礦山水文地質(zhì)環(huán)境勘查與治理方法研究

摘 要：通過地質(zhì)測繪測量、遙感解譯和山地工程等綜合手段，查明項目區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和問題以及對周邊環(huán)境的影響，并查明治理工程的地質(zhì)條件，為工程設(shè)計和礦山復(fù)綠提供依據(jù)。收集相關(guān)資料，分析項目區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境，掌握水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件。通過無人機航測、地質(zhì)調(diào)查，查明渣堆大小、形狀，壓占土地面積，環(huán)境破壞程度，評價其穩(wěn)定性；確定治理工程地質(zhì)參數(shù)和工程地質(zhì)條件；調(diào)查工程施工的三通一平，臨時占地和材料堆放場地。修建擋墻和排水設(shè)施后，消除礦山環(huán)境問題引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害隱患，使礦山地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)和改善，保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，社會效益顯著。覆土綠化后，渣堆成為立體式綠地，抑制粉塵，凈化空氣，改善、修復(fù)生態(tài)環(huán)境，為周圍群眾營造良好的生活環(huán)境，環(huán)境效益顯著。

關(guān)鍵詞：礦山地質(zhì)環(huán)境；地質(zhì)勘查；工程治理；覆土綠化；效益分析

中圖分類號：X506 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0114-04

Abstract： Through geological surveying and mapping， remote sensing interpretation and mountain engineering and other comprehensive means， this paper intends to find out the current situation and problems of the mine geological environment in the project area and its impact on the surrounding environment， analyze the geological conditions of the control project and provide a basis for engineering design and mine greening. This paper collects relevant data and analyzes the geological environment in the project area， so as to grasp the hydrogeological conditions and engineering geological conditions; through UAV aerial survey and geological survey， it is supposed to find out the size and shape of the slag pile， occupy the land area， the degree of environmental damage， and evaluate its stability; and it is proposed to determine the engineering geological parameters and engineering geological conditions， and investigate the three links and one level of the project construction， temporary occupation of land and material stacking site. After the construction of retaining walls and drainage facilities， the hidden dangers of geological disasters caused by mine environmental problems are eliminated， the mine geological environment and ecological environment are restored and improved， the sustainable development of social economy is ensured， and the social benefits are remarkable; through soil covering and greening， the slag pile becomes a three-dimensional green space， which suppresses dust， purifies the air， improves and repairs the ecological environment， and thereby creates a good living environment for the surrounding residents.

Keywords： mine geological environment; geological exploration; engineering treatment; soil covering greening; benefit analysis

礦產(chǎn)資源作為一種有限自然資源被開發(fā)利用，楊營子礦山由于沒有合理的開采規(guī)劃，開采技術(shù)水平低，導(dǎo)致該礦山在20世紀(jì)70年代破產(chǎn)，責(zé)任主體已經(jīng)滅失。礦山開采過程中修建了水井、排水渠和擋墻，采礦活動形成大量渣堆，占用和破壞了大量土地，植被破壞嚴(yán)重，對周邊生態(tài)環(huán)境造成了破壞，對當(dāng)?shù)鼐用竦木幼…h(huán)境造成了較大影響。當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娭卫碓竿惹小?/p>

1 水文地質(zhì)環(huán)境勘查

1.1 水文條件

楊營子礦山屬于燕山山地水文地質(zhì)分區(qū)。第四系一般為透水不含水層，只在溝谷下游砂礫層中含孔隙水；圍巖為角閃黑云斜長片麻巖，風(fēng)化裂隙潛水含水性微弱，風(fēng)化裂隙承壓含水帶主要分布在斷裂構(gòu)造帶及其附近，由于構(gòu)造作用往往產(chǎn)生一系列構(gòu)造裂隙、節(jié)理等組成帶狀弱富水承壓帶，是礦床主要富水地段，但水量一般不大。礦區(qū)地下水主要有2種基本類型，一是碳酸鹽巖節(jié)理裂隙水，二是第四系松散堆積層的孔隙水。地下水唯一補給來源為大氣降水，水位變化受季節(jié)性影響。另外，礦區(qū)基巖部分裸露，溝谷發(fā)育，有利于地下水的排泄，不利于地表水的聚集。該區(qū)域水文地質(zhì)條件簡單。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

楊營子礦山所處大地構(gòu)造位置：中朝準(zhǔn)地臺（I2），燕山臺褶帶（Ⅱ22），承德拱斷束（Ⅲ26），大廟穹斷束（IV220）構(gòu)造單元西部。礦區(qū)南部為崇禮-平泉大斷裂帶，北部為豐寧-隆化大斷裂帶。出露地層主要以元古界紅旗營子群姜營組（Pt1j）變質(zhì)巖為主，另有沿溝谷分布的新生界第四系全新統(tǒng)（Q4）松散堆積層。地震動峰值加速度為0.05 g，地震設(shè)防烈度為Ⅵ度[1]，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45。據(jù)歷史地震資料分析，工作區(qū)附近未發(fā)生過6級以上地震。

1.3 勘查目的任務(wù)

通過地質(zhì)測繪測量、遙感解譯和山地工程等綜合手段，查明項目區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和問題以及對周邊環(huán)境的影響；并查明治理工程的地質(zhì)條件，為工程設(shè)計和礦山復(fù)綠提供依據(jù)。

收集資料，分析項目區(qū)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，掌握水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件。

通過無人機航測、地質(zhì)調(diào)查，查明渣堆大小、形狀，壓占土地面積，環(huán)境破壞程度，評價其穩(wěn)定性。

確定治理工程地質(zhì)參數(shù)和工程地質(zhì)條件。

調(diào)查工程施工的三通一平，臨時占地和材料堆放場地。

1.4 勘查手段

1.4.1 野外測繪及測量

測量包括控制測量、地形圖修測、剖面測量以及對重要的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)點和治理工程點進(jìn)行定位測量[2]。全區(qū)域測繪精度為1∶500，工程部位采用1∶200的平面、剖面地質(zhì)測繪工作，勘查區(qū)內(nèi)其他部位開展1∶500的平面、剖面地質(zhì)測繪工作。

1.4.2 山地工程

山地工程主要采用淺井和探槽，淺井布設(shè)在覆蓋層較厚擬建工程位置，淺井深3～5 m/個，共計20延米。探槽主要布設(shè)在覆蓋層較淺工程部位和渣堆位置，主要目的揭露地層巖性和渣堆厚度，探槽深2 m/個，體積88 m3。

1.4.3 取樣試驗

針對擬建工程部位，取土樣6組，巖樣6組，進(jìn)行了室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)試驗，為工程部位提供工程地質(zhì)參數(shù)[3]。巖、土樣均在探槽、淺井內(nèi)采取，采樣數(shù)量和質(zhì)量均滿足要求。另外，取地表水水樣2件，進(jìn)行簡分析和侵蝕CO2室內(nèi)試驗。土樣及水樣嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和勘察設(shè)計操作，工作量符合設(shè)計工作量。

1.5 勘查結(jié)論

1.5.1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

1）渣堆現(xiàn)狀。由于采礦活動，大量的山皮土和礦渣無序堆積形成了渣堆。渣堆相對標(biāo)高起伏較大，長有少量雜草，植被覆蓋率低，在多風(fēng)季節(jié)極易形成揚塵，污染周邊環(huán)境。

渣堆ZD1位于項目區(qū)南側(cè)溝谷地帶，南北走向，長方形狀。渣堆長約371 m，平均寬度190 m，平均厚度18 m，坡面坡度25～45°，成分主要為礦渣、塊石，礦渣粒徑5.0～20 mm，塊石粒徑20 mm～1.5 m。渣堆ZD1北側(cè)在堆積過程中形成了5個不規(guī)則臺階，坡面結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定性較差，植被覆蓋率15%，經(jīng)過雨水沖刷容易形成水土流失和局部垮塌。

渣堆ZD2位于項目區(qū)東側(cè)，東南西北走向，形狀為月牙形。渣堆長約147 m，平均寬度80 m，平均厚度12 m，坡面坡度，20～30°成分主要為碎屑、塊石，碎屑粒徑5.0～20 mm， 塊石粒徑20 mm～1.5 m，植被覆蓋率20%。

0eb39b3dbd475f47055d2ec065f39a8e18e99bb5a46d391fcac86628a886ad08渣堆ZD3位于項目區(qū)中北部，東南西北走向，形狀為長方形。渣堆長約130 m，平均寬度93 m，平均厚度26 m，渣堆坡面坡度45～55°。渣堆ZD3成分主要為礦渣，礦渣粒徑1.0～50 mm，堆積過程中形成了6個不規(guī)則臺階，由于坡面植被覆蓋率17%，南部出現(xiàn)了垮塌。

渣堆ZD4位于項目區(qū)西部，西南東北走向，形狀為長方形，平均長度190 m，寬度58 m，標(biāo)高在+665.95～+682.5 m之間，高低不平，平均厚度6.5 m，坡面坡度28°。主要為第四系沖洪積、殘坡積覆蓋層和礦渣。

2）渣堆穩(wěn)定性。通過宏觀分析和工程地質(zhì)類比法，在現(xiàn)狀下，渣堆的穩(wěn)定性評價結(jié)果處于穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)；影響渣堆邊坡穩(wěn)定性因素主要為降雨和地震，在暴雨或地震工況下，穩(wěn)定性逐漸降低，最終處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。渣堆的宏觀定性分析評價見表1。

1.5.2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題的危害性

1）巖土侵蝕。大量礦渣堆積的渣堆為流水侵蝕提供了大量松散物質(zhì)。由于礦業(yè)開發(fā)活動對山區(qū)植被的大面積破壞，暴雨之后容易形成山洪、泥石流、滑坡，致使礦區(qū)巖土侵蝕加劇，生態(tài)環(huán)境惡化。

2）侵占土地。廢棄渣堆占壓大量的土地，對環(huán)境造成了極大的破壞。同時廢石渣的揚塵對該區(qū)空氣造成污染嚴(yán)重影響到周圍附近村民的生活質(zhì)量。

3）生態(tài)破壞與環(huán)境污染。礦產(chǎn)開發(fā)帶來的環(huán)境污染更是不容忽視，其主要表現(xiàn)在水污染和生態(tài)破壞，造成地表水污染現(xiàn)象，并間接污染地下水、農(nóng)田和農(nóng)作物，威脅河流兩側(cè)居民的生存安全和質(zhì)量。

1.5.3 地質(zhì)環(huán)境發(fā)展趨勢

礦山由于采礦活動形成了大量的渣堆，這些區(qū)域內(nèi)的地貌景觀、地表植被和土地資源完全被破壞，大面積寸草不生，與周邊環(huán)境極其不協(xié)調(diào)。區(qū)域內(nèi)只進(jìn)行過簡單工程治理措施，單靠自然恢復(fù)，根本不可能消除礦山活動引起的地質(zhì)環(huán)境問題，生態(tài)環(huán)境將會一直處于脆弱狀態(tài)。

大量堆積礦渣、碎渣、塊石，在雨水沖刷、面流、溝流作用下，容易形成水土流失，加劇項目及周邊生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。遇到大風(fēng)天氣，松散顆粒隨風(fēng)形成沙塵天氣，降低空氣質(zhì)量，污染周邊生態(tài)環(huán)境。同時，渣堆邊坡在長期風(fēng)化、重力作用、雨水沖刷下，容易發(fā)生局部滑塌，形成次生地質(zhì)災(zāi)害。

因此，項目區(qū)內(nèi)已經(jīng)形成非常脆弱的生態(tài)環(huán)境，不進(jìn)行人為治理，生態(tài)環(huán)境不會得到改善，相反會進(jìn)一步惡化，影響周邊生態(tài)環(huán)境，且存在發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

1.5.4 地質(zhì)參數(shù)確定

工程地質(zhì)參數(shù)的確定首先揭露治理工程地層巖性，通過山地工程取樣送實驗室取得物理力學(xué)參數(shù)并結(jié)合《工程地質(zhì)手冊》[4]綜合確定治理工程的地基承載力所需參數(shù)，為礦山環(huán)境治理提供依據(jù)。

2 治理方法研究

2.1 治理目標(biāo)

通過礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，達(dá)到“春有花、夏有景、秋有果、冬有綠”的喬灌草相間的立體綠化模式，打造優(yōu)美和諧的生態(tài)環(huán)境。

2.2 治理原則

利用成熟的治理經(jīng)驗，結(jié)合當(dāng)?shù)刂脖簧L規(guī)律，少投入高產(chǎn)出，堅持以人為本，做到標(biāo)本兼治，體現(xiàn)出人與自然協(xié)調(diào)、和諧可持續(xù)發(fā)展理念，從實際出發(fā)，因地制宜，正確處理自然資源利用和生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的原則。

2.3 治理方案

2.3.1 渣堆整治

對渣堆進(jìn)行放坡，控制坡度1∶2，坡面坡度不大于30°。渣堆ZD1頂部較平整，對頂部區(qū)域進(jìn)行整平并修建土埂，可以作為土地復(fù)墾或作為其他用途用地，整治臺階和坡面覆土綠化。渣堆ZD1場地平整見表2。

渣堆ZD2頂部整理為平臺，該平臺進(jìn)行覆土綠化，工作設(shè)計劃歸為平臺覆土綠化。頂部平整后長115 m，寬46.5 m，面積為5 347.5 m2（約8畝，1畝約等于667 m2），平整后標(biāo)高為715～716 m。邊緣修建土埂長度為286 m，高為0.6 m，防止雨水形成面流，沖刷坡面。

渣堆ZD3頂部建有一干選場，對臺階和坡面整治覆土綠化。坡面平整臺階面積共4 462.5 m2（約7畝）。渣堆ZD3場地平整見表3。

渣堆ZD4頂部整理后進(jìn)行覆土綠化。頂部平整后長190 m，寬58 m，面積為11 020 m2（約16畝），平整后標(biāo)高為669.0～681.0 m。

2.3.2 擋墻工程

為穩(wěn)固渣堆邊坡在渣堆整治以后的坡腳修建漿砌石擋墻高度1.5～2 m，斷面為梯形，如圖1、圖2所示。擋墻部位工程地質(zhì)條件：①第四系沖洪積層，主要物質(zhì)為粉質(zhì)黏土，地基承載力特征值取100 kPa。②中風(fēng)化片麻層，顏色為淺灰色，地基承載力特征值取1.5 MPa。③礦渣（角礫）層，該土層工程地質(zhì)條件較差，需要進(jìn)行夯實以后作為擋墻地基持力層，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗值地基承載力值為75 kPa。工程地質(zhì)條件能夠滿足該工程需要。

2.3.3 排水渠工程

根據(jù)邊坡變形失穩(wěn)影響因素及場地工程地質(zhì)條件，以“截、排和引導(dǎo)”為原則，充分利用自然地形布置地表截排水工程，有利于地表水的盡快排泄，為防止雨水沖刷坡面和匯水范圍內(nèi)雨水及時排走修建了排水渠。渣堆整治臺階上修建橫排水渠，坡面上修建縱排水渠，橫排水渠匯水引入坡面縱排水渠，然后將渣堆坡面匯水引導(dǎo)至主排水渠系統(tǒng)，以減少雨水對渣堆坡面的沖刷。經(jīng)量測截排水溝截流的匯水面積，截排水溝匯流面積約15 000 m2。根據(jù)GBJ 14—87《室外排水設(shè)計規(guī)范》確定地表徑流系數(shù)Φ=0.3。

2.3.4 覆土綠化工程

土源主要通過取土場購買，購買土以后進(jìn)行添加有機肥進(jìn)行土壤改良，改良以后土壤才能作為種植土。根據(jù)TD/T 1036—2013《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[5]，渣堆整治臺階面狀覆土厚度0.3 m種植花卉，覆土后平整坡度不大于5°，整治臺階采用穴狀種植油松、國槐、側(cè)柏、山杏和撒播花卉種子，頂部邊緣修建土埂，土埂頂寬2 m，底寬4 m，高0.6 m。坡面整治坡度1∶2放坡，覆土綠化。

渣堆ZD1斜坡坡面種植沙棘，呈帶狀種植，整治臺階種植油松、國槐側(cè)柏和花卉，頂部修建土埂，土埂上種植油松和沙棘。渣堆ZD2頂部整理為平臺后種植油松和沙棘。渣堆ZD3斜坡坡面種植沙棘，呈帶狀種植，整治臺階種植油松、國槐、側(cè)柏和花卉。渣堆ZD4整治后種植山杏。排水渠東側(cè)種植一排山杏樹。

油松，株行距為1.5×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，油松株高1.5 m，地徑4～6 cm，冠幅0.5～0.8 m。

國槐，株行距為1.2×1.2 m，種植坑尺寸0.6 m×0.6 m×0.5 m，國槐株高0.8 m，地徑1～2 cm，冠幅0.5～0.8 m。

側(cè)柏，株行距為1.2×1.2 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，側(cè)柏株高1.5 m，地徑2～3 cm，冠幅0.3～0.6 m。

山杏，株行距為1.5×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，杏樹株高1.8 m，地徑3～5 cm，冠幅1.0～1.5 m。

沙棘，種植株行距為0.6×0.6 m，種植坑尺寸0.4 m×0.4 m×0.4 m，沙棘株高0.3 m。

3 效益分析

治理工程覆土綠化后，礦山地質(zhì)環(huán)境得到了有效改善，將產(chǎn)生顯著的社會及環(huán)境效益，給其他地方、私人礦山地質(zhì)環(huán)境治理帶來示范作用。

社會效益：對礦山地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行治理、消除了礦山環(huán)境問題引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害隱患，使礦山地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)和改善，保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，社會效益顯著。

環(huán)境效益：礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程的實施，使渣堆成為立體式綠地，抑制了粉塵，凈化了空氣，改善、修復(fù)了生態(tài)環(huán)境，為周圍群眾營造良好的生活環(huán)境，環(huán)境效益顯著。治理后礦山效果如圖3所示。

4 結(jié)束語

楊營子礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行覆土綠化治理是必要的，是技術(shù)可行的，其治理工程綠化措施，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境起到了示范效應(yīng)。在覆土綠化完成后，能起到保護環(huán)境的作用，減少了經(jīng)濟損失，促進(jìn)地方的社會穩(wěn)定，加快了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 工程測量規(guī)范：GB 50026—2007[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程：JGJ T87—2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 常士驃.工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.

[5] 土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：TD/T 1036—2013[S].2013.