阿克塞縣水泥用石灰巖礦地質環境特征及生態環境修復治理研究

任文會，王真真

(1.安徽惠誠環保工程有限公司，安徽 合肥 230000； 2.合肥工業大學 資源與環境工程學院，安徽 合肥 230000)

通過對礦山地質環境保護和恢復治理，最大限度減少礦山地質環境問題對周邊環境的影響和破壞，避免和減緩地質災害的形成、發生而造成的損失，有效遏制礦產資源開發對含水層、地形地貌景觀、土地資源的影響破壞，確保區內人民群眾的生命財產及礦山建設生產安全，實現礦產資源開發利用與地質環境保護協調發展，達到礦區地質環境與周邊環境協調統一，實現社會效益、環境效益及經濟效益可持續同步發展[8-9]。

1 地質環境條件

1.1 區域地質

礦區位于阿爾金山北麓，大地構造為塔里木陸塊區—敦煌古陸塊—阿爾金北地塊。區內各類構造較為發育，主要以斷層與褶皺構造為主，構造線總體呈北東向和北西西—近東西向多個構造期次，區內斷層構造以北東向構造活動最早，隨后為北西西—東西向斷層構造發育，區域構造較復雜。

礦區出露地層以一套以薄—中厚層淺海環境的碳酸鹽巖為主夾碎屑巖，巖性有條帶狀白云質灰巖、絹云綠泥石英片巖、灰色結晶灰巖、硅質大理巖和灰白色硅質條帶狀大理巖等。其余為第四系。

1.2 工程地質條件

礦床圍巖以薄—厚層狀結構為主，蝕變帶發育中等，局部有軟弱巖層，巖石風化中等，地表殘坡積層、基巖風化破碎帶、基巖風化破碎帶厚度5～10 m，礦層(體)頂底板和礦床圍巖穩定性中等，礦山工程場地地基穩定性中等；地質構造復雜，斷裂較發育，導水斷裂帶切割斷層(體)圍巖和主要含水層(帶)，導水性強；礦區內地表植被覆蓋率23%～35%，基巖裸露，礦山地質環境條件為中等[10-12]。

2 礦山地質環境影響

阿克塞縣水泥用石灰巖礦現狀條件下發育的地質災害主要為不穩定斜坡，經現場實地調查，共發育6處不穩定斜坡，分別為X01、X02、X03、X04、X05、X06。

2.1 不穩定斜坡基本特征及其穩定性

(1)不穩定斜坡基本特征。不穩定斜坡主要由人工堆渣和石灰巖組成。其中，不穩定斜坡X01、X02、X03，形成原因主要為開采礦體開挖山體所形成的巖質邊坡；不穩定斜坡X04，形成原因主要為排放棄渣所形成的巖土質邊坡；不穩定斜坡X05、X06，形成原因主要為修建礦區道路、工業場地形成的巖質邊坡。本文以3種不同類型成因的不穩定斜坡X01、X04、X05為例說明。

X01不穩定斜坡位于露天采場西側固定幫。該斜坡為開采礦體開挖山體所形成的巖質邊坡，坡長約210 m，坡寬約500 m，坡高約116 m，坡度45°～55°，為一凹形斜坡。坡體組成物質為石灰巖，其產狀43°∠45°，節理裂隙發育。表層巖體較破碎，呈破裂狀結構。坡體結構松散，利于降水入滲，增加坡體荷載。在降雨、機械振動及地震等不利工況條件下，發生變形失穩產生崩塌災害的可能性較大?，F場調查，未發現有滑塌現象，邊坡東側尚有開采活動，如圖1所示。

11月18日，澳大利亞動用直升機為墨爾本的四個博物館安裝2700多塊太陽能電池板。這將是墨爾本最大的太陽能電池陣列。整個項目將使維多利亞州博物館的碳排放量減少35%，每年減少4590噸二氧化碳排放。

圖1 X01不穩定斜坡地貌特征及剖面示意Fig.1 Geomorphological characteristics and profile of unstable slope X01

X04不穩定斜坡位于露天采場北側排土場。該斜坡為排放棄渣所形成的巖土質邊坡，坡長為600～1 000 m，坡寬約為1 200 m，坡高為400～480 m，坡度為50°～70°，平面形態呈“凸”形，剖面形態呈折線型。坡體組成物質為人工堆積碎石土，其物質結構松散，干燥，具大孔隙，降水易入滲；在降雨、機械振動及地震等不利工況條件下，發生變形失穩產生滑塌的可能性較大?，F場調查發現坡面存在小規模溜滑現象，坡面無植被，如圖2所示。

圖2 X04不穩定斜坡地貌特征及剖面示意Fig.2 Geomorphological features and profile of unstable slope X04

X05不穩定斜坡位于礦區道路所在斜坡地帶，為修筑礦區道路開挖坡體所形成的巖質不穩定斜坡，斜坡平面形態呈折線形，剖面形態呈階梯形。不穩定斜坡高280～320 m，寬約350 m，坡度30°～45°，局部可達60°。斜坡體由強風化石灰巖組成，石灰巖節理裂隙發育，表層巖體破碎，呈破裂狀結構，巖層產狀為16°∠41°。根據現場調查，該不穩定斜坡高陡臨空，危巖裸露。在降雨、機械振動、開采爆破及地震等不利工況條件下，發生變形失穩產生崩塌災害的可能性較大。主要威脅坡腳礦區道路上行人和運輸車輛的安全，如圖3所示。

圖3 X05不穩定斜坡地貌特征及剖面示意Fig.3 Geomorphological features and profile of unstable slope X05

(2)不穩定斜坡穩定性評價。區內6處不穩定斜坡臨空條件良好，坡腳處均無地表徑流對其沖刷，巖體干燥，不穩定斜坡坡度均大于45°，坡面基本無植被，存在軟弱結構面。不穩定斜坡局部坡面小型崩塌發育，坡腳散落有大塊石；坡肩未發現變形跡象，局部坡頂見小型裂縫。綜合評價斜坡穩定性均較差。

2.2 礦山地質災害環境影響評價

礦山開采過程中，隨著露天開采向著礦山深部的進行，露天采礦邊坡的高度將會進一步增加[10-15]。采場西部邊坡最終會形成396m巖質超高邊坡，最終邊坡角小于44°，巖層產狀與邊坡產狀呈斜交狀態，說明巖層與邊坡呈逆向坡；3組結構面L1、L2、L3的交點在邊坡投影弧的對側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向相反，邊坡沒有發生順層滑動的可能性，屬于基本穩定結構(圖4(a))；采場南部邊坡最終會形成168 m巖質超高邊坡，最終邊坡角小于44°，巖層產狀與邊坡產狀呈斜交狀態，說明巖層與邊坡呈逆向坡；3組結構面L1、L2、L3的交點在邊坡投影弧的對側，說明結構面組合交線的傾向與坡面傾向相反，所以邊坡沒有發生順層滑動的可能性，屬于基本穩定結構(圖4(b))。但露天開采爆破震動會加劇邊坡的不穩定性，發生崩塌、滑坡災害的可能性較大，主要威脅采礦人員和采礦機械。綜合評價不穩定斜坡對礦山地質環境影響程度較嚴重[16-18]。

圖4 采場西部邊坡、南部邊坡赤平投影Fig.4 Stereographic projection of west slope and south slope of stope

3 礦山土地損毀影響評價

3.1 礦山地形地貌景觀破壞評價

礦山為已有礦山，已建生活辦公區、工業場地、排土場、礦山道路等相關設施(表1)。其中生活辦公區占地面積約17.66 hm2，露天采場破壞面積約59.98 hm2，排土場占地面積約110.02 hm2，工業場地占地面積約38.39hm2，礦區道路占地面積約4.75 hm2，運輸破碎系統占地面積約4.81 hm2，炸藥庫及水源地占地面積11.26 hm2。共計損毀面積246.87 hm2。礦區總體地形地貌景觀影響和破壞程度評價見表1。

表1 地形地貌景觀影響和破壞程度現狀評價Tab.1 Evaluation table of the impact and damage degree of landform and landscape

3.2 礦山水土環境破壞評價

礦山大部分屬高山區，區內無常年流水。礦山為露天開采，礦山用水主要是生產、生活用水，礦山的開采對水資源需求量較小，生產期產生的廢水主要為沖洗地面和機械設備清洗廢水，產生的廢水量少，且礦山生產過程中無廢水排放，生活污水經化糞池處理后用于礦區綠化，污水不排入水體環境，因此對水環境影響較小[16]。

礦區大量粉塵、廢氣的沉降、生活垃圾等可能會對周圍土壤造成污染。土壤污染主要為采石場的棄土和掘進廢石，棄土、掘進廢石淋濾水沉淀或侵入土壤，會使土壤板結、硬化，破壞土壤結構，影響植物生長。礦區粉塵、廢氣的沉降主要為礦物質粉粒，會對表層土壤造成污染，遇降水會致使土壤板結、硬化；生活垃圾集中處理，屬一般污染物，對土壤的污染程度較小[17]。

3.3 礦山土地損毀程度評價

根據現場調查，采礦已造成的土地損毀主要為采場的挖損損毀、工業場地、排土場、礦區道路、辦公生活區、炸藥庫及水源地的壓占損毀，已損毀土地面積為246.87 hm2。根據場地損毀方式、損毀面積、挖損深度、堆填高度等因子，確定土地損毀程度，見表2。

表2 土地損毀程度評價統計Tab.2 Evaluation of land damage degree

4 修復工程討論

4.1 礦山地質災害治理

(1)X01不穩定斜坡治理工程。由于礦山處于生產階段，X01不穩定斜坡在采礦活動會逐漸消失。治理過程主要為清除斜坡體上的表層浮石，預防崩塌、落石等對采礦人員和采礦機械造成危害[19]。

(2)X04不穩定斜坡治理工程。在X04不穩定斜坡周邊修筑截水渠，底部邊坡與溝谷之間建筑擋渣墻，墻上設置泄水孔，墻腳布設排水渠。同時修整清理邊坡，將排土場邊坡壓實(圖5)。

圖5 重力式擋渣墻Fig.5 Gravity slag retaining wall

(3)X05不穩定斜坡治理工程。針對X05不穩定斜坡，治理過程主要為清除不穩定斜坡坡面上的表層浮石，預防崩塌、落石等造成災害，在斜坡周圍修建截排水渠(圖6(a))，不穩定斜坡底部修建擋土墻進行支擋(圖6(b))，同時加強斜坡變形監測，通過地面觀察、變形測量等手段監測斜坡位移、裂縫變形，建立汛期巡查制度[20]。

圖6 截排水渠、擋土墻Fig.6 Cut drainage channel and retaining wall

4.2 礦區土地復墾

(1)土地平整工程。閉礦后，對露天采坑坑底及平臺場地、排土場進行平整，地形坡度不大于5°，平整面積約為66.07 hm2，平均平整厚度約0.2 m。

(2)覆土工程。對平整后的場地表層進行覆土，露天采場平臺、坑底及排土場平臺區域覆土面積約為66.07 hm2，覆土厚度為0.80 m，覆土量為52.86萬m3。生活辦公區、工業場地及其他壓占場地覆土面積約為74.20 hm2，覆土厚度為0.30 m，覆土量為22.26萬m3。共計覆土方量約為75.12萬m3。

(3)植樹種草工程。在生活辦公區、腰泉工業場地及其他壓占場地播撒草籽綠化，草籽選擇適宜當地氣候和土壤環境的芨芨草草籽，草籽按照1∶1配比，播撒草籽面積為74.20 hm2。在露天采場平臺、坑底及排土場平臺區域植樹綠化，樹種選擇適宜當地氣候和土壤環境的松柏。

5 效益分析

5.1 社會效益

礦山地質環境保護與恢復治理，一方面，可以減少和預防引發或加劇的地質災害對人民生命財產的威脅，達到防災減災的目的；另一方面，隨著對礦山地質環境保護與恢復治理，可改善礦區的生態環境，保證礦山開發和生態環境可持續發展，在一定程度上緩解了人地關系的壓力[16]。

5.2 環境效益

礦山地質環境保護與土地復墾工程的實施可以促進礦區生態環境建設和生態環境的改善，防止土地生態條件惡化。吸引周邊動物群落的回遷，增加動物群落多樣性，達到植物動物群落的動態平衡[16]。

5.3 經濟效益

礦山地質環境保護與土地復墾的實施，需要人力、物力，一定程度上可以增加部分當地居民就業，增加當地農民收入。還可減少地質災害對人民生命財產的威脅，減少經濟損失[19]。

6 結語

通過對阿克塞縣露天石灰巖礦山地質環境調查及地質環境治理，主要得到以下結論。

(1)礦山地質環境評價區面積246.87 hm2，重要程度屬重要區，礦山地質環境條件復雜程度分級為中等，礦山生產建設規模為大型，本次礦山地質環境影響評估為一級。

(2)根據礦山地質環境現狀調查結果，發育6處不穩定斜坡對礦山地質環境的影響程度為較嚴重；露天采礦活動對礦山地形地貌景觀的影響或破壞為較嚴重或較輕；對土地資源的的影響或破壞程度為嚴重或較嚴重。

(3)通過生態地質環境恢復治理工程，可取得較好的環境、經濟和社會效益，適應經濟社會可持續發展的戰略要求，有利于人民群眾安居樂業和社會穩定。