印江縣沙子坡鎮(zhèn)青坨煤礦地質(zhì)環(huán)境問題及恢復(fù)治理措施

［關(guān)鍵詞］礦產(chǎn)資源；煤礦；環(huán)境地質(zhì)；礦山環(huán)境治理；治理措施

在地方經(jīng)濟建設(shè)中煤礦資源開采具有重要保障作用，但由于礦山企業(yè)為追求低的成本和高的利潤，導(dǎo)致礦山地質(zhì)環(huán)境問題的出現(xiàn)[1-2]。當(dāng)前我國礦山環(huán)境問題較多，采礦造成地質(zhì)環(huán)境破壞，主要表現(xiàn)為破壞和占用大量耕地和建設(shè)用地， 誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害， 使礦區(qū)水環(huán)境受到破壞， 產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣， 破壞自然地貌景觀等。汪繼學(xué)等[3]針對不同的礦山開采方式和礦山地理位置，采取分區(qū)治理方法。李輝等[4]對韓城市灰?guī)r采礦山地地質(zhì)環(huán)境問題進行了恢復(fù)分區(qū)劃分，并且提出工程措施。程寶成等[5]總結(jié)了礦山開采過程中產(chǎn)生的破壞形式，總結(jié)了礦山管理中存在的問題。上述學(xué)者主要針對礦山開采產(chǎn)生的生態(tài)破壞的系列問題進行研究。印江縣沙子坡鎮(zhèn)青坨煤礦生產(chǎn)礦渣形成的高陡不穩(wěn)定斜坡問題突出，本文在現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，重點分析礦渣高陡不穩(wěn)定斜坡，并提出工程措施，以期為類似的工程實踐提供解決思路。

1．工程概述

青坨煤礦老井礦區(qū)位于印江縣北端，屬印江縣沙子坡鎮(zhèn)所轄，礦區(qū)面積3.6113km²，是為滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用煤和生活用煤的需求而建，礦山實際生產(chǎn)能力達到4萬噸/年。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件簡單，存在多種環(huán)境地質(zhì)問題。

1.1 氣象和水文

礦區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨熱同期，年均氣溫16.8℃，平均日照時間1255 小時，全年無霜期300天，春秋季多雨霧、夏季涼爽、冬季寒冷、雨量充沛，年平均降水量1100mm，一般每年12月至次年2月為間歇性冰凍期。

礦區(qū)一條自南西向北東流經(jīng)的溪溝貫穿工業(yè)場地，溪溝為季節(jié)性溪溝，目前處于干涸狀態(tài)，主要受大氣降水控制，雨季暴漲，枯季流量較小或斷流，最終匯入工業(yè)場地以東550m處的高洞河，為區(qū)內(nèi)大氣降水的排泄處，屬烏江水系。

1.2 地形地貌

礦區(qū)位于貴州高原東部，所在區(qū)域地勢整體為西高東低，為貴州高原侵蝕、溶蝕型山地地貌，溶溝、溶槽等次一級地貌較發(fā)育。調(diào)查區(qū)地形起伏較大，被北西側(cè)高山及南東側(cè)矮山所夾，位于兩山底部。北西側(cè)高山頂部海拔約1070m，南東側(cè)矮山頂部海拔約770m，北東部最低，海拔約586m。

1.3 地層巖性

礦區(qū)及其周邊出露地層從老到新分別為：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）；二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P₃w）、長興組（P₃c）；三疊系下統(tǒng)夜郎第一段（T₁y¹）、第二段（T₁y²）和第三段（T₁y³）；第四系（Q）。煤層賦存于吳家坪組下部。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)屬揚子準(zhǔn)地臺八面山褶皺帶，武陵坳陷褶皺中段，位于沙子坡向斜南段南西翼。煤層產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，地層傾向86°～105°，傾角10°～20°，一般為16°，礦區(qū)總體構(gòu)造簡單，為一向東傾斜的單斜構(gòu)造，斷層不發(fā)育。

2．主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題

經(jīng)過現(xiàn)場實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)沙子青坨煤礦地質(zhì)環(huán)境主要包括以下幾個問題。

2.1地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，結(jié)合印江縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查資料顯示，青坨煤礦老井礦區(qū)南側(cè)約500m的塘口村鳥井組發(fā)育一處現(xiàn)有在冊的地質(zhì)災(zāi)害隱患點，為塘口村鳥井組塌陷，其初始發(fā)生時間為1989年4月，目前整體穩(wěn)定性較好，無持續(xù)變形塌陷跡象。礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌及泥石流等其他地質(zhì)災(zāi)害。

2.2含水層破壞

青坨煤礦老井于2010年停止開采，且前期開采活動位于穩(wěn)定地下水位以上，礦山開采對含水層破壞的影響較小。

2.3水土環(huán)境污染

現(xiàn)場調(diào)查礦區(qū)風(fēng)井區(qū)左側(cè)主井有地下水持續(xù)流出，水質(zhì)呈微黃色，溫度約16℃。經(jīng)水質(zhì)分析，水中Fe元素含量為3.56mg/L，Mn 元素含量為2.77mg/L，SO₄^2-離子822mg/L，均未達到地表水排放標(biāo)準(zhǔn)，地下水有污染現(xiàn)象。硐口外側(cè)陡崖上有地下水污染痕跡，陡崖面上大面積呈黃色（圖1）。

2.4土地資源與地貌景觀破壞

老井礦區(qū)內(nèi)工業(yè)場地北東側(cè)廢棄礦渣形成的高陡不穩(wěn)定斜坡，礦渣堆積體成分主要由矸石組成，大部分呈碎塊狀、塊狀和粒狀；堆積體平面上呈“U”字型堆放，自身較穩(wěn)定，南西、南東、北東三面臨空，邊坡較陡，總體坡度約40°～50°，高差為20～30m。南東側(cè)及北東側(cè)棄渣邊坡坡腳被沖溝沖刷，北東側(cè)較輕微，南東側(cè)被主溝沖刷，垮塌較嚴(yán)重，對其棄渣本身穩(wěn)定性及下游河道造成威脅。該棄渣堆積區(qū)造成了該地原有地貌景觀破壞及原有土地資源破壞（圖2）。

礦區(qū)東側(cè)主井及風(fēng)井處可見原有礦山遺留建筑物，遺留生產(chǎn)器械等地面建筑，該建筑造成了該地原有地貌景觀破壞及原有土地資源破壞，其中主井及風(fēng)井未進行封硐，主井有持續(xù)性水流，水顏色為微黃，流量約為1L/s。

3.治理思路概述

結(jié)合上述現(xiàn)場調(diào)查查明的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，根據(jù)礦山的實際情況，提出“遺留建筑物拆除及封硐+擋土墻+排水溝+削方放坡+平流式三級沉淀池+覆土種草植樹復(fù)綠”等綜合治理措施，能解決礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境問題，達到恢復(fù)植被、改善景觀、美化環(huán)境的目的。針對礦區(qū)內(nèi)工業(yè)場地北東側(cè)廢棄礦渣形成的高陡不穩(wěn)定斜坡問題，進行削方放坡處理，沿棄渣坡腳前緣位置修建擋土墻，在礦山原有沖溝位置修建排水溝，對原有礦山遺留礦洞進行封堵。針對礦區(qū)內(nèi)遺留建筑物進行全部拆除，對礦區(qū)南側(cè)有居民正在使用的建筑進行移交，然后對以上區(qū)域全部進行覆土種樹種草復(fù)綠。針對礦區(qū)東側(cè)主井及風(fēng)井等遺留礦洞進行封堵，對部分原有礦山遺留建筑物進行拆除，在風(fēng)井左側(cè)拆除房屋處修建平流式三級沉淀池對地下污染水體進行沉淀處理。

4．治理工程設(shè)計

4.1 遺留建筑物拆除及封硐工程

設(shè)計對礦區(qū)內(nèi)的遺留磚瓦結(jié)構(gòu)建筑物進行全部拆除，拆除方法采用一般機械拆除。對于礦區(qū)南側(cè)有居民正在使用的一棟兩層磚瓦結(jié)構(gòu)建筑進行移交。對于礦區(qū)主井口遺留的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煤儲設(shè)施，設(shè)計對其進行保留，并填埋。對于礦山遺留建筑物拆除過程中形成的建筑垃圾，回填至礦區(qū)低洼處。設(shè)計對于礦區(qū)內(nèi)（除風(fēng)井左側(cè)主井外）未進行封堵的井口進行永久性封堵。拆除清理施工作業(yè)前首先了解現(xiàn)狀，摸清需拆除的結(jié)構(gòu)形式，加固改造的部位和裝修做法，做到心中有數(shù)，措施得力。槽底開挖至設(shè)計深度要求后清除松散土石，進行整平。避免超挖，嚴(yán)禁回填。墻體砌筑時，應(yīng)注意縱、橫縫互相錯開，每層橫縫厚度保持均勻。未凝固的砌層，避免震動。

4.2 擋土墻工程

設(shè)計以礦區(qū)南側(cè)涵管出口處為起點至現(xiàn)有工業(yè)廣場棄渣堆積區(qū)南東側(cè)坡腳位置為終點修建A-B-C-D段擋土墻，其中A-B 段擋土墻總長34m，墻身高2.0m，上頂寬為0.6m，下底寬為1.1m。擋土墻采用毛石砂漿砌筑。

設(shè)計在礦區(qū)北東側(cè)沿礦渣堆積區(qū)坡腳修建D-E段擋土墻，擋土墻總長為66m，墻身高2.0m，上頂寬為0.6m，下底寬為1.1m。墻背坡比1∶0，墻面坡比1∶0.25。擋土墻采用毛石砂漿砌筑。

A-B、D-E段墻身設(shè)置二排泄水孔梅花形布置，底排泄水孔高出墻前地面B-C-D段墻身設(shè)置三排泄水孔，底排泄水孔高出墻前地面。墻背泄水孔進口處設(shè)置反濾包。擋土墻基礎(chǔ)持力層均為原生基巖。擋土墻每隔10m或于地形陡變處設(shè)置伸縮縫。采用瀝青麻絲填。擋墻施工主要應(yīng)采用分段放坡機械開挖基槽，開挖段采用1∶0.75的坡率放坡，嚴(yán)禁全斷面開挖，開挖時做好安全防護（圖3）。

4.3 排水溝工程

設(shè)計在礦區(qū)北側(cè)沿斜坡坡腳修建排水溝，采用片石砂漿砌筑。排水溝溝壩兩側(cè)各設(shè)置一排泄水孔。泄水孔進口處設(shè)置反濾包泄水孔高出溝底地面。排水溝基礎(chǔ)持力層為原生紅黏土。

排水溝每隔10m 或于地形陡變處設(shè)置伸縮縫，縫寬20mm，采用瀝青麻絲填。排水溝縱比降大于5%的溝段需設(shè)置消能梯步，降低水流速度。在施工過程中必要時可根據(jù)地形情況進行適當(dāng)調(diào)整，但要求水溝位移后仍保持軸線線性連續(xù)。為使溝底線順直、防止排水溝內(nèi)局部積水及局部減小坡率等，水溝施工時應(yīng)對其布設(shè)的位置進行適當(dāng)?shù)南魈罘健Ｔ诰植康乇韼r土體變形明顯地段，為減少或者消除地表變形對排水的影響，應(yīng)適當(dāng)加厚溝底、溝幫厚度。排水溝溝槽主要采用機械開挖，部分采用人工開挖，開挖時在土質(zhì)邊坡地段按照1：0.75的坡率放坡。

4.4 削方放坡工程

設(shè)計對礦區(qū)工業(yè)廣場棄渣堆積區(qū)形成的高陡邊坡進行削方放坡，按照1：2.0的坡率進行放坡。每級邊坡高差為7.0m，各邊坡之間預(yù)留2.0m寬的馬道。第一級馬道高程596.0m，長度44m。第二級馬道高程603.0m，長度82m。第三級馬道高程610m，長度161m。第四級馬道高程617m，長度193m。削方修坡范圍約9731.75m²。馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置小型截水溝，截水溝斷面為矩形，截水溝設(shè)置伸縮縫，縫寬20mm，采用瀝青麻絲填塞。施工前仔細(xì)調(diào)查自然狀態(tài)下的棄渣堆積體穩(wěn)定情況，分析施工期間邊坡穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)問題及時加固處理。開挖采取自上而下分層開挖，不得亂挖或超挖。

4.5 平流式三級沉淀池工程

設(shè)計在風(fēng)井左側(cè)拆除房屋位置處布設(shè)平流式三級沉淀池，以原生基巖作為池底基礎(chǔ)持力層。三級沉淀池主要采用人工鑿石開挖，開挖時在巖質(zhì)邊坡按照1：0.1率放坡，池頂加蓋鋼筋混凝土預(yù)制蓋板。沉淀池筑成后，對池壁外側(cè)進行回填并夯實。礦井水經(jīng)三級沉淀收集沉淀后再進行排放，如果該地下水經(jīng)沉淀仍未達標(biāo)排放，應(yīng)對該地下水進行后期的處理，直到達標(biāo)才進行地表排放。

4.6 覆土種草植樹復(fù)綠工程

設(shè)計對礦區(qū)遺留建筑物拆除區(qū)域及棄渣挖填方區(qū)域進行覆土種草復(fù)綠，復(fù)綠面積為11934m²。首先須對場地進行平整，而后進行客土回填，再種草植樹?？屯梁穸葹?0cm。為使場地覆土種草復(fù)綠后排水通暢，在覆土?xí)r沿礦區(qū)外側(cè)方向保持5％的坡率。

為達到復(fù)綠效果，同時增強持水能力，覆土后在復(fù)綠區(qū)域植樹，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，沿挖填方區(qū)馬道內(nèi)外側(cè)邊坡及風(fēng)井區(qū)外側(cè)邊坡頂部和底部種植爬藤植物，呈條帶狀布置，栽植時撒埋基肥和客土。

5．結(jié)論與建議

（1）本文以現(xiàn)場實地勘查為基礎(chǔ)，堅持恢復(fù)治理和環(huán)境規(guī)劃相結(jié)合，針對礦區(qū)現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、水土環(huán)境污染和土地資源與地貌景觀等地質(zhì)環(huán)境問題，提出了“遺留建筑物拆除及封硐+擋土墻+排水溝+削方放坡+平流式三級沉淀池+覆土種草植樹復(fù)綠”的治理措施。技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理。

（2）通過復(fù)綠治理，美化了地質(zhì)環(huán)境，提高了全民保護地質(zhì)環(huán)境的意識，并對規(guī)劃、布局具有一定指導(dǎo)意義。