滦平县宝财铁矿地质环境评估及恢复治理研究

王 让，崔朋涛，尚佳楠

(河南省航空物探遥感中心，河南 郑州 450000)

滦平县宝财铁矿地处冀北山区燕山山脉，行政区属承德市管辖，矿区总面积2 195 326 m2，为露天开采，对地貌景观和土地资源的破坏严重，采矿形成的大量废石无序堆积于采场内，春秋干旱季节，扬尘四起，已经构成沙尘暴及雾霾物质来源，对大气构成了严重的污染[1-3]。为了落实习近平主席“绿水青山就是金山银山”生态文明建设理念，对该区进行“矿山复绿”治理、改变生态环境也是当地百姓的迫切愿望[4-9]。

近年来诸多学者，如原振雷等[1]开展了矿产资源开发区生态环境问题及其防治研究；张小连等[2-3]开展的矿山地质环境恢复治理工程设计；武乐霞[4]对某矿山实施边坡治理、废弃矿坑填埋、地形地貌景观植被修复、土矿废弃地整治等措施；贾晗等[5]对安徽铜陵硫铁矿集中开采区矿山地质环境评价研究。以上学者研究为矿山地质环境恢复治理提供了借鉴。本文对矿区进行了全面的调查，查明了矿山开采对环境破坏现状(图1)，重点调查了露天采场破坏现状和不良地质现象及存在的地质灾害隐患问题。根据以上问题，有针对性地布置矿山地质环境恢复工程，采用削方平整工程、挡土墙工程、覆土绿化工程等分项工程进行治理，最大限度地对露天采场、料堆、矿区道路进行综合整治，治理后形成较大面积的可利用土地资源[10-13]。

图1 矿山地质环境现状分布Fig.1 Distribution of mine geological environment

1 地质环境特征

1.1 地形地貌

矿区地处冀北山区，属燕山山脉，标高+300～+578 m，相对高差278 m，属低山地貌形态类型，地势东高西低。区内沟谷横断面多以V形为主，沟内为松散坡积物，沟口畅通，谷两侧山坡不对称，局部基岩裸露。

1.2 地层岩性

矿区内主要地层为太古界单塔子群白庙组，为一套变质岩系。岩性主要有黑云斜长变粒岩、黑云角闪斜长片麻岩、磁铁石英岩、磁铁斜长角闪岩。地层产状，倾向20°～324°，倾角50°～72°，矿体主要赋存在该组地层中，其余为第四系覆盖。

1.3 地质构造与地震

(1)地质构造。矿区大地构造位置上处于中朝准地台、燕山台褶带、承德拱断束、大庙穹断束之中，北临滦平中生代火山断陷沉积盆地，中生代地层广泛出露。南受北古口—上古东西向大断裂影响，区内断裂相当发育。矿区内未见大断裂构造，地质构造不发育。

(2)新构造运动与地震。区域上属燕山地震构造带，该区域地震动峰值加速度为0.05g，地震动峰值加速度反应谱特征周期为0.45 s；抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第3组[14]。矿区所处区域地壳稳定性较好。

2 水文地质、工程地质条件

2.1 水文地质条件

(1)地下水类型。第四系松散岩类孔隙水及基岩风化裂隙水。第四系全新统松散岩类孔隙水主要分布在潮河河谷、漫滩及沟谷中，含水层岩性主要为砂土及碎石土层，富水性因地而异，由于潜水位埋藏较浅，容易接受大气降水的渗透补给。基岩风化裂隙水主要分布在基岩的表层风化裂隙中。因基岩风化较严重，存在多处贯通裂隙，有利于形成风化裂隙潜水，含水层富水性较差。

(2)地下水补给、径流、排泄条件。区内第四系松散岩类孔隙水主要补给来源为大气降水直接渗入补给及潮河的侧向径流补给，其次为基岩裂隙水的侧向补给，排泄方式主要以潜水径流形式向下游排泄，其次为人工开采(生活用水、工矿企业用水、农田的灌溉等)。基岩裂隙水的补给主要接受大气降水的补给，排泄主要为地下径流的方式向下游排泄，并在沟谷斜坡陡峭处以泉的形式排泄。综上所述，治理区水文地质条件良好[15]。

2.2 工程地质条件

根据岩性类型和物理力学性质的差异，治理区可划分为2个工程地质层：①较坚硬变质岩类岩组；②第四系松散土体。岩土体工程地质特征见表1。

3 矿区环境地质现状及评估

矿区主要以露天开采，开采极不规范，矿业活动主要造成3处露天采场、2处残丘堆积、2处工业场地及矿区道路，总占地面积为111 114 m2，矿山闭坑后形成大面积的陡峭工作面、开采平台，采坑、料石堆零乱分布，区内地质环境破坏严重，改变了原始自然地貌。山体工作面为岩质边坡，近直立，起伏较大，岩体节理裂隙发育，中—强风化，岩体切割强烈，局部呈大块状或碎裂状，存在崩塌地质灾害隐患。同时，采坑和部分平台边坡角较大，一般为75°，最大边坡角可达80°～90°，形成工作面，且采石放炮震动产生的裂隙较多，坡面危岩体较多，亦存在崩塌地质灾害隐患。

3.1 矿山地质环境现状

(1)露天采场。露天采场占地面积为100 287 m2，呈北西—南东方向展布，长700 m，宽约550 m，西侧最高开采标高为+510 m，东侧最高开采标高为+500 m，底面最低开采标高为+397 m。采场内无序分布3处采坑及多级不规则开采台阶(图2)。①1号采坑：占地面积28 574 m2，东西长225 m，南北宽137 m，顶面最高开采标高+500 m，底面最低开采标高+464 m，最大高差36 m，采坑入口北侧分布2级开采台阶，宽5～10 m，高4～8 m，台阶顶面凹凸不平，坡面坡角50°～70°，采坑入口南侧分布3级开采台阶，宽7～15 m，高6～8 m，顶面较平整，坡面坡角50°～60°，近直立，节理发育，坑底有少量碎石松散堆积。②2号采坑：占地面积47 608 m2，东西长394 m，南北宽142 m，顶面最高开采标高+440 m，底面最低开采标高+416 m，最大高差24 m，采坑西侧分布4级开采台阶，宽3～15 m，高5～30 m，顶面凹凸不平，坡面坡角50°～80°，采坑坡面坡度较缓，但不规整，节理发育，坑底有少量碎石松散堆积。③3号采坑：占地面积24 105 m2，南北长187 m，东西宽153 m，顶面最高开采标高+443 m，底面最低开采标高+411 m，最大高差32 m，东侧边坡存在1级开采台阶，宽2～24 m，采坑坡面坡角较大，约75°，节理发育，坑底存在1处水坑，水深0.1～0.5 m，均为大气降雨形成，该区对含水层影响程度较轻，坑底有少量碎石松散堆积。

图2 露天开采采坑Fig.2 open-pit mining

(2)残丘堆积。矿区共有2处残丘堆积(图3)，总面积为5 997 m2，山麓线以上体积236 238 m3。①1号残丘：占地面积5 395 m2，南北长122 m，东西宽50 m，顶面标高约+420 m，底面标高约+403 m，最大高差17 m，体积225 998 m3，坡面坡角60°～80°，基岩裸露，无植被覆盖。②2号残丘：占地面积为602 m2，南北长41 m，东西宽17 m，顶面标高约为+408 m，底面标高约+398 m，最大高差10 m，体积10 240 m3，坡面坡角45°～70°，西侧已种植杨树，部分位置基岩裸露，植被覆盖50%。

图3 残丘堆积Fig.3 Residual mound accumulation

(3)工业场地。工业场地2处(图4)，分别为生产区及办公区，总占地面积为4 830 m2。

图4 工业场地Fig.4 Industrial site

砂场生产区占地面积3 075 m2，背靠露天采场北侧边坡，坐落于2级平台之上，包含破碎车间、筛选车间及传送带；办公区占地面积1 755 m2，为砂场办公厂房。

3.2 地质环境评估

矿区多年的矿业活动使矿山地质环境和生态环境遭到了极大的破坏，出现了大量的环境地质问题。主要环境地质问题有次生地质灾害、地貌景观的破坏、植被损坏、土地资源压占损毁、扬尘污染大气环境等问题，地质环境影响评估见表2。

表2 矿区地质环境影响评估Tab.2 Geological environment impact assessment table of mining area

(1)次生地质灾害。矿区内散乱分布多处坡角大于70°的高陡边坡，坡面裂隙较发育，坡面残留大量浮石，部分块石已掉落，自然状态下，浮石处于欠稳定状态，但若受到震动或雨水冲刷后可能发生失稳，形成崩塌、不稳定边坡地质灾害。对矿山地质环境影响程度较大、较严重。

(2)地形地貌景观破坏。矿区周边皆为自然山体，春夏秋季呈现一片绿色生态景观。而采石场都是露天开采，矿山在开采过程中采面表面植被皆被破坏殆尽，岩面裸露，与周边植被生长茂盛的山区绿色生态环境极不协调。由于早期开采的不规范，造成现状存有大量植被破坏、岩壁裸露的残山，地貌景观遭受严重破坏。原有的植被仅为山体顶部的灌木及杂草。在建承德懋龙溪生态陵园项目位于治理区北西侧，位于陵园可视范围内的采坑、残丘严重影响着陵园的整体生态环境。对矿山地质环境影响程度大、严重。

(3)植被毁坏。由于矿业活动，大量的原有植被遭到破坏，使基岩、废石和废渣直接裸露，与周边环境形成了巨大的反差。对矿山地质环境影响程度大、严重。

(4)土地资源压占损毁。矿区内分布大量由于采矿形成的采坑，形成采坑、平台相间的现状地貌。由于粗放采石，形成的采坑大多形状各异，部分采坑集中连片形成采坑群，采坑总面积达100 287 m2，同时大量石料和废渣胡乱堆积于坑口及采矿平台上，大量的土地资源压占损毁，闲置荒芜，造成了土地资源的极大浪费，对矿山地质环境影响程度大、严重。

(5)扬尘污染大气环境。由于矿业活动，治理区范围内大量的植被破坏，松散覆盖层几乎全部被剥离，被剥离的松散堆积物和矿渣混合在一起形成渣土，矿渣、细颗粒物等遇风极易起扬尘，污染环境，形成扬尘天气，与周边环境形成了巨大的反差。每遇大风，二次扬尘经常造成周围村庄的尘雾弥漫，降低空气清洁度和大地的光照度，极大地影响了周围村庄居民的健康及采矿区域周围的植被生长。对矿山地质环境影响大且程度严重。

4 矿区地质环境恢复治理

矿区地质环境恢复治理主要包含露天采场的平整及绿化、料堆的平整及绿化、矿区道路绿化，主要通过削方平整工程、挡土墙工程、覆土绿化工程等分项工程进行治理[16-18]。

4.1 削方平整工程

削方平整工程包括采坑底面的削平台、削缓坡平整及边坡削台阶平整3部分(图5)。①平台：平台顶面标高统一，地形低洼处可适当填方，压实。缓坡：缓坡坡角<3°，地形规整。②台阶：为消除崩塌地质灾害隐患，需在采坑高陡边坡处修建平缓台阶，台阶宽6 m，坡面55°，台阶台面高差10 m，根据实际地形，台阶高度、宽度可适当调整；相同标高的台阶在地形条件允许的情况下尽量相连，以保证整体的美观；各级平台间便道相连，以便后期养护。

图5 场地废渣削方平整示意Fig.5 Schematic diagram of site waste cutting and leveling

4.2 挡土墙工程

(1)技术要求。不稳定陡坡设置挡土墙[19-20]，外沿3 m为养护车行驶道路，在距台阶外沿3 m处修建挡土墙，墙内覆土绿化。各级台阶总长度为14 623 m，顶面为稳定基岩，挡土墙高1.4 m，墙身顶宽0.5 m，底宽0.5 m，基础埋深0.2 m(图6)。

图6 不稳定陡坡挡土墙及绿化示意Fig.6 Schematic diagram of retaining wall and greening on unstable steep slope

墙身为M10.0浆砌石，墙体采用M10.0浆砌毛石砌筑，采用座浆法施工；石材强度等级不应低于MU30(石料就地取材)，且软化系数不小于0.8；水泥应采用不低于P.O32.5普通硅酸盐水泥，墙身立面采用M7.5水泥砂浆勾缝；墙顶使用M7.5砂浆找平抹面，厚度不小于2 cm。

(2)工程量。挡土墙砌筑工程量=墙体横断面面积×墙体总长度；墙体抹面面积=顶面宽度×顶面长度。①浆砌毛石量：1.4 m(高)×0.5 m(宽)×14 623 m(长)=10 236.1 m3；②基础挖方量为：0.2 m(深)×0.5 m(宽)×14 623 m(长)=1 462.3 m3；③墙体顶面抹面面积为： 0.5 m(顶宽)×14 623 m(顶长)=7 311.5 m2。

4.3 覆土绿化工程

将生产过程中产生的泥砂掺杂一定量的氮磷钾等肥料后，搬运至治理区内用于回填，回填泥砂0.7 m，回填耕植土0.3 m(图7)。

图7 回填区复垦绿化示意Fig.7 Schematic diagram of reclamationand greening of backfill area

5 地质环境修复效益分析

(1)经济效益。通过矿山地质环境治理结合矿山公园概念规划，恢复治理区生态环境，为建设一流的矿山公园打下良好的基础。治理工程的实施可新增利用土地24.6 hm2，考虑滦平县所处的区位条件，借助首都优质生产要素富集的优势，可以给当地的村民带来一定的经济收入[12-15]。

(2)环境效益。通过项目实施治理，大大减轻治理区岩壁裸露、植被稀少等不良地质环境影响，恢复边坡绿化面积184 221 m2；同时，此次设计对裸露的工作面规整的台阶式布设，大力建设矿山公园，消除治理区内形成的扬尘污染，净化治理区及其周边的空气[13-14]。

(3)社会效益。滦平县宝财铁矿通过充分挖掘废弃工矿用地潜力，改善投资环境，促进当地经济社会发展。为该地区同类矿山地质环境治理探索出一套治理模式，积累适合该地区的矿山地质环境治理的宝贵经验。在探索矿山地质环境治理、保障发展、促进“资源节约型、环境友好型”社会建设方面具有明显的示范作用[14-18]。

6 结论

滦平县宝财铁矿采取露天开采方式生产，由于早期缺乏规划，造成现状矿区采坑、残丘遍布，存在地质灾害隐患、地貌景观破坏、土地资源压占损毁、扬尘污染大气环境等矿山地质环境问题，地质环境遭到严重破坏。通过现状环境地质调查，因地制宜，对矿区内3处采坑、2处残丘及2处工业场地，采用削方平整工程、挡土墙工程、覆土绿化工程等分项工程进行治理。最大限度地对露天采场、料堆、矿区道路进行综合整治，治理后形成较大面积的可利用土地资源。共恢复坡面绿化面积184 221 m2。