灤平縣寶財鐵礦地質環境評估及恢復治理研究

王 讓，崔朋濤，尚佳楠

(河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000)

灤平縣寶財鐵礦地處冀北山區燕山山脈，行政區屬承德市管轄，礦區總面積2 195 326 m2，為露天開采，對地貌景觀和土地資源的破壞嚴重，采礦形成的大量廢石無序堆積于采場內，春秋干旱季節，揚塵四起，已經構成沙塵暴及霧霾物質來源，對大氣構成了嚴重的污染[1-3]。為了落實習近平主席“綠水青山就是金山銀山”生態文明建設理念，對該區進行“礦山復綠”治理、改變生態環境也是當地百姓的迫切愿望[4-9]。

近年來諸多學者，如原振雷等[1]開展了礦產資源開發區生態環境問題及其防治研究；張小連等[2-3]開展的礦山地質環境恢復治理工程設計；武樂霞[4]對某礦山實施邊坡治理、廢棄礦坑填埋、地形地貌景觀植被修復、土礦廢棄地整治等措施；賈晗等[5]對安徽銅陵硫鐵礦集中開采區礦山地質環境評價研究。以上學者研究為礦山地質環境恢復治理提供了借鑒。本文對礦區進行了全面的調查，查明了礦山開采對環境破壞現狀(圖1)，重點調查了露天采場破壞現狀和不良地質現象及存在的地質災害隱患問題。根據以上問題，有針對性地布置礦山地質環境恢復工程，采用削方平整工程、擋土墻工程、覆土綠化工程等分項工程進行治理，最大限度地對露天采場、料堆、礦區道路進行綜合整治，治理后形成較大面積的可利用土地資源[10-13]。

圖1 礦山地質環境現狀分布Fig.1 Distribution of mine geological environment

1 地質環境特征

1.1 地形地貌

礦區地處冀北山區，屬燕山山脈，標高+300～+578 m，相對高差278 m，屬低山地貌形態類型，地勢東高西低。區內溝谷橫斷面多以V形為主，溝內為松散坡積物，溝口暢通，谷兩側山坡不對稱，局部基巖裸露。

1.2 地層巖性

礦區內主要地層為太古界單塔子群白廟組，為一套變質巖系。巖性主要有黑云斜長變粒巖、黑云角閃斜長片麻巖、磁鐵石英巖、磁鐵斜長角閃巖。地層產狀，傾向20°～324°，傾角50°～72°，礦體主要賦存在該組地層中，其余為第四系覆蓋。

1.3 地質構造與地震

(1)地質構造。礦區大地構造位置上處于中朝準地臺、燕山臺褶帶、承德拱斷束、大廟穹斷束之中，北臨灤平中生代火山斷陷沉積盆地，中生代地層廣泛出露。南受北古口—上古東西向大斷裂影響，區內斷裂相當發育。礦區內未見大斷裂構造，地質構造不發育。

(2)新構造運動與地震。區域上屬燕山地震構造帶，該區域地震動峰值加速度為0.05g，地震動峰值加速度反應譜特征周期為0.45 s；抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第3組[14]。礦區所處區域地殼穩定性較好。

2 水文地質、工程地質條件

2.1 水文地質條件

(1)地下水類型。第四系松散巖類孔隙水及基巖風化裂隙水。第四系全新統松散巖類孔隙水主要分布在潮河河谷、漫灘及溝谷中，含水層巖性主要為砂土及碎石土層，富水性因地而異，由于潛水位埋藏較淺，容易接受大氣降水的滲透補給。基巖風化裂隙水主要分布在基巖的表層風化裂隙中。因基巖風化較嚴重，存在多處貫通裂隙，有利于形成風化裂隙潛水，含水層富水性較差。

(2)地下水補給、徑流、排泄條件。區內第四系松散巖類孔隙水主要補給來源為大氣降水直接滲入補給及潮河的側向徑流補給，其次為基巖裂隙水的側向補給，排泄方式主要以潛水徑流形式向下游排泄，其次為人工開采(生活用水、工礦企業用水、農田的灌溉等)。基巖裂隙水的補給主要接受大氣降水的補給，排泄主要為地下徑流的方式向下游排泄，并在溝谷斜坡陡峭處以泉的形式排泄。綜上所述，治理區水文地質條件良好[15]。

2.2 工程地質條件

根據巖性類型和物理力學性質的差異，治理區可劃分為2個工程地質層：①較堅硬變質巖類巖組；②第四系松散土體。巖土體工程地質特征見表1。

3 礦區環境地質現狀及評估

礦區主要以露天開采，開采極不規范，礦業活動主要造成3處露天采場、2處殘丘堆積、2處工業場地及礦區道路，總占地面積為111 114 m2，礦山閉坑后形成大面積的陡峭工作面、開采平臺，采坑、料石堆零亂分布，區內地質環境破壞嚴重，改變了原始自然地貌。山體工作面為巖質邊坡，近直立，起伏較大，巖體節理裂隙發育，中—強風化，巖體切割強烈，局部呈大塊狀或碎裂狀，存在崩塌地質災害隱患。同時，采坑和部分平臺邊坡角較大，一般為75°，最大邊坡角可達80°～90°，形成工作面，且采石放炮震動產生的裂隙較多，坡面危巖體較多，亦存在崩塌地質災害隱患。

3.1 礦山地質環境現狀

(1)露天采場。露天采場占地面積為100 287 m2，呈北西—南東方向展布，長700 m，寬約550 m，西側最高開采標高為+510 m，東側最高開采標高為+500 m，底面最低開采標高為+397 m。采場內無序分布3處采坑及多級不規則開采臺階(圖2)。①1號采坑：占地面積28 574 m2，東西長225 m，南北寬137 m，頂面最高開采標高+500 m，底面最低開采標高+464 m，最大高差36 m，采坑入口北側分布2級開采臺階，寬5～10 m，高4～8 m，臺階頂面凹凸不平，坡面坡角50°～70°，采坑入口南側分布3級開采臺階，寬7～15 m，高6～8 m，頂面較平整，坡面坡角50°～60°，近直立，節理發育，坑底有少量碎石松散堆積。②2號采坑：占地面積47 608 m2，東西長394 m，南北寬142 m，頂面最高開采標高+440 m，底面最低開采標高+416 m，最大高差24 m，采坑西側分布4級開采臺階，寬3～15 m，高5～30 m，頂面凹凸不平，坡面坡角50°～80°，采坑坡面坡度較緩，但不規整，節理發育，坑底有少量碎石松散堆積。③3號采坑：占地面積24 105 m2，南北長187 m，東西寬153 m，頂面最高開采標高+443 m，底面最低開采標高+411 m，最大高差32 m，東側邊坡存在1級開采臺階，寬2～24 m，采坑坡面坡角較大，約75°，節理發育，坑底存在1處水坑，水深0.1～0.5 m，均為大氣降雨形成，該區對含水層影響程度較輕，坑底有少量碎石松散堆積。

圖2 露天開采采坑Fig.2 open-pit mining

(2)殘丘堆積。礦區共有2處殘丘堆積(圖3)，總面積為5 997 m2，山麓線以上體積236 238 m3。①1號殘丘：占地面積5 395 m2，南北長122 m，東西寬50 m，頂面標高約+420 m，底面標高約+403 m，最大高差17 m，體積225 998 m3，坡面坡角60°～80°，基巖裸露，無植被覆蓋。②2號殘丘：占地面積為602 m2，南北長41 m，東西寬17 m，頂面標高約為+408 m，底面標高約+398 m，最大高差10 m，體積10 240 m3，坡面坡角45°～70°，西側已種植楊樹，部分位置基巖裸露，植被覆蓋50%。

圖3 殘丘堆積Fig.3 Residual mound accumulation

(3)工業場地。工業場地2處(圖4)，分別為生產區及辦公區，總占地面積為4 830 m2。

圖4 工業場地Fig.4 Industrial site

砂場生產區占地面積3 075 m2，背靠露天采場北側邊坡，坐落于2級平臺之上，包含破碎車間、篩選車間及傳送帶；辦公區占地面積1 755 m2，為砂場辦公廠房。

3.2 地質環境評估

礦區多年的礦業活動使礦山地質環境和生態環境遭到了極大的破壞，出現了大量的環境地質問題。主要環境地質問題有次生地質災害、地貌景觀的破壞、植被損壞、土地資源壓占損毀、揚塵污染大氣環境等問題，地質環境影響評估見表2。

表2 礦區地質環境影響評估Tab.2 Geological environment impact assessment table of mining area

(1)次生地質災害。礦區內散亂分布多處坡角大于70°的高陡邊坡，坡面裂隙較發育，坡面殘留大量浮石，部分塊石已掉落，自然狀態下，浮石處于欠穩定狀態，但若受到震動或雨水沖刷后可能發生失穩，形成崩塌、不穩定邊坡地質災害。對礦山地質環境影響程度較大、較嚴重。

(2)地形地貌景觀破壞。礦區周邊皆為自然山體，春夏秋季呈現一片綠色生態景觀。而采石場都是露天開采，礦山在開采過程中采面表面植被皆被破壞殆盡，巖面裸露，與周邊植被生長茂盛的山區綠色生態環境極不協調。由于早期開采的不規范，造成現狀存有大量植被破壞、巖壁裸露的殘山，地貌景觀遭受嚴重破壞。原有的植被僅為山體頂部的灌木及雜草。在建承德懋龍溪生態陵園項目位于治理區北西側，位于陵園可視范圍內的采坑、殘丘嚴重影響著陵園的整體生態環境。對礦山地質環境影響程度大、嚴重。

(3)植被毀壞。由于礦業活動，大量的原有植被遭到破壞，使基巖、廢石和廢渣直接裸露，與周邊環境形成了巨大的反差。對礦山地質環境影響程度大、嚴重。

(4)土地資源壓占損毀。礦區內分布大量由于采礦形成的采坑，形成采坑、平臺相間的現狀地貌。由于粗放采石，形成的采坑大多形狀各異，部分采坑集中連片形成采坑群，采坑總面積達100 287 m2，同時大量石料和廢渣胡亂堆積于坑口及采礦平臺上，大量的土地資源壓占損毀，閑置荒蕪，造成了土地資源的極大浪費，對礦山地質環境影響程度大、嚴重。

(5)揚塵污染大氣環境。由于礦業活動，治理區范圍內大量的植被破壞，松散覆蓋層幾乎全部被剝離，被剝離的松散堆積物和礦渣混合在一起形成渣土，礦渣、細顆粒物等遇風極易起揚塵，污染環境，形成揚塵天氣，與周邊環境形成了巨大的反差。每遇大風，二次揚塵經常造成周圍村莊的塵霧彌漫，降低空氣清潔度和大地的光照度，極大地影響了周圍村莊居民的健康及采礦區域周圍的植被生長。對礦山地質環境影響大且程度嚴重。

4 礦區地質環境恢復治理

礦區地質環境恢復治理主要包含露天采場的平整及綠化、料堆的平整及綠化、礦區道路綠化，主要通過削方平整工程、擋土墻工程、覆土綠化工程等分項工程進行治理[16-18]。

4.1 削方平整工程

削方平整工程包括采坑底面的削平臺、削緩坡平整及邊坡削臺階平整3部分(圖5)。①平臺：平臺頂面標高統一，地形低洼處可適當填方，壓實。緩坡：緩坡坡角<3°，地形規整。②臺階：為消除崩塌地質災害隱患，需在采坑高陡邊坡處修建平緩臺階，臺階寬6 m，坡面55°，臺階臺面高差10 m，根據實際地形，臺階高度、寬度可適當調整；相同標高的臺階在地形條件允許的情況下盡量相連，以保證整體的美觀；各級平臺間便道相連，以便后期養護。

圖5 場地廢渣削方平整示意Fig.5 Schematic diagram of site waste cutting and leveling

4.2 擋土墻工程

(1)技術要求。不穩定陡坡設置擋土墻[19-20]，外沿3 m為養護車行駛道路，在距臺階外沿3 m處修建擋土墻，墻內覆土綠化。各級臺階總長度為14 623 m，頂面為穩定基巖，擋土墻高1.4 m，墻身頂寬0.5 m，底寬0.5 m，基礎埋深0.2 m(圖6)。

圖6 不穩定陡坡擋土墻及綠化示意Fig.6 Schematic diagram of retaining wall and greening on unstable steep slope

墻身為M10.0漿砌石，墻體采用M10.0漿砌毛石砌筑，采用座漿法施工；石材強度等級不應低于MU30(石料就地取材)，且軟化系數不小于0.8；水泥應采用不低于P.O32.5普通硅酸鹽水泥，墻身立面采用M7.5水泥砂漿勾縫；墻頂使用M7.5砂漿找平抹面，厚度不小于2 cm。

(2)工程量。擋土墻砌筑工程量=墻體橫斷面面積×墻體總長度；墻體抹面面積=頂面寬度×頂面長度。①漿砌毛石量：1.4 m(高)×0.5 m(寬)×14 623 m(長)=10 236.1 m3；②基礎挖方量為：0.2 m(深)×0.5 m(寬)×14 623 m(長)=1 462.3 m3；③墻體頂面抹面面積為： 0.5 m(頂寬)×14 623 m(頂長)=7 311.5 m2。

4.3 覆土綠化工程

將生產過程中產生的泥砂摻雜一定量的氮磷鉀等肥料后，搬運至治理區內用于回填，回填泥砂0.7 m，回填耕植土0.3 m(圖7)。

圖7 回填區復墾綠化示意Fig.7 Schematic diagram of reclamationand greening of backfill area

5 地質環境修復效益分析

(1)經濟效益。通過礦山地質環境治理結合礦山公園概念規劃，恢復治理區生態環境，為建設一流的礦山公園打下良好的基礎。治理工程的實施可新增利用土地24.6 hm2，考慮灤平縣所處的區位條件，借助首都優質生產要素富集的優勢，可以給當地的村民帶來一定的經濟收入[12-15]。

(2)環境效益。通過項目實施治理，大大減輕治理區巖壁裸露、植被稀少等不良地質環境影響，恢復邊坡綠化面積184 221 m2；同時，此次設計對裸露的工作面規整的臺階式布設，大力建設礦山公園，消除治理區內形成的揚塵污染，凈化治理區及其周邊的空氣[13-14]。

(3)社會效益。灤平縣寶財鐵礦通過充分挖掘廢棄工礦用地潛力，改善投資環境，促進當地經濟社會發展。為該地區同類礦山地質環境治理探索出一套治理模式，積累適合該地區的礦山地質環境治理的寶貴經驗。在探索礦山地質環境治理、保障發展、促進“資源節約型、環境友好型”社會建設方面具有明顯的示范作用[14-18]。

6 結論

灤平縣寶財鐵礦采取露天開采方式生產，由于早期缺乏規劃，造成現狀礦區采坑、殘丘遍布，存在地質災害隱患、地貌景觀破壞、土地資源壓占損毀、揚塵污染大氣環境等礦山地質環境問題，地質環境遭到嚴重破壞。通過現狀環境地質調查，因地制宜，對礦區內3處采坑、2處殘丘及2處工業場地，采用削方平整工程、擋土墻工程、覆土綠化工程等分項工程進行治理。最大限度地對露天采場、料堆、礦區道路進行綜合整治，治理后形成較大面積的可利用土地資源。共恢復坡面綠化面積184 221 m2。