废弃矿山生态恢复工程地质灾害危险性评估方法探讨

陈国华，陈昌彦，朱国祥，谢剑峰

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

废弃矿山生态恢复工程地质灾害危险性评估方法探讨

陈国华，陈昌彦，朱国祥，谢剑峰

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

废弃矿山一般地处地质环境较复杂的山区，人类工程活动强烈，加之废弃矿山植被恢复工程的特殊性，与常规建设工程的地质灾害危险性评估相比，其工作方法和内容等都具有明显的区别。本文以北京市房山区霞云岭乡废弃矿山地质灾害危险性评估为实例，着重探讨了此项评估技术的基本思路、方法和技术手段等内容，以期为类似工程地质灾害危险性评估工作提供参考。

废弃矿山;生态恢复;地质灾害;危险性评估

0 引言

我国是一个采矿大国，然而矿山开采在创造财富的同时，亦给矿区及周边地区留下了一系列生态环境问题，特别是一些废弃矿区潜在的地质灾害问题，给矿山地质环境保护与恢复治理工作带来了安全隐患。在废弃矿山植被恢复工作开展之前，对矿区及周边地区进行地质灾害危险性评估，可有效地降低地质灾害对植被恢复工作可能造成的损害。废弃矿山一般地处地质环境较复杂的区域，人类工程活动强烈，与常规的建设工程的地质灾害危险性评估工作方法、内容等都具有明显的特殊性和区别，本文将以北京市房山区霞云岭乡废弃矿山为例，根据植被恢复工程的特点，着重介绍废弃矿山生态修复工程地质灾害危险性评估的基本思路、方法及防治对策。

1 项目概况

霞云岭乡废弃矿山生态恢复工程是北京市生态环境建设的重点工程，本次评估工作共涉及矿区13处，治理面积约35.75hm2，矿区类型主要为露天的采石矿和地下开采的煤矿。13处废弃矿区均位于百花山～庙岭复式向斜南翼，属中高山中深切割地貌，海拔最高2046m，矿区出露的地层时代主要有奥陶系、石炭系和侏罗系，岩性岩相变化大。区域地质环境条件复杂，受人类采石和开挖煤矿影响严重(照片1、照片2)，容易产生崩塌(BT)、不稳定斜坡(BP)、泥石流、采空塌陷等地质灾害。

照片1废弃的采石矿Photo 1An abandoned quarry

照片2废弃煤矿区Photo 2An abandoned coal mine

2 评估内容与思路

本次评估工作的整体思路以国土资源部2004年颁布的第69号文件配套的《地质灾害危险性评估技术要求》(试行)［1］为基本原则和技术指导，通过对评估区内的地质灾害的详细调查和资料的综合分析，查明评估范围内的地质环境条件及存在的地质灾害问题，评价地质灾害的危险性和植被恢复工程的适宜性，并提出地质灾害防治措施与建议。根据评估工作的内容，本次评估工作的基本思路和流程如图1［2］。

图1 评估工作流程图Fig.1 Frame work of hazard assessment

3 评估范围和重要性的确定

3.1 评估范围确定方法

根据废弃矿山植被恢复工程的特点，其重点是进行植树造林、植被恢复，固土、涵养生态等，工程建设的范围主要位于采矿区内，因此本项目评估范围是以开展生态恢复的废弃矿区为主，再根据矿区周边潜在的滑坡、崩塌、地面塌陷和地裂缝等灾害可能对生态恢复工程造成不利影响的情况适当外延，而不是按照目前建设工程、线路工程等的要求扩大其评估范围;对于潜在泥石流沟谷，根据其上游物源区的分布以及开采矿山的弃渣物质的分布，按常规泥石流的评估方法确定其调查范围;对于可能对生态恢复工程造成间接影响的区域，如现有采空区或未来可能进一步发展的采空区引起的次生地质灾害如滑坡、崩塌的影响范围等，也作为评估范围的一部分。

3.2 重要性确定

建设项目重要性分类是评估分级的一个重要依据，本次评估以社会环境影响和修复工程的可行性为主要指标，以经济损失、人员伤亡为辅助指标进行植被恢复工程重要性的分类，参照《地质灾害危险性评估技术要求》(试行)对其重要性按照表1的三分法原则［3］，进行建设项目重要性划分。

房山区植被生态恢复项目属于北京市生态环境建设的重点工程，目的是通过工程或生物手段让废弃矿山脆弱的生态得到恢复，涵养水源，减少扬尘，减少地质灾害的发生，提高区域的生态环境质量，有效改善北京市的生态环境，因此工程符合表1中“有特殊政治和社会意义”一项，确定其为重要建设项目。

表1 建设项目重要性分类表Table 1 Importance classification of constr uction projects

4 地质灾害调查工作方法

搜集既有资料、开展详细的工程地质和水文地质调查、地质测绘和地质灾害专项调查是植被恢复工程地质灾害危险性评估的主要工作方法，通过分析资料，结合野外调查，进行地质灾害识别和稳定性初判。

4.1 野外调查重点

根据矿区开采类型、灾害类型以及灾害的分布和发育特征，将评估区划分为开采创面、弃渣坡、开采平台和采石坑四个工程单元，根据不同单元可能存在的工程地质问题和主要的地质灾害类型开展针对性的野外地质调查。开采创面和弃渣坡通常是地质灾害集中发育的区域，是野外调查的重点，而采石坑具有负地形特征，在修复过程中多被填埋，可降低地质灾害发生的可能性及危害，一般只做简单的调查和测绘，对影响较大的地质灾害，则应做有针对性地调查。4.1.1开采创面

开采创面是崩塌地质灾害的主要发育区，调查的主要内容包括:创面位置、规模、坡度、倾向、走向;岩层产状;节理和裂隙发育情况、产状和张开宽度;创面的开采方式(顺层、斜交等)、是否分布浮石、浮石的大小、分布位置以及创面或创面顶部植被发育情况。通过调查和测绘，初步判断开采创面产生岩石崩落、掉块的可能性、位置、规模、影响范围及整体稳定性。4.1.2弃渣坡

弃渣坡是开采矿石废料堆积形成的碎石土边坡，是潜在不稳定边坡、滑坡集中发育的区域，也是次生灾害(泥石流)易发区。其调查指标主要包括:弃渣坡的微地貌单元、堆积位置;坡向、坡度、坡高、坡顶和坡底的宽度;坡体堆积物特征(厚度、粒径大小)及植被发育情况等，并对其稳定性、危害对象以及是否引发次生灾害作出判识。

4.1.3 开采平台和采石坑

开采平台和采石坑属于地质灾害不发育区，在植被恢复中主要涉及水土保持工作或场地平整、填挖方工程，但从后期设计、治理的角度考虑，应对平台的尺寸、弃渣堆积情况以及采石坑深度、坑底面积、坑顶面积等指标进行详细调查和测绘。对发育有影响较严重的崩塌体的采石坑，应根据4.1.1的调查方法进行针对性调查。

4.1.4 煤矿开采区

霞云岭乡煤矿多为地下开采，形成了许多采空区，从而可能诱发地面塌陷(开裂)。调查指标应包括:矿山开采的基本情况、巷道开采的程度、开采层数、开采方向、采区的大小与分布等资料;区域地层产状、发生塌陷的历史情况，初步确定地表移动盆地的范围;对于已经出现地面变形或塌陷的，应当调查其变形的范围、程度、诱发因素、已造成的损失和已采用的防治措施。另外，野外调查中还应对地面塌陷发展阶段、发展趋势、植被恢复工程施工期间的危险性及采取的措施作出初步的判断。

4.2 技术手段

野外调查主要采用地质测绘和野外定性判定相结合的手段。在实际调查中，利用罗盘、皮尺等简易的测量工具，并采用GPS和影像等手段，对开采创面、平台、弃渣坡和采石坑的基本特征和地质灾害体的形态、规模、分布及变形特征等进行定位、量测，对典型灾害体开展专业的测绘工作和必要的工程勘探、试验工作，据此进行综合的定量评估，为治理工作提供必要技术依据。

5 地质灾害危险性评估

现状评估、预测评估和综合评估是地质灾害危险性评估工作的中心环节，三项评估在内容上既相互联系又各有侧重，在认识上是一个从已知到未知，从简单到复杂，从具体到综合的过程。

5.1 现状评估

现状评估的重点是对现有灾害进行分析和评述，内容包括①灾害发育类型、稳定性的影响和控制因素;②重点剖析有代表性的灾害点，分析其规模、分布规律、发育特征、成因等;③各种地质灾害(点)历史危害情况、现状活动特征，并对稳定性做初步判识［4］。一般以野外定性判断为主，对规模大、危害严重的崩塌体结合赤平投影法、不稳定边坡辅以传递系数法或圆弧滑动法计算其稳定性，进行综合判定。以10#地块崩塌体为例，评估结果如下(其余评估结果参见表3)。

10 #地块的崩塌体系人工采石形成，崩塌所在坡面高约25m，宽约85m，坡角80°左右，坡面倾向220°;岩性以大理岩为主，中等风化，岩体破碎－较破碎，发育有四组节理(表2);后缘局部有张开裂隙，长0.3～1m不等，宽1～10cm，泥质混碎石充填;崩塌体无直接危害对象。野外判识该崩塌处于潜在不稳定状态，根据赤平投影分析结果(图2)，第1组与第3组、第4组节理面以及第3组与第4组节理面的交线倾向坡外，倾角小于或接近自然坡面坡角，致使该坡体规模不等的结构块体处于潜在不稳定状态，潜在崩塌方向230°～240°左右。综合判定该崩塌现状危险性为中等。

表2 岩体节理及岩层产状一览表Table 2 Decarrence of joints and rocks

表3 霞云岭3#和10#废弃矿区地质灾害危险性现状和预测评估结果Table 3 Results of geological hazard risk assessment for abandoned mines at No.3 and No.10 mines in Xiayunling

图2 崩塌体稳定性分析图Fig.2 Analysis chart of stability for rock fall

5.2 预测评估

预测评估是在分析项目工程特性的基础上，叠加拟建工程影响，分析、预测拟建工程可能遭受地质灾害的危险性。本项目典型的工程特性为:①在项目实施中，将在废弃矿山内采取清除危险浮石、植被固化松散堆积他体(物)等防治水土流失的生物和工程措施，这对于现状地质灾害的发展将产生有利的影响，可减缓地质灾害的发生;②上部荷载加载量较小，且不会进行大规模边坡的开挖，诱发灾害发生的可能性小。以该乡3#和10#废弃矿区为例，评估结果(表3)。

5.3 综合评估

3 #矿区主要受泥石流影响，且危害较大，治理存在一定困难，综合评定场地危险性等级为大级，适宜性差;10#矿区虽受不稳定边坡和崩塌影响，但治理中可基本消除两者的危害，因此综合评定场地危险性等级为中级，基本适宜。

5.4 防治建议

考虑到废弃矿山生态恢复工程受地理条件、投资规模和工程性质限制，防治措施建议应满足技术上可行、工程上可靠、经济上合理的原则，以防为主，因地制宜，故一般对规模大、危害严重的地质灾害建议采取专项的治理工作，而对危害较小的地质灾害建议与绿化工程结合，采取简易防护措施即可。工程措施一般为坡脚支挡、坡面加固、地表排水等。另外，针对工程施工阶段，建议施工人员应根据评估结果实时观察灾害的发展情况，有效做到自我保护，避免突发的地质灾害造成人员伤亡及其他经济损失。

5.4.1 崩塌

10 #地块崩塌以碎块石崩落为主，建议施工前对开采创面的浮石和危岩体进行清除，保证施工人员和设备的安全，同时建议在距离开采创面坡脚3m处，就地取材，修建挡渣墙，确保项目运营期安全。

5.4.2 边坡

危险性小的边坡，建议以生物防治措施为主;对于10#地块两处危险性中等的边坡，建议放缓边坡坡度，坡脚处修建干砌石挡渣墙，同时结合生物防治措施进行坡面防护。

5.4.3 泥石流

尽可能清除冲沟内的弃渣，对清理工作量大的弃渣堆，建议在坡脚处修建浆砌石挡渣墙;冲沟内需修建排水沟，保证沟内排水通畅，避免夏季雨后作业。

5.4.4 采空塌陷

禁止在采空塌陷区及其附近区域采用大型机械作业和大面积的灌溉，同时减少上部荷载加载量。

6 结语

(1)废弃矿山生态恢复工程地质灾害危险性评估工作是一项难度相对较大，操作性、实用性强的评估工作，其目的是调查和评估废弃矿区内存在的地质灾害及其危险性，并提处相应的防治措施和建议，从而使地质灾害防治和生态恢复有机地结合，为提高生态恢复工程前期规划设计、工程实施以及后期运营提供重要的技术依据和参考，确保了植被恢复工程整体的安全性。

(2)在目前情况下，本类工程地质灾害评估工作的工作思路、方法、内容和深度等尚无规范可依，也无完善的理论参考，仍需要在实践中逐步探索和完善。

(3)鉴于矿山地质灾害点多面广的特点，本文就地质灾害危险性的评估思路、方法和技术手段等进行初步探讨，希望更多的同行参与此项工作，共同推进矿山地质灾害危险性评估技术的提高。

［1］国土资源部.地质灾害危险性评估技术要求［R］.2004.

［2］徐美琼.矿山地质灾害危险性评估的思路与基本方法［J］.中国水运，2008，8(5):182－183.

［3］刘衡秋，朱志刚，何维彬.地质灾害危险性评估工作发展现状及若干技术问题探讨［J］.中国地质灾害与防治学报.2008，19(4):128－130.

［4］陈春华，李波.小型水电站建设用地地质灾害评估技术研究——以湄尼多河小型水电站为例［J］.中国地质灾害与防治学报.2006，17(3):133－136.

Abstract:Abandoned mines was located on mountainous area，the background geologic conditions were complex and human engineering activities were very intensive.Moreover，there was specificity to ecological restoration of abandoned mines，therefore the method and contents of geological hazard risk assessment were visibly different from conventional engineering.This paper mainly discussed on the basic ideas，method and techniques of the assessment from the examples of the Xiayunling abandoned mine geological hazard assessment in Beijing and probes into methods and technical problem of geo－hazards assessment of similar project.

Key words:abandoned mine;ecological restoration;geological hazard;risk assessment

Geological hazard assessment for ecological restoration of abandoned mines

CHEN Guo－hua，CHEN Chang－yan，ZHU Guo－xiang，XIE Jian－feng
(BGI Engineering Consultants LTD，Beijing100038，China)

1003－8035(2010)03－0113－05

P642.2;TD88

A

2010－04－27;

2010－05－21

国家科技部“十一五”科技支撑项目(2006BAJ06B02)

陈国华(1980—)，女，硕士，主要从事地质工程及防灾减灾方面的生产及科研工作。

E－mail:guohua_c@163.com