二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線礦山地質環境恢復治理研究

侯坤頡 黃亮 張匯濤

摘 要:二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線灰巖資源豐富,礦業開發給當地帶來了巨大的經濟效益的同時也造成了地質環境、生態環境的嚴重破壞,威脅二廣高速、焦枝鐵路及當地居民生命財產安全。本文通過調查發現該地區存在的主要地質環境問題,并對主要治理內容、治理措施的可行性進行研究。

關鍵詞:礦山地質環境治理可行性研究

中圖分類號:F426.672 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(b)-0001-02

濟源市礦產資源豐富,伴隨著礦業的開發,長期積累的礦山地質環境問題,日趨嚴重,已經影響到人民的正常生產和生活[1]。二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線灰巖資源豐富,20世紀八、九十年代,隨著鄉(鎮)水泥企業的興建,出現眾多小型的灰巖礦山。礦業開發給當地帶來了巨大的經濟效益的同時也引發了地質環境、生態環境的嚴重破壞,造成山體千瘡百孔,已形成東西長約8.5km,南北寬1.3km,面積近3km2的礦山地質環境問題嚴重區,區內遺留礦坑主體邊坡高度11～56m,邊坡角達65°～85°的多處高陡險坡,嚴重破壞了二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線的地形地貌景觀危,威脅二廣高速、焦枝鐵路及當地居民生命財產安全。因此對該區域礦山地質環境治理進行研究,已經成為保護二廣高速、焦枝鐵路及當地群眾生命財產安全,建設和諧濟源的重大問題。

1 礦山地質環境狀況

1.1 礦區概述

1.1.1 地理位置與地形地貌

項目區位于太行山、王屋山南緣,具有過渡地帶特征,整體上呈現低山丘陵和沖擊平原地貌,由孔山和四周的平原地區組成。整體北高南低,地面高程150～250m,坡度較小,大部分地區的坡度都在8°以下。

1.1.2 氣象、水文

項目區地處暖溫帶大陸性氣候帶,四季分明。年平均氣溫14.3℃,年降水量平均為641.7mm,蒸發量年平均1810.2mm。夏季多偏東風,冬季多偏西風,最大風力7～8級,陣風可達9級,年平均相對濕度66%。

濟源市屬于黃河流域,大小河流百余條均屬于黃河水系,主要河流有黃河、沁河、蟒河、大店河和逢石河。

礦區范圍內無地表水體發育。

1.2 礦山地質概要

1.2.1 地層

項目區所屬區域地層屬華北地層區,除缺失志留系、泥盆系、白堊系外,從太古界系新生界其余各系地層均有出露。

區內巖性主要有石英砂巖、頁巖、灰質白云巖、泥巖、灰巖等。

1.2.2 水文地質條件

項目區內地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水、二疊系砂巖裂隙孔隙水、石炭系巖溶洞隙水三種類型。

(1)第四系松散巖類孔隙水

項目區第四系厚10～55m,由黃土及砂礫石組成,其中的砂礫石層水量充沛,補給主要為大氣降水補給,單位涌水量為1.51L/s·m。

(2)二疊系砂巖裂隙、孔隙水

本區二疊系厚10～160m,其中砂巖含水層厚達25m左右,單位涌水量為0.014～0.02L/s·m。

(3)石炭系灰巖溶溶裂隙水

石炭系上統太原組,共含灰巖5～9層,其中L2和L8灰巖厚度穩定,溶洞、溶孔發育,含水層豐富,是重要的含水層位。單位涌水量0.007～0.04L/s·m,具有水量大,水頭高的特征。

1.2.3 工程地質條件

區內灰巖由寒武、奧陶系的碳酸鹽巖組成。根據濟源縣孔山灰巖礦區地質普查區(本礦區位于原普查區內)測試結果,各類型巖石的抗壓強度范圍值(見表1),按羅姆塔澤分類系統,礦區巖礦石屬堅硬巖石工程地質組,局部有節理裂隙發育。(如表1)

2 項目區存在的主要地質環境問題

2.1 礦山次生崩塌地質災害

區內露天采坑主體邊坡高度11～56m,邊坡角達65°～85°的多處高陡險坡,露天開采邊坡存在大量的危巖體,危巖體在采石,劈山放炮強烈振動以及在歷次暴雨作用下持續變形,發生多處崩塌。現場調查發現崩塌規模8處(見表2)。

2.2 壓占、毀損土地資源

露天礦山的建設和開采占用了大量的土地資源,不僅礦坑要占用土地、廢渣、廢石的堆放也占用大量土地,改變了土地的利用性質,破壞了地表植被,影響景觀生態環境。

2.3 地形地貌破壞

(1)石漠化嚴重

采石坑中存在大量的殘留礦體礦柱和任意堆放的廢石堆、裸露的采礦底板,置身其中,一片石漠,滿目頹廢。嚴重影響了二廣高速及焦枝鐵路沿線的地形地貌景觀。

(2)植被破壞殆盡

采石場內石漠化嚴重,沒有可供植物生長的土壤,植被稀少。采場周圍植被也殘遭破壞,許多地方都被碎石、廢礦渣所掩埋。

(3)水土流失嚴重

采石場內由于坡度較大,沒有植被,僅有的表層土隨著大規模的開采,已被雨水洗刷干凈,水土流失嚴重,地表喪失或部分喪失了生態功能。

3 治理方案研究

3.1 工程治理措施

(1)危巖體清除及削坡

《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2002)的規定,邊坡穩定系數為1.767[2],將該區域內露天采礦邊坡的危巖體全部卸載清除,并將邊坡削坡坡度1∶0.75左右。

危巖體清除及削坡石方量總計807800m3。

(2)堆坡面整理

為了確保下部邊坡的穩定,本方案設計開采平臺8m以下采用上部削坡產生的碎石進行堆坡,碎石壓實系數為0.94～0.97,堆坡坡率1∶1.75。通過堆坡后,整體邊坡將可達到穩定狀態,只要做好坡面的截排水工作,坡面不需要大的加固,同時對邊坡的復綠是很有利的。

坡面整平30500m3。

(3)截排水溝

在邊坡坡頂設截水溝,在坡腳和坡中設排水溝,截排水溝通至項目區東部河谷。排水溝和截水溝采用M10漿砌石結構,溝深0.6m,底寬0.5m。截排水溝總長度為12600m,需漿砌石3650m3、挖方12240m3。

(4)邊坡復綠

采用攀巖植物綠化,方法是在邊坡附近或坡底置土,在其上栽種攀巖植物,攀巖植物生長、攀援、覆蓋坡面。

工程設計有待種植攀巖植物的邊坡長度10460m,種植密度為40cm×40cm,需種植攀巖植物26145株。

(5)廢渣清理平整及礦坑覆土綠化工程

礦渣清理工程主要是清理礦山開采遺留下來的四處散落的廢礦石、廢礦渣,也是礦山環境治理各項工程的基礎,同時也是泥石流安全隱患的治理。人工清除廢渣石,并按照“因地制宜,就坡順勢,清高墊低,就地平整”的原則,與采坑回填、采石場底板平整、客土壓覆工程結合起來,合理安排巖土排棄次序。在平整后的采石場底板進行覆土綠化工程。覆土厚度0.5m,覆土面積0.324km2。覆土后植樹,種植密度為3m×3m。

廢渣石清理工作量為285500m3,覆土量為320000m3,種植喬木64830株。

(6)渣堆擋墻工程

根據地形、地質、礦渣堆高度等情況,采用直立式重力式擋土墻墻型,墻高4m,M10漿砌石結構。擋渣墻基礎采用直立式擴展基礎,基底摩擦系數取0.4,墻后填土為礦渣,內摩擦角取值40°,不考慮地震作用。

渣堆邊坡長度為380m,挖方量為840m3,M10漿砌石2130m3。

(7)渣堆格構護坡工程

礦渣在堆積過程中,其邊坡是在礦渣頂部向下滾落過程中逐漸擴展形成的,因此礦渣在堆積中形成的邊坡角可近似的認為礦渣的自然休止角。經現場調查礦渣的自然休止角為35°～40°,在格構護坡前先對渣坡進行放坡處理,采用上部削坡,下部壓實的處理方法進行放坡,把渣坡放成30°左右,確保渣坡穩定后,再進行漿砌石格構護坡工程。

挖方量為900m3,M10漿砌石460m3。

4 結論與建議

通過對二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線礦山地質環境治理研究,得出如下結論。

(1)主要設計的工作有工程測量、地質環境調查、邊坡治理工程、邊坡復綠工程、擋土墻工程、廢渣清理工程、采坑覆土工程、采坑綠化工程等工程措施來進行恢復治理。綜合治理方案符合該地的地質地形條件和社會需要,具有可操作性,技術方案可行,經濟合理。

(2)該項目實施后,不僅可以消除了地質災害隱患,還改善濟源市當地居民的生活環境,經濟效益、社會與環境效益、減災效益顯著。

綜上所述,進行二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線礦山地質環境治理符合當地群眾的心聲,該項目是以人為本的體現,有利于社會經濟的持續發展,意義重大,影響深遠。

參考文獻

[1] 楊進朝,李華.濟源市礦山環境地質問題及防治對策研究[J]．礦產保護與利用,2008,6(3):39～43．

[2] 《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2002).

[3] 全國礦山地質環境調查技術要求實施細則(修改稿,2004年10月).

[4] 河南省地質測繪總院.二廣高速及焦枝鐵路(濟源段)沿線礦山地質環境治理項目可行性研究報告[R].河南省鄭州市:劉小飛,侯坤頡等,2011年.