安徽某廢棄非金屬礦山地質(zhì)環(huán)境治理研究

李功成

(安徽省廣德市自然資源和規(guī)劃局，安徽 廣德 242200)

1 引言

本文研究的礦山位于安徽省東南部，主要開采礦種為石英砂巖，開采方式為露天開采。在本世紀(jì)初，由于政策原因，礦山關(guān)閉停采。治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題突出，不僅存在地質(zhì)災(zāi)害隱患，而且破壞了區(qū)域自然景觀，與周邊的青山綠水極不協(xié)調(diào)，同時造成了大面積的土地資源浪費(fèi)，給S215省道及Y033鄉(xiāng)道沿線造成了視覺污染，也嚴(yán)重影響附近村莊居民生活環(huán)境，因而治理區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理工作已勢在必行。

2 自然地理特征

2.1 氣象、水文

礦區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年極端最高氣溫40.4 ℃(1978年7月6日)，年極端最低氣溫-14.6 ℃(1969年2月6日)；多年平均降水量1 328 mm，降雨年際、年內(nèi)分配不均，年最大降水量2 377.0 mm(2016年)，年最小降水量775.9 mm(1978年)，多年平均蒸發(fā)量1 453.5 mm，多年平均相對濕度80%。年均降水天數(shù)150 d，降雪天數(shù)9 d，無霜期229 d。2016年6月20日，遭遇罕見大暴雨，中國天氣網(wǎng)公布的全國24 h降水量排名中，廣德以266.3 mm降水量占據(jù)全國第一[1]。

2.2 地形、地貌與植被條件

治理區(qū)所在的廣德市東北部地區(qū)以丘陵為主，僅皖、蘇、浙接壤處有低山蜿蜒，該處石灰?guī)r質(zhì)純層厚，發(fā)育了典型的亞熱帶地下喀斯特溶洞，其中太極洞已辟為重要游覽景點(diǎn)。治理區(qū)內(nèi)坡表基本無植被覆蓋，局部見一年生草本；坡頂主要植物以草本及灌木為主，間或有低矮喬木，植被覆蓋較好。

3 地質(zhì)概況

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

治理區(qū)所處大地構(gòu)造位置為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺、下?lián)P子臺拗、蘇浙皖斷皺束、長興—廣德凹褶斷束的西南部[2]。區(qū)內(nèi)地層從志留系中上統(tǒng)至白堊系出露齊全，區(qū)域地層屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)，泥盆系上統(tǒng)五通組為海陸交互相沉積，主要為石英砂巖及粉砂巖。治理區(qū)區(qū)域構(gòu)造主要由部分門口塘坳陷、廣德坳陷、長興凹褶斷束三者組成，形成了中南部-北東部印支加里東構(gòu)造層和北西-西南-東南部燕山構(gòu)造層兩個不同地質(zhì)時期較為明顯分界的構(gòu)造格局，但前者在燕山運(yùn)動期被改造，形成了北北東-北東向構(gòu)造方向?yàn)橹?，北西和東西向?yàn)檩o的褶皺斷裂帶；后者以坳陷盆地為主。區(qū)內(nèi)褶皺屬廣德—長興凹褶斷束的次級構(gòu)造，其中包括牛頭山向斜、新杭向斜、大王村向斜、獨(dú)山背斜、五元山背斜、官山—礪山復(fù)式向斜等。本區(qū)巖漿巖不發(fā)育，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層、褶皺等結(jié)構(gòu)面，主要結(jié)構(gòu)面為巖層層面。

3.2 地層及巖性

治理區(qū)出露地層有泥盆系上統(tǒng)五通組及第四系。泥盆系上統(tǒng)五通組：分布于礦區(qū)的大部，產(chǎn)狀220°～240°∠5°～20°，為本區(qū)的賦礦地層。巖性主要為灰黃色中厚層-厚層狀石英砂巖夾黑色泥質(zhì)頁巖。第四系上更新統(tǒng)下蜀組坡積：粉砂質(zhì)亞黏土、黏土、砂、夾灰色砂巖礫石，不均勻分布于礦區(qū)的外圍山體表層，厚0～10 m。礦區(qū)內(nèi)未見巖漿巖，蝕變作用不發(fā)育，各層位未發(fā)現(xiàn)熱液蝕變現(xiàn)象。

4 工程及水文地質(zhì)條件

治理區(qū)原主采礦體直接出露地表，無頂板，底板圍巖與礦體巖性相近，為細(xì)粒石英砂巖及粉砂巖，為強(qiáng)度中等巖石，工程地質(zhì)條件簡單。據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃(2015)》(GB18306—2015)，本區(qū)地震動峰值加速度分區(qū)為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度，地震活動不頻繁，也不強(qiáng)烈，屬于低烈度區(qū)[3-4]。

4.1 水文地質(zhì)條件

4.1.1 地下水類型及含水巖組

松散巖類孔隙水：含水層為第四系上更新統(tǒng)下蜀組坡積，主要巖性為粉砂質(zhì)黏土夾碎石。根據(jù)民井調(diào)查，單井涌水量<10 m3/d，富水性弱，為HCO3—Ca型水，pH值6.8～7.2，礦化度0.2～0.85 g/L，透水性較弱。

基巖裂隙水：含水層為泥盆系上統(tǒng)五通組，巖性以石英砂巖為主。單井涌水量<10 m3/d，富水性弱。水質(zhì)類型為HCO3—Ca·Mg，礦化度0.16～0.4 g/L，該層為弱含水層。

4.1.2 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄條件

治理區(qū)內(nèi)地形較復(fù)雜，基巖裸露，含水巖組主要接受大氣降水垂直入滲補(bǔ)給，地下水的徑流受地形條件控制，水力坡度與所處地形的坡度基本一致，區(qū)內(nèi)地下水大致自東部向西部徑流，蒸發(fā)是地下水的主要排泄方式。

4.2 施工條件分析

治理區(qū)內(nèi)有公路通往新杭鎮(zhèn)和S215省道，從S215省道可經(jīng)過Y033鄉(xiāng)道進(jìn)入治理區(qū)。治理區(qū)交通便利，施工人員、機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛等可直接進(jìn)入施工現(xiàn)場。施工、生活用水可取自周邊的村民居住區(qū)。施工場地臨近箭穿村，距廣德城區(qū)亦較近，施工所需材料基本上能夠就地取材或就近購買。治理區(qū)廢棄地范圍較大，且地形較平緩，在整合廢棄地地形貫通場地后，施工設(shè)備和原材料進(jìn)場及搬運(yùn)都方便，施工場地條件良好。

5 治理方案

5.1 Ⅰ區(qū)治理設(shè)計(jì)

Ⅰ-1區(qū)治理設(shè)計(jì)：由于邊坡節(jié)理裂隙較發(fā)育，連續(xù)強(qiáng)降雨入滲導(dǎo)致現(xiàn)有平臺出現(xiàn)碎裂狀裂縫，必須對裂縫區(qū)域進(jìn)行全面清除，故無法按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行削坡減載形成50°最終邊坡。為保證最終邊坡整體穩(wěn)定性，經(jīng)測算，在保證施工安全的前提下，本區(qū)域邊坡+95 m以上部分調(diào)整為45°削坡減載，削除裂縫區(qū)域邊坡，下部仍按30°回填壓腳，并于標(biāo)高+95，+102，+111及+120 m(臺階高差平均為7 m)處設(shè)置安全穩(wěn)定平臺，對上部45°邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴播復(fù)綠，下部30°(局部20°)最終邊坡及平臺進(jìn)行覆蓋種植土30 cm后，再撒播喬灌木種子復(fù)綠，施放的密度為15 g/m2。

Ⅰ-2區(qū)治理設(shè)計(jì)：根據(jù)土地利用規(guī)劃，Ⅰ-2區(qū)需要進(jìn)行挖高填低，場地平整(最終形成自坡腳到道路約3°的緩坡)。由于后期規(guī)劃為農(nóng)用地，故在最終場地上覆蓋種植土50 cm，以達(dá)到后期規(guī)劃的農(nóng)用地要求。

5.2 Ⅱ區(qū)治理設(shè)計(jì)

Ⅱ-1區(qū)治理設(shè)計(jì)：對該區(qū)+110 m以上坡面50°進(jìn)行削坡減載，+110 m以下坡面30°回填壓腳，并于標(biāo)高+110、+125 m處設(shè)置4 m寬安全穩(wěn)定平臺(20號～22號坡面平臺高度由+110 m緩慢過渡至+115 m)，同時邊坡與平臺與Ⅰ-1區(qū)域自然銜接，形成統(tǒng)一坡面及平臺進(jìn)行綜合治理，對50°最終邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)客土噴播復(fù)綠，30°最終邊坡及平臺進(jìn)行覆蓋種植土30 cm后，再撒播喬灌木種子復(fù)綠，施放密度為15 g/m2。

5.3 Ⅰ區(qū)臨時上山道路區(qū)域治理設(shè)計(jì)

由于前期施工修筑的上山道路，局部區(qū)域地形較凌亂。根據(jù)治理的需要，對此區(qū)域在完成主體邊坡治理后，進(jìn)行場地清理平整，覆土30 cm，并撒播喬灌木種子復(fù)綠。

5.4 截(排)水溝設(shè)計(jì)

洪峰流量計(jì)算公式：

QN=0.278×aCNFΦ

(1)

式中：QN為洪峰流量，m3/s；a為洪量徑流系數(shù)，取0.15；CN為平均1 h降雨強(qiáng)度，mm/h；F為山坡集水面積，km2；Φ為修正系數(shù)，取1.2。

截排水溝斷面尺寸確定根據(jù)明渠流公式：

Q=ωC(Ri)/2

(2)

式中：Q為流量，m3/s；C=(1/n)×R/6，n取0.03；ω為過水?dāng)嗝娣e，m2；R為水力半徑，R=ω/χ；χ為排水溝斷面濕周，m；i為坡比，取5%。

坡頂截水溝：結(jié)合地形地貌狀況，在坡頂設(shè)置截水溝，截水溝設(shè)置在最終邊坡界線向外2 m(水平距離)處。截水溝采用漿砌石塊砌成，砌筑用水泥砂漿強(qiáng)度M7.5，塊石強(qiáng)度不小于MU30，并用M10水泥砂漿勾縫。對于地勢陡，水勢猛的坡頂?shù)囟?，可根?jù)需要增大墻體的高度，以保證洪水來臨時，坡面土壤和植被不受沖擊。

坡頂截水溝設(shè)計(jì)長度是根據(jù)其投影長度，并結(jié)合地形坡度，按≥5%坡面地形起伏設(shè)計(jì)。

坡腳及平面排水溝：為及時疏排坡面匯流，保證滿足坡面排洪泄水的需要，減少水土流失，本次設(shè)計(jì)在緊鄰最終邊坡坡腳處修建坡腳排水溝(含與區(qū)外排水系統(tǒng)或宕底水塘相接的連接排水溝)。坡腳排水溝采用漿砌石塊砌成，砌筑所用水泥砂漿強(qiáng)度M7.5，塊石強(qiáng)度不小于MU30，并用M10水泥砂漿勾縫，按5%地形起伏設(shè)計(jì)。

5.5 蓄水池設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，由于坡腳后期需要進(jìn)行回填壓腳，且周邊具有良好的養(yǎng)護(hù)水源保證，故本次將蓄水池取消，區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)最終匯入周邊市政管網(wǎng)。

5.6 坡腳綠籬種植設(shè)計(jì)

沿邊坡坡腳外2 m處覆土50 cm進(jìn)行綠籬種植，構(gòu)成坡腳安全綠化帶，品種為法國冬青，種植規(guī)格為4株/m2，根據(jù)調(diào)整后邊坡坡腳綠化帶位置將原設(shè)計(jì)進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，綠籬種植4 080株。

5.7 安全警示牌設(shè)置

為增強(qiáng)治理區(qū)周邊過往行人的安全意識，于治理區(qū)顯眼位置樹立安全警示牌6塊，尺寸為600 mm×900 mm，面積為0.54 m2，安全警示牌為永久設(shè)置，設(shè)置要求應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

5.8 治理區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)置

供水水源：治理區(qū)周邊有居民和村莊，宕底應(yīng)保留蓄水池或原始水塘，附近有澆灌河流等，可作為供水水源地。

5.9 宣傳牌設(shè)計(jì)

為彰顯礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目實(shí)施的重要性，增強(qiáng)全社會的環(huán)境保護(hù)意識，進(jìn)一步開展礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作，于區(qū)內(nèi)進(jìn)出場顯眼位置處設(shè)置宣傳牌一塊，規(guī)格為4 m×8 m，面積為32 m2，鐵質(zhì)。

5.10 坡頂施工便道

坡頂施工便道設(shè)計(jì)在邊坡削坡坡頂后推3～4 m，采用挖掘機(jī)開挖、壓實(shí)、整平，主要為挖機(jī)簡單開路，方便運(yùn)輸。具體路線根據(jù)坡頂?shù)匦戊`活確定，平均寬度4 m，總體原則以盡量減少開挖工程量，減少占用林地為宜。施工結(jié)束后，施工道路需進(jìn)行整修平整，并進(jìn)行覆土，撒播喬灌木種子綠化，不留安全隱患。

6 結(jié)論

本文研究對象為安徽省東南部的一座非金屬礦山，在日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)保形勢下，礦山開發(fā)的恢復(fù)治理工作越來越緊迫。文章從研究區(qū)的自然地理、地質(zhì)特征入手，詳細(xì)分析了研究區(qū)的工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征以及原礦山的開采工藝特征，在此基礎(chǔ)上提出了礦山恢復(fù)治理的措施，對相鄰區(qū)的礦山恢復(fù)治理工作有一定的參考意義。