河北省士元水泥灰?guī)r礦礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理研究

劉 強(qiáng)，郝文輝，郭 巨，張 恒

(河北省地礦局 第八地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

士元水泥灰?guī)r礦位于河北省撫寧縣，該礦區(qū)產(chǎn)出大量的水泥灰?guī)r礦，后期因?yàn)殚_(kāi)采難度增大和礦石資源量的減少，礦區(qū)停止開(kāi)采。類似國(guó)內(nèi)許多礦山[1]，長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采礦石，造成了地貌和生態(tài)環(huán)境的極大破壞，礦區(qū)內(nèi)存在危巖、落石等地質(zhì)災(zāi)害[2]，且礦區(qū)植被遭到嚴(yán)重破壞，存在揚(yáng)塵污染空氣等隱患。為切實(shí)落實(shí)河北省大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，改善環(huán)境空氣質(zhì)量和礦山生態(tài)環(huán)境，2018年，河北省秦皇島市將該責(zé)任主體滅失礦山列為修復(fù)綠化礦山，通過(guò)對(duì)該礦山4個(gè)采坑及2個(gè)工業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行勘查，并選用適合的生態(tài)環(huán)境修復(fù)模式[3-8]，達(dá)到消除地質(zhì)災(zāi)害、修復(fù)綠化礦山環(huán)境的目的。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地層

圖1 研究區(qū)附近地質(zhì)Fig.1 Geology near the study area

1.2 構(gòu)造

勘查區(qū)位于燕山山脈東段南緣，構(gòu)造單元屬中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ)燕山臺(tái)褶帶(Ⅱ)山海關(guān)臺(tái)拱(Ⅲ)。礦區(qū)所在區(qū)域處于華北地臺(tái)燕山臺(tái)褶皺帶山海關(guān)臺(tái)拱的柳江盆地周邊。受地殼運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)構(gòu)造的共同作用，該區(qū)形成了近南北向?yàn)橹鞯纳矫}河谷。區(qū)內(nèi)以淺切割丘陵為主，地勢(shì)北高南低、西高東低，構(gòu)造地貌及流水地貌發(fā)育，總體表現(xiàn)為：溝谷縱橫、山脊重疊，谷脊走向?yàn)槟媳毕?，波狀起伏?/p>

1.3 水文地質(zhì)條件

勘查區(qū)所在區(qū)域內(nèi)主要含水層為第四系松散巖類孔隙水含水層及奧陶系、寒武系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層。

(1)松散巖類孔隙水。分布在河谷及兩側(cè)，含水層主要為第四系全新統(tǒng)砂卵石層，松散，孔隙率19.24%，單孔單位涌水量1～60 m3/h，豐水期含水層厚度5～15 m，水位埋深3～7 m。水質(zhì)為重碳酸鹽鈣型水和重碳酸硫酸鹽鈣型水，礦化度為0.18～0.32 g/L。

(2)碳酸鹽巖溶裂隙水。①裸露型。分布在石門寨周圍殘丘地帶。含水層由奧陶系和寒武系灰?guī)r組成，水位埋深10～30 m，單孔單位涌水量0.02～30.00 m3/h，水質(zhì)為硫酸重碳酸鹽鈣鎂型水。②混合型。分布在石河河谷地帶，由松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水組成，二者水力聯(lián)系密切，是主要富水地帶。本區(qū)巖溶充填率11.36%，含水層厚度為33～135 m，單孔單位涌水量1～60 m3/h，水質(zhì)為重碳酸硫酸鹽鈣型、硫酸重碳酸硫酸鹽鈣型水，礦化度0.13～0.50 g/L。

1.4 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)巖土體以其物理力學(xué)性質(zhì)，劃分為堅(jiān)硬巖類、松散巖類2個(gè)工程地質(zhì)巖類。

(1)中厚層細(xì)裂狀巖溶化灰?guī)r巖組。工作區(qū)內(nèi)主要為奧陶系下統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r及亮甲山組灰?guī)r，巖層呈致密塊狀構(gòu)造，為致密較堅(jiān)硬巖石，巖石強(qiáng)度較高，抗風(fēng)化，本巖組的抗剪強(qiáng)度大，力學(xué)強(qiáng)度高，巖石承載力較高，工程地質(zhì)條件較好。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，巖石抗壓強(qiáng)度為60～100 MPa，抗剪強(qiáng)度7.4 MPa，抗拉強(qiáng)度2.9 MPa。

習(xí)主席提出，要探索建立軍隊(duì)權(quán)力清單制度。貫徹落實(shí)習(xí)主席重要指示，全軍各級(jí)正在加緊構(gòu)建權(quán)力清單制度。軍隊(duì)權(quán)力包括作戰(zhàn)指揮權(quán)力和軍隊(duì)行政權(quán)力，構(gòu)建軍隊(duì)行政權(quán)力清單制度，不是簡(jiǎn)單地對(duì)各級(jí)的行政權(quán)力進(jìn)行集合匯總，而是一場(chǎng)對(duì)權(quán)力的結(jié)構(gòu)化、法治化的根本性變革，是全面從嚴(yán)治軍、轉(zhuǎn)變治軍方式的重要內(nèi)容，是加快法治軍隊(duì)建設(shè)的重要舉措。

2 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀條件下有4個(gè)采坑及2個(gè)工業(yè)場(chǎng)地(圖2)。該礦區(qū)為多年開(kāi)采的石灰?guī)r礦礦山，開(kāi)采方式為露天開(kāi)采[9-11]。

圖2 礦區(qū)全景衛(wèi)片F(xiàn)ig.2 Panoramic satellite image of mining area

2.1 1號(hào)采坑

1號(hào)采坑位于礦區(qū)東南側(cè)，其北側(cè)及西側(cè)有2個(gè)平臺(tái)(1、2號(hào)平臺(tái))。1號(hào)采坑(含2處平臺(tái))南北最長(zhǎng)處約205m，東西最寬處約125m，占地面積為20 425 m2，坑底積水最深達(dá)到10 m，水面高程為+98.60 m，水面面積6 150 m2。水面以上邊坡最高約10 m，采坑坡面傾角50°～80°，2處平臺(tái)占地共計(jì)5 500 m2，地表堆放大量建筑垃圾及廢石碴。

1號(hào)采坑?xùn)|、南、西側(cè)留有采面，基巖巖性以?shī)W陶系馬家溝組灰?guī)r為主，灰色、灰黃色含灰泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀160°∠23°，采面裂隙發(fā)育。東西兩側(cè)采面高度3～10 m，坡度為50°～80°，因棄采時(shí)間較長(zhǎng)，部分采面植被生長(zhǎng)較好，西側(cè)采面上方為2號(hào)平臺(tái)；南側(cè)采面因近期修路，基巖較新鮮，無(wú)植被覆蓋，坡度60°～80°，高度10～18 m。

2.2 2號(hào)采坑

2號(hào)采坑位于礦區(qū)西南側(cè)，東側(cè)為2號(hào)平臺(tái)。2號(hào)采坑南北最長(zhǎng)處約260 m，東西最寬處約145 m，占地面積32 020 m2，坑底積水最深達(dá)10 m，水面高程為+98.60 m，水面面積16 750 m2(冬季)，水面以上邊坡最高約19 m，采坑坡面傾角50°～80°。

2號(hào)采坑四面均留有采面，基巖巖性以?shī)W陶系馬家溝組灰?guī)r為主，灰色、灰黃色含灰泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀160°∠23°，采面裂隙發(fā)育。東側(cè)邊坡高度3～8 m，坡度40°～70°，邊坡有少量碎石土覆蓋，尤其東側(cè)邊坡北部為原始地形，植被生長(zhǎng)較好；南側(cè)采面因近期修路，靠近1號(hào)采坑地段基巖較新鮮，無(wú)植被覆蓋，坡度60°～80°，高度8～16 m；西側(cè)及北側(cè)邊坡因棄采時(shí)間較長(zhǎng)，裂隙有少量雜草生長(zhǎng)，邊坡近直立，坡度70°～85°，坡頂0.5～1.0 m為第四系覆蓋層，植被較好。

2.3 3號(hào)采坑

3號(hào)采坑位于礦區(qū)中部，采坑?xùn)|西最長(zhǎng)處約195 m，南北最寬處約100 m，占地面積15 780 m2，3號(hào)采坑?xùn)|側(cè)有一狹窄入口進(jìn)入采坑底部，入口處最窄約3.5 m。入口處高程約+113.8 m，坑底最低處位于采坑西南側(cè)，存有積水，水面高程+99.8 m，水面面積約1 950 m2，坑底積水最深約2.0 m。水面以上邊坡最高約31.5 m(西側(cè)邊坡)，采坑坡面傾角60°～80°。采坑內(nèi)堆有大量的棄渣及煤矸石。

3號(hào)采坑四面均留有采面，基巖巖性以?shī)W陶系馬家溝組灰?guī)r為主，灰色、灰黃色含灰泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀160°∠23°，采面裂隙發(fā)育。

2.4 4號(hào)采坑

4號(hào)采坑位于礦區(qū)最北側(cè)，采坑南北最長(zhǎng)處約165 m，東西最寬處約105 m，占地面積12 295 m2，坑底積水最深約3.0 m，水面面積1 850 m2(冬季)，水面以上邊坡最高約27 m(西南側(cè))，采坑坡面傾角50°～80°。

4號(hào)采坑南、西、北側(cè)均留有采面，基巖巖性以?shī)W陶系馬家溝組灰?guī)r為主，灰色、灰黃色含灰泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀160°∠23°，采面裂隙發(fā)育。南側(cè)邊坡高度15～27 m，坡度70°～80°，邊坡底部有少量崩落碎石土，少量植被覆蓋；西側(cè)及北側(cè)邊坡因棄采時(shí)間較長(zhǎng)，裂隙有少量雜草生長(zhǎng)，邊坡近直立，坡度70°～85°；東側(cè)為棄渣及建筑垃圾堆積成邊坡，渣堆頂部較平，頂部面積約1 530 m2，底部面積約2 760 m2，渣堆高約11.5 m，體積約16 445 m3，頂部及坡面少量雜草生長(zhǎng)。

3 采面、渣堆穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 采面穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

采面由均質(zhì)混合巖組成，掘進(jìn)面表層為新鮮基巖面，中等風(fēng)化—微風(fēng)化。根據(jù)斜坡工程穩(wěn)定性分析——自然斜坡類比法的規(guī)定(表1)進(jìn)行了分析，同時(shí)根據(jù)采面現(xiàn)狀做了赤平投影，經(jīng)過(guò)分析，掘進(jìn)面均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)(圖3)。

表1 巖質(zhì)斜坡坡度允許值Tab.1 Allowable value of rock slope gradient

圖3 采坑采面赤平投影Fig.3 Stereographic projection of pit face

在勘查區(qū)內(nèi)渣坡及渣堆由碎石土組成，渣堆最大高度為5.4 m，坡度40°；渣坡最大高度15.5 m，大部分在10 m以下，最大坡度為45°，其堆積基本遵循高差大坡度小、高差小坡度大的原則。根據(jù)斜坡工程穩(wěn)定性分析——自然斜坡類比法[7]的規(guī)定(表2)，碎石渣堆和渣坡均存在安全隱患。

表2 砂礫石斜坡參考數(shù)值Tab.2 Reference value of sand gravel slope

4 礦山環(huán)境恢復(fù)治理

4.1 1、2號(hào)采坑

1、2號(hào)坑及平臺(tái)治理模式相同，由于這2個(gè)治理區(qū)位于柳江國(guó)家地質(zhì)公園自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，建筑垃圾需進(jìn)行清除，平臺(tái)建筑垃圾外運(yùn)，對(duì)原場(chǎng)地進(jìn)行平整。沿場(chǎng)地邊沿修砌擋土墻，防水土流失，砌墻146.06 m3，擋土墻基礎(chǔ)0.5 m，地面以上0.7 m，墻寬0.5 m，采用漿砌毛石結(jié)構(gòu)，墻頂抹面，墻體外露部分砂漿勾縫，墻體間隔20 m設(shè)置伸縮縫，采用厚20 mm的瀝青木板。場(chǎng)地覆厚0.5 m的耕植土，為改善土壤性質(zhì)，使其更適宜植物生長(zhǎng)，按照2.5t/畝，增施有機(jī)肥，并旋耕深25 cm，疏松土壤。覆土后進(jìn)行散播綠化，綠化方法采用灌、草混播法，選用紫穗槐籽的灌木籽，草籽選用選擇狗尾草、苜蓿，當(dāng)?shù)匾吧L(zhǎng)較好的品種。灌、草混播比例為1∶1，撒播草籽，應(yīng)均勻撒播種子，撒播密度為35 g/m2，撒播后覆土1.0～1.5 cm，加蓋防曬網(wǎng)，選用8針以上防曬網(wǎng)。播種完成后即進(jìn)入養(yǎng)護(hù)期，綠化需成活期養(yǎng)護(hù)24個(gè)月。平臺(tái)留置養(yǎng)護(hù)時(shí)所需道路，道路距最遠(yuǎn)養(yǎng)護(hù)范圍10～15 m。

1號(hào)坑南側(cè)平臺(tái)及采坑沿場(chǎng)地南側(cè)邊沿?zé)o擋墻地段修砌擋土墻防水土流失，擋土墻基礎(chǔ)0.5 m，地面以上0.7 m，墻寬0.5 m，采用漿砌毛石結(jié)構(gòu)，墻頂抹面，墻體外露部分砂漿勾縫，墻體間隔20 m設(shè)置伸縮縫，采用厚20 mm的瀝青木板。治理區(qū)位于柳江國(guó)家地質(zhì)公園自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，建筑垃圾需進(jìn)行清除，南側(cè)采坑建筑垃圾清除外運(yùn)，清除方量約為3 890.83 m3，場(chǎng)地覆厚0.5 m的耕植土，然后采撒播方式種植灌、草籽，規(guī)格參數(shù)與1、2號(hào)平臺(tái)一致。

4.2 3號(hào)采坑

(1)邊坡浮石清理。為了防止施工過(guò)程中采坑邊坡浮石墜落引起人員傷亡，將采坑邊坡浮石進(jìn)行人工清理，尤其是采坑同西側(cè)及南側(cè)邊坡。清理的浮石直接回填采坑底部。

(2)邊坡綠化。3號(hào)采坑周圍邊坡因巖石裸露，植被覆蓋較少，沿坡底(含3號(hào)平臺(tái)上部坡面)種植1圈爬山虎進(jìn)行邊坡綠化。沿坡腳修砌擋土墻，防水土流失。墻與坡腳之間距離0.5 m，覆厚0.5 m的耕植土，種植爬山虎，間距0.25 m，爬山虎選用1年以上健壯植株，地徑0.5～0.8 cm，枝條長(zhǎng)度50 cm。綠化需成活期養(yǎng)護(hù)24個(gè)月。

(3)采坑底平整。采坑底部現(xiàn)有水塘保持不變，用以蓄存雨季降水。渣堆平整，粒徑較大的塊石等回填在采坑底層，然后將1號(hào)、3號(hào)渣堆塊徑較小的廢渣平整到表面壓實(shí)?；靥钇秸煽拥撞空w坡度控制在20°以內(nèi)。

回填壓實(shí)后坑底覆厚0.5 m的耕植土，覆土體積2 592.58 m3。采撒播方式種植灌、草籽，加蓋防曬網(wǎng)，選用8針以上防曬網(wǎng)。規(guī)格參數(shù)與1號(hào)平臺(tái)一致。綠化需成活期養(yǎng)護(hù)24個(gè)月。

4.3 4號(hào)采坑

(1)邊坡浮石清理。為了防止施工過(guò)程中采坑邊坡浮石墜落引起人員傷亡，將采坑邊坡浮石進(jìn)行人工清理，主要是采坑?xùn)|、北、西側(cè)坑底施工地段邊坡，共計(jì)清理浮石量為200 m3。清理的浮石直接回填采坑底部。

(2)采坑底平整綠化。將4號(hào)渣堆平整，現(xiàn)有渣堆位置到采坑西北側(cè)邊坡底部進(jìn)行平整，平整坡度東南到西北方向不大于15°，廢渣平整后壓實(shí)?；靥钇秸煽拥撞空w坡度控制在20°以內(nèi)。回填壓實(shí)后沿平整區(qū)域修砌擋土墻，防水土流失。平整區(qū)域覆厚0.5 m的耕植土，采撒播方式種植灌、草籽，加蓋8針以上防曬網(wǎng)。規(guī)格參數(shù)與1號(hào)平臺(tái)一致。平臺(tái)留置養(yǎng)護(hù)時(shí)所需道路，道路距最遠(yuǎn)養(yǎng)護(hù)范圍10～15 m。綠化需成活期養(yǎng)護(hù)24個(gè)月。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)士元水泥灰?guī)r礦礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理，使礦山環(huán)境與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，通過(guò)栽植喬、灌、草等植被可涵養(yǎng)水分，減少揚(yáng)塵天氣，改善當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，同時(shí)為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境增添綠色屏障，使當(dāng)?shù)氐母谎踔翟龈?，提高了人們的生活質(zhì)量。

(2)清除邊坡浮石、修建擋土墻等措施，消除了地災(zāi)隱患、防止了水土流失，同時(shí)也避免了次生災(zāi)害的發(fā)生，保護(hù)水土資源的同時(shí)，也保障了人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

(3)覆土綠化使亂石堆砌的場(chǎng)面得到了改觀，土地的利用價(jià)值得到了提高，環(huán)境財(cái)富得到了增值，同時(shí)消除了視覺(jué)污染源，改善礦區(qū)環(huán)境，大大提升了當(dāng)?shù)卣膶?duì)外形象。