矿山地质环境勘查与治理浅析
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摘要：通过对石家庄西部山区内的地质环境（掌子面、渣堆和平台等）现状调查，分析存在的主要环境地质问题，分析其危害及发展趋势，并制定防治工程方案；查明拟建工程部位工程地质条件，提出工程地质参数，为施工图设计和矿山复绿提供依据。
1概况
1.1项目概况
石家庄西部山区内北山项目区位于太行山北段东麓山区与平原区的接壤地带，属于构造剥蚀丘陵亚区的丘陵区，以碳酸盐岩为主。经矿山开采活动的影响，地形整体呈簸箕形状，西高东低，北高南低，西侧北侧为掌子面，下部采坑。原始地貌已经完全破坏，地形发生很大变化，海拔标高178～286m，地形高差大，山体坡度在35～85°。由于矿业活动形成了一系列陡峭的掌子面，基岩裸露，原有植被遭到破坏。区内微地貌主要表现为掌子面、开采台阶、平台、残山、渣堆、浮渣为主。
1.2地质情况
（1）地质构造。本区处于中朝准地台（I2）之山西断隆（Ⅱ23）内五台台拱（Ⅲ29）与太行拱断束（Ⅲ211）交接地带，四级构造单元为赞皇穹断束（Ⅳ232）北部，北部紧邻阜平穹褶束（Ⅳ231），构造方向呈NNE-SSW向。项目区位于井陉盆地的北东边缘，紫荆关-灵山深断裂东侧，属紫荆关-灵山深断裂NE向构造带，地层为一套单一斜层，主体倾向南东，倾角一般在20°以下，局部近于水平。（2）地震。据地震历史资料分析，项目区附近未发生过6级以上地震，项目区全新世以来断裂活动微弱，历史上无破坏性地震记录，区域地震对本区影响较小，属地壳相对稳定区。（3）水文地质条件。本区属地下水补给区，主要接受大气降水补给，地下水类型主要为碳酸盐岩类裂隙岩溶水。裂隙岩溶水含水层主要为寒武系灰岩，其富水性主要受构造及岩组控制，项目区寒武系中统和上统灰岩节理和裂隙不发育，一般水位埋深大，水质好，富水性极不均匀，项目区为弱富水带，单位涌水量小于5m3/h·m，由于地形较陡，大气降水渗入后迅速向下游径流排泄。（4）地层岩性。北山项目区出露地层主要为古生界寒武系中统张夏组（∈2z4），寒武系上统崮山组（∈3g）、长山组（∈3c）、凤山组（∈3f）和新生界第四系（Q4）等。
2勘查目的和任务
2.1勘查目的
（1）查明项目区内地质环境（掌子面、渣堆和平台）现状，分析对项目区及周边地质环境的影响；（2）查明项目区存在的主要环境地质问题，分析其危害及发展趋势，并制定防治工程方案；（3）查明项目区拟建工程部位工程地质条件，并提出工程地质参数，为施工图设计提供依据。
2.2勘查主要任务
（1）收集与项目有关的气象水文、地形地貌、地层岩性、地质构造、地震活动等资料，掌握项目区自然地理及区域地质环境条件；（2）通过地形测量、地面调查查明项目区地质环境问题及危害，并对发展趋势做出评价；查明渣堆等分布的位置、规模、几何尺寸以及对地表植被、土地资源、地貌景观占压破坏程度及不稳定边坡等可能形成的次生地质灾害，并评价其稳定性；（3）通过地面测绘、现场勘查等，查明项目区内的地层岩性，拟建工程部位的工程地质条件；（4）调查项目区的水电、原材料供应、施工道路、作业场地、工程占地等施工条件；（5）在综合分析研究的基础上，编制勘查报告，提出适宜该项目的治理工程方案。
3勘查手段
勘查主要以地形测绘、地质测量、槽探工程为主；野外工作严格按照相关技术要求、规范，并严格遵守三级质量控制制度，完成该项任务。
3.1地形测绘
严格执行《工程测量规范》，采用全站仪、GPS-RTK技术采集数据，利用南方CASS7.0测量软件成图。主要工作内容有控制测量、地形图修测、剖面测量。
3.2地质测量
开展测绘工作前编写了野外地质测绘实施方案，制定了相关表格和技术要求，布置观测路线和观测点，详细调查掌子面、渣堆、平台，准确定名岩土，保证资料的准确性和真实性。
3.3槽探工程
主要目的为揭露渣堆厚度、地层岩性及成分。探槽开挖过程中由技术员负责质量控制，编录以及取样等工作。每一勘探点由技术负责逐一进行现场核实验收，对原始资料及时整理，并编制展示图。
4勘查结论
4.1矿山地质环境现状及危害
北山项目区内不合理的矿山活动形成的掌子面、平台、渣坡、渣堆等对区域内的地貌景观、地表植被造成不可逆转的毁坏；大面积的基岩、矿渣裸露，仅靠自然恢复，短时间内很难消除矿山活动引起的地质环境问题。
4.2矿山地质环境的问题及其发展趋势
北山项目区内矿山环境问题为矿业活动造成的地貌景观和地表植被破坏，大量的弃渣堆积造成了粉尘污染和水土流失，并且存在潜在的不稳定边坡等隐患。这些地质环境问题对生态环境和当地居民生产生活产生严重影响。4.2.1破坏地貌景观。项目区内形成的掌子面、渣堆、平台严重破坏了原有的植被，很难自然恢复，与周边环境极其不协调。渣堆结构松散，水土流失严重，遇到大风天气，造成粉尘污染等。这些现象严重危害周边生态地质环境，使生态环境进一步恶化。4.2.2水土流失。项目区内渣堆结构松散，主要为废料渣块石、粉末等，项目区内的地形地貌、原有地表植被破坏严重，加剧了项目区内的水土流失。4.2.3不稳定斜坡。项目区内的渣堆边坡在长期风化、重力作用及雨水冲刷下，发生垮塌。若渣堆遇到暴雨情况，可能会发生不稳定斜坡等地质灾害。不进行人为治理，这些次生灾害隐患将无法消除，可能会威胁到周边居民的生产生活。
4.3工程地质参数建议
主要针对拟建挡墙等具体工程部位进行工程地质条件勘查。揭露了拟建工程部位地层岩性，结合《工程地质手册》选取物理力学参数，确定防治工程设计参数特征值，满足勘查要求及施工图设计需要。
5矿山地质环境治理
5.1防治目标
通过对项目区治理，最终达到以下目标：（1）改善生态破坏、重造地貌景观破坏、消除次生地质灾害、减轻粉尘污染等问题；（2）通过对项目区治理，达到乔灌草相间的立体绿化模式。
5.2防治原则
通过生物与工程措施相结合原则，生物绿化为主，辅以适量的工程措施，保证生物绿化顺利实施、效果明显。
5.3防治方案
北山项目区内，现状下存在掌子面1处（编号B1）、开采台阶5处（编号BT1-BT5）、残山2处（编号BCS1-BCS2）、渣堆1处（编号BZ1）、采矿平台2个、采坑1处、开采台阶上约12724m3的浮石浮渣及掌子面上5处危石。掌子面整体稳定性分析：矿山开采剥离后，出露岩性主要为白云岩、灰岩以及泥岩灰岩夹层。岩层产状270~305°∠9~18°，节理裂隙发育，表层岩体风较严重，岩石较破碎，分布多处危岩块石。根据现场测量主要发育两组裂隙：裂隙1为构造裂隙，产状90~110°∠65~73°，由于风化和重力作用，表层局部裂隙变形较大；裂隙2为层理裂隙，产状与岩层产状基本一致，270~305°∠9~18°。该斜坡呈半环形形状，选取西北侧典型坡面和裂隙产状的平均值，进行赤平投影分析（图1）。裂隙面交点a位于坡面以内，判断结果稳定。开采台阶均位于掌子面坡面上，共分部台阶5处（BIT1~BIT5），均为矿山开采形成。开采台阶总长度1631.8m，平均宽度在11~23m；开采台阶向坡面方向倾斜，坡度均小于10°，总面积23425m2；台阶分布浮渣共计2980m3。开采台阶基本特征见表1。总体治理方案为“开采台阶覆土绿化+浮石浮渣整治+清除残山及危岩+渣堆整治及绿化”。5.3.1开采台阶覆土绿化。整个掌子面难以进行绿化，通过开采台阶覆土，台阶外侧种植侧柏一排，内侧种植紫穗槐或火炬树等多树种增加改善掌子面整体地貌景观，各树种呈带状种植。台阶外侧边缘和内侧斜坡坡脚部位种植爬山虎，通过爬山虎藤的向上攀沿和向下垂吊来遮盖掌子面，达到绿化效果。为了保证开采台阶覆土后不被雨水冲刷侵蚀携带走，在开采台阶外侧修建石坎，每隔20~30m修建横向石坎，来稳固覆土，避免纵向及横向土体受到雨水、水流的冲刷。树中间撒种草籽，减少覆土被冲刷、水土流失，并增加绿化效果。侧柏，株行距为1.0m×1.5m，种植坑尺寸0.8m×0.8m×0.6m，侧柏株高1.5~2.0m，地径3m~5cm。紫穗槐，株行距为1.0m×1.5m，种植坑尺寸0.8m×0.8m×0.6m，紫穗槐为3年生，地径2cm，高1.5m。火炬树，株行距为1.0×1.5m，种植坑尺寸0.8m×0.8m×0.6m，火炬树为3年生，地径2cm，高1.5m。平台与陡壁交界的底界种植爬山虎，爬山虎株距0.3m，覆土区域撒播草籽，撒播密度30g/m3。5.3.2浮石浮渣整治对开采台阶浮石浮渣进行清理，填埋台阶低洼处，或平整平铺于台面之上，使厚度不高于基岩面20cm，然后才能在台阶上进行覆土绿化，浮渣清理整理方量为2980m3。5.3.3清除残山及危岩残山清除。对残山BCS1的下部进行部分清除，修整成台阶，进行覆土绿化，清除残山BCS1长33m，宽10m，高9m，体积为2970m3。对残山BCS2的上部进行部分清除，修整成台阶，进行覆土绿化，清除残山长32m，宽8m，高7m，体积为1792m3。残山覆土绿化工作量划归为开采台阶绿化工程。清除危岩。对项目区内5处危岩全部清除，做到一次性消除灾害，清理方量598m3。5.3.4渣堆、平台整治及绿化。北山项目区共分布有1处渣堆，治渣整治量为2800m3，开挖回填不平衡时，回填渣堆南部平台BP2区域。坡面整治坡度1∶2放坡，覆土绿化，带状种植侧柏，紫穗槐。坡面采用穴状种侧柏与紫穗槐，内侧坡脚种植爬山虎。种植规格、间距要求同开采台阶绿化。渣堆坡脚修建挡墙共布置挡墙1道，编号为2#挡墙。将渣堆BZ1多余不能平衡的矿渣回填到此处，回填厚度约0.70m，然后进行覆土绿化，种植毛白杨、侧柏和爬山虎，树间撒种草籽。白杨树种植株行距为1.5m×2.0m，种植坑尺寸0.8m×0.8m×0.6m，毛白杨株高6.0m，主干高3.0m，地径4~6cm，冠幅2.5~3.0m。其他种植规格、间距要求同开采台阶绿化。以达到改善生态环境的目的。
6社会效益分析
治理工程实施后，其社会、环保效益体现如下。社会效应，保证在工程治理后不再形成灾害。在保证社会稳定、建设和谐社会等方面起着重要作用；环境效应，减少水土流失、改善景观、保护自然生态环境等。治理和绿化工程建成后，能有效保护人民生命财产、公共设施的安全，对社会的安定团结有着重要意义，其社会影响极为深远。治理效果图如图2所示。总之，对北山项目区矿山治理是必要的、技术可行的。其治理工程措施，对环境影响效果显著。促进地方的社会稳定，加快经济的发展，有利于当地旅游资源的开发建设。
参考文献：
[1]工程测量规范：GB/BV50026—2007[S].
[2]常士骠.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.
作者:张志强 陈芹 单位:河北省地质矿产勘查开发局国土资源勘查中心 河北地矿勘测设计有限责任公司
