修武县旅游专线废弃矿山地质环境问题及治理措施研究

高欢，孟飞，黄继超，吴威男

1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院

一、研究区概况

研究区位于河南省修武县洼村与当阳峪村之间，紧邻云台山世界地质公园。地理坐标为东经113°14′30″-113 ° 22′06″，北纬35°16′24″-35°22′42″，总面积29.42hm2，合441.3亩。隶属于修武县西村乡。研究区属温带大陆性季风气候区，四季分明，夏热多雨，冬冷少雪，春季干燥多风，秋季清凉干爽。年平均气温为14.5℃，年平均降水量为563.7mm。区内无地表水体，但是在暴雨条件下较易形成冲沟发育导致洪涝灾害，平时干枯。

二、地质条件

（一）地形地貌

研究区位于太行山南麓构造剥蚀丘陵区，总体地势北高南低。山体呈浑圆状，山脊线圆滑，山坡较为平缓。受采矿活动影响，区内废弃采矿边坡较陡，高度约20-90m，坡角为70º-85º，区内沟谷较深，岩石裸露，植被覆盖率低。

（二）地层岩性

研究区内主要出露奥陶系上马家沟组厚层沉积状灰岩、白云质灰岩、泥灰岩等，主要在山坡上带状出露。下部为薄层状砂砾岩、含砾白云岩及黄色钙质页岩，底部为灰黄色泥灰岩，中部为灰黑色角砾状灰岩、巨厚层状白云质灰岩夹薄层状泥质灰岩；上部为巨厚——厚层状灰岩夹薄层状白云质灰岩及泥质白云岩，总厚度大于20m。该层位为以往露天采矿活动的主要开采层。

（三）水文地质

根据地下水的赋存条件可将研究区地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙和碳酸盐岩类岩溶裂隙水三种类型。区内含水层岩性为奥陶系中、下统和寒武系上、中统灰岩，总厚度在900m左右。被石炭、二叠和第四系地层覆盖，呈埋藏型，以径流补给为主，人工开采为主要的排泄方式。

（四）工程地质

根据研究区的地层及其工程力学性质可划分为中厚层稀裂状坚硬岩溶化灰岩组，岩性主要为奥陶系厚层状灰岩、白云岩和页岩、泥灰岩等。其中灰岩和白云岩的岩性坚硬且完整，节理裂隙发育、岩溶发育中等，页岩层属性脆，浸水后软化。

（五）地质构造与地震

研究区区域构造属太行山复背斜的南翼，区内断裂褶皱构造不发育，岩层呈单斜状产出，倾向约178°，倾角9-11°。其内部未发现断裂构造及破碎带，附近主要断层为赵庄断层、九里山断层。

此外，勘查区地震反应谱特征周期为0.40s，地震动峰值加速度为0.1g，地震基本烈度为Ⅶ度，属较稳定区。

三、矿山主要生态环境问题

（一）土地资源破坏

根据实地调查得出，研究区范围内无村庄分布，周围涉及的村庄有当阳峪村、洼村等2个行政村区域，总面积约0.22km2，大部分土地为裸地和采矿用地（图1）。矿山开采对土壤环境造成了严重的破坏，致使大面积基岩裸露的采坑和随意堆放的弃渣改变了原来的地貌景观，破坏了原有的林地，使得部分原生植被遭到严重破坏，项目区内大面积林地变成裸地，土地荒漠化严重，导致项目区可利用土地资源减少。同时，由于土地肥力严重衰退，涵养水分能力差，导致苗木生长困难，林草地质量下降，自然灾害加剧，沙尘暴频繁，大雨会导致严重的水土流失，项目区内生态难以为继，加之地下水径流条件的改变，使得坡脚部分耕地、耕作、灌溉困难。露天采场和高危边坡对项目区土地资源造成了严重损毁，采矿产生的废渣压占并破坏土地资源。

（二）地质灾害及不良地质现象

经过现场调查发现，现有的地质灾害主要是崩塌，由于无序开采，致使采矿边坡具有高度大、坡度陡的特点，加之受自然风化与人工扰动（爆破和开挖）的影响，采矿边坡的岩体节理较发育，程度从弱风化至强风化不等，岩体破碎、松散，在长时间自然风化条件下或极端工况下，容易引发崩塌地质灾害的发生。根据调查危岩体主要存在于Ⅰ-BP1、Ⅰ-BP2，这两个边坡岩体破碎，边坡高度5-86m，高差大，坡度70-85°。节理裂隙发育，稳定性较差。(见表1）

表1 危岩体的基本特征

（三）地形地貌景观破坏

根据现场调查，共发现渣堆5个，其中当阳峪Ⅰ区发现较大的渣堆2个，洼村Ⅰ区发现较大的渣堆1个，洼村Ⅱ区发现较大的渣堆2个。现分述如下：

（1）当阳峪Ⅰ区发现较大的渣堆4个，平面面积221-1237.89m2，高度为1-5m，体积331.49-1856.90m3，呈圆形或不规则状，分布于研究区山坡、采矿平台等处，渣堆上无植被、杂草和灌木。

（2）洼村Ⅰ区发现较大的渣堆1个，平面面积为776.53m2，高度1-2m，体积931.84m3，呈不规则状，分布于山坡，渣堆上有少量植被、杂草和灌木。

（3）洼村Ⅱ区发现较大的渣堆2个，平面面积112.91-400.64m2，高 度1-3m，体 积56.45-801.28m3，呈不规则状，分布于山坡，渣堆上有少量植被、杂草和灌木。

（四）采矿平台

由于研究区内采矿活动的长期运营，致使研究区内形成了数个矿业活动遗留下的采矿平台，其中当阳峪Ⅰ区由于历史开采活动形成采矿平台2个，洼村Ⅰ区由于历史开采活动形成采矿平台2个，洼村Ⅱ区由于历史开采活动形成采矿平台3个，现分述如下：

（1）当阳峪Ⅰ区由于历史开采活动形成采矿平台3个，面积4944.29-14381.74m2，呈不规则状，高程介于189.7-222.7m，植被稀少，边缘少量生长杂草和灌木。

（2）洼村Ⅰ区由于历史开采活动形成采矿平台2个，面积3496.10-6839.78m2，呈不规则状，高程介于257.3-267.2m，植被稀少，边缘少量生长杂草和灌木。

（3）洼村Ⅱ区由于历史开采活动形成采矿平台3个，面积3192.63-17970.68m2，呈不规则状，高程介于238.7-253.0m，植被稀少，边缘少量生长杂草和灌木。

四、矿山地质环境治理措施

（一）治理原则

地形地貌景观恢复以消除崩塌等隐患为主、因地制宜、因灾设防、重点突出。以生物措施为主，工程措施为辅的原则，因地制宜、科学规划、注重效益，进行分区、分段治理，确定可行的治理方案，有效利用废弃碎石、渣土为施工原材料，既经济又美观还可适宜当地环境的藤、树、灌、草相结合立体绿化系统，道路可视范围内地形地貌景观破坏区，种植高大的乔木如侧柏、椿树等，尽量恢复原始的地形地貌。

（二）治理措施

通过对研究区实施危岩清除工程、整平工程，消除或减弱区内威胁施工安全的地质灾害或不良地质现象；实施废渣清理、采场平台平整工程，对能够自然恢复的区域优先进行自然恢复。通过覆土工程、植物绿化工程的实施可以有效恢复采场平台的地貌景观、林草资源、生物多样性，进而改善研究区生态环境、提升土地资源的利用价值从而达到生态环境修复的目的。

1.地质灾害治理

主要采取定点人工清除或机械清除，由于危岩清理施工难度较大，施工作业应特别注意安全，在机械能走到位的地方，便采用机械进行清理，机械无法清理到位的地方，再采用人工清理的方式，对已出现裂缝或有崩塌迹象的危岩部分应彻底清除，而对于岩石相对较完整的危岩体，应确保靠近斜坡附近没有大的与斜坡平行的裂隙，为了减少对边坡的扰动，机械削坡必须预留适当的保护层，然后由人工进行清理，边坡清理时应注意保护其他原生地形地貌与植被，不能产生二次环境破坏。清理危岩体后将石渣，回填至平将地表整平，就近推运土料回填，厚度小于0.8米时直接进行平整压实，厚度大于0.8米时，按厚度0.8米分层回填，自卸汽车卸料应呈梅花状，卸料应保持一定的间距，避免平整后厚度大于0.8米，对料堆采用推土机推平配合重车进行压实。此外施工时应设置警戒线并安排专职安全员对现场的施工安全进行监督，安排测量员对危岩体、边坡进行变形监测。

2.土地平整

以1:1000的实测地形图为底图，采用方格网法和边坡放坡土方计算方法得出每个区块的挖、填方量（方格边长为5m）。计算得出该区工程总挖方量55145m3，总填方量52865.96m3，多土石方2279.04m3。回填次序总体上按照分段同时施工作业的次序展开，各施工段由中心向两侧推进，深坑到浅坑、自下而上、逐层回填，先填深度较大部位，每次回填的厚度应控制在0.8米以内。最后用履带式推土机运料摊平、碾压或压实至设计标高后，进行推填压实度指标检测。具体施工过程中应将大石块均匀地垫在其治理区底部，回填土石粒径从下至上依次减小，并进行相应的分层压实工作，宜采用挖掘机、推土机机械等重型施工机械进行碾压，压实系数为0.9；为避免雨水冲刷地表，可在汇水位置设置若干土沟或挡土埂。

3.生态工程

生态工程应遵循绿化前应清理各种块石、废渣，平整场地，填土，根据各树种的生长习性设计树间距，平面按梅花形放线（树坑中心位置），放线时应注意纵横成排，先经风化，再往树坑回填种植土，同时回填相当数量的有机肥做基肥；挑选长势良好、无明显病虫害、机械损伤、树形较为端正的幼苗同时符合其设计尺寸要求的苗树，起苗过程中应做到尽量少伤其根系部分，运输时应注意保护树苗不受碰撞，栽植时间应根据树木的生长习性和当地气候条件，选择春季或秋季进行，树穴开挖时挖坑挖槽的位置要准确，坑应根据根系、土球大小、土质情况而定。同时，应对树穴找准位置，以所定位置为中心按规定坑径划一圆圈作为刨坑的范围；挖坑时应将表土与底土分别放置，如土质有好有坏亦应分开堆放。

堆放位置以不影响苗木栽植为宜，刨坑到规定的深度后在坑底填土。此外，栽植时保持苗木树干垂直，树冠对称平衡，根系舒展，填土应分层压实。苗木的养护期应不小于12个月，苗木栽植后，24小时内及时浇水一次，浇水量不少于60kg每株，之后根据土壤墒情和树木生长周期定期浇水，浇水量500g/株·次。

栽植侧柏：在对平台覆渣、整平后，在I-Pt1、I-Pt2栽植侧柏，带土球（300mm），树高1.2-1.5m，胸径1-2cm。株距、行距均为2m，错落布置，共需要栽植侧柏5915株。

撒播草籽：对平台内和自然恢复区播撒草籽，草籽构成有剪股颖、高羊茅、矮生百慕大、狗牙根、结缕草、早熟禾等，总播撒面积约为2.86hm2、其中平台绿化面积为2.37hm2、自然恢复的面积为0.49hm2。

五、结论

当今社会，随着人口的不断增加，土地、能源、生态环境的有限性日益引起了各方的重视。对矿山进行环境保护与综合治理，越来越被认为是人类在可持续发展下资源开发模式的一种理性选择。研究区目前存在主要的地质环境问题包括地形地貌景观是否已破坏、土地资源占用破坏、地质灾害等不良地质现象，其危害主要表现在破坏可视范围内的地貌景观；破坏林地、草地等土地资源，产生崩塌、滑坡等不良地质现象；对在附近活动的人员及施工过程产生威胁。

通过治理措施，可以有效地涵养水源，控制水土流失，增加植被，改善气候条件，促进生态环境的良性循环，同时增大了经济林的种植面积，提高了林草覆盖率，勘查区除高陡边坡及部分无法种植灌草的区域外，基本恢复为林地、草地，植被覆盖率达到75%以上，实现了对修武县绿地覆盖总量动态平衡的目标并做出了一定贡献，缓解了矿业开发与环境保护之间矛盾。既适应国家的可持续发展战略要求，同时又可有效地改善勘查区水土流失、石漠化的现状，恢复生态环境，净化空气，调节小气候及生物多样性起到了不可估量的作用，田间道路和林网的修建，提高了耕作集约化程度和机械化水平，土地利用率与产出率显著提高，劳动生产率和单位产出效益提高，使修武县北部山区生态景观得到了明显的改善；较好地改善了当地居民的人居环境和县道X006可视范围内的环境景观，X006县道是连接焦作市-云台山风景区-净影风景区-修武县一条重要的旅游线路，通过生态保护修复治理生态与矿山地质环境恢复治理相结合的方式为外围生态环境得到了有效地扩充，建立起了循环生态之间的有机联系，未来将带动本区域社会经济的整体稳步提升，提升焦作旅游，城市整体形象有深远意义，效益非常显著。

与以往传统的矿山地质环境治理项目不同的是，本次矿山生态保护修复工程不仅单独针对矿山所带来的地质环境问题，而且需立足于本项目所处地质环境特征：从宏观上系统整合；微观上精细处理、多角度、多站位的进行审视处理，在整合资源优势、发挥文化底蕴，注重规划引领，实现整体布局，尊重历史文物、宣扬矿业文化，探索治理模式，助推产业发展等多个方面均取得了宝贵的研究经验。