靳貝貝，張傳東，刁文博，姚嬌嬌

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000； 2.河南省金屬礦產(chǎn)深孔鉆探工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450000)

根據(jù)欒川縣歷史遺留露天礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理要求，對(duì)歷史遺留露天礦山進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)治理，以消除地質(zhì)災(zāi)害、恢復(fù)地形地貌景觀、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，以“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀再現(xiàn)”的步驟，對(duì)區(qū)內(nèi)采坑、邊坡和工業(yè)場(chǎng)地以及存在地質(zhì)災(zāi)害隱患的區(qū)域進(jìn)行恢復(fù)治理，以改善治理區(qū)生態(tài)環(huán)境和消除地質(zhì)災(zāi)害隱患、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全為目標(biāo)，促進(jìn)治理區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展[1-2]。本文以現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，基本查清了礦區(qū)邊坡、危巖體、礦坑分布范圍、規(guī)模及空間形態(tài)特征，物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)。其中，共查明邊坡12處，分布在小柏木溝治理區(qū)3處(BP1、BP2、BP3)，位于拳菜溝治理區(qū)4處(BP1、BP2、BP3、BP4)，位于蘆院溝治理區(qū)5處(BP1、BP2、BP3、BP4、BP5)，以及相對(duì)應(yīng)的采礦平臺(tái)。采取坡修整工程、場(chǎng)地平整工程、擋土保水岸墻工程、排水溝工程、墊渣和覆土工程、生物工程及后期養(yǎng)護(hù)[3-10]。將治理區(qū)內(nèi)的危巖體清除，對(duì)廢棄礦渣進(jìn)行清理，將開(kāi)采平臺(tái)并進(jìn)行壓實(shí)平整，其平整后高度與治理區(qū)周?chē)臉?biāo)高相協(xié)調(diào)。對(duì)治理區(qū)內(nèi)的高陡邊坡依照合適的坡度和平臺(tái)寬度進(jìn)行整理，以達(dá)到穩(wěn)定邊坡要求，在平臺(tái)及臺(tái)階邊緣設(shè)置擋土保水岸墻防止水土流失，最后對(duì)平整過(guò)的采坑及平臺(tái)進(jìn)行覆土工程及生物工程恢復(fù)成林地，從而達(dá)到恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的目的[6-15]。

1 治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 地層巖性

區(qū)域上位于華北板塊南緣，伏牛山臺(tái)緣隆褶區(qū)中段，欒川石廟—廟子不對(duì)稱(chēng)傾沒(méi)復(fù)向斜的北翼。向斜軸部為新元古界震旦系陶灣群地層，向斜北翼為中元古界薊縣系官道口群和新元古界青白口系欒川群地層。治理區(qū)內(nèi)出露官道口群地層，有龍家園組、巡檢司組、杜關(guān)組、馮家灣組，巖性有含滑石石英白云石大理巖、硅質(zhì)條帶白云石大理巖、絹云石英白云巖及含石英白云石方解大理巖互層、絹云千枚巖等；欒川群地層，有白術(shù)溝組、三川組、南泥湖組、百爐溝組，與馮家灣組斷層接觸，巖性有炭質(zhì)千枚巖、 長(zhǎng)石石英巖、黑云鉀長(zhǎng)鈣質(zhì)云母片巖、黑云大理巖、絹云大理巖等。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

治理區(qū)位于欒川石廟—廟子不對(duì)稱(chēng)傾沒(méi)復(fù)向斜的北翼，接近傾沒(méi)端。由于斷裂的影響，地層有一些小揉皺和褶曲，但區(qū)內(nèi)地層以單斜構(gòu)造為主，總體走向?yàn)楸蔽?00°～320°，傾向210°～230°，傾角57°～78°。斷裂以壓扭性逆斷層為主，斷裂帶內(nèi)擠壓片理化、碎裂巖、靡棱巖發(fā)育，有石英脈充填。

1.3 水文地質(zhì)條件

治理區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有常年性地表水體。地下主要含水層為基巖風(fēng)化裂隙含水帶，大理巖巖溶含水層和構(gòu)造破碎裂隙含水帶，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，隨季節(jié)變化較大。治理區(qū)自然排水條件良好，水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。

1.4 工程地質(zhì)條件

治理區(qū)主要為淺變質(zhì)大理巖及部分破碎帶角礫巖，巖性比較簡(jiǎn)單，地質(zhì)構(gòu)造不甚發(fā)育，一般巖體穩(wěn)定性較好，局部地段有工程地質(zhì)問(wèn)題。工程地質(zhì)條件為簡(jiǎn)單—中等類(lèi)型。

(1)大理巖。呈厚層狀，致密堅(jiān)硬，巖石裂隙率不高，巖體結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、裂隙、層面)發(fā)育頻率2～3條/m，間距1.0～0.4 m，左右張開(kāi)度1～3 mm；硅質(zhì)、鈣質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)，巖石抗壓強(qiáng)度為85.1～112.4 MPa，抗折強(qiáng)度13.2～36.5 MPa；巖石RQD=50%～65%，力學(xué)強(qiáng)度高，整體性結(jié)構(gòu)好，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，其質(zhì)量等級(jí)良好。

(2)破碎帶角礫巖。多沿構(gòu)造破碎帶呈條帶狀分布，寬0.3～1 m，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD=20%～35%，屬于破碎結(jié)構(gòu)類(lèi)型，節(jié)理、裂隙發(fā)育，彼此交切，巖體完整性差，強(qiáng)度低，屬于較破碎巖體。水平極限抗壓強(qiáng)度都大于40 MPa，巖石質(zhì)量指標(biāo)大于50%，質(zhì)量等級(jí)屬于中等。

2 礦區(qū)現(xiàn)狀

治理區(qū)內(nèi)因開(kāi)采石料建材等造成山體殘缺不全、地貌破壞嚴(yán)重，采場(chǎng)遺留大量的陡崖、危巖體、采坑、工業(yè)場(chǎng)地等礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，存在極大的安全隱患。治理區(qū)分別為治理1區(qū)(小柏木溝治理區(qū))、治理2區(qū)(拳菜溝治理區(qū))、治理3區(qū)(蘆院溝治理區(qū))，如圖1所示。

圖1 治理區(qū)分布示意Fig.1 Distribution diagram of administrative area

2.1 地質(zhì)災(zāi)害

(1)治理1區(qū)。面積為0.059 km2，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要為崩塌。露天開(kāi)采形成陡坡BP2，高度近70 m，平均坡度58°，局部坡度較陡，可達(dá)68°～75°。部分巖體突出，具有崩塌隱患。

(2)治理2區(qū)。面積為0.138 5 km2，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型為不穩(wěn)定邊坡。主要為陡坡BP1，坡度較陡，坡體有較多松散堆積物，破碎程度高。

(3)治理3區(qū)。面積為0.271 2 km2，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型為不穩(wěn)定邊坡。主要為陡坡BP4，坡體坡度約40°，坡高30 m，坡向63°，寬度35 m，上部為碴堆，成分為碎石，邊坡植被覆蓋率為5%，水土流失嚴(yán)重，坡體基本穩(wěn)定性，存在安全隱患。

2.2 含水層破壞

露天開(kāi)采面均位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面及當(dāng)?shù)氐叵滤恢?，大氣降水及地下水?duì)開(kāi)采影響小，露天開(kāi)采對(duì)礦區(qū)及周?chē)a(chǎn)生活供水影響小；礦山開(kāi)采對(duì)植被的破壞不利于水源的涵養(yǎng)及水土保持，會(huì)對(duì)勘查區(qū)的含水層補(bǔ)給產(chǎn)生影響，但對(duì)水質(zhì)基本沒(méi)有影響，治理區(qū)內(nèi)含水層沒(méi)有受到破壞[10-16]。

2.3 地形地貌景觀破壞

(1)治理1區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，造成地形地貌景觀破壞的主要是露天開(kāi)采形成的邊坡和開(kāi)采形成的平臺(tái)，分為破壞邊坡(BP)3處，破壞面積總計(jì)6 109.3 m2，裸露平臺(tái)(PT)3處，破壞面積總計(jì)3 434.38 m2，如圖2所示。

圖2 治理1區(qū)破壞邊坡及裸露平臺(tái)Fig.2 Treatment of damaged slope and exposed platform in Zone 1

治理區(qū)內(nèi)的破壞邊坡和裸露平臺(tái)在嚴(yán)重破壞原生林地地形地貌景觀的同時(shí)，對(duì)土地資源也造成了嚴(yán)重破壞，致使勘查區(qū)部分地區(qū)植被稀少，生態(tài)環(huán)境惡化。治理1區(qū)，邊坡、平臺(tái)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1—表2。

表1 治理1區(qū)邊坡參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of slope parameters in Zone 1

表2 治理1區(qū)平臺(tái)參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistical of platform parameters in Zone 1

(2)治理2區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，地表巖石裸露，植被稀少，原生的地形地貌破壞嚴(yán)重，造成地形地貌景觀破壞的主要是露天開(kāi)采形成的邊坡，4處邊坡(BP)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 治理2區(qū)邊坡參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistical of slope parameters in Zone 2

(3)勘查3區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，原生的地形地貌破壞嚴(yán)重，造成地形地貌景觀破壞的主要原因是露天開(kāi)采形成的邊坡和開(kāi)采形成的平臺(tái)以及渣堆，破壞邊坡(BP)5處，破壞面積總計(jì)39 562.14 m2，裸露平臺(tái)(PT)5處，破壞面積總計(jì)19 834.23 m2，參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4—表5。

表4 治理3區(qū)邊坡參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistical of slope parameters in Zone 3

表5 治理3區(qū)平臺(tái)參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistical of platform parameters in Zone 3

2.4 土地資源破壞

礦區(qū)共計(jì)損毀土地11.860 9 hm2，其中損毀有林地0.591 8 hm2，損毀采礦用地11.269 1 hm2。治理1區(qū)損毀土地1.052 6 hm2，治理2區(qū)損毀土地4.496 3 m2，治理2區(qū)損毀土地6.311 9 hm2。

3 修復(fù)工程討論

3.1 邊坡修整工程

3個(gè)治理區(qū)進(jìn)行分區(qū)治理，先將原有坡面進(jìn)行渣石清理后，采取修建臺(tái)階邊緣擋墻、覆土恢復(fù)植被等進(jìn)行綜合治理。

(1)治理1區(qū)。邊坡治理，削坡整形會(huì)造成更大面積的山體破壞，由于現(xiàn)狀為半圓弧型產(chǎn)出，山體本身起到一定的遮擋作用。因此，本次的邊坡采用清理后保持現(xiàn)狀，臺(tái)階邊坡修筑擋水保土暗墻，用來(lái)防止覆土流失。

(2)治理2區(qū)。針對(duì)高陡峭巖坡面，采用創(chuàng)面山體纖維骨架綜合生態(tài)治理技術(shù)，可有效防止雨水沖刷導(dǎo)致綠化失敗，提高植被成活率恢復(fù)裸露坡體植被，達(dá)到凈化空氣、降低粉塵含量、保持水土、凈化和涵養(yǎng)水源、保護(hù)生物多樣性的目的[18]。

邊坡整治后安裝錨桿，錨桿采用長(zhǎng)30～50 cm，直徑12～14 mm的螺紋鋼，打孔后下錨桿注漿，錨桿間距0.55 m，孔深20 cm，錨桿外露10 cm。坡體頂部為加強(qiáng)穩(wěn)定，可用長(zhǎng)60 cm進(jìn)行加密加長(zhǎng)處理。錨桿稍上傾，與坡面夾角95°～100°坡體部分巖石風(fēng)化嚴(yán)重處，視情況錨桿進(jìn)行加長(zhǎng)，以錨桿貫入坡體后穩(wěn)定為準(zhǔn)。穩(wěn)固后鋪設(shè)14號(hào)鍍鋅勾花鐵絲網(wǎng)(網(wǎng)目5 cm×5 cm)。制作長(zhǎng)200～500 cm、直徑3 cm左右的植物纖維束，將纖維束從上到下塞入鋼絲網(wǎng)內(nèi)，外露12～15 cm長(zhǎng)度，留下的尾端部分應(yīng)露出噴播層上面1～2 cm。上下左右間距在100～200 cm，視具體坡面坑凹程度而定。進(jìn)行基材噴播，噴射分3～5次進(jìn)行，首先噴射不含種子厚2～3 cm的營(yíng)養(yǎng)基材，再?lài)姾?～4 cm的中層基盤(pán)，后噴含種子的培養(yǎng)基，含種子層厚度為1 cm，播種量為20～41 g/m2。噴播完后，鐵絲網(wǎng)被基材覆蓋的面積應(yīng)在80%～90%，如圖3所示。

(3)治理3區(qū)。利用現(xiàn)有的采礦臺(tái)階(+860、+880、+900 m)，進(jìn)行碎石清理后，以10 m為界劃分臺(tái)階，臺(tái)階間斜坡坡度設(shè)計(jì)為不大于80°，臺(tái)階寬度依照現(xiàn)有地形不小于4 m。治理后臺(tái)階標(biāo)高分別為+850、+860、+870、+880、+890、+900、+920 m。由于治理邊坡修整后高度較大，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。經(jīng)計(jì)算，邊坡總抗滑力大于總下滑力，安全系數(shù)為1.466>1，因此，修整后邊坡穩(wěn)定[19]。

圖3 錨固噴播斷面Fig.3 Sectional view of shotcrete anchorage

3.2 場(chǎng)地平整工程

場(chǎng)地平整工程包括各治理區(qū)平臺(tái)。

(1)治理1區(qū)平臺(tái)進(jìn)行碎石清理后，設(shè)計(jì)標(biāo)高為+827～+841 m，斜坡依照地形修整，平臺(tái)坡率3‰，治理后共挖方量為2 358.63 m3，填方1 103.35 m3。

(2)治理2區(qū)平臺(tái)進(jìn)行碎石清理后，設(shè)計(jì)標(biāo)高為+896～+950 m，斜坡坡度依據(jù)原有地形不大于45°，坡率3‰，治理面積27 827.62 m2，共挖方量為195 136.30 m3，填方1 994.70 m3。

(3)治理3區(qū)平臺(tái)進(jìn)行碎石清理后，設(shè)計(jì)標(biāo)高為+836～+907 m，斜坡坡度設(shè)計(jì)為80°，坡率3‰，治理面積34 400.70 m2，共挖方189 649.10 m3，填方95 120.20 m3。

3.3 擋土保水岸墻工程

在邊坡每級(jí)臺(tái)階及平臺(tái)外緣30 cm處設(shè)置擋水保土暗墻，設(shè)計(jì)寬0.5 m，高0.6 m，用來(lái)防止覆土流失，給予生物良好的生長(zhǎng)環(huán)境。擋水保土暗墻工程合計(jì)長(zhǎng)12 285.87 m，共消耗石方量2 948.61 m3，均采用邊坡、場(chǎng)地和工業(yè)場(chǎng)地整理工程剩余的石方量。

3.4 截、排水工程

本區(qū)的排水系統(tǒng)由截水渠和排水渠兩部分組成[16]。截水渠主要是截流露天采場(chǎng)邊坡及其上游的洪流，從而減少洪流對(duì)邊坡及覆土的侵蝕；排水渠主要為匯集各截水渠排出水體和截流其所經(jīng)區(qū)域及上游的洪流，并將匯集后的水體引排至區(qū)外，從而防止洪流對(duì)邊坡及覆土的侵蝕。坡面截水渠分布在露天采場(chǎng)整形平臺(tái)的內(nèi)側(cè)，截流高處臺(tái)階上部坡面上的水流；起于頂部平臺(tái)截水渠，終于露天采場(chǎng)坡腳擋土墻，其中蘆院溝治理區(qū)排水渠設(shè)計(jì)寬度為2.5 m，其余設(shè)計(jì)寬度為1.0 m(圖4)。

圖4 截水渠、排水渠斷面尺寸Fig.4 Sectional size of truncated canal

3.5 墊渣和覆土工程

治理區(qū)內(nèi)臺(tái)階和平臺(tái)首先覆蓋一層碎石土，厚30 cm，然后覆蓋一層種植土，其中種植土草地覆土厚度為30 cm，林地覆土厚度為50 cm，旱地覆土厚度為60 cm，方能保證生物成活。治理區(qū)內(nèi)覆土面積共142 716.60 m2，共需碎石土方量42 814.98 m3，需種植土方量72 655.29 m3。

3.6 植被恢復(fù)

采石場(chǎng)平臺(tái)種植喬木，樹(shù)種選擇耐干旱、耐貧瘠、抗污力強(qiáng)的側(cè)柏，采石場(chǎng)邊坡撒播草籽，草種選擇能夠耐干旱、固土護(hù)坡的高羊矛、黑麥草、白三葉和小冠花實(shí)施立體植被復(fù)綠。采用覆土種植和客土穴栽?xún)煞N種植方式，共植草面積92 832.87 m2，爬山虎40 858株，側(cè)柏9 843株，火炬樹(shù)9 271株。

4 效益分析

4.1 社會(huì)效益

欒川縣歷史遺留露天礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理項(xiàng)目其價(jià)值具有間接性、潛在性和長(zhǎng)久性的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在減災(zāi)、防災(zāi)方面，將對(duì)后續(xù)類(lèi)似地質(zhì)環(huán)境治理工程起到“示范工程”效應(yīng)。該項(xiàng)目有助于緩解露天采坑視覺(jué)污染與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，消除 “三區(qū)兩線(xiàn)”可視范圍內(nèi)視覺(jué)污染，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求[16]。

4.2 環(huán)境效益

通過(guò)治理工程措施、植物措施，將通過(guò)改變微地形、增加地表植被，使植被生長(zhǎng)的環(huán)境條件不斷得到改善，可減輕項(xiàng)目區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，使受損植被得到恢復(fù)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，并提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境質(zhì)量，降低礦山地質(zhì)災(zāi)害所造成的人民生命財(cái)產(chǎn)損失，有利于人民群眾安居樂(lè)業(yè)和社會(huì)穩(wěn)定[20]。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

按照目前市場(chǎng)價(jià)，每銷(xiāo)售1 m3石料繳納稅費(fèi)為1.8元。以10%考慮市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，削坡減荷所得毛石按照31.1元/m3計(jì)價(jià)，可得收益820.36萬(wàn)元。項(xiàng)目實(shí)施恢復(fù)耕地(旱地)面積約63 125.1 m2，若補(bǔ)充耕地指標(biāo)交易按起始價(jià)每畝5萬(wàn)元進(jìn)行計(jì)算，可收益395.55萬(wàn)元。另外,恢復(fù)林草地9.737 2 hm2，林草地生產(chǎn)新增了經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)欒川縣歷史遺留露天礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題調(diào)查，以生態(tài)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)為目的，本文通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和生態(tài)恢復(fù)治理方法研究，可達(dá)到改善治理區(qū)生態(tài)環(huán)境和消除地質(zhì)災(zāi)害隱患目標(biāo)。

(1)礦山開(kāi)采形成邊坡12處及相對(duì)應(yīng)的采礦平臺(tái)，高陡邊坡分布大量危巖體，當(dāng)雨季出現(xiàn)時(shí)極易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，廢棄采坑和高陡邊坡對(duì)礦區(qū)地形地貌景觀破壞嚴(yán)重。

(2)經(jīng)討論采取坡修整工程、場(chǎng)地平整工程、擋土保水岸墻工程、排水溝工程、墊渣和覆土工程、生物工程及后期養(yǎng)護(hù)等最優(yōu)的生態(tài)恢復(fù)工程，達(dá)到改善治理區(qū)生態(tài)環(huán)境和消除地質(zhì)災(zāi)害隱患目的。

(3)通過(guò)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程，可取得較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，有利于人民群眾安居樂(lè)業(yè)和社會(huì)穩(wěn)定。