矿山地质环境治理探析

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摘要：基于我国矿山普遍存在的环境问题，笔者就中部某矿山地质环境问题进行深入研究，并在矿山区内因地制宜，针对不同情况采取了不同措施。对于矿山环境中出现的滑坡、泥石流等问题采取了积极的应对措施，事实证明，应对措施取得了良好的社会效益和环境效益，并为我国矿山地质环境的治理研究提供了参考和有益借鉴。

关键词：矿山环境；灾害；治理

矿山是人类工程活动对地质环境影响最为强烈的场所之一。人类在开发利用矿产资源的同时，也改变或破坏了矿区的自然和地质环境，从而产生诸多地质环境问题。我国政府和社会对矿山环境问题极其重视。为保护矿山环境，减少矿产资源勘查开采活动对矿山环境造成的破坏，促进矿产资源的合理开发利用和经济社会、资源环境的可持续协调发展，因此，如何快速、客观、有效地掌握矿山的最新地质环境状况，制定有针对性的综合治理方案，已经引起了全社会的关注。

1概况

1.1矿山自然条件

治理区域位于禹州市西北鸠山乡境内，省道S325从项目区穿过，治理区为低山丘陵区，地貌类型单一。地形北高南低，最高海拔标高574.0m，最低海拔标高326.94m，相对高差247.06m，地形切割一般，植被较发育。人类活动较强烈，地形地貌破坏较严重。

1.2矿山环境地质

1.2.1地层工作

区出露的地层有寒武系、石炭系和第四系，由老到新分述如下：寒武系（∈）：本区寒武系地层自下而上划分为下、中、上三个统，六个组。主要岩性：下部为砖红色薄层状泥质白云岩、灰黑色含燧石团块白云岩、灰色块状豹皮灰岩、泥晶白云岩等；中部为灰黄色页片状铁泥质白云岩、白云质灰岩、紫红色页岩夹鲕粒灰岩、海绿石石英砂岩等；上部为灰色厚层状、块状灰岩、残余鲕粒白云岩、粉晶白云岩、含燧石团块白云岩等，富含三叶虫化石。地层厚度不稳定，在500—890m之间。石炭系中统本溪组（C2b）：分布于项目区大部分地段，岩性为灰白色铝质粘土岩，厚15-25m。第四系（Q）：以残坡积粘土为主，呈角度不整合覆盖于各地层之上。厚度一般较小。

1.2.2地质构造

该区域位于中朝准地台（Ⅰ级构造单元）南部，位于嵩箕台隆小区（Ⅱ级构造单元）南部边缘，与南部的华熊台缘坳陷（Ⅱ级构造单元）内的渑池—确山褶皱断束区（Ⅲ级构造单元）相接。区内分布有上官寺—羊皮岭断裂，该组断裂走向在20—60°之间，倾向北西，倾角50—60°，断距150m，为正断层。

1.2.3工程地质条件

工作区出露的地层有寒武系、石炭系和第四系，根据岩土体力学强度、结构类型的差异性和相似性，划分为三个工程地质岩组，其特征如下：（1）厚层状致密块状细粒石英岩中厚层状白云质灰岩岩组该岩组主要为寒武系内的地层，主要岩性为细粒石英岩、灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩。该岩组主要为硬质岩石，其物理力学指标：干容重为2.59～2.66Kg/cm3，饱和极限抗压强度71.2～137.9MPa。地基承载力特征值1000～2000KPa。力学性质良好。（2）薄层状灰色粘土岩、铁质粘土岩岩组该岩组主要为石炭系中统本溪组内的岩石，主要岩性为灰色粘土岩、铁质粘土岩、粘土质粉砂岩。该岩组主要为软质岩石，其物理力学指标：饱和极限抗压强度26.2～36.5MPa。地基承载力特征值500～1000KPa。力学性质良好。（3）残坡积粘土类单层土体在工作区内Ⅰ号采矿区广泛分布，为中更新统残坡积粉质粘土。据区域资料，该类土物理力学指标：天然含水量17.0～31.0%，天然密度1.74～2.12g/cm3，压缩模量4.51～13.4MPa，地基承载力特征值200～250KPa。

2矿山地质环境问题

该矿山地质环境问题主要有露天采场、废弃矿渣堆以及采坑边坡对地形地貌景观的破坏；高陡边坡形成的崩塌、滑坡和废弃矿渣堆形成的滑坡等地质灾害，主要表现在以下两个方面：采矿活动对地形地貌景观的破坏及采矿活动引发崩塌、滑坡灾害。

2.1采矿活动对地形地貌景观的破坏

由于长期的露天开采，采矿活动留下的采坑、采矿边坡以及废渣堆严重破坏了项目区的地形地貌景观，分区描述如下：（1）Ⅰ号采矿区Ⅰ号采矿区位于大鸿寨风景区鸠山大学遗址西侧，省道S325北侧，为露天开采，采矿区面积为0.04km2。采矿区的北部形成一个采坑CK1，采坑面积约为13218m2；采坑四周分布着一系列采矿边坡，其中北面和南面的采矿边坡较陡峻，一般在75~85°，高度10~20m，西面的采矿边坡偏缓，一般在65~75°，高度10~20m，东面的采矿边坡一般在65~70°，而向东突出的土坡的坡度为25~35°，高度在8~20m，采矿区西部以及南部是渣堆Z1、Z2、Z3表1（2）Ⅱ号采矿区Ⅱ号采矿区位于大鸿寨风景区主峰西侧，省道S325东侧，采矿区面积为0.03km2。Ⅱ号采矿区的西部形成一个采坑CK2：采坑面积大约3000m2；采坑西部的采矿边坡为岩质边坡，覆盖层较薄，高度10~15m，坡度70~80°，采坑东部的采矿边坡，呈孤岛形状，覆盖层较厚，植被较发育，高度3~5m；该区沿着自然边坡堆放的废渣堆有4个：Z4、Z5、Z6、Z7。

2.2采矿活动引发崩塌、滑坡灾害

（1）Ⅰ号采矿区根据现场测量调查，Ⅰ号采矿区采坑CK1周围均分布着不稳定边坡，此处地层为石炭系中统本溪组（C2b），层理发育，呈条带状产出。目前在Ⅰ号采矿区西部已发生一处滑坡，该滑坡岩层倾向CK1，且边坡原坡度陡峭（70~75°），滑坡后缘有多处SN向拉裂缝，拉裂缝密集发育，裂缝宽度在0~30mm；经现场测量，滑坡的长度为15m、宽度为20m、平均厚度为10m，滑坡体的体积约有0.3×104m³。初步判定该滑坡为小型顺层滑坡，主要诱因是暴雨，如遇暴雨还有再次滑动可能。

（2）Ⅱ号采矿区根据现场测量调查，Ⅱ号采矿区的采坑边坡岩体破碎，节理裂隙发育，边坡上部偶见孤石，在边坡的北部已发生一处崩塌规模较小。由于废渣堆Z6沿着自然边坡堆放，且堆放厚度较大，坡度较自然边坡陡，目前在Z6的中部已形成一个小型滑坡，该滑坡是沿着原地形坡面滑动的，后缘拉裂缝密集发育，裂缝宽度在0~15mm，滑动规模较小。其主要诱因是暴雨。

3矿山治理工程方案

3.1Ⅰ号采矿区环境破坏治理研究

Ⅰ号采矿区位于大鸿寨风景区鸠山大学遗址西侧，省道S325北侧，为露天开采，采矿区面积为0.04km2。本区的主要地质环境问题为地形地貌景观破坏和采矿引发的滑坡地质灾害。（1）地形地貌景观破坏Ⅰ号采矿区地形地貌景观破坏主要表现为采矿形成的采坑和随意堆放的废弃矿渣堆，根据现场调查测量，采矿区的北部形成一个采坑CK1，采坑面积约为13218m2；采坑四周分布着一系列采矿边坡，其中北面和南面的采矿边坡较陡峻，一般在75~85°，高度10~20m，西面的采矿边坡偏缓，一般在65~75°，高度10~20m，东面的采矿边坡一般在65~70°，而向东突出的土坡的坡度为25~35°，高度在8~20m，总容积约为15.5万m3。采矿区西部以及南部是渣堆Z1、Z2、Z3，其中Z1渣堆1800m3、Z2渣堆240m3、Z3渣堆36328m3，共计38368m3。（2）采矿引发的滑坡灾害采坑CK1周围均分布着不稳定边坡，此处地层为石炭系中统本溪组（C2b），层理发育，呈条带状产出。目前在Ⅰ号采矿区西部已发生一处滑坡，该滑坡岩层倾向CK1，且边坡原坡度陡峭（70~75°），滑坡后缘有多处SN向拉裂缝，拉裂缝密集发育，裂缝宽度在0~30mm；经现场测量，滑坡的长度为15m、宽度为20m、平均厚度为10m，滑坡体的体积约有0.3×104m³。初步判定该滑坡为小型顺层滑坡，主要诱因是暴雨，如遇暴雨还有再次滑动可能。

Ⅰ号采矿区的治理方案论证针对各种地质环境问题采用相应的治理措施，主要治理措施如下：（1）废渣清理回填工程用废弃矿渣回填采坑，这样不仅消除废弃矿渣随意堆放可能引发滑坡灾害及水土流失的可能，还能恢复原始地形地貌。废弃矿渣回填采坑后，也消除了采坑周围的高陡采矿边坡，消除了地质灾害隐患，也恢复了原始地形地貌。因此，废弃矿渣回填采坑即恢复了原始地形地貌，同时也消除了水土流失、地质灾害隐患。（2）地形地貌修整工程根据现场具体情况，场地内采坑规模为15.5万m3，但总渣量为38368m3，造成了回填量和需回填量的严重不平衡，如果从其他地方进行土方回调，一方面是11万多方的渣源周边基本没有，另一方面即便是能凑足调渣量，但在堆渣地段一般都有采坑，这个采坑回填将没有渣源，与地方关系协调比较困难，而且高额的运输费用也大大的加大了治理成本。因此完全回填采坑即不经济也不现实。

因此，根据场地渣少而采坑大的实际情况，以采坑南部+333m标高为基准进行回填，如果以一平面回填采坑，这样采坑回填量最小，基本能达到挖填平衡，但采坑西侧和北侧边坡还有9—14m的高度，北部紧靠采坑为一道路，对来往的行人还不安全，西侧的顺层滑坡还没有得到有效支挡，还有发生地质灾害的可能，因此以+333m标高平面进行回填虽然达到了土方平衡，但是灾害隐患没有得到消除，还需要用削方、锚杆、挡土墙、护栏等工程手段对其进行治理，这样首先是造价高，另外都有设计年限，不能根除灾害隐患，不符合矿山治理的基本原则，因此，建议向北纵坡降以-3~-8%对其进行回填，这样最终回填总量为103863.4m3，回填后采坑南部、东部基本与现有地面水平，北部比现有地面低2~3m，西部比现有地面低6—9m，这样用简单的挡土墙进行支挡就解决了北部对行人的安全隐患。但是西部还留有一定安全隐患，因此对西部采坑边缘向西15m地方进行下挖3m，形成梯田，用挡土墙进行支挡，这样即增加了填方量，达到挖填平衡，还消除了灾害隐患。

3.2Ⅱ号采矿区环境破坏治理研

Ⅱ号采矿区位于大鸿寨风景区主峰西侧，位于省道S325东侧，面积为0.03km2。本区的主要地质环境问题为地形地貌景观破坏和采矿引发的滑坡、崩塌灾害。(1)地形地貌景观破坏Ⅱ号采矿区的西部形成一个采坑CK2：采坑面积大约3000m2；采坑西部的采矿边坡为岩质边坡，覆盖层较薄，高度10~15m，坡度70~80°，采坑东部的采矿边坡，呈孤岛形状，覆盖层较厚，植被较发育，高度3~5m；该区沿着自然边坡堆放的废渣堆有4个：Z4、Z5、Z6、Z7，共计18180.0m³。(2)采矿引发的滑坡、崩塌灾害根据现场测量调查，Ⅱ号采矿区的采坑边坡岩体破碎，节理裂隙发育，边坡上部偶见孤石，在边坡的北部已发生一处崩塌，崩塌规模较小。

由于废渣堆Z6沿着自然边坡堆放，且堆放厚度较大，坡度较自然边坡陡，目前在Z6的中部已形成一个小型滑坡，该滑坡是沿着原地形坡面滑动的，后缘拉裂缝密集发育，裂缝宽度在0~15mm，滑动规模较小。其主要诱因是暴雨。Ⅱ号采矿区的治理方案论证针对各种地质环境问题采用相应的治理措施，主要治理措施如下：(1)削坡工程根据现场调查，Ⅱ号采矿区的采坑边缘的高陡边坡，坡面岩石破碎，已发生一处小型的崩塌。对此处高陡边坡做支护的费用太高，故设计削坡，施工顺序采取从边坡上部坡顶开始，削坡后的边坡高宽比为1:0.5。削坡后保证了边坡的稳定性，消除了再次崩塌的可能性。(2)地形地貌修整工程根据现场具体情况，废渣堆Z6沿着自然边坡堆放且堆放厚度较大，在暴雨情况下容易发生滑坡、泥石流灾害；采坑边坡陡峻，且岩石破碎，容易发生崩塌灾害。采坑面积3000m2，拟对采坑做回填，回填方量约19000m³，剩余的废渣沿着沟的方向回填，并设计挡土墙造成梯田，基本上挖填方平衡。这样的设计很好的修复了原有的地形，而且全部清理废渣消除了滑坡、泥石流灾害。

4总结

1、矿山地质环境问题主要为露天采坑对地形地貌景观的破坏、废矿无序堆放以及崩塌、滑坡等地质灾害。

2、矿区生态环境状况堪忧，已危及人民群众生命财产安全和当地社会经济的可持续发展。为有效地治理、恢复该区域的生态环境，完善各项保护措施，打造和谐社会，开展“矿山地质环境恢复治理”项目已迫在眉睫。

3、根据文件批复工程量和资金额度，结合矿山地质环境现状，确定治理工程方案主要采用废渣清理回填工程、削坡工程、挡土墙工程、截排水沟工程、地形地貌修整工程、绿化工程等工程措施来进行恢复治理。

参考文献：

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作者：姚艳领1，李 凯2 单位：1.昆明理工大学国土资源工程学院,2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院