dòng)（爆破和開挖）的影響，采礦邊坡的巖體節(jié)理較發(fā)育，程度從弱風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化不等，巖體破碎、松散，在長(zhǎng)時(shí)間自然風(fēng)化條件下或極端工況下，容易引發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。根據(jù)調(diào)查危巖體主要存在于Ⅰ-BP1、Ⅰ-BP2，這兩個(gè)邊坡巖體破碎，邊坡高度5-86m，高差大，坡度70-85°。節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差。(見表1）

表1 危巖體的基本特征

（三）地形地貌景觀破壞

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)渣堆5個(gè)，其中當(dāng)陽(yáng)峪Ⅰ區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的渣堆2個(gè)，洼村Ⅰ區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的渣堆1個(gè)，洼村Ⅱ區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的渣堆2個(gè)。現(xiàn)分述如下：

（1）當(dāng)陽(yáng)峪Ⅰ區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的渣堆4個(gè)，平面面積221-1237.89m2，高度為1-5m，體積331.49-1856.90m3，呈圓形或不規(guī)則狀，分布于研究區(qū)山坡、采礦平臺(tái)等處，渣堆上無(wú)植被、雜草和灌木。

（2）洼村Ⅰ區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的渣堆1個(gè)，平面面積為776.53m2，高度1-2m，體積931.84m3，呈不規(guī)則狀，分布于山坡，渣堆上有少量植被、雜草和灌木。

（3）洼村Ⅱ區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的渣堆2個(gè)，平面面積112.91-400.64m2，高 度1-3m，體 積56.45-801.28m3，呈不規(guī)則狀，分布于山坡，渣堆上有少量植被、雜草和灌木。

（四）采礦平臺(tái)

由于研究區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，致使研究區(qū)內(nèi)形成了數(shù)個(gè)礦業(yè)活動(dòng)遺留下的采礦平臺(tái)，其中當(dāng)陽(yáng)峪Ⅰ區(qū)由于歷史開采活動(dòng)形成采礦平臺(tái)2個(gè)，洼村Ⅰ區(qū)由于歷史開采活動(dòng)形成采礦平臺(tái)2個(gè)，洼村Ⅱ區(qū)由于歷史開采活動(dòng)形成采礦平臺(tái)3個(gè)，現(xiàn)分述如下：

（1）當(dāng)陽(yáng)峪Ⅰ區(qū)由于歷史開采活動(dòng)形成采礦平臺(tái)3個(gè)，面積4944.29-14381.74m2，呈不規(guī)則狀，高程介于189.7-222.7m，植被稀少，邊緣少量生長(zhǎng)雜草和灌木。

（2）洼村Ⅰ區(qū)由于歷史開采活動(dòng)形成采礦平臺(tái)2個(gè)，面積3496.10-6839.78m2，呈不規(guī)則狀，高程介于257.3-267.2m，植被稀少，邊緣少量生長(zhǎng)雜草和灌木。

（3）洼村Ⅱ區(qū)由于歷史開采活動(dòng)形成采礦平臺(tái)3個(gè)，面積3192.63-17970.68m2，呈不規(guī)則狀，高程介于238.7-253.0m，植被稀少，邊緣少量生長(zhǎng)雜草和灌木。

四、礦山地質(zhì)環(huán)境治理措施

（一）治理原則

地形地貌景觀恢復(fù)以消除崩塌等隱患為主、因地制宜、因?yàn)?zāi)設(shè)防、重點(diǎn)突出。以生物措施為主，工程措施為輔的原則，因地制宜、科學(xué)規(guī)劃、注重效益，進(jìn)行分區(qū)、分段治理，確定可行的治理方案，有效利用廢棄碎石、渣土為施工原材料，既經(jīng)濟(jì)又美觀還可適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境的藤、樹、灌、草相結(jié)合立體綠化系統(tǒng)，道路可視范圍內(nèi)地形地貌景觀破壞區(qū)，種植高大的喬木如側(cè)柏、椿樹等，盡量恢復(fù)原始的地形地貌。

（二）治理措施

通過(guò)對(duì)研究區(qū)實(shí)施危巖清除工程、整平工程，消除或減弱區(qū)內(nèi)威脅施工安全的地質(zhì)災(zāi)害或不良地質(zhì)現(xiàn)象；實(shí)施廢渣清理、采場(chǎng)平臺(tái)平整工程，對(duì)能夠自然恢復(fù)的區(qū)域優(yōu)先進(jìn)行自然恢復(fù)。通過(guò)覆土工程、植物綠化工程的實(shí)施可以有效恢復(fù)采場(chǎng)平臺(tái)的地貌景觀、林草資源、生物多樣性，進(jìn)而改善研究區(qū)生態(tài)環(huán)境、提升土地資源的利用價(jià)值從而達(dá)到生態(tài)環(huán)境修復(fù)的目的。

1.地質(zhì)災(zāi)害治理

主要采取定點(diǎn)人工清除或機(jī)械清除，由于危巖清理施工難度較大，施工作業(yè)應(yīng)特別注意安全，在機(jī)械能走到位的地方，便采用機(jī)械進(jìn)行清理，機(jī)械無(wú)法清理到位的地方，再采用人工清理的方式，對(duì)已出現(xiàn)裂縫或有崩塌跡象的危巖部分應(yīng)徹底清除，而對(duì)于巖石相對(duì)較完整的危巖體，應(yīng)確?？拷逼赂浇鼪]有大的與斜坡平行的裂隙，為了減少對(duì)邊坡的擾動(dòng)，機(jī)械削坡必須預(yù)留適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層，然后由人工進(jìn)行清理，邊坡清理時(shí)應(yīng)注意保護(hù)其他原生地形地貌與植被，不能產(chǎn)生二次環(huán)境破壞。清理危巖體后將石渣，回填至平將地表整平，就近推運(yùn)土料回填，厚度小于0.8米時(shí)直接進(jìn)行平整壓實(shí)，厚度大于0.8米時(shí)，按厚度0.8米分層回填，自卸汽車卸料應(yīng)呈梅花狀，卸料應(yīng)保持一定的間距，避免平整后厚度大于0.8米，對(duì)料堆采用推土機(jī)推平配合重車進(jìn)行壓實(shí)。此外施工時(shí)應(yīng)設(shè)置警戒線并安排專職安全員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工安全進(jìn)行監(jiān)督，安排測(cè)量員對(duì)危巖體、邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

2.土地平整

以1:1000的實(shí)測(cè)地形圖為底圖，采用方格網(wǎng)法和邊坡放坡土方計(jì)算方法得出每個(gè)區(qū)塊的挖、填方量（方格邊長(zhǎng)為5m）。計(jì)算得出該區(qū)工程總挖方量55145m3，總填方量52865.96m3，多土石方2279.04m3。回填次序總體上按照分段同時(shí)施工作業(yè)的次序展開，各施工段由中心向兩側(cè)推進(jìn)，深坑到淺坑、自下而上、逐層回填，先填深度較大部位，每次回填的厚度應(yīng)控制在0.8米以內(nèi)。最后用履帶式推土機(jī)運(yùn)料攤平、碾壓或壓實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行推填壓實(shí)度指標(biāo)檢測(cè)。具體施工過(guò)程中應(yīng)將大石塊均勻地墊在其治理區(qū)底部，回填土石粒徑從下至上依次減小，并進(jìn)行相應(yīng)的分層壓實(shí)工作，宜采用挖掘機(jī)、推土機(jī)機(jī)械等重型施工機(jī)械進(jìn)行碾壓，壓實(shí)系數(shù)為0.9；為避免雨水沖刷地表，可在匯水位置設(shè)置若干土溝或擋土埂。

3.生態(tài)工程

生態(tài)工程應(yīng)遵循綠化前應(yīng)清理各種塊石、廢渣，平整場(chǎng)地，填土，根據(jù)各樹種的生長(zhǎng)習(xí)性設(shè)計(jì)樹間距，平面按梅花形放線（樹坑中心位置），放線時(shí)應(yīng)注意縱橫成排，先經(jīng)風(fēng)化，再往樹坑回填種植土，同時(shí)回填相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)肥做基肥；挑選長(zhǎng)勢(shì)良好、無(wú)明顯病蟲害、機(jī)械損傷、樹形較為端正的幼苗同時(shí)符合其設(shè)計(jì)尺寸要求的苗樹，起苗過(guò)程中應(yīng)做到盡量少傷其根系部分，運(yùn)輸時(shí)應(yīng)注意保護(hù)樹苗不受碰撞，栽植時(shí)間應(yīng)根據(jù)樹木的生長(zhǎng)習(xí)性和當(dāng)?shù)貧夂驐l件，選擇春季或秋季進(jìn)行，樹穴開挖時(shí)挖坑挖槽的位置要準(zhǔn)確，坑應(yīng)根據(jù)根系、土球大小、土質(zhì)情況而定。同時(shí)，應(yīng)對(duì)樹穴找準(zhǔn)位置，以所定位置為中心按規(guī)定坑徑劃一圓圈作為刨坑的范圍；挖坑時(shí)應(yīng)將表土與底土分別放置，如土質(zhì)有好有壞亦應(yīng)分開堆放。

堆放位置以不影響苗木栽植為宜，刨坑到規(guī)定的深度后在坑底填土。此外，栽植時(shí)保持苗木樹干垂直，樹冠對(duì)稱平衡，根系舒展，填土應(yīng)分層壓實(shí)。苗木的養(yǎng)護(hù)期應(yīng)不小于12個(gè)月，苗木栽植后，24小時(shí)內(nèi)及時(shí)澆水一次，澆水量不少于60kg每株，之后根據(jù)土壤墑情和樹木生長(zhǎng)周期定期澆水，澆水量500g/株·次。

栽植側(cè)柏：在對(duì)平臺(tái)覆渣、整平后，在I-Pt1、I-Pt2栽植側(cè)柏，帶土球（300mm），樹高1.2-1.5m，胸徑1-2cm。株距、行距均為2m，錯(cuò)落布置，共需要栽植側(cè)柏5915株。

撒播草籽：對(duì)平臺(tái)內(nèi)和自然恢復(fù)區(qū)播撒草籽，草籽構(gòu)成有剪股穎、高羊茅、矮生百慕大、狗牙根、結(jié)縷草、早熟禾等，總播撒面積約為2.86hm2、其中平臺(tái)綠化面積為2.37hm2、自然恢復(fù)的面積為0.49hm2。

五、結(jié)論

當(dāng)今社會(huì)，隨著人口的不斷增加，土地、能源、生態(tài)環(huán)境的有限性日益引起了各方的重視。對(duì)礦山進(jìn)行環(huán)境保護(hù)與綜合治理，越來(lái)越被認(rèn)為是人類在可持續(xù)發(fā)展下資源開發(fā)模式的一種理性選擇。研究區(qū)目前存在主要的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題包括地形地貌景觀是否已破壞、土地資源占用破壞、地質(zhì)災(zāi)害等不良地質(zhì)現(xiàn)象，其危害主要表現(xiàn)在破壞可視范圍內(nèi)的地貌景觀；破壞林地、草地等土地資源，產(chǎn)生崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象；對(duì)在附近活動(dòng)的人員及施工過(guò)程產(chǎn)生威脅。

通過(guò)治理措施，可以有效地涵養(yǎng)水源，控制水土流失，增加植被，改善氣候條件，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，同時(shí)增大了經(jīng)濟(jì)林的種植面積，提高了林草覆蓋率，勘查區(qū)除高陡邊坡及部分無(wú)法種植灌草的區(qū)域外，基本恢復(fù)為林地、草地，植被覆蓋率達(dá)到75%以上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)修武縣綠地覆蓋總量動(dòng)態(tài)平衡的目標(biāo)并做出了一定貢獻(xiàn)，緩解了礦業(yè)開發(fā)與環(huán)境保護(hù)之間矛盾。既適應(yīng)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，同時(shí)又可有效地改善勘查區(qū)水土流失、石漠化的現(xiàn)狀，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，凈化空氣，調(diào)節(jié)小氣候及生物多樣性起到了不可估量的作用，田間道路和林網(wǎng)的修建，提高了耕作集約化程度和機(jī)械化水平，土地利用率與產(chǎn)出率顯著提高，勞動(dòng)生產(chǎn)率和單位產(chǎn)出效益提高，使修武縣北部山區(qū)生態(tài)景觀得到了明顯的改善；較好地改善了當(dāng)?shù)鼐用竦娜司迎h(huán)境和縣道X006可視范圍內(nèi)的環(huán)境景觀，X006縣道是連接焦作市-云臺(tái)山風(fēng)景區(qū)-凈影風(fēng)景區(qū)-修武縣一條重要的旅游線路，通過(guò)生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理生態(tài)與礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理相結(jié)合的方式為外圍生態(tài)環(huán)境得到了有效地?cái)U(kuò)充，建立起了循環(huán)生態(tài)之間的有機(jī)聯(lián)系，未來(lái)將帶動(dòng)本區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的整體穩(wěn)步提升，提升焦作旅游，城市整體形象有深遠(yuǎn)意義，效益非常顯著。

與以往傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目不同的是，本次礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程不僅單獨(dú)針對(duì)礦山所帶來(lái)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，而且需立足于本項(xiàng)目所處地質(zhì)環(huán)境特征：從宏觀上系統(tǒng)整合；微觀上精細(xì)處理、多角度、多站位的進(jìn)行審視處理，在整合資源優(yōu)勢(shì)、發(fā)揮文化底蘊(yùn)，注重規(guī)劃引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)整體布局，尊重歷史文物、宣揚(yáng)礦業(yè)文化，探索治理模式，助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展等多個(gè)方面均取得了寶貴的研究經(jīng)驗(yàn)。