衛(wèi)輝市米山洞灰?guī)r礦歷史遺留采場礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析及防治

王銀西，馬傳福

（1.河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，河南 鄭州 450000； 2.河南省資源環(huán)境調(diào)查三院，河南 鄭州 450000）

灰?guī)r是工民用建筑和鐵路、公路、水利建設(shè)的重要原料，歷來受到國家相關(guān)部門的重視。特別是近幾年安居工程的實施、高速公路的建設(shè)和國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，建筑用石料及水泥的需求量日漸加大，建筑石料的需求增長帶動了采石業(yè)的發(fā)展。隨著礦業(yè)開發(fā)活動的快速增長，也產(chǎn)生了一系列的地質(zhì)環(huán)境問題，特別是露天開采建筑石料的礦山，其具有數(shù)量多、分布廣、集中連片的特點[1]。露天礦山長時間、高強度的粗放型開采引發(fā)了礦山地質(zhì)災(zāi)害、土地資源占用破壞、地形地貌景觀破壞、含水層破壞等一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，與社會經(jīng)濟綠色發(fā)展的矛盾日益突出[2]。衛(wèi)輝市米山洞灰?guī)r礦為資源整合礦山，經(jīng)過長時間的不規(guī)范開采，礦區(qū)已形成了大面積的歷史遺留露天采場，導(dǎo)致較多地質(zhì)環(huán)境問題[3]，如植被破壞、土地?fù)p害、地形地貌景觀破壞、水土污染等。隨著國家生態(tài)文明建設(shè)力度加大，眾多歷史遺留下來的采坑急需生態(tài)治理。開展礦山地質(zhì)環(huán)境問題恢復(fù)治理不僅是生態(tài)文明建設(shè)的要求，也是促使我國采礦行業(yè)永續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[4-5]。本文以衛(wèi)輝市米山洞灰?guī)r礦歷史遺留露天采場為研究對象，開展礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，探討礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的相關(guān)工程對策[6-9]，以期為米山洞灰?guī)r礦歷史遺留露天采場的恢復(fù)治理工作提供參考。

1 礦山概況

1.1 基本概況

米山洞灰?guī)r礦為擬整合礦山，位于河南省衛(wèi)輝市西北部唐莊鎮(zhèn)米山洞—石字嶺一帶，由9個采礦權(quán)整合而成，整合后礦區(qū)面積2.13 km2，開采礦種為石灰?guī)r，露天開采，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為950萬t/a，開采標(biāo)高+170.0～+364.9 m。整合后礦區(qū)周邊歷史遺留露天采坑面積為1.253 3 km2。

1.2 自然地理

礦區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明；年降水量多集中在7—9月，約占全年降水量的60%；年平均降水量576.5 mm，最大日降水量151.8 mm。 本區(qū)屬海河流域衛(wèi)河水系，沖溝較發(fā)育，徑流條件好，無常年性地表水體，溝壑常年干涸無水，僅雨時有短暫流水，雨后即干。該區(qū)地貌屬于山前構(gòu)造剝蝕低山區(qū)，山勢大體呈近東南—西北走向；地形起伏較大，總體地勢為中西部高、南北兩側(cè)較低，山體頂部呈渾圓狀，其邊緣沖溝呈放射狀，構(gòu)成巖性為中奧陶統(tǒng)灰?guī)r。區(qū)內(nèi)土壤類型主要為褐土，因大面積露天開采使基巖裸露，僅在東、西部局部區(qū)域發(fā)育第四系，厚度0～1.0 m，表土層厚度一般為0.2～0.3 m。礦區(qū)內(nèi)土地利用類型為灌木林地、其他草地、農(nóng)村道路、裸地、采礦用地。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

（1）地層。該區(qū)位于華北板塊南部，屬于太行構(gòu)造亞區(qū)之太行斷隆，周邊主要出露地層由老至新依次為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組下段（O2x1）白云質(zhì)灰?guī)r，奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組中段（O2x2）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖互層，上馬家溝組下段（O2s1）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，上馬家溝組中段（O2s2）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，第四系黏土、亞黏土。

（2）構(gòu)造。礦區(qū)總體構(gòu)造為一軸向NE—SW較寬緩背斜（米山洞背斜），軸向沿NE—SW（7°～207°），背斜軸長度大于1 200 m，呈寬緩的近似對稱的背斜形態(tài)產(chǎn)出。東南翼較緩，傾向190°～260°、傾角4°～20°；西北翼地層地層較陡，傾向270°～340°，傾角10°～25°，局部發(fā)育次級小褶曲。

礦區(qū)中部發(fā)育1條NE向正斷層（F1），延伸長度1 100 m，走向91°～99°，傾向179°～188°，傾角70°～80°，破碎帶寬度2～8 m，落差0～20 m；為北盤上升、南盤下降的高角度正斷層。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單類型。

（3）巖漿巖。在礦區(qū)北部沿上馬家溝組石灰?guī)r層面呈巖床侵入，巖性為燕山期第一階段石英閃長玢巖，分布面積約1.12 km2。

2.2 礦體特征

礦體賦存于奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組上段（O2x2）、下馬家溝組下段（O2x1）地層中，含礦地層厚度123.45 m，礦層厚度101.64 m，含礦系數(shù)82.33%。下馬家溝組（O2x）地層分5個礦層，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、含灰白云巖、石灰?guī)r，其中3層為建筑石料用灰?guī)r礦層，2層為水泥用灰?guī)r礦層，呈互層狀。上馬家溝組（O2s）地層，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r及少量零星分布的石灰?guī)r，為建筑石料用灰?guī)r礦體。

2.3 水文及工程地質(zhì)特征

礦區(qū)含水巖組主要為第四系松散巖類孔隙含水巖組、奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組。前者主要分布于礦區(qū)南北兩側(cè)邊緣溝谷中，雨季含少量孔隙水；后者廣泛分布于全區(qū)，主要為馬家溝組白云質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r等，礦區(qū)含水層厚度120 m，受斷層影響，巖層裂隙、節(jié)理發(fā)育，裂隙率可達(dá)20%，裂隙寬度一般0.5～10 cm；巖溶發(fā)育不甚強烈，地表偶見10～20 cm溶洞，鉆孔中僅見沿裂隙的溶蝕現(xiàn)象，多呈半充填狀態(tài)。礦體位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水，地下水補給條件差，水文地質(zhì)條件簡單。

礦體主要賦存于奧陶系上馬家溝組中，由中厚—厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r組成，總厚度101.64 m。巖礦石自然含水狀態(tài)下單軸抗壓強度32～79 MPa，平均為56 MPa，整體屬堅硬巖類巖石。工程地質(zhì)條件屬簡單類型。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

主要為礦山地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、地形地貌景觀破壞、土地資源破壞等，其中礦山地質(zhì)災(zāi)害、地形地貌景觀破壞、土地資源破壞問題較為突出。

3.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

礦山地質(zhì)災(zāi)害是指由自然地質(zhì)作用和人類采礦活動引起的、造成人員生命財產(chǎn)損害或礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境破壞的災(zāi)害事件。歷史遺留露天采場邊坡高度多為20～30 m，最高處約90 m，邊坡坡度60°～90°，現(xiàn)狀條件下露天采坑內(nèi)未發(fā)現(xiàn)泥石流、滑坡等現(xiàn)象，僅有多處小規(guī)模的崩塌現(xiàn)象，崩塌體在10～30 m3，多發(fā)生在采坑周圍的坑壁上，采場坑壁陡峭，巖石出露較破碎，上方裂隙分布明顯，在降雨、風(fēng)化剝蝕及人類活動等外部因素作用下形成小規(guī)模崩塌[10]。由于邊坡上方危巖體多處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，且發(fā)育多條張性裂隙，裂隙內(nèi)有掉塊現(xiàn)象，底部巖體有壓碎狀，崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度強；現(xiàn)狀下崩塌地質(zhì)災(zāi)害未造成人員傷亡及直接經(jīng)濟損失，地質(zhì)災(zāi)害危害程度小。現(xiàn)狀下區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度強，地質(zhì)災(zāi)害危害程度小，誘發(fā)因素主要為人為因素，地質(zhì)災(zāi)害危險性中等。

3.2 含水層破壞

該區(qū)地下水補給來源單一，絕大部分來源于大氣降水。根據(jù)地貌形態(tài)特征，大氣降水大部沿山坡直接以地表徑流形式排泄，小部分由地表風(fēng)化裂隙向深部滲透補給基巖裂隙水。據(jù)野外調(diào)查，歷史遺留露天采坑破壞面積較大，采場最低標(biāo)高為+128 m，高于地下水位標(biāo)高+100 m，采礦活動對含水層的影響和破壞程度較輕。

3.3 地形地貌景觀破壞現(xiàn)狀

該區(qū)不屬于各類自然保護區(qū)，亦無名勝古跡、無軍事設(shè)施、高壓線和其他重要的設(shè)施，不在主要干道的可視范圍內(nèi)，現(xiàn)狀下采礦活動對地形地貌景觀的影響主要表現(xiàn)在遺留露天采坑破壞了原生的地形地貌，改變了山體原有形態(tài)[11]。 現(xiàn)狀下露天采場面積125.33 hm2，露天采場邊坡高度多為20～30 m，最高處約90 m，邊坡坡度60°～90°，直接破壞了原生地形地貌景觀，改變了地面標(biāo)高（圖1、圖2），造成與原有自然景觀極不協(xié)調(diào)，對原生地形地貌景觀破壞程度較大，影響程度嚴(yán)重。

圖1 露天采坑Fig.1 Open-pit

圖2 廢渣Fig.2 Waste residue

3.4 損毀土地現(xiàn)狀

現(xiàn)狀下主要為歷史遺留露天采場對土地造成了損毀，共損毀土地面積125.33 hm2，損毀方式為挖損損毀；按損毀土地類型劃分，損毀旱地2.93 hm2、灌木林地7.91 hm2、其他草地17.13 hm2、農(nóng)村道路0.04 hm2、裸地39.70 hm2、采礦用地57.62 hm2。損毀程度均為重度。

3.5 礦山地質(zhì)環(huán)境影響及恢復(fù)治理分區(qū)

該礦為資源整合礦山，現(xiàn)狀下歷史遺留露天采場內(nèi)礦山地質(zhì)災(zāi)害影響程度中等，采礦活動對含水層的影響和破壞程度較輕，對地形地貌景觀影響和破壞程度嚴(yán)重，對土地資源損毀嚴(yán)重。綜合分區(qū)將歷史遺留露天采場區(qū)劃分為礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)（圖3）；并充分考慮礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型、分布特征及其危害性、礦山地質(zhì)環(huán)境影響評估結(jié)果，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)分區(qū)，將歷史遺留露天采場區(qū)劃分為礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理重點防治區(qū)（表1）。

圖3 歷史遺留采場礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合分區(qū)Fig.3 Comprehensive zoning map of geological environment impact of historical stopes and mines

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評估及恢復(fù)治理分區(qū)Tab.1 Comprehensive assessment of mine geological environment impact and zoning of restoration and treatment

針對礦山地質(zhì)環(huán)境重點防治區(qū)，主要治理措施為對遺留露天采場進(jìn)行削坡、清除危巖體和場地整形，并進(jìn)行土地復(fù)墾等工程。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程

為保證治理工程質(zhì)量和效果，針對遺留露天采坑重點防治區(qū)內(nèi)已存在的地質(zhì)災(zāi)害、地形地貌景觀破壞、土地資源損毀等問題，以創(chuàng)建和諧社會和可持續(xù)發(fā)展為目的，全面落實科學(xué)發(fā)展觀，做到“事前預(yù)防，事中治理，事后恢復(fù)”，按照綠色礦山建設(shè)的要求，對礦區(qū)及周邊歷史遺留的地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行綜合治理和復(fù)墾，使礦山地質(zhì)環(huán)境與周邊生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，達(dá)到與區(qū)域條件相適應(yīng)的環(huán)境功能。根據(jù)治理原則和思路，此次采用的工程技術(shù)措施包括危巖體清除、防護及警示工程、場地平整、廢渣回填及覆土工程、土壤改良工程、植被恢復(fù)工程、（截）排水溝等[12-13]，最終達(dá)到消除礦山地質(zhì)災(zāi)害、恢復(fù)土地植被資源、美化礦山地質(zhì)環(huán)境的目的。

4.1 危巖體清除

歷史遺留露天采場內(nèi)存在多處高陡邊坡，且邊坡上沿巖體破碎，局部已出現(xiàn)小規(guī)模崩塌。對現(xiàn)存高陡邊坡的危巖體（松散或裂隙發(fā)育破碎段）進(jìn)行清除，對松散老土堆積層修整后坡度不大于45°，巖質(zhì)邊坡采用炮錘法清理至不易破碎為宜。采用長臂挖掘機（炮錘法）施工，將清除的礦渣就近清運至坑底回填，不外運。共需清除危巖體約35處，累計清除危巖方量約1 200 m3。

4.2 防護及警示工程

（1）布設(shè)防護網(wǎng)。由于遺留露天采場局部與周邊原始地形落差較大，在采場外部邊緣設(shè)置防護網(wǎng)，避免出現(xiàn)意外墜落。防護網(wǎng)采用刺絲拉網(wǎng)，網(wǎng)高1.5 m，每3 m設(shè)1根立柱。刺拉絲規(guī)格為三股鍍鋅鋼絲，縱向拉網(wǎng)間距為20 cm，第1排離地高度20 cm，共7根，每根長3 m，斜角對拉1根穿插在橫絲中，共2根，每根長3.5 m；立柱選用直徑48 mm、高1.8 m刺拉絲專用鍍鋅鋼管噴塑綠色漆，立柱預(yù)埋30 cm，素混凝土澆筑固定[14]。工程量：共布設(shè)防護網(wǎng)900 m，圓管立柱304根、素混凝土8.2 m3、刺拉絲長度8 400 m。

（2）設(shè)置警示牌。在通往采場的道路上處分別設(shè)警示牌1塊。警示牌由角鐵、鐵皮焊接而成，角鐵長度2.6 m（埋入地下0.6 m），警示牌離地高度1.0 m，大小1.6 m×1.0 m。共設(shè)置警示牌10塊。

（3）場地平整?，F(xiàn)狀下遺留露天采坑底局部遺留有少量廢渣，且多處地形起伏較大，為了便于復(fù)墾，對露天采場坑底進(jìn)行平整，復(fù)墾為旱地的地塊平整后場地坡度控制在6°以內(nèi)，復(fù)墾為有林地的地塊平整后場地坡度控制在15°以內(nèi)。預(yù)計平整場地面積113.06 hm2。

（4）廢渣回填及覆土工程。在平整后的采坑坑底鋪設(shè)小顆粒廢渣30 cm后進(jìn)行覆土，有林地場地覆土厚度50 cm、旱地場地覆土厚度80 cm。渣源來自礦山開采過程中產(chǎn)生的剝離物，土源采用剝離的第四系表土，不足部分外購。預(yù)計鋪廢渣量33.47萬m3，覆土69.31萬m3。

（5）土壤改良工程。新復(fù)墾的旱地覆土后表土肥力欠佳，采用增施有機肥、土地翻耕進(jìn)行土壤改良[15]。

（6）植被恢復(fù)工程。本次復(fù)墾有林地66.45 hm2，施工時穴栽喬木側(cè)柏，撒播麥芽草、狗牙根草混合草籽，并在各邊坡坡底扦插葛藤，使藤條沿邊坡向上攀爬，澆水、施肥管護。預(yù)計穴栽側(cè)柏166 125株、扦插葛藤22 000株，撒播狗牙根、麥芽草混合草籽約3 200 kg。

（7）截（排）水溝。在遺留露天采場外圍1.5 m處敷設(shè)預(yù)制梯形截（排）水溝，以疏排上游降水。采用外購預(yù)制混凝土排水溝，排水溝截面呈梯形，單塊長度1 000 mm、內(nèi)底寬300 mm、內(nèi)口寬800 mm、內(nèi)深500 mm、厚80 mm、邊坡比1∶0.5（圖4）。施工時挖梯形溝槽，截面600 mm×1 000 mm，底部用粒徑3 cm的細(xì)石C20混凝土找平，置入預(yù)制塊，兩側(cè)用黏性土填實。塊與塊間用瀝青麻絲勾縫連接。（截）排水溝長約4 800 m，人工挖土方1 296 m3、人工修整邊坡4 320 m2、澆注C20細(xì)石混凝土硬化43 m3。

圖4 排水溝斷面Fig.4 Cross section of drainage ditch

5 結(jié)論

（1）米山洞灰?guī)r礦歷史遺留采坑地質(zhì)災(zāi)害主要以崩塌為主；露天采坑對地形地貌景觀及土地資源的影響和破壞程度嚴(yán)重。

（2）對露天采坑采用危巖體清除、布設(shè)防護網(wǎng)及警示牌、場地平整、廢渣回填及覆土、土壤改良、植被恢復(fù)及修筑截（排）水溝等工程措施能恢復(fù)治理礦山地質(zhì)環(huán)境問題，從而消除地質(zhì)災(zāi)害隱患、恢復(fù)破壞的土地植被資源、改善生態(tài)環(huán)境，有力保障群眾生命財產(chǎn)安全，社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益顯著。