方城縣汪廟滑石礦山地質環境問題分析及治理方案

來亞芳（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 鄭州 450001）

方城縣汪廟滑石礦山地質環境問題分析及治理方案

來亞芳
（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 鄭州 450001）

【摘 要】方城縣汪廟滑石礦山地質環境問題突出，制約了地方經濟的可持續發展，危及了當地人民群眾的生命財產安全。本文闡述了礦山的地質環境背景，分析了礦山地質環境問題，提出了土方清理回填、截排水溝、植樹綠化、井口混凝土井蓋封閉等工程治理方案。

【關鍵詞】礦山；地質環境；治理方案；方城縣

方城縣汪廟滑石礦為計劃經濟時期建設的國有礦山，礦體位于北西走向的山梁北麓，礦體長度1500m，寬10～160m，品位25.26%～30.34%，平均品位29.11%，白度80%以上，儲量126.75萬t。于20世紀70年代開始投產，露天采坑因無礦源而已停采，大部分豎井也因巷道坍塌，已于1997年閉坑。該礦自投產以來，產生了巨大的經濟效益，為國家和地方經濟的發展做出了貢獻，但這種短期經濟增長背后的資源浪費、破壞與污染卻嚴重阻礙了經濟的長遠發展[1-2]。礦區主要環境地質問題有：露天開采規模較大，對地形地貌景觀破壞嚴重；采坑邊坡崩塌、地表裂縫、地面塌陷等礦山地質災害。

方城縣汪廟滑石礦處于漢江支流賈河上游，沿河兩岸居住著數千居民，礦山及周邊地質環境是他們賴以生存的空間，亦是他們努力建設的美好家園。多年來，礦山環境地質問題日益嚴重，十分突出，礦山地質災害時有發生，制約了地方經濟的可持續發展，危及了當地人民群眾的生命財產安全。對方城縣汪廟滑石礦山地質環境進行治理，是造福當地人民群眾的大事，其生態效應和社會影響都是積極的。

1　礦山地質環境背景

1.1自然地理概況

方城縣汪廟滑石礦位于南陽市東北部，屬方城縣獨山鎮劉營村。距方城縣城22km，暖泉西500m，柴營東南600m，有公路相通，交通便利。礦區長2km，寬0.6～1.0km，面積1.56km2，本次需要治理面積約0.75km2。

本區屬季風型暖溫帶氣候，氣溫以七、八月最高，極端最高氣溫39.7℃，氣溫以一至二月最低，極端最低氣溫-20.3℃，年平均氣溫14.2～16.0℃；年降雨量628.9～1542.9mm，最長連續降雨期17天，降雨量321.3mm，歷年一日最大降雨量為267.6mm；年蒸發量1197.7～1903.9mm；年平均相對濕度69%～80%，年平均絕對濕度13.6～15.3mb。結冰期自十一月至翌年三月，凍結深度10～15cm。多西南風，風力一般2～3級，最大可達8級。

礦區位于漢江支流水系，溪溝以分水嶺為上源。西北側有竇溝、楊條溝，西南側有對窯溝，兩者匯集沿途各支岔在劉營附近匯集成賈河，均屬季節性河流。楊條溝流量最小為1.1L/s，一般25L/s左右，最大洪水量為20.81m3/s。暴雨后不足一小時出現洪峰，雨停數小時即可復原。地下水化學類型為HCO3-Ga型水。

1.2地質環境背景

1.2.1地貌

礦區地處伏牛山余脈，地貌類型屬低山丘陵區，山嶺走向為北西向。地勢南高北低，最高點在礦區西南部栗溝東北，海拔343m，最低點在礦區東北部，海拔190m，相對高差150m。

礦山由于多年的采礦活動，地形特征多有改變，突出表現在兩個巨大的露天采坑和眾多的豎井及采空區引起的地表塌陷和地裂縫，采坑面積數千至萬余平方米，深15～30m，坑深壁陡。地表塌陷和地裂縫大小不等，多呈135°方向分布，塌陷坑深度幾米至十數米。

1.2.2地層

礦區位于華北地臺南緣與秦嶺褶皺帶東段結合部位，地質構造復雜，出露地層為中元古界官道口群高莊組變含礫石英砂巖、石英砂巖、大理巖夾滑石片巖和第四系殘坡積土。

中元古界官道口群高莊組：主要巖性為變含礫石英砂巖、石英砂巖、大理巖夾滑石片巖，淺乳白、淺黃色，中粒厚層狀。走向220°，傾角35～60°。

第四系殘坡積層：主要分布于坡角和溝谷之中。巖性為含礫粘土、粉質粘土，厚0.4～12m。

1.2.3構造與地震

區域構造上，礦區位于秦嶺東西向復雜構造帶北緣，欒川—維摩寺—白云山大斷裂位于礦區北約2.5km處。維摩寺—白云山大斷裂呈北西西向展布在南召馬市坪、方城縣的維摩寺、泌陽的白云山一帶，傾向北，傾角45°，為逆沖斷裂，上盤為下古生界陶灣群及加里東期侵入巖，下盤為中元古界寬坪群。晚第四紀以來該斷裂處于穩定狀態。

方城縣汪廟滑石礦地處于低地震帶，根據GB18306-2001《中國地震動參數區劃圖》，礦區地震動峰值加速度小于0.05g，地震特征周期0.35s，地震基本烈度屬于“小于Ⅵ度”區。

1.2.4水文地質

按照礦區地下水的賦存介質、水力性質、埋藏條件等，可將礦區地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型[3]。

松散巖類孔隙水：第四系松散巖類孔隙水分布于竇溝、楊條溝及其支流溝谷中的沖洪積層中，含水層為砂土及砂礫石，厚度一般不超過12m，水位埋深0.5 ～2.5m，接受大氣降水補給，向下游方向徑流排泄。

基巖裂隙水：基巖裂隙水賦存于中元古界官道口群高莊組石英砂巖的裂隙中。其賦存條件、富集規律受裂隙發育程度、地形地貌、氣候的控制。石英砂巖構造裂隙發育，開啟性、連通性差，風化裂隙不發育，富水性較差。常見泉流量小于0.05L/s，地下水徑流模數小于0.5L/s·km2。

治理區地下水以接受大氣降水滲入補給為主。由于地形較陡，降水大部分沿地表徑流排出區外，僅有少量降水沿裂隙下滲，在一定條件下，呈下降泉形式溢出地表，匯入溪河，流出區外。

1.2.5工程地質

根據巖土體特征，可將區內巖土體劃分為三類工程地質體：

(1)第四系殘坡積物：分布于坡地和河谷，厚度小，結構松散，工程性質差。

(2)崩坡積物及礦渣：分布于開采區及其下方，厚度變化大，結構松散，工程性質差。

(3)中等—弱風化的巖體：分布于山梁，節理裂隙發育，為礦區穩定地層，工程性質一般。

綜合來看，礦區場地地形起伏大，淺表地層及地表植被破壞嚴重，水土流失嚴重，工程地質條件較差。

2　礦山地質環境問題

2.1地形地貌景觀

由于長期的露天開采，留下大小30余個采坑，有兩個規模較大(Ⅰ、Ⅱ號)，Ⅰ號坑寬約60m、長約300m，深15～30m，采坑東南高、西北低，采坑壁多直立；Ⅱ號采坑寬約60m，長約100m，深30～50m，雨季坑內經常積水。礦區內分布有30余個豎井，除少數井口保持完好外，大部分井口都發生了不同程度的坍塌。露天采場及周邊雜亂堆積著大量的廢礦渣，破壞地表植被，改變微地貌，并壓占山坡地。

豎井井口敞開且多坍塌，在破壞地貌景觀的同時還威脅人畜安全，危害性較大。

2.2礦山地質災害

(1)崩塌。

Ⅰ號采坑壁多直立，沿采坑西北側壁發育了三處崩塌點，沿采坑南側坑壁發育一處崩塌點，崩塌災害時有發生。Ⅱ號采坑壁陡立，沿東北側壁發育三處崩塌，崩塌災害時有發生。

由于崩塌災害多沿采坑壁周邊發育，規模很小，沒有明顯的危害對象，所以危害較小。

(2)地面塌陷、地裂縫。

地面塌陷及地裂縫大面積存在，近幾年因停止采礦而逐漸趨于穩定。地表裂縫主要分布在采礦區的北部邊緣，大體走向155°，延伸長度十幾米至幾十米不等，寬度小的十幾厘米，最大寬度可達3m，目測深度淺的有1～2m，最深可達15m左右；塌陷陷坑多呈橢圓形，直徑多為10～30m，深度2～10m。

地面塌陷和裂縫以及廢棄的礦井破壞地形地貌景觀，威脅當地人民群眾的生命財產安全，危害較大。

3　治理方案

礦區外圍已開展地質災害調查與規劃，是方城縣地質災害易發區，已列入方城縣地質災害治理規劃[4]，同時該礦區也納入了方城縣礦山環境治理規劃之中[5]。本次治理方案依據現有國家相關規范標準，參考地區同類治理工程經驗，堅持以人為本、注重效益、工程措施和生物措施相結合的原則，采用土方清理回填工程+截排水溝工程+植樹綠化工程+井口混凝土井蓋封閉工程，對礦山地質環境進行綜合治理。

3.1土方清理回填工程

布置在礦區中部重點治理部位，主要是對露天采坑的坑壁和坍塌的井口進行清理和平整，利用廢棄礦渣對采坑和地裂縫以及豎井進行回填，在一定程度上恢復自然地形地貌。合計土方工程量為10萬m3。

將清方區的礦渣堆清理回填至填方區(采坑)內，進行坡面平整，形成具有一定坡比的順向坡。根據設計的坡比進行施工，回填施工要分層進行壓實，分層厚度為50～100cm。

將豎井井口附近的礦渣或覆土清理、平整、回填至井中，有條件的應盡可能的將豎井填滿。

3.2截排水溝工程

為匯集并快速排泄雨水，防止雨水對治理區坡面地表的沖刷破壞，布置地表截排水溝系統。截排水溝布置在治理區外周，截排水溝的兩端延伸至治理區下游沖溝內，坡陡地段設置消能坎，下端設置消能池[6]。

設計截排水溝為M7.5漿砌石結構，砌體強度不小于40MPa，砌石厚度0.3m，截排水溝過水斷面寬0.8m，高0.6m，設計截排水溝長度為1000m。

主要工程量為：土(石)方開挖1535.0m3，M7.5漿砌石785.0m3，砂漿抹面2650.0m2，伸縮縫20.0m2。其過流能力計算如下。

設計截排水溝過水斷面尺寸：

底寬b=0.8m，高h=0.6m，比降i=10%左右。

最大過流能力計算：

式中：過水斷面面積w=bh=0.6×0.8=0.48m2；

濕周x=b+2h=0.8+2×0.6=2.0m；

水力半徑R=w/x=0.48/2.0=0.24；

謝才系數：C=(1/n)R1/6

糙率n漿砌石取n=0.025；

經計算C=31.53。

則最大過流能力為：

按50年一遇洪水，N=50，p=2%時的洪水流量計算：

Qp=qpF(m3/s)

式中：Qp——相應頻率p=2%，重現期N=50年的洪水流量；

qp——相應頻率p=2%時的流量模數(m3/s· km2)，從水文圖集中可查得該處經緯度處的流量模數qp=35m3/s·km2；

F——集雨面積，匯水面積經測量為0.03km2，

則：Qp=35×0.03=1.05m3/s。

經復核計算說明截排水溝滿足排泄50年一遇洪水，且預留一定的安全系數。

3.3植樹綠化工程

在整個治理區域范圍進行植樹綠化。植樹的重點是本次清方、回填、平整治理區域及第四系松散層分布區域，以恢復植被，美化礦山環境。

綠化設計采用適宜當地氣候生長的優良樹種(如楊樹等)，樹的規格為胸徑3cm，植樹網格間距3～5m，選擇生長健壯、無病蟲害、無機械損傷、樹形端正和根系發達的苗木。

主要工程量：綠化面積0.75km2，植樹7500株。

3.4井口混凝土井蓋封閉工程

在調查、勘查工作中發現，礦區存在30余個豎井，其中適宜進行治理封閉的約22個。首先對這部分豎井進行井口清理、平整、回填，優先考慮用附近河里的砂卵石進行回填，并盡可能將其填滿。在井口相對平整、穩定的條件下，對其采用現澆鋼筋混凝土井蓋進行封閉。

主要工程量：鋼筋混凝土井蓋22個，其中C25砼310m3，鋼筋制安25.85t。

4　結語

方城縣汪廟滑石礦山地質環境問題主要有地形地貌景觀的破壞，以及崩塌、地面塌陷、地裂縫等礦山地質災害。采用土方清理回填工程+截排水溝工程+植樹綠化工程+井口混凝土井蓋封閉工程，

對礦山地質環境進行綜合治理，可有效消除礦山地質環境隱患，促進地區社會經濟的可持續發展。

【參考文獻】

[1]趙振華,彭凱.礦業城市可持續發展評價研究[J].上海國土資源, 2014,35(2):39-42.

[2]陳笑媛,田茂勛,吳貴洪.礦業城市產業轉型中資源保護問題研究[J].上海國土資源,2014,35(3):54-57.

[3]商慶仁,胡延生,張相立,等.南陽幅區域水文地質普查報告[R].河南省地質礦產局水文地質三隊,1984.

[4]許衛國,李進蓮,朱強,等.南陽市地質災害防治規劃[R].南陽市國土資源局,2003.

[5]靳松強,馬俊中,丘連愛,等.方城縣礦山環境保護與治理規劃[R].方城縣國土資源局,2009.

[6]張咸恭,王思敬,張倬元,等.中國工程地質學[M].北京:科學出版社,2000.

【環境工程】

Analysis and Treatment Schemes of Mine Geological-environment Problems From Wangmiao Talc in Fangcheng County

LAI Ya-fang
(The First Geological Exploration Institute of Henan Province, Zhengzhou 450001, China )

Abstract:Mine geological-environment problems prominent of Wangmiao talc in Fangcheng county, restricted the sustainable development of the local economy, endangering the local people's life and property security. This article examines the geologicalenvironment background of Wangmiao talc in Fangcheng county, and analyzes the mine geological-environment problems. The study propose several engineering schemes, including clean and backfill of earthwork engineering, water drain engineering, afforestation engineering, and the well head sealed with concrete manhole cover engineering.

Key words:mine; geological environment; treatment schemes; Fangcheng county

【收稿日期】2015-01-26

【基金項目】河南省兩權價款地質環境項目(豫財建[2010]512號)。

【中圖分類號】TD167；X141

【文獻標識碼】A

【文章編號】1007-9386(2015)06-0027-03