二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线矿山地质环境恢复治理研究

侯坤颉 黄亮 张汇涛

摘 要:二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线灰岩资源丰富,矿业开发给当地带来了巨大的经济效益的同时也造成了地质环境、生态环境的严重破坏,威胁二广高速、焦枝铁路及当地居民生命财产安全。本文通过调查发现该地区存在的主要地质环境问题,并对主要治理内容、治理措施的可行性进行研究。

关键词:矿山地质环境治理可行性研究

中图分类号:F426.672 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(b)-0001-02

济源市矿产资源丰富,伴随着矿业的开发,长期积累的矿山地质环境问题,日趋严重,已经影响到人民的正常生产和生活[1]。二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线灰岩资源丰富,20世纪八、九十年代,随着乡(镇)水泥企业的兴建,出现众多小型的灰岩矿山。矿业开发给当地带来了巨大的经济效益的同时也引发了地质环境、生态环境的严重破坏,造成山体千疮百孔,已形成东西长约8.5km,南北宽1.3km,面积近3km2的矿山地质环境问题严重区,区内遗留矿坑主体边坡高度11～56m,边坡角达65°～85°的多处高陡险坡,严重破坏了二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线的地形地貌景观危,威胁二广高速、焦枝铁路及当地居民生命财产安全。因此对该区域矿山地质环境治理进行研究,已经成为保护二广高速、焦枝铁路及当地群众生命财产安全,建设和谐济源的重大问题。

1 矿山地质环境状况

1.1 矿区概述

1.1.1 地理位置与地形地貌

项目区位于太行山、王屋山南缘,具有过渡地带特征,整体上呈现低山丘陵和冲击平原地貌,由孔山和四周的平原地区组成。整体北高南低,地面高程150～250m,坡度较小,大部分地区的坡度都在8°以下。

1.1.2 气象、水文

项目区地处暖温带大陆性气候带,四季分明。年平均气温14.3℃,年降水量平均为641.7mm,蒸发量年平均1810.2mm。夏季多偏东风,冬季多偏西风,最大风力7～8级,阵风可达9级,年平均相对湿度66%。

济源市属于黄河流域,大小河流百余条均属于黄河水系,主要河流有黄河、沁河、蟒河、大店河和逢石河。

矿区范围内无地表水体发育。

1.2 矿山地质概要

1.2.1 地层

项目区所属区域地层属华北地层区,除缺失志留系、泥盆系、白垩系外,从太古界系新生界其余各系地层均有出露。

区内岩性主要有石英砂岩、页岩、灰质白云岩、泥岩、灰岩等。

1.2.2 水文地质条件

项目区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、二叠系砂岩裂隙孔隙水、石炭系岩溶洞隙水三种类型。

(1)第四系松散岩类孔隙水

项目区第四系厚10～55m,由黄土及砂砾石组成,其中的砂砾石层水量充沛,补给主要为大气降水补给,单位涌水量为1.51L/s·m。

(2)二叠系砂岩裂隙、孔隙水

本区二叠系厚10～160m,其中砂岩含水层厚达25m左右,单位涌水量为0.014～0.02L/s·m。

(3)石炭系灰岩溶溶裂隙水

石炭系上统太原组,共含灰岩5～9层,其中L2和L8灰岩厚度稳定,溶洞、溶孔发育,含水层丰富,是重要的含水层位。单位涌水量0.007～0.04L/s·m,具有水量大,水头高的特征。

1.2.3 工程地质条件

区内灰岩由寒武、奥陶系的碳酸盐岩组成。根据济源县孔山灰岩矿区地质普查区(本矿区位于原普查区内)测试结果,各类型岩石的抗压强度范围值(见表1),按罗姆塔泽分类系统,矿区岩矿石属坚硬岩石工程地质组,局部有节理裂隙发育。(如表1)

2 项目区存在的主要地质环境问题

2.1 矿山次生崩塌地质灾害

区内露天采坑主体边坡高度11～56m,边坡角达65°～85°的多处高陡险坡,露天开采边坡存在大量的危岩体,危岩体在采石,劈山放炮强烈振动以及在历次暴雨作用下持续变形,发生多处崩塌。现场调查发现崩塌规模8处(见表2)。

2.2 压占、毁损土地资源

露天矿山的建设和开采占用了大量的土地资源,不仅矿坑要占用土地、废渣、废石的堆放也占用大量土地,改变了土地的利用性质,破坏了地表植被,影响景观生态环境。

2.3 地形地貌破坏

(1)石漠化严重

采石坑中存在大量的残留矿体矿柱和任意堆放的废石堆、裸露的采矿底板,置身其中,一片石漠,满目颓废。严重影响了二广高速及焦枝铁路沿线的地形地貌景观。

(2)植被破坏殆尽

采石场内石漠化严重,没有可供植物生长的土壤,植被稀少。采场周围植被也残遭破坏,许多地方都被碎石、废矿渣所掩埋。

(3)水土流失严重

采石场内由于坡度较大,没有植被,仅有的表层土随着大规模的开采,已被雨水洗刷干净,水土流失严重,地表丧失或部分丧失了生态功能。

3 治理方案研究

3.1 工程治理措施

(1)危岩体清除及削坡

《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)的规定,边坡稳定系数为1.767[2],将该区域内露天采矿边坡的危岩体全部卸载清除,并将边坡削坡坡度1∶0.75左右。

危岩体清除及削坡石方量总计807800m3。

(2)堆坡面整理

为了确保下部边坡的稳定,本方案设计开采平台8m以下采用上部削坡产生的碎石进行堆坡,碎石压实系数为0.94～0.97,堆坡坡率1∶1.75。通过堆坡后,整体边坡将可达到稳定状态,只要做好坡面的截排水工作,坡面不需要大的加固,同时对边坡的复绿是很有利的。

坡面整平30500m3。

(3)截排水沟

在边坡坡顶设截水沟,在坡脚和坡中设排水沟,截排水沟通至项目区东部河谷。排水沟和截水沟采用M10浆砌石结构,沟深0.6m,底宽0.5m。截排水沟总长度为12600m,需浆砌石3650m3、挖方12240m3。

(4)边坡复绿

采用攀岩植物绿化,方法是在边坡附近或坡底置土,在其上栽种攀岩植物,攀岩植物生长、攀援、覆盖坡面。

工程设计有待种植攀岩植物的边坡长度10460m,种植密度为40cm×40cm,需种植攀岩植物26145株。

(5)废渣清理平整及矿坑覆土绿化工程

矿渣清理工程主要是清理矿山开采遗留下来的四处散落的废矿石、废矿渣,也是矿山环境治理各项工程的基础,同时也是泥石流安全隐患的治理。人工清除废渣石,并按照“因地制宜,就坡顺势,清高垫低,就地平整”的原则,与采坑回填、采石场底板平整、客土压覆工程结合起来,合理安排岩土排弃次序。在平整后的采石场底板进行覆土绿化工程。覆土厚度0.5m,覆土面积0.324km2。覆土后植树,种植密度为3m×3m。

废渣石清理工作量为285500m3,覆土量为320000m3,种植乔木64830株。

(6)渣堆挡墙工程

根据地形、地质、矿渣堆高度等情况,采用直立式重力式挡土墙墙型,墙高4m,M10浆砌石结构。挡渣墙基础采用直立式扩展基础,基底摩擦系数取0.4,墙后填土为矿渣,内摩擦角取值40°,不考虑地震作用。

渣堆边坡长度为380m,挖方量为840m3,M10浆砌石2130m3。

(7)渣堆格构护坡工程

矿渣在堆积过程中,其边坡是在矿渣顶部向下滚落过程中逐渐扩展形成的,因此矿渣在堆积中形成的边坡角可近似的认为矿渣的自然休止角。经现场调查矿渣的自然休止角为35°～40°,在格构护坡前先对渣坡进行放坡处理,采用上部削坡,下部压实的处理方法进行放坡,把渣坡放成30°左右,确保渣坡稳定后,再进行浆砌石格构护坡工程。

挖方量为900m3,M10浆砌石460m3。

4 结论与建议

通过对二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线矿山地质环境治理研究,得出如下结论。

(1)主要设计的工作有工程测量、地质环境调查、边坡治理工程、边坡复绿工程、挡土墙工程、废渣清理工程、采坑覆土工程、采坑绿化工程等工程措施来进行恢复治理。综合治理方案符合该地的地质地形条件和社会需要,具有可操作性,技术方案可行,经济合理。

(2)该项目实施后,不仅可以消除了地质灾害隐患,还改善济源市当地居民的生活环境,经济效益、社会与环境效益、减灾效益显著。

综上所述,进行二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线矿山地质环境治理符合当地群众的心声,该项目是以人为本的体现,有利于社会经济的持续发展,意义重大,影响深远。

参考文献

[1] 杨进朝,李华.济源市矿山环境地质问题及防治对策研究[J]．矿产保护与利用,2008,6(3):39～43．

[2] 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002).

[3] 全国矿山地质环境调查技术要求实施细则(修改稿,2004年10月).

[4] 河南省地质测绘总院.二广高速及焦枝铁路(济源段)沿线矿山地质环境治理项目可行性研究报告[R].河南省郑州市:刘小飞,侯坤颉等,2011年.