南阳塔子山矿区地质环境问题及治理对策
2021-11-02杨奇超
杨奇超
(中化地质郑州岩土工程有限公司,郑州450011)
1 引言
矿产资源是人类生存与发展的物质基础,而环境则是人类生存与发展的必要条件,矿产开采引发的矿产地质环境问题已经成为影响矿山生产和人居生态环境的重要因素[1]。长期以来“重开发、轻保护”的不合理矿产资源开采利用方式产生了大量废弃矿山[2],产生的一系列的矿山地质环境问题[3]包括生态破坏、地质灾害和环境污染3大类型,具有类型多样、成因复杂、数量众多、分布广泛、危害严重等特点[4],直接或间接地威胁着人民的生命和财产安全。
党的十八大将生态文明建设提高到更加重要的地位,为实现矿产资源开发与地质环境保护协调发展,避免和减少矿山地质环境破坏和污染,做好矿山地质环境保护与恢复治理工作,国家相关部门和地方政府出台了一系列法规[5],开展了全国矿山地质环境摸底调查工作[6]。秉持山水林田湖草是生命共同体的理念,提出了我国废弃矿山生态修复技术思路和对策措施,强调了开展矿山生态修复应充分考虑生态系统的完整性、结构和功能,因地制宜、分区修复、分类施策的观点[7,8]。
2 研究区地质环境
南阳市塔子山矿区位于二广高速五朵山至北绕城高速段21 km处,南距绕城高速约100 m。
2.1 区域地质构造
区域地质构造上研究区属于华北古板块与秦岭古板块缝合线(商南—镇平深大断裂构造带)北侧的北秦岭叠瓦逆冲推覆构造带内;在造山带内构造演化阶段,由于继承性的陆内俯冲,沿断裂带产生逆冲、推覆、走滑等为主的断裂活动,区内山体即为逆冲、走滑阶段构造侵位的岩块,后经伸展抬升,形成山体。
2.2 地形地貌
塔子山是南阳盆地西北部平原上突出的一座孤山,山的四周为广袤的农田,塔子山及附近地区在开采花岗岩矿以前,曾是青山绿水的美丽地貌景观。
塔子山山体呈梭形,轴向25°,山体长约1 km,宽200~300 m,山体最高294 m,相对高差约98~103 m,山体坡度25°~50°。经过多年的无序开采,目前,塔子山西南部分布7个大小不一的采坑,坡高壁陡,山体破坏不堪,原始地形地貌遭到严重破坏。分布于塔子山的周围区域,为白河冲积平原,地面标高170~200 m,地势呈中间高四周低,地形坡度3°~4°,表层为棕红色、褐红色黏土及粉土。
2.3 地层岩性
根据岩土结构特征、岩石名称及其性状、坚硬程度并考虑其风化程度等,调查区工程地质分区主要为第四系黏土、亚黏土层和块状中等风化较硬斜长花岗岩组2类。
1)黏土、亚黏土层
主要分布于山体坡脚处及周边平坦区域,形成晚,固结程度较差,其力学强度中等。呈可塑-硬塑状态,地基承载力特征值160~250 kPa。
2)块状中等风化较硬斜长花岗岩组
分布在塔子山山体区域,由中远古界斜长花岗岩组成,粒状结构,节理裂隙较发育,岩体抗风化能力较强,力学强度较高。单轴抗压强度约160 MPa,属坚硬岩。
2.4 水文地质条件
按含水介质性质,工作区地下水类型可分为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水2类。
基岩裂隙水主要为块状岩类裂隙水,分布于塔子山山体区域,岩性为斜长花岗岩,泉流量小于0.1 L/s,水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型水。由于塔子山山体高差较大,而山体面积较小,降雨补给量小,矿区开采至今未见地下水。
第四松散岩类孔隙水主要分布于塔子山周边区域,为潜水,单井涌水量1 000~3 000 t/d,为富水区,水位埋深6~10 m,地下水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型水。
工作区地下水补给、排泄条件简单。地下水补给以大气降水为主,其水量受大气降水控制,随季节变化明显。地下水排泄以侧向径流为主,其次为人工开采等。地下水动态类型为降水-径流、开采型。
3 矿山地质环境问题
3.1 采坑区分布特征
塔子山矿区采石场采掘工作面环绕矿山半圈,呈东、西、南3个方向分布。矿山经多年露天无序开采,已形成了大小不等的7个采坑(见图1),坑长17~36 m,高9.6~26.3 m,坡度近为直立(见表1),顶部岩石松散,裂隙发育,局部甚至危岩倒挂。坑底部有大量废石堆积,私采乱挖现象严重。采坑底部边坡有大量废石压占,局部坡度较陡,有产生崩塌、滑坡灾害的隐患。
表1 采坑区基本特征
图1 采坑分布
7个采坑区的岩性均为中元古界斜长花岗岩,采坑区底部表面被第四系碎石土层及废石渣所覆盖,总体高程为200.0~190.5 m。采坑占地面积最小的是CK2,为1 615m2,占地面积最大的是CK1,为4 543 m2;采坑区总体地势变化稍大,边坡高度最高为23.43 m,总体坡度较大,地势较陡,区内高低不平,多处废石渣堆放,雨季不利于雨水外排。区内现存几处废弃采矿建筑物,随时有倒塌可能,目前采坑内地貌景观严重破坏,一片荒芜。
3.2 废石堆边坡分布特征
塔子山花岗岩矿的随意开采造成了采坑地形地貌景观的破坏,由于废石渣的无序堆放,形成了两段较长的高陡松散边坡。由于边坡较陡,废石荷载较大,在外界不良因素的作用下,局部已经发生了滑塌现象,其他地方存在崩塌、滑坡地质灾害的隐患。两段废石堆边坡的详细情况如下:
A段边坡位于CK3西南侧,长度约68 m,顶部高程为204.0~205.5 m,底部高程为193.0~195.2 m,坡高约10~11 m;边坡由废石废渣堆形成,表面废石较多,最大粒径达到2 m,下部土质松散,坡度约23°~40°,局部有岩石滚落、滑塌现象。
B段边坡位于CK4、CK5、CK6所对的采坑外部,长度约201 m,顶部高程为204.5~209.5 m,底部高程为196.5~198.0 m,坡高约8.0~11.5 m;边坡表面布满了废石废渣,粒径一般为0.8~2.0 m,边坡主要由废渣堆积而成,碎石土土质松散,坡度约20°~25°,雨季碎石有被冲下的现象,崩塌、滑坡隐患严重。
4 矿山地质环境问题治理对策
4.1 危岩清除
根据研究区的工程地质条件、生态环境条件和矿山开采造成的地质环境问题,为了确保整治后采坑边坡的稳定,需对边坡进行危岩清除。对于处于基本稳定或稳定状态的边坡,只需对坡顶及坡面上的悬挂岩块、松动岩石进行清除,对于处于欠稳定状态的边坡,除对坡顶及坡面上的悬挂岩块、松动岩石进行清除外,其他危险部分必须做彻底的削坡清除。
4.2 采坑整理工程
将采坑整理区按照所处位置及地势分为若干个片区,各片区根据其测量出的剖面图进行挖方或是填方平整,使其从内到外具有一定的坡度,便于雨水外排,但是又要控制不能太陡,避免水土流失。采坑碾压平整后,有机械挖方形树坑,树坑尺寸为1 m×1 m×1 m,植树树坑完全置换为种植土。
4.3 渣堆边坡修整工程
边坡修整主要包括CK3西南侧废渣堆边坡(A段边坡)和CK4、CK5、CK6所对的采坑外部废渣堆边坡(B段边坡),这两段边坡坡面上布满了废石,边坡土质松软,目前已出现岩石滚落、边坡滑塌等灾害,威胁当地过往行人的安全,设计采用削坡的方式来减小边坡坡度,坡脚处设置挡土墙压坡脚,坡面上覆土并铺砌生物砖植草绿化;另外,坡面修整完毕后,在A、B段坡面上各修一条台阶步道,方便绿化管理及行人上下。
4.4 绿化工程及休闲设施
在采坑整平区、采坑边坡坡脚挡土墙内侧进行植树绿化,在修整完毕的A、B段边坡铺砌生物砖,撒草籽种草绿化;实现“春有花,夏有荫,秋有果,冬有青”的治理效果,在采坑和挡土墙内侧选择多种树种混合栽种。
为了美化治理区生态环境,陶冶游人的情操,在采坑整理区内修建几座凉亭,供行人休息玩耍。
5 结论
1)南阳市塔子山矿区以露天开采为主,矿区开采对周围的交通设施、土地、植被、地形地貌等影响较大,引发一系列的地质环境问题,较为突出的为地质灾害隐患点、地形地貌景观破坏两方面。
2)采坑区采用清除危岩、采坑整理、渣堆边坡修整、绿化等综合治理措施。通过恢复治理,可基本避免塔子山7个采坑高陡边坡的危岩崩塌、滑坡,使矿山周围的生态环境得到恢复,达到改善矿区生态环境、居住环境和投资环境,促进南阳市经济的可持续发展的目的。