石门沟废弃矿山地质环境治理的实践

朱泳霖

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

石门沟内蕴藏着丰富的石灰石矿产，20世纪70年代，当地曾组织人员进行矿山开采，破坏了自然环境，并且破损山体和大量的废弃矿渣增加了崩塌和泥石流等地质灾害的发生概率。随着我国对生态环境越来越重视，开始了对山、水、林、田、湖、草等几大生态环境进行治理，石门沟地质环境治理也提上日程。笔者参与了该项目地质环境治理理论与实践的全过程，本文就该项目的具体实施情况作概略介绍。

1 项目区自然环境条件

1.1 地理位置、交通

项目区位于天祝县城西南约20 km处，中心点坐标为东经102°47′41″，北纬37°23′42″。县城到项目区有便道连接，交通便利。

1.2 气象、水文

项目区深居内陆，属典型的温带大陆性气候，自南向北由潮湿寒冷的高山气候过渡到干旱炎热的沙漠气候。

项目区内为季节性流水冲沟，河道内有地表水流，地表水主要来源为积雪融水，地表水与地下水随地势相互转化，部分地段出露，部分地段入渗。

2 项目区内主要的矿山地质环境问题

项目区内主要的矿山地质环境问题是矿山开采产生的大量废弃石渣无序堆放引发的地质灾害，地质灾害主要有泥石流和崩塌灾害[1]。

2.1 泥石流灾害

经现场调查，项目区内的石门沟主沟道为泥石流沟。

石门沟流域面积约4.4 km2，流域形态近似瓢形。沟内地形地貌属低中山丘陵及山间沟谷地貌，大部分山体表部覆盖有残坡积含碎石粉土，厚0.3～0.7 m，下伏奥陶系灰岩、白云质灰岩，基岩在局部地段裸露。石门泥石流沟的形成区主要位于流域西南面的梁状山体中。基岩裸露，风化强烈，裂隙发育。沟床上有第四系冲洪积碎石土覆盖，厚2～4 m，平均粒径10～30 cm，粉土、砂土含量低。坡脚可见崩塌堆积体（图1），以碎石、块石为主，松散无序堆积。受降水冲刷，沟床上的碎石土和坡脚的崩塌体可直接参与泥石流活动。堆积区主要位于沟口，在沟道中可见大量分选性较好的碎石沿沟道堆积（图2）[2]。

图1 沟道上游坡脚崩塌体

图2 沟口沟道中堆积碎石

经计算得知，该沟道泥石流重度为15.83 kN/m3；100年一遇的泥石流峰值流量为74.52 m3/s，一次最大冲出量为1.81×104m3，一次冲出的固体物质总量为0.64×104m3；50年一遇的峰值流量为57.62 m3/s，一次最大冲出量为1.40×104m3，一次冲出的固体物质总量为0.49×104m3；该沟道泥石流100年一遇的规模为中型，50年一遇的规模为中型，见表1和表2。

表1 泥石流暴发规模分类

表2 石门沟泥石流规模分类

2.2 崩塌灾害

项目区内的矿山停开废弃后，遗留了两处较明显的潜在崩塌体隐患（图3和图4），形态特征见表3。

图3 崩塌体B1

图4 崩塌体B2

表3 崩塌体形态特征

这两处潜在崩塌体均为岩质体，坡高5～20m，坡宽10～60 m，坡度70°～80°；坡面岩体均为灰岩，岩体较坚硬。因矿山开采产生较大面积的临空面，临空面大部分已风化呈红褐色或棕红色；临空面陡直，呈直立陡崖状，局部坡面成反坡，甚至悬空。

局部地段斜坡面上堆积的人工废弃矿渣较为松散，无压实，稳定性较差，常见溜滑现象。两处危岩体的稳定性较差，在自身重力作用下，随时可能倾倒或溜滑失稳。在流水冲刷、冰雪冻融、风蚀、温度应力、震动等外界条件作用下，失稳破坏的可能性更大，失稳后将产生倾倒或错断式崩塌，规模约为1万m3崩塌物。

3 治理方案及设计参数

3.1 治理方案

为了恢复原地形地貌景观，降低地质灾害的危害程度，使矿山环境和周边自然保护区的环境相协调，提出以下治理方案。

（1）坡面清理工程：对在坡面上的废弃渣堆进行清理并修整面。

（2）锚杆格构工程：坡面清理以后，对稳定性较差的边坡采取锚杆格构工程进行防护。

（3）坡面防护工程：对潜在崩滑区采用主动防护网和被动防护网联合的防护措施。

（4）挡土墙工程：在不稳定边坡坡脚设置重力式挡土墙进行支护。

（5）拦挡工程：在泥石流沟主沟内布置2～3座拦挡坝，建立联合防护体系，将补给泥石流的大量松散物质拦蓄于沟内，降低泥沙输出，减少泥石流流量，同时抬高沟床侵蚀基准，稳定两岸坍塌体。

（6）排导工程：设置排导堤，引导水流按设定的路线快速向下游径流，防止对沟道冲刷，或起动沟道内其他区域的松散物质成为灾害物源。

（7）护岸工程：在水流对沟岸坡脚有强烈冲刷的区域设立护岸工程，防止对坡脚的冲刷。

（8）生物绿化工程：进行植草种树，恢复破坏区的植被环境[3]。

3.2 治理设计参数

3.2.1 拟设工程区工程地质条件

沿沟道中下游地段拟布设排导堤。根据勘探结果得知，排导堤拟建处的地基土在基础埋深范围内均为冲洪积碎石。碎石呈棱角状-次棱角状，母岩成分为灰岩、砂岩、变质岩等，级配不良；颗粒较纯净，充填物少，平均粒径10～20 cm。碎石层压缩性低、较密实、承载力较强，可以作为排导堤基础持力层，但由于局部地段碎石粒径差别较大，或含较大块石，使得地基土均匀性变差，增加开挖难度，建议将其挖除，回填级配碎石并适当夯实后作为拟建排导堤的基础持力层。场地周边无不良地质现象，无活动断裂通过，适宜排导堤工程建设。

3.2.2 治理工程地基土物理力学参数

根据现场调查、室内颗分试验数据，同时结合工程经验，确定地基土物理学参数拟建工程地基土主要力学指标建议值如表4所示。

表4 拟建工程地基土主要力学指标建议值

3.2.3 水土腐蚀性评价

（1）地基土腐蚀性评价。采取3组扰动土样进行土的室内易溶盐试验，依据《岩土工程勘察规范（2009年版）》（GB 50021—2001），该场地环境类型属Ⅲ类，综合判定场地地基土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性[4]。

（2）地下水腐蚀性评价。在沟道中游和下游各采取1组地表水样进行室内水质分析，依据《岩土工程勘察规范（2009年版）》（GB 50021—2001），地下水环境类型属Ⅰ类，综合判定场地地基土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性[4]。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）项目区内出露地层主要为奥陶系灰岩和第四系土层，其中第四系土层包括上更新统冲洪积粉土、角砾，全新统坡积、残坡积含碎石粉土，全新统冲洪积碎石，以及人工堆填废弃矿渣和少部分耕植土。

（2）项目区内地下水类型主要为岩溶水和孔隙水，其中岩溶水富水性贫乏，孔隙潜水富水性较好。

（3）项目区内主要的矿山地质环境问题是泥石流、崩塌地质灾害。该泥石流属沟谷型泥石流，发育程度为中易发。该泥石流100年一遇的规模为中型，50年一遇的规模为中型。

（4）崩塌灾害对原始的地形地貌景观造成了严重影响和破坏。

（5）场地地基土和地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性。工程施工时可采取相应的防腐蚀措施。

4.2 建议

建议采取以下治理方案。

（1）坡面防护工程：对潜在崩塌区采用主动防护网、被动防护网和锚杆格构工程联合的防护措施。

（2）挡土墙工程：在不稳定边坡坡脚设置重力式挡土墙进行支护。

（3）拦挡工程：在泥石流沟主沟内布置2～3座拦挡坝，建立联合防护体系，将补给泥石流的大量松散物质拦蓄于沟内，减少泥沙输出，减少泥石流流量，同时抬高沟床侵蚀基准，稳定两岸坍塌体。

（4）排导工程：设置排导堤，引导水流按设定的路线快速向下游径流，防止对沟道冲刷。

（5）生物绿化工程：进行植草种树，恢复破坏区的植被环境。