矿山地质环境治理的方针策略
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1.矿区范围内无地表水体发育。
1.1.1地层项目区所属区域地层属华北地层区,除缺失志留系、泥盆系、白垩系外,从太古界系新生界其余各系地层均有出露。区内岩性主要有石英砂岩、页岩、灰质白云岩、泥岩、灰岩等。
1.1.2水文地质条件项目区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、二叠系砂岩裂隙孔隙水、石炭系岩溶洞隙水三种类型。(1)第四系松散岩类孔隙水项目区第四系厚10～55m,由黄土及砂砾石组成,其中的砂砾石层水量充沛,补给主要为大气降水补给,单位涌水量为1.51L/s•m。(2)二叠系砂岩裂隙、孔隙水本区二叠系厚10～160m,其中砂岩含水层厚达25m左右,单位涌水量为0.014～0.02L/s•m。(3)石炭系灰岩溶溶裂隙水石炭系上统太原组,共含灰岩5～9层,其中L2和L8灰岩厚度稳定,溶洞、溶孔发育,含水层丰富,是重要的含水层位。单位涌水量0.007～0.04L/s•m,具有水量大,水头高的特征。
1.1.3工程地质条件区内灰岩由寒武、奥陶系的碳酸盐岩组成。根据济源县孔山灰岩矿区地质普查区(本矿区位于原普查区内)测试结果,各类型岩石的抗压强度范围值(见表1),按罗姆塔泽分类系统,矿区岩矿石属坚硬岩石工程地质组,局部有节理裂隙发育。
2.项目区存在的主要地质环境问题
2.1矿山次生崩塌地质灾害区内露天采坑主体边坡高度11～56m,边坡角达65°～85°的多处高陡险坡,露天开采边坡存在大量的危岩体,危岩体在采石,劈山放炮强烈振动以及在历次暴雨作用下持续变形,发生多处崩塌。现场调查发现崩塌规模8处(见表2)。
2.2压占、毁损土地资源露天矿山的建设和开采占用了大量的土地资源,不仅矿坑要占用土地、废渣、废石的堆放也占用大量土地,改变了土地的利用性质,破坏了地表植被,影响景观生态环境。
2.3地形地貌破坏(1)石漠化严重采石坑中存在大量的残留矿体矿柱和任意堆放的废石堆、裸露的采矿底板,置身其中,一片石漠,满目颓废。严重影响了二广高速及焦枝铁路沿线的地形地貌景观。(2)植被破坏殆尽采石场内石漠化严重,没有可供植物生长的土壤,植被稀少。采场周围植被也残遭破坏,许多地方都被碎石、废矿渣所掩埋。(3)水土流失严重采石场内由于坡度较大,没有植被,仅有的表层土随着大规模的开采,已被雨水洗刷干净,水土流失严重,地表丧失或部分丧失了生态功能。
3.治理方案研究
3.1工程治理措施
(1)危岩体清除及削坡《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)的规定,边坡稳定系数为1.767[2],将该区域内露天采矿边坡的危岩体全部卸载清除,并将边坡削坡坡度1∶0.75左右。危岩体清除及削坡石方量总计807800m3。
(2)堆坡面整理为了确保下部边坡的稳定,本方案设计开采平台8m以下采用上部削坡产生的碎石进行堆坡,碎石压实系数为0.94～0.97,堆坡坡率1∶1.75。通过堆坡后,整体边坡将可达到稳定状态,只要做好坡面的截排水工作,坡面不需要大的加固,同时对边坡的复绿是很有利的。坡面整平30500m3。
(3)截排水沟在边坡坡顶设截水沟,在坡脚和坡中设排水沟,截排水沟通至项目区东部河谷。排水沟和截水沟采用M10浆砌石结构,沟深0.6m,底宽0.5m。截排水沟总长度为12600m,需浆砌石3650m3、挖方12240m3。
(4)边坡复绿采用攀岩植物绿化,方法是在边坡附近或坡底置土,在其上栽种攀岩植物,攀岩植物生长、攀援、覆盖坡面。工程设计有待种植攀岩植物的边坡长度10460m,种植密度为40cm×40cm,需种植攀岩植物26145株。
(5)废渣清理平整及矿坑覆土绿化工程矿渣清理工程主要是清理矿山开采遗留下来的四处散落的废矿石、废矿渣,也是矿山环境治理各项工程的基础,同时也是泥石流安全隐患的治理。人工清除废渣石,并按照“因地制宜,就坡顺势,清高垫低,就地平整”的原则,与采坑回填、采石场底板平整、客土压覆工程结合起来,合理安排岩土排弃次序。在平整后的采石场底板进行覆土绿化工程。覆土厚度0.5m,覆土面积0.324km2。覆土后植树,种植密度为3m×3m。废渣石清理工作量为285500m3,覆土量为320000m3,种植乔木64830株。
(6)渣堆挡墙工程根据地形、地质、矿渣堆高度等情况,采用直立式重力式挡土墙墙型,墙高4m,M10浆砌石结构。挡渣墙基础采用直立式扩展基础,基底摩擦系数取0.4,墙后填土为矿渣,内摩擦角取值40°,不考虑地震作用。渣堆边坡长度为380m,挖方量为840m3,M10浆砌石2130m3。
(7)渣堆格构护坡工程矿渣在堆积过程中,其边坡是在矿渣顶部向下滚落过程中逐渐扩展形成的,因此矿渣在堆积中形成的边坡角可近似的认为矿渣的自然休止角。经现场调查矿渣的自然休止角为35°～40°,在格构护坡前先对渣坡进行放坡处理,采用上部削坡,下部压实的处理方法进行放坡,把渣坡放成30°左右,确保渣坡稳定后,再进行浆砌石格构护坡工程。挖方量为900m3,M10浆砌石460m3。
4.结论与建议
通过对二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线矿山地质环境治理研究,得出如下结论。(1)主要设计的工作有工程测量、地质环境调查、边坡治理工程、边坡复绿工程、挡土墙工程、废渣清理工程、采坑覆土工程、采坑绿化工程等工程措施来进行恢复治理。综合治理方案符合该地的地质地形条件和社会需要,具有可操作性,技术方案可行,经济合理。(2)该项目实施后,不仅可以消除了地质灾害隐患,还改善济源市当地居民的生活环境,经济效益、社会与环境效益、减灾效益显著。综上所述,进行二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线矿山地质环境治理符合当地群众的心声,该项目是以人为本的体现,有利于社会经济的持续发展,意义重大,影响深远。
作者：侯坤颉、黄亮、张汇涛单位：河南省地质测绘总院
