阿克塞縣水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)環(huán)境特征及生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理研究

任文會，王真真

(1.安徽惠誠環(huán)保工程有限公司，安徽 合肥 230000； 2.合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230000)

通過對礦山地質(zhì)環(huán)境保護和恢復(fù)治理，最大限度減少礦山地質(zhì)環(huán)境問題對周邊環(huán)境的影響和破壞，避免和減緩地質(zhì)災(zāi)害的形成、發(fā)生而造成的損失，有效遏制礦產(chǎn)資源開發(fā)對含水層、地形地貌景觀、土地資源的影響破壞，確保區(qū)內(nèi)人民群眾的生命財產(chǎn)及礦山建設(shè)生產(chǎn)安全，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用與地質(zhì)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實現(xiàn)社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟效益可持續(xù)同步發(fā)展[8-9]。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)位于阿爾金山北麓，大地構(gòu)造為塔里木陸塊區(qū)—敦煌古陸塊—阿爾金北地塊。區(qū)內(nèi)各類構(gòu)造較為發(fā)育，主要以斷層與褶皺構(gòu)造為主，構(gòu)造線總體呈北東向和北西西—近東西向多個構(gòu)造期次，區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造以北東向構(gòu)造活動最早，隨后為北西西—東西向斷層構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造較復(fù)雜。

礦區(qū)出露地層以一套以薄—中厚層淺海環(huán)境的碳酸鹽巖為主夾碎屑巖，巖性有條帶狀白云質(zhì)灰?guī)r、絹云綠泥石英片巖、灰色結(jié)晶灰?guī)r、硅質(zhì)大理巖和灰白色硅質(zhì)條帶狀大理巖等。其余為第四系。

1.2 工程地質(zhì)條件

礦床圍巖以薄—厚層狀結(jié)構(gòu)為主，蝕變帶發(fā)育中等，局部有軟弱巖層，巖石風(fēng)化中等，地表殘坡積層、基巖風(fēng)化破碎帶、基巖風(fēng)化破碎帶厚度5～10 m，礦層(體)頂?shù)装搴偷V床圍巖穩(wěn)定性中等，礦山工程場地地基穩(wěn)定性中等；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂較發(fā)育，導(dǎo)水?dāng)嗔褞懈顢鄬?體)圍巖和主要含水層(帶)，導(dǎo)水性強；礦區(qū)內(nèi)地表植被覆蓋率23%～35%，基巖裸露，礦山地質(zhì)環(huán)境條件為中等[10-12]。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境影響

阿克塞縣水泥用石灰?guī)r礦現(xiàn)狀條件下發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害主要為不穩(wěn)定斜坡，經(jīng)現(xiàn)場實地調(diào)查，共發(fā)育6處不穩(wěn)定斜坡，分別為X01、X02、X03、X04、X05、X06。

2.1 不穩(wěn)定斜坡基本特征及其穩(wěn)定性

(1)不穩(wěn)定斜坡基本特征。不穩(wěn)定斜坡主要由人工堆渣和石灰?guī)r組成。其中，不穩(wěn)定斜坡X01、X02、X03，形成原因主要為開采礦體開挖山體所形成的巖質(zhì)邊坡；不穩(wěn)定斜坡X04，形成原因主要為排放棄渣所形成的巖土質(zhì)邊坡；不穩(wěn)定斜坡X05、X06，形成原因主要為修建礦區(qū)道路、工業(yè)場地形成的巖質(zhì)邊坡。本文以3種不同類型成因的不穩(wěn)定斜坡X01、X04、X05為例說明。

X01不穩(wěn)定斜坡位于露天采場西側(cè)固定幫。該斜坡為開采礦體開挖山體所形成的巖質(zhì)邊坡，坡長約210 m，坡寬約500 m，坡高約116 m，坡度45°～55°，為一凹形斜坡。坡體組成物質(zhì)為石灰?guī)r，其產(chǎn)狀43°∠45°，節(jié)理裂隙發(fā)育。表層巖體較破碎，呈破裂狀結(jié)構(gòu)。坡體結(jié)構(gòu)松散，利于降水入滲，增加坡體荷載。在降雨、機械振動及地震等不利工況條件下，發(fā)生變形失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的可能性較大?，F(xiàn)場調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)有滑塌現(xiàn)象，邊坡東側(cè)尚有開采活動，如圖1所示。

11月18日，澳大利亞動用直升機為墨爾本的四個博物館安裝2700多塊太陽能電池板。這將是墨爾本最大的太陽能電池陣列。整個項目將使維多利亞州博物館的碳排放量減少35%，每年減少4590噸二氧化碳排放。

圖1 X01不穩(wěn)定斜坡地貌特征及剖面示意Fig.1 Geomorphological characteristics and profile of unstable slope X01

X04不穩(wěn)定斜坡位于露天采場北側(cè)排土場。該斜坡為排放棄渣所形成的巖土質(zhì)邊坡，坡長為600～1 000 m，坡寬約為1 200 m，坡高為400～480 m，坡度為50°～70°，平面形態(tài)呈“凸”形，剖面形態(tài)呈折線型。坡體組成物質(zhì)為人工堆積碎石土，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，干燥，具大孔隙，降水易入滲；在降雨、機械振動及地震等不利工況條件下，發(fā)生變形失穩(wěn)產(chǎn)生滑塌的可能性較大?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)坡面存在小規(guī)模溜滑現(xiàn)象，坡面無植被，如圖2所示。

圖2 X04不穩(wěn)定斜坡地貌特征及剖面示意Fig.2 Geomorphological features and profile of unstable slope X04

X05不穩(wěn)定斜坡位于礦區(qū)道路所在斜坡地帶，為修筑礦區(qū)道路開挖坡體所形成的巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡，斜坡平面形態(tài)呈折線形，剖面形態(tài)呈階梯形。不穩(wěn)定斜坡高280～320 m，寬約350 m，坡度30°～45°，局部可達(dá)60°。斜坡體由強風(fēng)化石灰?guī)r組成，石灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，表層巖體破碎，呈破裂狀結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀為16°∠41°。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該不穩(wěn)定斜坡高陡臨空，危巖裸露。在降雨、機械振動、開采爆破及地震等不利工況條件下，發(fā)生變形失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的可能性較大。主要威脅坡腳礦區(qū)道路上行人和運輸車輛的安全，如圖3所示。

圖3 X05不穩(wěn)定斜坡地貌特征及剖面示意Fig.3 Geomorphological features and profile of unstable slope X05

(2)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評價。區(qū)內(nèi)6處不穩(wěn)定斜坡臨空條件良好，坡腳處均無地表徑流對其沖刷，巖體干燥，不穩(wěn)定斜坡坡度均大于45°，坡面基本無植被，存在軟弱結(jié)構(gòu)面。不穩(wěn)定斜坡局部坡面小型崩塌發(fā)育，坡腳散落有大塊石；坡肩未發(fā)現(xiàn)變形跡象，局部坡頂見小型裂縫。綜合評價斜坡穩(wěn)定性均較差。

2.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境影響評價

礦山開采過程中，隨著露天開采向著礦山深部的進(jìn)行，露天采礦邊坡的高度將會進(jìn)一步增加[10-15]。采場西部邊坡最終會形成396m巖質(zhì)超高邊坡，最終邊坡角小于44°，巖層產(chǎn)狀與邊坡產(chǎn)狀呈斜交狀態(tài)，說明巖層與邊坡呈逆向坡；3組結(jié)構(gòu)面L1、L2、L3的交點在邊坡投影弧的對側(cè)，說明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面傾向相反，邊坡沒有發(fā)生順層滑動的可能性，屬于基本穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(圖4(a))；采場南部邊坡最終會形成168 m巖質(zhì)超高邊坡，最終邊坡角小于44°，巖層產(chǎn)狀與邊坡產(chǎn)狀呈斜交狀態(tài)，說明巖層與邊坡呈逆向坡；3組結(jié)構(gòu)面L1、L2、L3的交點在邊坡投影弧的對側(cè)，說明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與坡面傾向相反，所以邊坡沒有發(fā)生順層滑動的可能性，屬于基本穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(圖4(b))。但露天開采爆破震動會加劇邊坡的不穩(wěn)定性，發(fā)生崩塌、滑坡災(zāi)害的可能性較大，主要威脅采礦人員和采礦機械。綜合評價不穩(wěn)定斜坡對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較嚴(yán)重[16-18]。

圖4 采場西部邊坡、南部邊坡赤平投影Fig.4 Stereographic projection of west slope and south slope of stope

3 礦山土地?fù)p毀影響評價

3.1 礦山地形地貌景觀破壞評價

礦山為已有礦山，已建生活辦公區(qū)、工業(yè)場地、排土場、礦山道路等相關(guān)設(shè)施(表1)。其中生活辦公區(qū)占地面積約17.66 hm2，露天采場破壞面積約59.98 hm2，排土場占地面積約110.02 hm2，工業(yè)場地占地面積約38.39hm2，礦區(qū)道路占地面積約4.75 hm2，運輸破碎系統(tǒng)占地面積約4.81 hm2，炸藥庫及水源地占地面積11.26 hm2。共計損毀面積246.87 hm2。礦區(qū)總體地形地貌景觀影響和破壞程度評價見表1。

表1 地形地貌景觀影響和破壞程度現(xiàn)狀評價Tab.1 Evaluation table of the impact and damage degree of landform and landscape

3.2 礦山水土環(huán)境破壞評價

礦山大部分屬高山區(qū)，區(qū)內(nèi)無常年流水。礦山為露天開采，礦山用水主要是生產(chǎn)、生活用水，礦山的開采對水資源需求量較小，生產(chǎn)期產(chǎn)生的廢水主要為沖洗地面和機械設(shè)備清洗廢水，產(chǎn)生的廢水量少，且礦山生產(chǎn)過程中無廢水排放，生活污水經(jīng)化糞池處理后用于礦區(qū)綠化，污水不排入水體環(huán)境，因此對水環(huán)境影響較小[16]。

礦區(qū)大量粉塵、廢氣的沉降、生活垃圾等可能會對周圍土壤造成污染。土壤污染主要為采石場的棄土和掘進(jìn)廢石，棄土、掘進(jìn)廢石淋濾水沉淀或侵入土壤，會使土壤板結(jié)、硬化，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響植物生長。礦區(qū)粉塵、廢氣的沉降主要為礦物質(zhì)粉粒，會對表層土壤造成污染，遇降水會致使土壤板結(jié)、硬化；生活垃圾集中處理，屬一般污染物，對土壤的污染程度較小[17]。

3.3 礦山土地?fù)p毀程度評價

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，采礦已造成的土地?fù)p毀主要為采場的挖損損毀、工業(yè)場地、排土場、礦區(qū)道路、辦公生活區(qū)、炸藥庫及水源地的壓占損毀，已損毀土地面積為246.87 hm2。根據(jù)場地?fù)p毀方式、損毀面積、挖損深度、堆填高度等因子，確定土地?fù)p毀程度，見表2。

表2 土地?fù)p毀程度評價統(tǒng)計Tab.2 Evaluation of land damage degree

4 修復(fù)工程討論

4.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害治理

(1)X01不穩(wěn)定斜坡治理工程。由于礦山處于生產(chǎn)階段，X01不穩(wěn)定斜坡在采礦活動會逐漸消失。治理過程主要為清除斜坡體上的表層浮石，預(yù)防崩塌、落石等對采礦人員和采礦機械造成危害[19]。

(2)X04不穩(wěn)定斜坡治理工程。在X04不穩(wěn)定斜坡周邊修筑截水渠，底部邊坡與溝谷之間建筑擋渣墻，墻上設(shè)置泄水孔，墻腳布設(shè)排水渠。同時修整清理邊坡，將排土場邊坡壓實(圖5)。

圖5 重力式擋渣墻Fig.5 Gravity slag retaining wall

(3)X05不穩(wěn)定斜坡治理工程。針對X05不穩(wěn)定斜坡，治理過程主要為清除不穩(wěn)定斜坡坡面上的表層浮石，預(yù)防崩塌、落石等造成災(zāi)害，在斜坡周圍修建截排水渠(圖6(a))，不穩(wěn)定斜坡底部修建擋土墻進(jìn)行支擋(圖6(b))，同時加強斜坡變形監(jiān)測，通過地面觀察、變形測量等手段監(jiān)測斜坡位移、裂縫變形，建立汛期巡查制度[20]。

圖6 截排水渠、擋土墻Fig.6 Cut drainage channel and retaining wall

4.2 礦區(qū)土地復(fù)墾

(1)土地平整工程。閉礦后，對露天采坑坑底及平臺場地、排土場進(jìn)行平整，地形坡度不大于5°，平整面積約為66.07 hm2，平均平整厚度約0.2 m。

(2)覆土工程。對平整后的場地表層進(jìn)行覆土，露天采場平臺、坑底及排土場平臺區(qū)域覆土面積約為66.07 hm2，覆土厚度為0.80 m，覆土量為52.86萬m3。生活辦公區(qū)、工業(yè)場地及其他壓占場地覆土面積約為74.20 hm2，覆土厚度為0.30 m，覆土量為22.26萬m3。共計覆土方量約為75.12萬m3。

(3)植樹種草工程。在生活辦公區(qū)、腰泉工業(yè)場地及其他壓占場地播撒草籽綠化，草籽選擇適宜當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥拉h(huán)境的芨芨草草籽，草籽按照1∶1配比，播撒草籽面積為74.20 hm2。在露天采場平臺、坑底及排土場平臺區(qū)域植樹綠化，樹種選擇適宜當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥拉h(huán)境的松柏。

5 效益分析

5.1 社會效益

礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理，一方面，可以減少和預(yù)防引發(fā)或加劇的地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)的威脅，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的；另一方面，隨著對礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理，可改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，保證礦山開發(fā)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，在一定程度上緩解了人地關(guān)系的壓力[16]。

5.2 環(huán)境效益

礦山地質(zhì)環(huán)境保護與土地復(fù)墾工程的實施可以促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的改善，防止土地生態(tài)條件惡化。吸引周邊動物群落的回遷，增加動物群落多樣性，達(dá)到植物動物群落的動態(tài)平衡[16]。

5.3 經(jīng)濟效益

礦山地質(zhì)環(huán)境保護與土地復(fù)墾的實施，需要人力、物力，一定程度上可以增加部分當(dāng)?shù)鼐用窬蜆I(yè)，增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入。還可減少地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)的威脅，減少經(jīng)濟損失[19]。

6 結(jié)語

通過對阿克塞縣露天石灰?guī)r礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查及地質(zhì)環(huán)境治理，主要得到以下結(jié)論。

(1)礦山地質(zhì)環(huán)境評價區(qū)面積246.87 hm2，重要程度屬重要區(qū)，礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度分級為中等，礦山生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模為大型，本次礦山地質(zhì)環(huán)境影響評估為一級。

(2)根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，發(fā)育6處不穩(wěn)定斜坡對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度為較嚴(yán)重；露天采礦活動對礦山地形地貌景觀的影響或破壞為較嚴(yán)重或較輕；對土地資源的的影響或破壞程度為嚴(yán)重或較嚴(yán)重。

(3)通過生態(tài)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程，可取得較好的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益，適應(yīng)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，有利于人民群眾安居樂業(yè)和社會穩(wěn)定。