河南省某鋁土礦山地質災害評估和生態修復

韓文斌

（中鋁礦業有限公司，河南 鄭州 450041）

河南省某鋁土礦位于外方山系余脈的五指嶺東北支脈和東南支脈的夾角地帶，西、北、南三面群山聳立，中部丘陵起伏、丘谷交錯，東部為河谷平原，地勢由西北向東南傾斜，形如簸箕，山脈屬外方山系向東延伸的支脈，是嵩山的組成部分，由西向東北及南方向延伸，構成了低山丘陵地貌，東部平坦，沿河有小塊平原。本區地質構造屬華北地臺的組成部分，處于中朝淮地臺南西部位的嵩箕山區，主要有東西向、北東向和北西向三條構造體系。

1 礦山地質環境

1.1 地層巖性

礦區內出露地層簡單。絕大部分面積為第四系覆蓋，只有零星的奧陶系、石炭系和二疊系露頭。

（1）奧陶系(O)僅有兩塊露頭分布于礦區東北部山來礓溝北，屬于奧陶系中統馬家溝組，且頂部出露不全。根據區域和鉆孔資料，其巖性底部為灰黃色、黃綠色頁巖夾透鏡狀泥質白云巖，由下而上透鏡體夾層增多。沿走向及傾向厚度變化很小，層位穩定，可做為奧陶系與下伏寒武系區分的標志層；下部為硅化白云巖，礫砂屑白云質灰巖、角礫狀灰巖；上部為白云質粉晶灰巖、粉晶灰巖及白云巖化泥晶灰巖（豹皮灰巖）,厚度約87.88m。

（2）石炭系（C）地表零星露頭，出露在東北角山來礓溝，中部保安寨以及胡家門等地，劃分為兩個組：本溪組（C2b）、太原組（C2t）。

其中本溪組（C2b）自下而目可分為4個巖性段。

一段（C2b1），巖性由灰白、暗灰、暗紫及黃褐等色的含鐵粘土巖和鐵質粘土巖組成。下部以斑雜狀鐵質粘土巖為主，并含赤鐵礦、褐鐵礦的結核或團塊，局部夾有形態不規則厚度不穩定的“山西式”鐵礦。深部可見到菱鐵礦和黃鐵礦。少數部位底部有含鐵較低的粘土巖。上部以含鐵粘土巖為主，并夾有鐵質粘土巖、粘土巖及薄層狀、透鏡狀或漏斗狀的碎屑狀鋁土礦（即下層鋁土礦）。厚度0.49m～42.43m，平均8.04m。

二段（C2b2），巖性由淺灰色、灰白色、暗灰色粘土巖及粘土礦組成，夾有薄層狀或透鏡狀的鐵質粘土巖、含鐵粘土巖及不規則團塊狀黃鐵礦、鮞狀菱鐵礦等。厚度0.60m～11.00m，平均2.71m。

三段（C2b3），巖性由灰白色、灰綠色、暗灰色鋁土礦、鋁土巖及粘土礦組成，是礦區主要的工業礦層（上層鋁土礦），一般為單層礦，局部2～3層。含植物化石。厚度0.41m～40.80m，平均8.72米。

四段（C2b4），巖性為：下部為灰白色、暗灰色粘土礦（巖）、鋁土巖，厚度0.42m～3.70m，平均1.56m；中部為暗灰色、灰黑色、棕黃色含炭粘土巖和含鐵粘土巖。厚度0.20m～5.18m，平均1.39m；上部為含碳較多的炭質粘土巖或煤線（層），局部夾有鐵質粘土巖及粉砂質泥巖小薄層。厚度0.56m～4.03m，平均1.94m。

太原組（C2t），厚度為38米，自下而上分為三個巖性段。

下段（C2t1），下部為灰色，灰白色含生物碎屑粉晶灰巖；中部為灰白色含燧石團塊（條帶）生物碎屑灰巖與黑色燧石巖互層，夾黑色粘土巖、炭質粘土巖及薄煤層（線），局部煤層可采；上部為深灰色、灰黑色含生物碎屑灰巖；頂部常有一層燧石團塊灰巖，局部燧石連續形成燧石層（或條帶）。

中段（C2t2），中下部為灰白色、淺褐紅色粘土巖、粉砂巖、含炭質粘土巖夾薄煤層；上部為灰白色、灰色細——中粒長石石英砂巖，砂質泥巖夾生物碎屑灰巖、燧石團塊生物碎屑灰巖及燧石層。

上段（C2t3），為灰色、深灰色泥晶生物碎屑灰巖夾粘土巖或含炭粘土巖。下部質純，上部常含燧石團塊。

（3）二疊系（P）是礦區內的主要含煤地層。僅在礦區南部界河附近的溝谷中有零星露頭，層位出露不全。自下而上分為兩個組：

下統山西組（P1s），巖性下部為深灰色、灰黑色粘土巖、炭質粘土巖、炭質粉砂巖，含區內主要可采煤二1煤層，層位穩定，平均厚度4.31m，中部為灰白色、灰黃色中——粗粒長石石英砂巖（俗稱大占砂巖），為二1煤層的直接或間接頂板。上部為灰黃色、淺灰色、灰色細——中粒長石石英砂巖及石英雜砂巖，頂部為灰色、深灰色砂質泥巖、泥巖。厚度61.36m。

下統下石盒子組（P1x），巖性為灰色、灰綠色、灰黃色厚層狀細——中粒長石石英砂巖，中部夾有灰色粘土巖，厚度30.75m。

（4）第四系（Q）區內第四系廣泛分布于山前平坦地帶，及山間溝谷之中，總覆蓋面積約占全礦區面積的90%以上。

巖性下部為棕紅色粉砂質亞粘土、粉砂質輕亞粘土，含鈣質結核。底部含礫石層；中部以灰黃色粉砂質亞粘土、亞砂土、輕亞粘土為主，夾棕紅色粘土，含砂礫石層；上部為青灰色砂、礫石、亞砂土和少量亞粘土等殘坡積物，構成沖積層、河漫灘及河谷階地。含鈣質結核。厚度0.00m～33.75m。

圖1 綜合柱狀圖

圖2 地質剖面圖

1.2 地質構造

（1）礦區地質構造

本區是位于楊臺向斜北翼，只包括該向斜的奧陶系中統馬家溝組、石炭系中—上統，本溪組和太原組、二疊系山西組和下石盒子組，巖層走向近東西向南傾斜的單斜，傾角5～25度。礦區內斷層和次一級褶皺不發育。

（2）地震與區域地殼穩定性

根據國家質量技術監督局發布的中華人民共和國國家標準GB18306—2015《中國地震動參數區劃圖》（河南省部分），本區地震動峰值加速度為0.1g，相應的基本烈度為Ⅶ度，其地震設防應為Ⅶ，表1為地震動峰值加速度分區與地震基本烈度對照表。

表1 地震動峰值加速度分區與地震基本烈度對照表

根據中國區域地殼穩定性研究成果，參照原地質礦產部《工程地質調查規范（1：10萬～1：20萬）》（ZBD14002-89）第8.5.2條規定，評估區區域地殼屬較穩定區（表2）。

表2 區域地殼穩定性評價表

綜上所述，結合區域構造，本礦構造復雜程度應為中等偏復雜。

1.3 工程地質條件

本區中奧陶統白云質灰巖屬堅硬巖石巖組，平均厚87.88m，上石炭統太原組一段含燧石團塊生物灰巖，平均厚12.41m。為本區主要工業鋁土礦體的間接頂底板，其次為鋁土礦。

本區含鋁巖系中除鋁土礦以外的巖石，是礦層的直接頂底板，軟弱巖石巖組。其中頂板厚0.00m～1.76m，平均0.82m，底板厚度2.73m～24.19m，平均9.03m。

松散沉積巖組第四系粉砂質輕亞粘土、粉砂質重亞粘土，在區內大面積出露，厚度0.00m～33.75m，平均11.51m。

本區礦體結構簡單，礦層（體）頂底板和礦床圍巖穩固性中等，礦山工業場地地基穩定性好，工程地質類型為簡單類型。

2 礦山現狀

根據《地質災害危險性評估規范》（DZ/T0286-2015），本區地質災害危險性評估的災種主要包括：崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂縫和巖溶塌陷等地質災害類型。

本區范圍內由于礦產資源的露天開采，造成的礦山地質環境問題主要為山體整體破損，地形地貌景觀嚴重破壞、壓占和挖損土地資源，對當地生態環境造成巨大影響。采礦活動結束后形成高陡邊坡存在著嚴重的地質災害隱患。

現場未發現崩塌、滑坡、泥石流等地質災害，質災害發育程度弱，危害程度小，地質災害危險性小。但治理區內露天所形成的露天采坑，基巖裸露，坡度均大多在50°左右，最大高差約60m；采坑內堆放多處廢渣堆，廢渣堆沿著治理區采坑壁堆放，堆放坡度約50°，堆放高度約30m。長期太陽暴曬、雨水沖刷等不利因素的影響下存在一定的崩塌、滑坡等安全隱患。

3 地質災害預測評估

根據本區地形地貌特征、圍巖巖土工程地質條件及礦山開發利用方案等，礦山開采可能引發的地質災害為崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質災害，礦山采礦活動集中在可采鋁土礦體區域，礦渣回填在露天民采區及排土場，地質災害預測評估主要針對上述區域。

3.1 露天開采評估

礦層的直接頂板大多數為本溪組四段的粘土礦、鋁土巖、粘土巖及含鐵粘土巖等，其次為太原組下段生物碎屑粉晶灰巖，少數為本溪組頂部標志層煤層、含炭質粘土巖，在靠近地表的局部地段，由于礦體被蓋層剝蝕嚴重，礦層為第四系粉砂質亞粘土層所覆蓋。礦層頂板（C2b4）在礦區內層位較穩定，鋁土礦體的直接底板為C2b1、C2b2地層，巖性以粘土礦、粘土巖及鋁土巖為主，含鐵粘土巖及鐵質粘土巖次之，露天開采在開采過程中部分地段形成較陡的臨空面，危害程度中等，危險性等級中等。

3.2 地下開采評估

礦層直接頂、底板中的粘土巖、鋁土巖、含鐵粘土巖，抗壓強度為17.9～151.3MPa，應屬于軟弱～半堅硬巖層，穩固性差。礦體間接頂板巖性為砂巖及泥巖等。灰巖裂隙巖溶發育，巖石破碎，局部完整，抗壓強度為17.9～151.3MPa，巖層整體穩固性好。據其巖性組合特征，其工程地質分類劃歸為Ⅱ-Ⅲ類型。底板由中奧陶統灰巖、角礫狀灰巖、白云質灰巖組成，其頂部風化嚴重，巖石堅硬，抗壓強度為62.7～121.8MPa，巖層穩固性好。總的來說，區內礦體直接頂板不穩固，間接頂板穩固。礦區巖（礦）移動角為：表土層45°，基巖為70°。礦石松散系數為1.36～1.676，安息角為42°。根據礦體的分布特征及圍巖的地層產狀、工程地質條件，確定地表移動參數見表3。

表3 地表移動變形基本參數表

經計算預測礦區內地采區最大下沉值為4412mm，沉陷面積37.51hm2，最大傾斜值178.41mm/m，最大曲率值12.96mm/m，最大水平移動1323.58mm，最大水平變形81.35mm/m。

由于地下開采引起的地面塌陷是一個緩慢的動態過程，隨著采礦規模的擴大，地下采空區也將不斷擴大，在重力作用下造成地下巖體應力場改變，巖體產生變形和破壞，將出現大面積的地面塌陷并伴生地裂縫，對礦區內的耕地及道路產生嚴重破壞，塌陷區塌陷發育程度強，采礦引發采空塌陷的危害程度大。

4 生態修復工程

根據本區及其周圍地質環境現狀，結合礦山地質環境保護與恢復治理方案和土地復墾方案，本著“宜景則景、宜林則林、宜建則建”的原則，有效的改善治理區及周邊礦山環境，主要措施為采坑回填壓實、田坎、覆土、綠化等工程措施。

4.1 礦山地質環境治理工程

根據《河南省礦山地質環境恢復治理工程勘查、設計、施工技術要求》，結合當地有關部門意見，本區治理區域內礦山地質環境治理工程分為4個平臺開挖回填，邊坡按照1：1.75進行放坡。平臺設計標高分別為：+295m平臺、+290m平臺、280m平臺、+270m平臺，回填的所需廢渣來源于現有堆放的廢渣量。

挖填方計算采用四點挖方（正方形）方格法網法進行計算。計算公式如下所示：

式中：a——方格網的邊長（m）；

h1、h2、h3、h4——方格網四角點的施工高程（m），用絕對值帶入；

Σh——填方或挖方施工高程的總和（m），用絕對值帶入；

V——挖方或填方體積（m3）。

表4 礦山地質環境治理工程量一覽表

4.2 土地復墾工程

廢石回填至設計高度之后對其進行平整壓實。平整壓實之后對其進行表土覆蓋，表土來源于本區露天采場前期剝離的表土，根據本區所在區域旱地的種植標準和實際經驗設計，考慮到底部為鋁土礦露采廢石，為保證復墾效果，覆土時可先覆底土，再覆表土，覆蓋厚度為0.8m，可滿足農作物的生長需要。

經過計算，平臺所需覆土量為11694.54m3。

表5 平臺覆土工作量一覽表

覆土后在治理區平臺外側修筑保水擋墻，防止水土流失，保水擋墻采用梯形截面，頂寬0.6m，底寬1.0m，高0.8m。修筑前首先對基面進行清理，分層夯實，每層夯實厚度不大于25cm，壓實度不小于95%，高度偏差不大于2%。擋土坎斷面見圖3。修筑擋土坎長度約1331m，共需方量403.24m3。

圖3 保水擋墻大樣圖

6 結束語

通過對本區地質開展生態修復工程，提高了林木覆蓋率，同時，植樹造林構成了穩定性強、生物生產能力高的生態系統，形成了經濟合理的物質能量流，抵御夏季干熱風對農作物的侵害。

生態修復工程完成后，可以減少水土流失，有效保護附近種植耕地和林草生長，擴大耕地面積，能夠改善礦區周邊環境，可以提升所在區域的對外形象，充分體現了“預防為主，防治結合”“在保護中開發，在開發中保護”“依靠科技進步，發展循環經濟，建設綠色礦業”等礦山地質環境保護的基本原則。