礦山地質環境勘查與治理應用

張志強，陳 芹

（1.河北省地質礦產勘查開發局國土資源勘查中心，河北 石家莊 050000；2.河北地礦勘測設計有限責任公司，河北 石家莊 050000）

1 概況

1.1 項目概況

石家莊西部山區內北山項目區位于太行山北段東麓山區與平原區的接壤地帶，屬于構造剝蝕丘陵亞區的丘陵區，以碳酸鹽巖為主。經礦山開采活動的影響，地形整體呈簸箕形狀，西高東低，北高南低，西側北側為掌子面，下部采坑。原始地貌已經完全破壞，地形發生很大變化，海拔標高178～286 m，地形高差大，山體坡度在35～85°。由于礦業活動形成了一系列陡峭的掌子面，基巖裸露，原有植被遭到破壞。區內微地貌主要表現為掌子面、開采臺階、平臺、殘山、渣堆、浮渣為主。

1.2 地質情況

（1）地質構造。本區處于中朝準地臺（I2）之山西斷?。á?3）內五臺臺拱（Ⅲ29）與太行拱斷束（Ⅲ211）交接地帶，四級構造單元為贊皇穹斷束（Ⅳ232）北部，北部緊鄰阜平穹褶束（Ⅳ231），構造方向呈NNE-SSW 向。項目區位于井陘盆地的北東邊緣，紫荊關-靈山深斷裂東側，屬紫荊關-靈山深斷裂NE 向構造帶，地層為一套單一斜層，主體傾向南東，傾角一般在20°以下，局部近于水平。（2）地震。據地震歷史資料分析，項目區附近未發生過6 級以上地震，項目區全新世以來斷裂活動微弱，歷史上無破壞性地震記錄，區域地震對本區影響較小，屬地殼相對穩定區。（3）水文地質條件。本區屬地下水補給區，主要接受大氣降水補給，地下水類型主要為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。裂隙巖溶水含水層主要為寒武系灰巖，其富水性主要受構造及巖組控制，項目區寒武系中統和上統灰巖節理和裂隙不發育，一般水位埋深大，水質好，富水性極不均勻，項目區為弱富水帶，單位涌水量小于5 m3/h·m，由于地形較陡，大氣降水滲入后迅速向下游徑流排泄。（4）地層巖性。北山項目區出露地層主要為古生界寒武系中統張夏組（∈2z4），寒武系上統崮山組（∈3g）、長山組（∈3c）、鳳山組（∈3f）和新生界第四系（Q4）等。

2 勘查目的和任務

2.1 勘查目的

（1）查明項目區內地質環境（掌子面、渣堆和平臺）現狀，分析對項目區及周邊地質環境的影響；（2）查明項目區存在的主要環境地質問題，分析其危害及發展趨勢，并制定防治工程方案；（3）查明項目區擬建工程部位工程地質條件，并提出工程地質參數，為施工圖設計提供依據。

2.2 勘查主要任務

（1）收集與項目有關的氣象水文、地形地貌、地層巖性、地質構造、地震活動等資料，掌握項目區自然地理及區域地質環境條件；（2）通過地形測量、地面調查查明項目區地質環境問題及危害，并對發展趨勢做出評價；查明渣堆等分布的位置、規模、幾何尺寸以及對地表植被、土地資源、地貌景觀占壓破壞程度及不穩定邊坡等可能形成的次生地質災害，并評價其穩定性；（3）通過地面測繪、現場勘查等，查明項目區內的地層巖性，擬建工程部位的工程地質條件；（4）調查項目區的水電、原材料供應、施工道路、作業場地、工程占地等施工條件；（5）在綜合分析研究的基礎上，編制勘查報告，提出適宜該項目的治理工程方案。

3 勘查手段

勘查主要以地形測繪、地質測量、槽探工程為主；野外工作嚴格按照相關技術要求、規范，并嚴格遵守三級質量控制制度，完成該項任務。

3.1 地形測繪

嚴格執行《工程測量規范》，采用全站儀、GPS-RTK技術采集數據，利用南方CASS7.0 測量軟件成圖。主要工作內容有控制測量、地形圖修測、剖面測量。

3.2 地質測量

開展測繪工作前編寫了野外地質測繪實施方案，制定了相關表格和技術要求，布置觀測路線和觀測點，詳細調查掌子面、渣堆、平臺，準確定名巖土，保證資料的準確性和真實性。

3.3 槽探工程

主要目的為揭露渣堆厚度、地層巖性及成分。探槽開挖過程中由技術員負責質量控制，編錄以及取樣等工作。每一勘探點由技術負責逐一進行現場核實驗收，對原始資料及時整理，并編制展示圖。

4 勘查結論

4.1 礦山地質環境現狀及危害

北山項目區內不合理的礦山活動形成的掌子面、平臺、渣坡、渣堆等對區域內的地貌景觀、地表植被造成不可逆轉的毀壞；大面積的基巖、礦渣裸露，僅靠自然恢復，短時間內很難消除礦山活動引起的地質環境問題。

4.2 礦山地質環境的問題及其發展趨勢

北山項目區內礦山環境問題為礦業活動造成的地貌景觀和地表植被破壞，大量的棄渣堆積造成了粉塵污染和水土流失，并且存在潛在的不穩定邊坡等隱患。這些地質環境問題對生態環境和當地居民生產生活產生嚴重影響。

4.2.1 破壞地貌景觀

項目區內形成的掌子面、渣堆、平臺嚴重破壞了原有的植被，很難自然恢復，與周邊環境極其不協調。渣堆結構松散，水土流失嚴重，遇到大風天氣，造成粉塵污染等。這些現象嚴重危害周邊生態地質環境，使生態環境進一步惡化。

4.2.2 水土流失

項目區內渣堆結構松散，主要為廢料渣塊石、粉末等，項目區內的地形地貌、原有地表植被破壞嚴重，加劇了項目區內的水土流失。

4.2.3 不穩定斜坡

項目區內的渣堆邊坡在長期風化、重力作用及雨水沖刷下，發生垮塌。若渣堆遇到暴雨情況，可能會發生不穩定斜坡等地質災害。不進行人為治理，這些次生災害隱患將無法消除，可能會威脅到周邊居民的生產生活。

4.3 工程地質參數建議

主要針對擬建擋墻等具體工程部位進行工程地質條件勘查。揭露了擬建工程部位地層巖性，結合《工程地質手冊》選取物理力學參數，確定防治工程設計參數特征值，滿足勘查要求及施工圖設計需要。

5 礦山地質環境治理

5.1 防治目標

通過對項目區治理，最終達到以下目標：（1）改善生態破壞、重造地貌景觀破壞、消除次生地質災害、減輕粉塵污染等問題；（2）通過對項目區治理，達到喬灌草相間的立體綠化模式。

5.2 防治原則

通過生物與工程措施相結合原則，生物綠化為主，輔以適量的工程措施，保證生物綠化順利實施、效果明顯。

5.3 防治方案

北山項目區內，現狀下存在掌子面1 處（編號B1）、開采臺階5 處（編號BT1-BT5）、殘山2 處（編號BCS1-BCS2）、渣堆1 處（編號BZ1）、采礦平臺2 個、采坑1 處、開采臺階上約12 724 m3的浮石浮渣及掌子面上5 處危石。

掌子面整體穩定性分析：礦山開采剝離后，出露巖性主要為白云巖、灰巖以及泥巖灰巖夾層。巖層產狀270～305°∠9～18°，節理裂隙發育，表層巖體風較嚴重，巖石較破碎，分布多處危巖塊石。根據現場測量主要發育兩組裂隙：裂隙1 為構造裂隙，產狀90～110°∠65～73°，由于風化和重力作用，表層局部裂隙變形較大；裂隙2為層理裂隙，產狀與巖層產狀基本一致，270～305°∠9～18°。該斜坡呈半環形形狀，選取西北側典型坡面和裂隙產狀的平均值，進行赤平投影分析（圖1）。裂隙面交點a位于坡面以內，判斷結果穩定。

圖1 掌子面整體穩定赤平投影分析圖

開采臺階均位于掌子面坡面上，共分部臺階5 處（BIT1～BIT5），均為礦山開采形成。開采臺階總長度1 631.8 m，平均寬度在11～23 m；開采臺階向坡面方向傾斜，坡度均小于10°，總面積23 425 m2；臺階分布浮渣共計2 980 m3。開采臺階基本特征見表1。

表1 開采臺階特征一覽表

總體治理方案為“開采臺階覆土綠化+浮石浮渣整治+清除殘山及危巖+渣堆整治及綠化”。

5.3.1 開采臺階覆土綠化

整個掌子面難以進行綠化，通過開采臺階覆土，臺階外側種植側柏一排，內側種植紫穗槐或火炬樹等多樹種增加改善掌子面整體地貌景觀，各樹種呈帶狀種植。臺階外側邊緣和內側斜坡坡腳部位種植爬山虎，通過爬山虎藤的向上攀沿和向下垂吊來遮蓋掌子面，達到綠化效果。為了保證開采臺階覆土后不被雨水沖刷侵蝕攜帶走，在開采臺階外側修建石坎，每隔20～30 m修建橫向石坎，來穩固覆土，避免縱向及橫向土體受到雨水、水流的沖刷。樹中間撒種草籽，減少覆土被沖刷、水土流失，并增加綠化效果。

側柏，株行距為1.0 m×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，側柏株高1.5～2.0 m，地徑3 m～5 cm。

紫穗槐，株行距為1.0 m×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，紫穗槐為3 年生，地徑2 cm，高1.5 m。

火炬樹，株行距為1.0×1.5 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，火炬樹為3 年生，地徑2 cm，高1.5 m。

平臺與陡壁交界的底界種植爬山虎，爬山虎株距0.3 m，覆土區域撒播草籽，撒播密度30 g/m3。

5.3.2 浮石浮渣整治

對開采臺階浮石浮渣進行清理，填埋臺階低洼處，或平整平鋪于臺面之上，使厚度不高于基巖面20 cm，然后才能在臺階上進行覆土綠化，浮渣清理整理方量為2 980 m3。

5.3.3 清除殘山及危巖

殘山清除。對殘山BCS1 的下部進行部分清除，修整成臺階，進行覆土綠化，清除殘山BCS1 長33 m，寬10 m，高9 m，體積為2 970 m3。對殘山BCS2 的上部進行部分清除，修整成臺階，進行覆土綠化，清除殘山長32 m，寬8 m，高7 m，體積為1 792 m3。殘山覆土綠化工作量劃歸為開采臺階綠化工程。

清除危巖。對項目區內5 處危巖全部清除，做到一次性消除災害，清理方量598 m3。

5.3.4 渣堆、平臺整治及綠化

北山項目區共分布有1 處渣堆，治渣整治量為2800 m3，開挖回填不平衡時，回填渣堆南部平臺BP2區域。坡面整治坡度1∶2 放坡，覆土綠化，帶狀種植側柏，紫穗槐。坡面采用穴狀種側柏與紫穗槐，內側坡腳種植爬山虎。種植規格、間距要求同開采臺階綠化。渣堆坡腳修建擋墻共布置擋墻1 道，編號為2#擋墻。

將渣堆BZ1 多余不能平衡的礦渣回填到此處，回填厚度約0.70 m，然后進行覆土綠化，種植毛白楊、側柏和爬山虎，樹間撒種草籽。白楊樹種植株行距為1.5 m×2.0 m，種植坑尺寸0.8 m×0.8 m×0.6 m，毛白楊株高6.0 m，主干高3.0 m，地徑4～6 cm，冠幅2.5～3.0 m。其他種植規格、間距要求同開采臺階綠化。以達到改善生態環境的目的。

6 社會效益分析

治理工程實施后，其社會、環保效益體現如下。社會效應，保證在工程治理后不再形成災害。在保證社會穩定、建設和諧社會等方面起著重要作用；環境效應，減少水土流失、改善景觀、保護自然生態環境等。

治理和綠化工程建成后，能有效保護人民生命財產、公共設施的安全，對社會的安定團結有著重要意義，其社會影響極為深遠。治理效果圖如圖2 所示。

圖2 北山項目區治理效果圖

總之，對北山項目區礦山治理是必要的、技術可行的。其治理工程措施，對環境影響效果顯著。促進地方的社會穩定，加快經濟的發展，有利于當地旅游資源的開發建設。