永兴石英石矿山地质环境治理

2022-09-14刘忠元管秀娟

现代矿业 2022年8期

刘忠元薛雷管秀娟宁睿

（1.山东乾舜矿冶科技股份有限公司；2.广德市应急管理局；3.昌乐县政务服务中心；4.广德市安鑫建材有限公司）

推动废弃矿山地质灾害治理与生态修复工作，是深入贯彻国家矿业领域生态文明方针政策的重要体现，是矿产资源开发与生态环境保护协调发展的必然选择［1-2］。多年来，我国在大量矿山地质灾害治理实践过程中，积累了宝贵的废弃矿山隐患消除和生态修复经验［3-4］。

永兴石英石矿是一个关闭多年且原矿权已灭失的废弃露天矿山，位于皖、苏两省交界处的广德市新杭镇，在广德市城北东29°方向约27 km 处，东南距湖州市65 km。矿山开采后形成了一个不规则的露采宕口，破坏了原有山体的稳定性，在每年汛期连续降雨或强降雨作用下多次发生规模不等的边坡失稳垮塌地质灾害，对周边环境安全构成较大威胁。为此，亟待开展废弃矿山地质灾害治理及生态环境恢复工作。

1 矿山治理区现状

矿山地质灾害治理区位于沿江丘陵平原区的高丘区，总体呈现北高南低的特点，东西最大长度约253 m、南北最大宽度约200 m，面积约4.14 万m2。治理范围为以现状高陡边坡为主体，北侧、东侧、西侧分别外延20～90 m 至露采坑底、矿山道路（含施工便道）；治理工程区标高为+118.54～+215.88 m，最高点位于治理工程区北侧的丘顶处，最低点位于东南侧矿山道路，相对高差约97 m；原始地形坡度一般为10°～20°。

矿山开采形成了一个露采宕口，东西最大长度约200 m、南北最大宽度约110 m，宕口面积约11 730 m2。露采宕口边坡坡顶标高为+197.19 m，坑底最低标高为+136.66 m，高差约60 m，且基本是一坡到底的一面坡，边坡角为65°～80°，局部呈陡立状；高陡边坡范围内原生植被已被破坏，外围植被覆盖率好，多为灌木林地。在采坑底部的边坡崩塌堆积体的平面投影面积约4 190 m2，分布标高为+137.86～+181.56 m，最大高度达43.7 m，边坡角为25°～40°，堆积量约6.50万m3（图1）。存在的主要问题总结如下。

（1）露天宕口边坡较陡、稳定性差，边坡坡向与地层产状基本一致，裂隙较发育且岩石含软弱夹层（粉砂岩），坡面零星分布危岩体，多次发生崩塌、滑坡地质灾害，同时，堆积于采坑底部的滑坡体在雨季时易于发生泥石流灾害，存在较大安全隐患。

（2）矿山开采改变了原有的地形条件，形成大面积的露天宕口，造成原生植被破坏、岩体裸露地表，生态环境破坏问题突出，与周边自然景观不协调。

2 治理区边坡稳定性分析

2.1 边坡地质概况

根据现场调查，治理工程区地层产状为120°∠22°，共发育2 组裂隙：①组产状 201°∠65°，②组产状28°∠70°，间距2～3 m，多呈闭合状，裂隙率为2～5条/m3。高陡边坡裂隙局部发育段且岩石含软弱夹层，存在遭受崩塌、滑坡地质灾害的危险性。

针对边坡和结构面的组合关系，这里利用赤平投影图对最终边坡与结构面的空间组合关系进行评价，并据此分析最终边坡的稳定性。

北侧高陡边坡主要坡向为100°～130°，边坡类型为顺向坡。根据赤平投影法分析判断，地层与2组裂隙相互组合，交棱线倾向均与坡面同向，且倾角均小于坡角。因此，北侧高陡边坡稳定性差。在连续强降雨（暴雨）、长期风化、震动及重力等因素的作用下，易沿裂隙面产生崩塌地质灾害，易沿岩石软弱结构面（粉砂岩夹层）产生滑坡地质灾害。根据边坡的高度、长度、坡度及裂隙的发育程度，预测崩塌、滑坡规模小于10 000 m3，危险性等级为中等。

西侧高陡边坡主要坡向为20°～30°，边坡类型为反向坡、斜向坡。边坡产状、①组裂隙、②组裂隙相互组合交棱线倾向均与坡面反向或斜向，西侧高陡边坡现状条件下基本稳定。但在多种外在因素的作用下，仍然存在沿裂隙面、软弱结构面产生崩塌、滑坡地质灾害的可能性。预测崩塌、滑坡规模小于5 000 m3，危险性等级为中等。

2.2 边坡稳定性计算

2.2.1 计算方案及参数

根据现场踏勘分析可知，边坡上部风化影响严重，原岩层面节理较发育，而且岩土界面强度低。经分析，该边坡为小型边坡，可能破坏模式主要为简单平面破坏。简单平面破坏模式为直线或顶部局部小开裂的折线滑塌。

根据边坡的特征和组合情况，计算中主要考虑以下2 种工况条件下的各剖面的稳定性，分别为自重+天然状态（工况Ⅰ）、自重+暴雨（工况Ⅱ）。岩体计算参数见表1。

2.2.2 计算结果

根据《坡面防护工程设计规范》（T/CAGHP 027—2018）、《崩塌防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219—2016），露采边坡处于一般集镇的小型矿山，距离周围民房较远，因此，确定边坡防治工程等级为三级；按照三级边坡稳定性要求，稳定性系数需满足1.10。根据边坡分布特征，选取了2 个代表性剖面（图1 中：A—A′线、B—B′线）进行边坡稳定性计算（图2）。

通过计算，得到A—A′线目前状态下（工况Ⅰ）的稳定性系数为1.026；但是由于坡体受雨水的影响相对较大，暴雨状态下稳定性将迅速下降，计算工况Ⅱ时的稳定性系数为0.913。B—B′线断面目前状态下（工况Ⅰ）的稳定性系数为1.015，工况Ⅱ时的稳定性系数为0.897。

由此可知，A—A′、B—B′线露采边坡的安全系数小于允许安全系数1.10，处于不稳定状态，存在产生边坡滑坡失稳的风险，遇突发因素（工况Ⅱ）时将加大边坡失稳的概率；以往发生的多次垮塌事件也证实了这一点，因此需要采取可靠的边坡治理措施消除安全隐患，提高边坡的稳定性。稳定状态。

3 综合治理方案及实施效果

3.1 治理原则

（2）因地制宜、技术可行的原则。在充分保护现有山体植被的前提下，充分利用现有地形条件，采用适合边坡岩、土特点的技术方法对边坡进行恢复治理工程，避免对现有环境产生破坏。

（3）社会效益和生态效益相统一的原则。结合治理工程区的地理位置，使矿区生态环境治理与周边环境相融合，形成一个有机的整体。

（4）矿山生态环境复原的原则。通过方案的实施，有效控制治理工程区崩塌、滑坡地质灾害，防止水土流失，改善边坡平台和坡面生态植被环境。

根据永兴石英石矿地质环境治理提出的总体目标，综合考虑矿区的具体情况、地质条件以及项目实施的可行性等方面因素，提出综合治理遵循的原则如下［5-6］。

（1）边坡稳定、安全优先的原则。通过危岩清理、边坡修复工程的实施，达到减载的目的，消除潜在的崩塌地质灾害隐患，使治理工程区的边坡达到

3.2 分区治理方案

治理工程区划分为3个分区，分别为高陡边坡分台阶削坡、客土喷播治理分区（Ⅰ），崩塌体清理、坡脚回填反压、坑底覆土、复绿治理分区（Ⅱ），办公区、矿山道路（含施工便道）及自然复绿保留区治理分区（Ⅲ）（表2）。3 个分区的治理面积分别为1.41，0.84和1.89万m2。

对于削坡工程，采用挖掘机、推土机等机械设备对采场边坡进行整治。总体原则是先清除边坡坡面分布的危岩体，消除由于不稳定岩块（体）可能引起崩落、滚落等地质灾害。在保证按设计要求的坡顶线及坡度的基础上尽量减少土石方的开挖。根据高陡边坡分台阶削坡方案形成+155，+165，+175，+185，+195，+205 m 共计 6 个边坡平台。土石方的开挖顺序为从上至下进行，形成坡度后结合人工清除坡面凹凸不平的土石层，坡面尽量平整。现场实施过程中，应严格控制设计标高和坡度，尽量避免对周边原始地貌、植被的影响和破坏。

对于采场坡面，在保证平台稳定、安全的前提下，采用挂网客土喷播方案对削坡形成的边坡坡面和平台进行复绿，按照坡面清理→铺设镀锌铁丝网→客土喷播→养护管理的顺序施工。

对于采坑底部，采用乔、灌、草多层配置结合复绿方案，进行多植被间种、套种、混种；坑底复绿工艺流程为拓坑→耕植土回填→植被绿化；覆土应为有利于植物生长的耕植土，回填均要求碾压密实；覆土pH 值为5.5～8.5，含盐量不大于0.3%，覆土沉实厚度不小于0.3 m。