郑-少-洛高速公路沿线矿山地质环境现状与治理对策探讨

吕志涛,聂昊天,吴建军

(1.河南省地质调查院,河南 郑州 450000;2.河南省地矿局第一地质工程院,河南驻马店 463000;3.河南省有色地质三队,河南 洛阳 471000)

1 自然地理概况

1.1 郑 -少 -洛高速公路概况

郑州 -少林寺 -洛阳高速公路(以下简称郑 -少 -洛高速)是经国务院批准的国家 “九五”重点交通基础设施建设项目。郑-少-洛高速将开封、登封、洛阳三大名胜景区连接起来,是构成河南省黄金旅游高速通道,也是煤炭、建材等大量物资外运的交通要道,为洛阳、郑州的旅游业和经济发展起着重要的作用,被誉为洛阳和郑州旅游业和经济发展的重要交通枢纽。

1.2 郑 -少 -洛高速公路沿线矿山概况

郑 -少 -洛高速公路途经新密市、登封市及伊川县,沿线矿产以沉积矿产为主,内生金属矿产很少,且多为矿点、矿化点。沉积矿产中以煤、铝土矿为主,另外有耐火粘土矿、石灰岩矿、硅石、油(玉)石等。上述矿产主要集中在新密市境内,其中煤、铝土矿、水泥灰岩、硅石、硫铁矿 5种矿产为新密市的优势矿产。现已开发的矿产有 12种,开发较为普遍的矿产有煤、铝土矿、建筑材料(石灰岩)矿产,已成为区内经济发展的支柱产业。

高速公路跨越或与线路邻近(1 500m内)的矿产地主要有郑州市二七区刘胡垌乡水磨村煤矿、新密市高庙煤矿、新密市牛马坑铝土矿、新密市姜沟铝土矿、米村 -牛店煤矿、新密市寨脖 -登封市玉台煤矿。矿山以石灰岩、建筑用砂、石英砂矿、铝土矿开采为主,规模以小型为主,均为露天开采,90%以上矿山已关闭。

1.3 气象、水文

工作区地处暖温带大陆性季风气候区,冷暖气团频繁交替,冬春干燥,夏秋多雨是其主要特征。该区年平均气温在14.2℃ ～15.3℃之间;多年平均降雨量在 599.5～707.0mm。

工作区以登封市君召乡吕岗村为界,以东属淮河流域颖河水系。其中颖河、石淙河、双洎河和贾鲁河流域河流年径流量为 5.78亿 m3。石淙河是颖河上游的干流之一,全长37.7 km,为季节性河流,校核洪水频率为 1/500,最大洪峰流量为 260m3/s。

1.4 地形地貌

治理区位于河南省中部嵩箕山地与黄淮海平原的过渡地带,道路跨越中低山、低山丘陵、构造盆地、黄土台塬等地貌单元,地势起伏大,丘壑交错。

1.5 地层

工作区属华北地层区。地层出露较全,分别为太古界、下元古界嵩山群五指岭组、中元古界五佛山群马鞍山组、古生界寒武系、奥陶系马家沟组、石炭系、二叠系、三叠系、新近系上统洛阳组及第四系。

1.6 构造

工作区位于嵩箕台隆东部,构造格架以发育轴向呈近东西向相间分布的背斜、向斜及走向近东西的断裂构造为特征。燕山期构造运动以南北向水平挤压运动为主,喜山期以垂直升降运动为主,褶皱构造为近东西向的开阔、平缓的背向斜,断裂多发生在褶皱的核部、两翼及相邻褶皱的衔接部位,造成构造的多变复杂形态。

1.7 水文地质条件

工作区地下水类型分为松散岩类孔隙含水、碎屑岩类孔隙裂隙含水、碳酸盐岩裂隙岩溶含水及基岩裂隙水含水四种类型。富水性差异较大,松散层为贫水区;碎屑岩类孔隙裂隙含水、碳酸盐岩裂隙岩溶含水和基岩裂隙水泉流量小于0.1 L/s;碳酸盐岩裂隙岩溶含水泉流量为 1.39～12.83 L/s。地下水化学类型主要为 HCO3-Ca型水。地下水由大气降水及河水补给,水位受季节影响变化幅度较大。

2 矿山地质环境

2.1 矿山地质环境现状

郑 -少 -洛高速公路途经新密市、登封市及伊川县,沿线矿山以石灰岩、建筑用砂、石英砂开采为主。沿线的小矿山的开采是以破坏地质环境为代价的。采石、采砂造成沿线的地质景观严重破坏,使原本视觉上较为协调的地质景观、秀美山川遭到了严重的破坏,这不仅与整洁的高速公路构成了强烈的对比反差,而且威胁着高速公路的安全通行;采石、采砂多为露天开采,在生产过程中缺乏科学规划,废渣乱放,滥采乱挖,造成水土流失加剧,生态环境日益恶化。以下对沿途县市分三段进行矿山地质环境现状叙述：

2.1.1 新密段石灰岩矿山现状

高速公路沿线新密段分布矿山以石灰岩矿为主。矿山企业分布较为分散,点多面广,规模以小型居多。采矿倚坡开挖,剥采比不按露天开采设计的台阶式开采要求,造成山体基岩裸露,植被稀少。开采坡面破碎,边坡高陡,高度10～35m,坡角 70°～85°。 剥离的土石、矿渣顺坡堆积,部分堆积高度在 20m以上,坡角大于 30°,强降雨条件下易引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。

2.1.2 登封段建筑用砂、石英砂矿山现状

高速公路沿线登封段分布矿山以建筑用砂、石英砂矿为主。采砂场占地面积 0.01～0.40 km2不等,年开采量 2～5万 m3,沿高速公路两侧分布约 15处。矿山多倚坡开挖,坡面破坏严重,基岩裸露,植被稀少,不稳定边坡坡体高度8～35 m,崩积物堆积于坡脚;矿渣无序堆放,原始地貌被人为改造得支离破碎,凸凹不平;采矿形成多个废弃采坑分布于矿区,深度 3～50m,坡角 30°～60°,采坑面积一般 80m×200m,最大的采石坑面积约为 100 m×500 m,坑内积水,边坡坡体松散,存在较大不安全隐患。

2.1.3 伊川段石灰岩、石英砂矿山现状

郑 -少 -洛高速公路沿线伊川段分布矿山以石灰岩、石英砂矿为主,分布矿山 2座,矿山规模为小型。石灰岩矿开采沿山脊进行,开采坡面近于直立,高度 10～35 m,存在崩塌隐患,植被破坏严重,基岩裸露,生态环境破坏较为严重,远观呈犬牙状展布;石英砂矿山开采沿山脚向山体推进,呈环形展布,单个山体被挖掘近半,坡体陡直,开采高度15～100m,边坡坡度 60°～80°,存在较大崩塌、滑坡隐患。矿区植被破坏殆尽,山体光秃,生态环境破坏令人触目惊心。

2.2 矿山主要地质环境问题

由于郑 -少-洛高速公路沿线矿山多以露天开采为主,矿区开采对周围引发一系列地质环境问题。较为突出的有易引发地质灾害和地形地貌景观破坏。

2.2.1 引发地质灾害

(1)采矿边坡高陡,弃渣无序堆放,易引发地质灾害

郑 -少 -洛高速公路沿线露天矿山多倚坡开挖,露天作业,采矿所留下的边坡高度大,坡脚陡,后缘产生卸荷张裂缝,在爆破和车辆的震动下易引发山体崩塌。尤其是开采花岗岩风化砂采场,岩体结构较松散,开采高度大,存在严重崩塌隐患。矿山开采多依坡顺势开挖,部分矿山剥采比未按露天开采设计的台阶式开采要求,造成山体危岩耸立,临空面一般 8～50m,最高可达 100 m。坡面基岩裸露,植被稀少,存在崩塌、滑坡隐患。排渣场矿渣无序堆放,高度 10～35 m,坡角 40°～85°,强降雨条件下易引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。采矿开挖废弃采坑在矿区星罗棋布,面积一般 80 m×200 m,深度 3～50 m,坡角 30°～ 60°,坑内积水,边坡坡体松散,存在较大不安全隐患。有些位于下部层位的矿体还存在掏采现象,上部岩体下滑,崩塌较为严重。部分矿山开挖山脚,揭露坡体软弱层面,使前缘临空,导致斜坡失稳,易引发滑坡灾害。矿山弃渣无序堆放,部分堆积于沟口及边坡上的废石矿渣数量较多,加之历史积留的松散物质,在暴雨条件下,极易形成泥石流,威胁下游群众及交通设施安全。

(2)弃坑坡体失稳,易引发崩塌、滑坡等地质灾害

矿区内分布多个废弃采坑,占地面积 800～16 000 m2不等,深度 3～20m,最高超过 50m,边坡 30°～60°。坡体边坡破碎,裂隙发育,存在崩塌隐患。部分边坡堆积大量松散堆积物,坑底积水深度 2～4m,易引发滑坡等灾害,严重威胁下游居民生命财产安全。

2.2.2 引发地形地貌景观破坏

(1)破坏沿线景观

露天采矿对自然地貌景观破坏更为严重,矿山开发对地貌景观破坏性影响十分突出,由于部分矿山开采不规范,技术落后,对山体的自然景观破坏严重,造成在交通沿线、城区、旅游观光线路两侧,森林植被破坏,基岩裸露,山体坡面破碎、凌乱,暴雨条件下极易发生崩塌、滑坡灾害,影响高速公路安全畅行。沿线植被的破坏,严重影响着高速公路乃至郑州、洛阳两地整体城市形象,在一定程度上又制约着沿线县市旅游业的发展。

(2)土地资源浪费

露天开采的大中型企业废石、尾矿排放量大。废石、尾矿累计积存量约 215万 m3。大量弃渣存放压占土地,但其堆放量和占地面积巨大,使废渣堆积区的大量土地闲置浪费。

另外,采矿废弃采坑使坡面产生不同程度的裂缝甚至滑坡或崩塌,使土地本身可利用性及其附着物受到破坏,使耕地变得起伏不平或支离破碎,无法耕种。

(3)破坏植被及生态环境

矿区开采上覆岩层和表土的剥离,进行大规模的开挖,开挖范围内原有的土地和生态环境将被彻底破坏,对周围的土地、水文、植被和大气造成不利的影响,生态环境破坏较严重。开矿弃渣沿山坡排放、堆积,分布于冲沟上部,毁坏植被;加之石灰岩采石场,一方面直接将荒料运走,作为建筑材料或水泥生产原料;另一方面就地烧制石灰,并对生石灰进行粉碎和过筛,这样不但将开挖区植被全部破坏,而且在风的作用下将石灰粉吹到周边一定范围内把植被烧死。矿山植被减少,增大了山体的风化作用,为水土流失提供了有利条件,从而加剧了矿山的水土流失现象。

3 沿线地下,环境恢复治理的必要性

郑 -少 -洛高速是河南省的重点交通基础设施,是郑州-少林寺 -洛阳的黄金旅游高速通道。近年,随着经济的发展,郑 -少 -洛高速公路沿线矿山植被破坏严重,地貌景观改变,地质环境问题突出,与少林寺、龙门等世界级人文旅游景区极不协调。为此,对沿线的地质环境恢复治理是必要的。项目实施的必要性主要体现在以下几个方面：

3.1 矿山地质环境的破坏,严重影响生产、生活活动

排渣场、废弃采坑分布于郑 -少 -洛高速沿线,不仅使压占、毁坏大量土地,而且遇到暴雨极易造成边坡失稳,产生崩塌、滑坡、泥石流地质灾害,严重威胁当地居民的生命财产安全和高速公路等交通设施安全。

3.2 治理矿山环境是恢复郑 -少 -洛高速沿线生态环境,保障重要交通设施安全运营的需要

项目实施后,将消除郑 -少 -洛高速沿线排渣场、废弃采坑引发崩塌、滑坡及泥石流地质灾害隐患,生态环境得到恢复,植被得到一定蓄养,矿山地质环境得到明显改善。有力保障了郑 -少 -洛高速公路的安全运营,为矿区人民生产、生活创造良好的生存环境,有利于该地区社会的稳定、和谐,促进矿业、交通设施及农业的协调发展。

3.3 治理矿山环境对郑 -少 -洛高速沿线旅游城市发展具有重要的积极意义

郑 -少 -洛高速沿线景点如登封少林寺、洛阳龙门石窟均为世界知名旅游景点。沿线矿山开采对自然地貌景观、地貌景观破坏性较大,尤其高速公路两侧,部分地段基岩裸露,坡面破碎、凌乱,显得尤为碍眼。不仅对高速公路的安全存在着隐患,而且对高速公路的整体形象和沿线郑州、洛阳的城市形象存在着较大影响,在一定程度上又影响着沿线县市旅游业的发展。所以,矿山地质环境治理的范围和力度亟待加强。应从沿线可见到的矿山环境整治做起,逐步向全区矿山普及整治,使整个生态环境不断得到恢复,对区内旅游城市发展具有重要的积极意义。

3.4 对交通干线地质环境治理具有示范作用

郑 -少 -洛高速沿线的地质环境问题与省内其它重要交通干线的地质环境问题基本接近,开展本次地质环境治理对省内重要交通干线的地质环境治理与保护具有指导作用。

4 实施治理对策探讨

4.1 治理内容

该项目依矿山分布位置自东向西分为新密市石灰岩开采矿区、登封市建筑用砂、石英砂开采矿区、伊川县石灰岩、石英砂开采矿区三个区。根据郑-少 -洛高速公路沿线矿山矿石类型、赋存条件、开采方式、地质环境容量等不同条件,结合矿山地质环境破坏程度,制定切实可行的矿山治理措施。

4.2 总体思路

由于现有地质资料难以满足对矿区进行全面地综合整治的需要,测绘资料不能满足工程措施施工的要求,因此在工程施工之前应首先开展 1∶10000矿区专项地质环境调查和 1∶500的地形测绘。待上述资料取得后,进一步编制矿山综合治理工程施工设计,使各项工程施工依据准确可靠,随后进行工程施工,达到彻底治理的目的。

4.3 治理规划方案

依据矿山地质环境治理技术要求,在查清郑 -少 -洛高速沿线矿山地质环境破坏和危害现状的基础上,针对存在的地质环境问题和特点,首先进行治理工程前期测绘、勘察工作,然后进行工程治理措施,确保治理工程质量和矿山环境修复效果。采取工程措施与生物措施相结合的方案进行治理,恢复其自然生态景观,以求达到“人在车中坐,车在画中行”的目的。

依郑 -少 -洛高速公路沿线矿山分布位置自东向西分依次为新密市石灰岩开采矿区、登封市建筑用砂、石英砂开采矿区、伊川县石灰岩、石英砂开采矿区三个区。为达到治理效果,对于地质环境破坏较为严重的区域采取连片、分区治理的方法,前期实施相应的工程措施,为下一步的复绿工程奠定基础,最终达到美化环境的作用。拟采用边坡整理(挖填方)、护坡工程、覆土工程、矿渣堆平整工程、排水工程、矿山地质公园建设及生物工程等综合治理措施,使郑 -少 -洛高速公路沿线矿山生态环境得以改善,以达到稳固矿山,恢复生态环境。

5 结语

(1)通过开展郑 -少 -洛高速沿线矿山地质环境恢复治理,实施矿山地质环境监督管理提供基础地质依据。

(2)郑 -少 -洛高速沿线矿山地质环境恢复治理属公益性、社会性项目,其价值具有间接性、潜在性和长久性的特点,主要表现在减灾、防灾方面。