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灰岩矿矿山地质环境恢复治理

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 34次

齐晓华   

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院,郑州450001)

关键词: 1、 矿山地质   2、地质灾害   3、环境治理 4、滑坡  5、崩塌      

 

:本文讨论了灰岩矿矿山地质环境治理问题,二十世纪五十年代开始,随着国营采石行业的兴建,经过长期开采,形成圈椅状上、下两级平台地形,山体千疮百孔,采坑遍布,采场坡面陡立,形成多处危岩体,剥离的表土及废弃矿渣就近露天随意堆放,地质环境和生态环境严重恶化,并存在发生地质灾害的隐患。山上旅游便道内侧分布十几个采矿平硐,多数洞口不稳定甚至局部坍塌,存在安全隐患。根据治理区实际地形及空间分布形态以及治理工程功能分区的需要,综合考虑治理资金和治理后的效果,进行矿山地质环境现状分析评价。

一、概述

二十世纪五十年代开始,随着国营采石行业的兴建,矿山经过长期开采,形成圈椅状高、低两级平台地形,呈现中间低,向东西两侧坎高逐渐加大的趋势。矿区整体山体千疮百孔,采坑遍布,采场坡面陡立,形成多处危岩体,剥离的表土及废弃矿渣就近露天随意堆放,地质环境和生态环境严重恶化,并存在发生地质灾害的隐患。山上旅游便道内侧分布十几个采矿平洞,多数洞口不稳定甚至局部坍塌,存在安全隐患。

矿区内存在的矿山地质环境问题主要有地形地貌景观的破坏、土地资源占压破坏、矿山地质灾害隐患和废弃平洞安全隐患等。

矿区位于博爱县,地理位置优越,交通干线四通八达,是晋煤外运的咽喉要道和主要集散地。郑太、焦枝、侯月三条铁路在县城北部交汇,是以晋煤外运为主的亿吨货物通道。三条高速公路横贯全境,焦晋高速途经北部,长济、焦温高速在城南互通。郑常、新济、焦温、焦克等4条省道纵横交错,东靠月山寺风景区,南临焦枝铁路和焦克公路,距博爱县城约4.0km,交通十分便利。

矿区基岩裸露地段及外围山梁地段,岩性以奥陶系中统上马家沟组灰岩、白云岩、白云质灰岩为主,岩石干抗压强度85~140 MPa,岩体完整、坚硬致密,抗压强度高,抗风化能力较强;节理裂隙不甚发育,在采矿放炮的局部地段岩体比较破碎松动,形成崩塌和危岩体;岩溶发育也不强烈,局部地段发现有零星的溶蚀现象;矿区北部山势陡峭,且采矿活动较多,堆积在斜坡上的采矿弃渣易形成崩塌及滑坡地质灾害。

区人类工程活动主要为修路和采矿活动。修路活动主要分布在山顶,形成较多弃渣堆积在坡面,易形成滑坡灾害;采矿活动广泛分布在整个矿区,主要有露天开采和平洞开采两种形式。露天开采,采用人工加机械的开采方式,在地表形成了大小不等的采场数处,深10~30m不等,采场坡面陡立,形成多处危岩体。平洞开采在采石场上部山顶部位有一条道路,沿道路内侧有18个采矿平洞,洞口尺寸2.0m-4.0m不等,洞口多有不同程度的坍塌现象。

由于采石场长期无序开采,在采场中北部和南部造成形状不规则的长条形残坡体及矿渣遗留下来,使得采场凌乱不堪,严重影响地貌景观,破坏土地资源。

二、治理方案

 根据治理区矿山地质环境现状,采用“边坡整治+危岩清理工+回填封堵+平整覆土+蓄排水+挡土墙+防护警示+道路程+生物+标志碑”,采用工程措施和生物措施相结合的方案对治理区进行综合治理。

(1)边坡整治

边坡整治位和残坡体矿渣清理,对采矿陡坡上不稳定的残破体和矿渣进行清理整治,回填至采坑,形成稳定边坡,消除矿山地质灾害隐患。边坡陡崖进行修整后做成地方特色文化喷绘。

2)危岩清理

危岩清理,高陡边坡存在多处危岩体,有的已出现不同程度的塌落现象,有的已发生裂缝,均处于不稳定状态,需对危岩体进行清理,保证整治后边坡的稳定,消除崩塌地质灾害隐患,其清除的废渣就近回填到采场内。

3)回填封堵

采坑回填,将边坡整治清理出的弃渣用于边坡坡脚、采坑、及地势较低处的回填工作。各区回填高程按照控制高程基准进行控制,低于控制高程基准区段回填至控制高程基准,高于控制高程基准区段按照0.3m厚度进行回填,回填达到设计高度之后进行覆土绿化。采用CASS71测量软件中的DTM土方量计算方法,对回填进行测算,与边坡整治和危岩清理形成的弃渣基本达到挖、填方平衡。

4)平整覆土

对矿渣清理和采坑回填后的二级平台场地及用于后续施工的工作场地进行平整。工作内容包括场地的整平、局部的挖高填低、清理残留的岩土体、垃圾、杂物,最后采用机械和人工相结合的方式统一压实,治理区平整后地面整体倾向向南,治理区平整后覆土厚度1.2m。

5)蓄排水

治理区处于沟谷地带,治理应考虑暴雨季节排水系统。

在治理区布设树枝状排水沟,以顺利排出各个区域雨水,排水沟采用浆砌块石、块石的强度等级为Mu40,采用M7.5砂浆砌筑,表面用M7.5砂浆(厚度为20mm)抹平收光。

排水沟过流能力计算如下:

排水沟过水断面尺寸:底宽b=0.8m,高h=0.6m。比降i=5%左右。

最大过流能力计算:

过水断面面积 =bh=0.6×0.8=0.48m2

湿周= b+2h=0.8+2×0.6=2.0m

水力半径R=w/x=0.48/2.0=0.24

谢才系数:

    糙率n浆砌石取  n=0.02

    经计算 C=39.42

   则最大过流能力为:

 =2.07m3/s

按五十年一遇洪水,N=50,p=2%时的洪水流量计算:

pF(m3/s)

——相应频率p=2%,重现期N=50年的洪水流量

      p——相应频率p=2%时的流量模数(m3/s.km2)

      从水文图集中可查得该处经纬度处的流量模数p=20m3/s.km2

     F——集雨面积,汇水面积经测量为0.08km2,则

20×0.08=1.6m3/s

经复核计算,排水沟满足排泄五十年一遇洪水,且预留一定的安全系数。

6)挡墙

在治理区南部坡脚位置修筑挡墙,采用重力式浆砌块石挡墙,块石等级强度为Mu40,采用M7.5砂浆砌筑并用M7.5水泥砂浆勾缝,内墙面采用直立式,在碎石土地层中基础埋深0.8m,若在0.8m以浅见到基岩,则可直接在基岩上砌筑,埋深0.8m。在墙身中设置两排100mm的PVC塑胶管为导水管的排水孔,间距2.0m,排水孔后设反滤层,沿墙线每隔10m或地基性状变化时设置一道伸缩缝,缝宽30mm,缝中填塞沥青麻筋。

7)防护警示

包括防护栏和警示牌等。

低挡墙上,设置钢丝网护栏进行防护,防止人员进入,防护栏高度1.5m;

材质:Q 235低碳冷拔钢丝;防腐处理:浸塑;浸塑丝经:4.0mm;网孔:80mm×160mm(长方孔);方形边管:20mm×20mm;立柱:50mm×50mm,厚1.2mm,立柱间距3m。

在陡坎、水池、高边坡坡脚等处设置危险警示牌,采用玻璃钢复合材料警示牌,玻璃钢材料耐老化性能优良,野外可达50年,另外,玻璃钢材料几乎无偷盗价值。警示牌平面尺寸宽0.80m,高0.60m,立柱为中空的玻璃钢管,预埋前在其中灌入水泥、沙、石子的混合物,安装完毕待其固化,就变成了内石外塑的“塑包石”牢固结构,具有极强的抗风性能。分别喷墨写“陡坎危险,请勿靠近”、“水深危险,请勿靠近”、“落石危险,请勿靠近”等警示内容。

8)道路

拟在治理区原有路基上修筑一条主路,并连接治理区外部,在采摘园内修建  条辅路,满足治理区生产使用。在治理区入口处设停车场,用于游客停车。

主路路基选用碎石路基,宽度4.0m,厚度0.5m;主路路面在治理区前沿,采用混凝土水泥路面宽度3.0m,厚度0.18m,治理区之内的主路采用泥结碎石路面,宽度3.0m,厚度0.2m。采摘园内修建的辅路采用泥结碎石路面,宽度1.2m,厚度0.2m。

9生物

治理区主要规划为采摘园,在治理区主路两旁、停车场周边及高边坡进行绿化。采摘园主要选用:桃树、李树、杏树、苹果树、核桃树、樱桃树等。

①桃树:落叶小乔木,最高可达4-8m。叶卵状披针形或圆状披针形,长8-12cm,宽3-4cm,边缘具细密锯齿,两边无毛或下面脉腋间有鬓毛;花单生,先叶开放,近无柄;萼筒钟,有短绒毛,裂叶卵形;花瓣粉红色,倒卵形或矩圆状卵形;果球形或卵形,径5~7公分,表面被短毛,白绿色,夏末成熟;孰果带粉红色,肉厚,多汁,气香,味甜或微甜酸。核扁心形,极硬。

②李树:别名樱桃李,常见果树落叶小乔木,高度可达8米;单叶互生,叶卵圆形或长圆状披针形,长4.5-6厘米,宽2-4厘米,先端短尖,基部楔形,缘具尖细锯齿,羽状脉5-8对,两面无毛或背面脉腋有毛,色暗绿或紫红,叶柄光滑多无腺体。花单生2朵簇生,白色,雄蕊约25枚,略短于花瓣,花部无毛,核果扁球形,径1-3厘米,腹缝线上微见沟纹,无梗洼,熟时黄、红或紫色,光亮或微被白粉,花叶同放,花期3-4月,果常早落。

③杏树:落叶乔木。地生,植株无毛。叶互生,阔卵形或圆卵形叶子,边缘有钝锯齿;近叶柄顶端有二腺体;淡红色花单生或2-3个同生,白色或微红色。圆、长圆或扁圆形核果,果皮多为白色、黄色至黄红色,向阳部常具红晕和斑点;暗黄色果肉,味甜多汁;核面平滑没有斑孔,核缘厚而有沟纹。种仁多苦味或甜味。

④苹果树:乔木,高可达15米,多具有圆形树冠和短主干;小枝短而粗,圆柱形,幼嫩时密被绒 毛,老枝紫褐色,无毛;冬芽卵形,先端钝,密被短柔毛。叶片椭圆形、卵形至宽椭圆形,长4.5-10厘米,宽3-5.5厘米,先端极尖,基部宽楔形或圆形,边缘具有圆钝锯齿,幼嫩时两面具短柔毛,长成后上面无毛;叶柄粗壮,长约1.5-3厘米,被短柔毛;托叶草质,披针形,先端渐尖,全缘,密被短柔毛,早落。伞房花序,具花3-7朵,集生于小枝顶端,花梗长1-2.5厘米,密被绒毛;苞片膜质,线状披针形,先端渐尖,全缘,被绒毛;花直径3-4厘米;萼筒外面密被绒毛;萼片三角披针形或三角卵形,长6-8毫米,先端渐尖,全缘,内外两面均密被绒毛,萼片比萼筒长;花瓣倒卵形,长15-18毫米,基部具短爪,白色,含苞未放时带粉红色;雄蕊20,花丝长短不齐,约等于花瓣之半;花柱5,下半部密被灰白色绒毛,较雄蕊稍长。果实扁球形,直径在2厘米以上,先端常有隆起,萼洼下陷,萼片永存,果梗短粗。花期5月,果期7-10月。

核桃树:又名胡桃树、属胡桃科植物,成树树干就品种不同,其高度一般在2~10米,高者或有十几米;树冠广阔;树皮幼时灰绿色、老时则灰白色而纵向浅裂;小枝无毛、具光泽、被盾状着生的腺体,灰绿色、后来带褐色。

10)监测

监测主要包括采区边坡及植物绿化的效果两个方面。

①边坡稳定性

监测内容:采区边坡易发生崩滑体的位置、范围、位移及地表破坏现象。

监测点的布设:监测点主要布设在采坑边缘地带。

监测方法:采用GPS或水准测量、地面观察、人工巡视监测等方法。正常情况下采区边坡每天监测一次,但在汛期、雨季预报期等情况下应加密监测,并做好记录,对测量结果及时整理,分析前后变化及发展趋势。

②土地恢复与植物绿化的效果监测

监测的内容:土地、植被等遭到的破坏与恢复面积的变化。

监测方法:对植物绿化等工程措施采用普查法进行监测,每年结合植物措施监测1次同时进行定期巡查检查。

布置监测点,监测频率每周一次,遇到下雨天加密监测次数。

方案充分考虑了当地的实际情况,加大了覆土厚度,绿化树种选用桃、李、杏、苹果、核桃、樱桃、葡萄等果树,在满足恢复矿山环境和生态的前提下,又有较高的经济价值和观赏价值,大大提高了品位;把小坑进行防渗处理后用作蓄水池,减少了回填覆土工作量,在蓄水池周边和两级台阶陡坎之上设置挡墙防护网和警示牌,防止人员靠近发生意外,在高边坡陡坎之下种植鉄篱树,并设置一定数量警示牌,可有效防止人员接近陡坎被落石伤害,对进行修整后设置地方特色文化喷绘,和周边旅游景点有机融合;治理区入口处规划了停车场、沿主道修建葡萄廊架,高、低台阶交接处修建人行步梯,便于人们游玩休憩;规划水井一眼,便于果树后期养护管理,治理效果良好。

总之,充分考虑了地方政府和群众的合理要求,引入了园林设计和地方特色文化的元素,因地制宜进行治理设计,大大提高了品位和治理效果,社会效益和经济效益较好,能够得到地方政府和群众的大力支持,同时矿山地质灾害等安全隐患得以消除,安全防护措施完备,能够充分保护游人安全,缺点是投资相对较高。

三、结论

矿区长期无序的矿山开采严重破坏了当地的自然生态环境,对焦枝铁路及周边居民的正常生产生活造成较大影响。因历史原因,矿山的责任人灭失,无人治理遭到破坏的矿山环境,引起周边居民较大不满情绪。

    文以滑坡、崩塌为主地质灾害为对象,提出了有针对性治理方案,可消除矿区内潜在地质灾害隐患,解决存在的矿山地质环境问题,恢复矿山生态环境,改善当地居民生产生活条件,推动当地经济特别是旅游业的可持续发展,为地方建设作出应有的贡献,具有良好的减灾效益、社会经济效益和环境效益。不仅基本消除上勘查区内潜在的崩塌危岩体和滑坡地质灾害隐患,还消除了不稳定的平洞洞口对路人的安全威胁,减灾效益明显。

将大大改善了生态环境,提高灵山寺、药王庙等旅游景点的有效开发力度,提升了博爱县旅游形象,提高博爱县的城市形象和知名度,社会效益显著。

使地形地貌景观得以修复、林地得到恢复利用,还以青山绿树的生态环境,使得矿区环境与周边环境相融合;矿区回填平整覆土绿化后,形成缓坡平台,能够涵养水土,有效保护脆弱的矿山生态环境,防止水土流失、风沙扬尘等环境污染事件的发生;地形地貌景观的修复与土地资源的合理保护和利用,将促进和保持当地生态系统的良性循环,改善周边居民的生产生活条件,缓解公众矛盾情绪,营造和谐社会氛围为人民生产生活提供良好的空间,环境效益显著。

 

作者简介:齐晓华(1976 -),男(汉族),河南郑州人,河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院,地质工程专业,探矿工程师,从事探矿工程及岩土工程工作。

          

参考文献

[1]. 王振福,时战峰.黄陵矿业公司运煤专线沉陷治理方案设计[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2013,40(3):66-70.

[2]李贵明,王现国,梁坤祥,河南省矿山地质环境恢复治理工程勘查、设计、施工技术要求(试行),黄河水利出版社,2014年5月第1版

 

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