焦桐高速巩义北山口镇白窑至老井沟段废弃矿山地质环境问题及治理对策

2022-01-13张建峰

中国锰业 2021年6期

张建峰

(核工业江西工程勘察研究总院有限公司，江西南昌 330000)

巩义市矿产资源丰富，矿业开发历史悠久，特别是改革开放以来，矿产资源开发利用得到了迅猛发展，矿产开发和与之相关的矿产品加工产业也随之成为巩义市的支柱产业之一。但无序的乱采乱挖给当地生态环境带来严重的破坏，崩塌地质灾害时有发生。选取焦桐高速巩义北山口镇白窑至老井沟段废弃矿山的地质环境问题为研究重点，提出治理对策，对该地地质环境治理有一定的参考意义[1-3]。研究区位于巩义市北山口镇焦桐高速南官庄至老井沟段东侧山川村，北距北山口镇约3 km，北距巩义市约5 km，其西部有国道310通过，中间有涉村镇至巩义的省道和便道经过，交通较为便利。

1 地质环境特征

巩义市地处华北地层区，分属豫西分区嵩箕小区。巩义市市域出露地层由老到新依次有：下元古界嵩山群(Pt1sh)；中元古界马鞍山群(Pt2m)；古生界寒武系(∈)、奥陶系中统马家沟组(O2m)、石炭系上统本溪组(C2b)、太原组(C2t)、二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)；中生界三叠系刘家沟组(T1l)；新生界第四系中更新统(Qp2)、上更新统(Qp3)、全新统(Qh)。研究区场地内底层较简单，表层主要为黄土状粉土和碎石土，下部为石炭系的奥陶系的灰岩。

巩义市位于华北地台嵩箕台隆北部边缘荥密背斜北翼，总体构造形态为一走向NWW-SEE，倾向15(°)左右，倾角一般小于10(°)的单斜构造，区内发育少量高角度正断层及滑动构造，地质构造较复杂。

经野外调查，研究区内构造以发育早期深层次的韧性变形构造群落为特征，后期脆性构造不发育，对建筑用灰岩影响不大。

早期深层次韧性变形，在研究区内结晶灰岩中表现为固态流变褶皱、顺层劈理化带和韧性剪切带的变质固态流变结构群落的形成，整体上岩层的产状变化较大，很不稳定；局部出现小型褶皱和小型断层。后期脆性构造不发育，仅表现为局部地段的节理发育，出现较大的裂隙。

2 水文地质及工程地质条件

2.1 水文地质条件

研究区位于构造剥蚀丘陵区，地势较高，坡度较大，地表为黏性土层，降雨排泄条件好，不易下渗，补给地下水有限。地下水对采矿和后期治理不会产生影响。所以，场地水文地质条件简单。

治理区位于基岩出露丘陵区，顶部第四系松散层，主要分布于沟谷及坡顶，富水性差。治理区地下水类型为碳酸岩类岩溶裂隙水，单井涌水量<10 m3/d，富水性不均匀，但水位埋深大，对治理工程设计与施工影响不大。

2.2 工程地质条件

场区的地层及其工程力学性质，可划分为中厚层灰岩岩组、钙质泥岩岩组、杂填土土体及黏性土土体。

1)中厚层灰岩岩组

岩体完整、致密、坚硬、抗压强度高、抗风化能力强、岩溶不发育，节理较发育—不发育，干抗压强度70～100 MPa，软化系数>0.75，在勘查区大面积出露。

2)页岩岩组

岩体较完整、较坚硬、抗压强度较低、抗风化能力较弱，节理较发育，干抗压强度10～15 MPa，软化系数>0.85。岩体较松脆，在陡崖处易出现崩塌。工程地质性质较差。

3)黏性土土体

在勘查区山坡低处出露，结构较为疏松，力学强度低，承载力在150～180 kPa，压缩系数为0.10～0.20。具有一定的直立性。

4)碎石土土体

在东风村场区山坡低处出露，泥质胶结，结构较为疏松，力学强度低，承载力在120～150 kPa，压缩系数为0.10～0.15。坑壁开挖较陡时，存在塌滑的可能性。

2.3 人类工程活动

研究区及周边主要的人类工程活动有矿产开发和农耕活动。研究区为建筑石材开采区，早期进行开采，2008年全部关闭，地形地貌和土地资源破坏严重。农耕活动包括耕种、田间道路修整等。总体治理区人类活动较强烈。

3 主要矿山地质环境问题

研究区内由于矿产资源的开采，造成了一系列矿山地质环境问题，采坑比比皆是，废弃矿渣随意堆放，山体整体破损，地形地貌景观严重破坏，对当地生态环境造成巨大影响。采矿活动在一些地方形成高陡边坡，崩塌地质灾害时有发生，存在着严重的地质灾害隐患。本次研究范围内的主要矿山地质环境问题为采矿遗留的露天采坑及渣堆，不稳定边坡及其危岩体，以及采矿遗留的平硐等。研究区共发现露天采坑22处，渣堆10处和崩塌地质危岩体26处。

3.1 采坑

研究区有采坑22处，各采坑破坏面积大小不一，采坑情况一览见表1。

表1 采坑情况一览

采坑深浅不一，平均深度最大达71 m，最小深度为10 m，均属于较深的采坑。其中SCK9破坏面积最大，为16 000 m2，SCK6破坏面积最小，面积为400 m2。100～1 000 m2的采坑为2个，占总数的9.09%；1 000～5 000 m2的采坑为11个，占总数的50%；5 000～10 000 m2的采坑为8个，占总数的36.36%；大于10 000 m2的采坑为1个，占总数的4.55%。

采坑总体积4 103 500 m3。SCK9体积最大，为1 040 000 m3，SCK2体积最小，为13 000 m3，其中10 000～100 000 m3的采坑为11个，占总数的50%。100 000～200 000 m3的采坑为4个，占总数的18.18%。200 000～300 000 m3的采坑为3个，占总数的13.64%。大于300 000 m3的采坑为4个，占总数的18.18%。这些采坑在一些地段成区连片，严重地破坏了地形地貌景观和山区林地资源。在较深的采坑周边多数是较陡的陡崖，形成较大的临空面，一些边坡顶部出现卸荷裂隙，构成危岩体，形成崩塌隐患[4]。

3.2 渣堆

研究区内有渣堆10个，多为不规则形状。渣堆总占压面积为2 350 m2，最大面积600 m2(SZD10)，最小值为50 m2(SZD4)。渣堆高度不一，最大值为3 m(SZD6、SZD9)，最小值为1 m(SZD1)。渣堆总体积为3 770 m3，最大值为1 000 m3(SZD10)、最小值为60 m3(SZD4、SZD5)。其主要危害为占压破坏林地和地形地貌景观，一些高度大的渣堆还存在地质灾害隐患。渣堆调查统计结果见表2。

表2 渣堆调查统计结果

3.3 危岩体

研究区危岩体26处，总体积为18 642 m3，最大值为3 000 m3(SW06)、最小值为12 m3(SW24)。危岩体特征一览见表3。

表3 危岩体特征一览

4 治理对策

4.1 治理原则

1)因地制宜的原则，针对研究区地质灾害和矿山地质环境问题的特点、分布及危害程度，抓住重点，因地制宜，采取综合工程治理措施对破坏的地质环境进行治理。消除区内崩塌等地质灾害隐患及影响；修复地形地貌景观，改善区内生态环境。按照“宜林则林、宜景则景、宜耕则耕”的原则，因地制宜地对破损山体进行改造整治，最大限度地增加土地利用面积，有效改善高速公路两侧的地貌和生态景观，促进当地经济可持续发展。

2)突出改善高速公路两侧可视范围内地貌景观治理的原则，本治理区内地质环境问题非常严重，多处地段严重影响了地形地貌和破坏土地资源，在临近高速公路两侧存在多处高陡边坡及遗留的采坑渣堆，严重影响了高速公路两侧的地貌景观，因此本次治理重点在改善高速公路两侧的地貌景观。

3)适当提高耕地、林地的覆土厚度，巩义市北山口镇位于山地丘陵区，地形起伏大，水源缺乏，为保证治理后的耕地质量和树木成长，适当提高覆土厚度，增加土壤保肥保墒能力，稳固乔木根系。

4.2 总体思路

根据巩义市及北山口镇的规划发展需要，结合治理区地质环境现状及地质条件，本着“宜景则景、宜林则林、宜耕则耕”的原则，有效地改善高速公路周边的地质环境，改善矿区的自然环境。

治理区面积0.167 km2。主要矿山地质环境问题采坑22处，总面积92 100 m2，采坑壁形成的危岩体26处，总体积为18 642 m3，采坑内各处堆积的大量渣堆10个，多为不规则形状。总占压面积为2 350 m2，总体积为3 770 m3，影响高速公路周边的地貌环境。具体实施内容为：削坡及清理危岩，修整岩壁的台阶作为绿化的平台，覆土绿化或复耕，在治理后的地块覆土，修筑挡土墙及排水沟，养护浇灌系统[5]。

4.3 治理对策

具体治理目标为露天采坑22处、渣堆10处和崩塌地质危岩体26处，治理后可形成林地4.355 hm2、灌草地1.054 hm2、耕地0.984 hm2。

1)危岩清理。①边坡整理，使边坡整体平顺，以便下一步施工；②清理危岩体，对风化强烈、坡面破碎、存在较大安全隐患的边坡及危岩体实施削方工程，清除表层风化破碎岩体、悬空岩体、坡面堆积岩块等，消除崩塌灾害隐患，使坡面尽可能平整、稳定。实施措施为：①对高陡边坡上不稳定的石块及堆积浮石，采用系绳索人工钢钎清理；②对于边坡顶部的危岩和陡坎高度不大的，采用挖掘机的冲击锤清理；③对于边坡顶部基岩风化程度较大，卸荷裂隙发育，岩体较破碎，设计采用削坡清理，使用挖掘机、冲击锤施工；④削坡及开挖的石块，大小控制在30 cm以下，以便回填时比较密实，不出现较大的空隙。

对场区SCK4、SCK5、SCK6、DCK7、SCK9、SCK15、SCK16、SCK17、SCK18、SCK20采坑上部的危岩体进行清理，预计清理危岩119 456 m3，消除地质灾害隐患。

2)渣堆整理。对渣堆SZD1、SZD4、SZD6进行清理回填至采坑SCK1、SDK7；对渣堆SZD2、SZD3、SZD5处的石渣，回填至采坑SCK2、SCK9，使其形成缓坡，降低坡度，恢复植被；其他渣堆就地清理平整，同时修整台阶，形成一个平台，覆土绿化。根据研究区现状地形，在平整、美观的基础上，随坡就势，按不同高程、坡度将渣堆进行平整整理。

3)绿化。为了恢复生态，美化环境，对治理平整后的地块进行覆土绿化。在平整区种植火炬树1 810棵、侧柏4 138棵、紫穗槐2 350棵、荆条5 580 m2、刺槐2 401 m2及灌草树种混合籽，绿化面积约林地4.355 hm2、灌草地1.054 hm2，恢复地形地貌景观，改善生态环境。

4)挡土墙。研究区挡土墙形式选为重力式浆砌块石挡土墙。挡土墙主要是2种地段：①回填矿渣外围的挡土墙；②地块覆土外围防止水土流失设置的挡土墙。强度为M10。为了便于排水，1～2 m高挡土墙体下部设置1排排水管，4 m高挡土墙体中部和下部各设置1排排水管，排水管为DN75，间距3.0 m，排水管与水平面夹角为12(°)，两端出墙50～110 mm，墙内露头用3层滤网包扎，以防堵塞。每隔10 m设置一道伸缩缝，缝宽20 mm，采用木板和沥青填塞。表层采用砂浆抹面处理，砂浆强度M10，厚度2 cm。研究区挡土墙设计参数结果见表4。