方城县汪庙滑石矿山地质环境问题分析及治理方案

来亚芳（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450001）

方城县汪庙滑石矿山地质环境问题分析及治理方案

来亚芳
（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450001）

【摘 要】方城县汪庙滑石矿山地质环境问题突出，制约了地方经济的可持续发展，危及了当地人民群众的生命财产安全。本文阐述了矿山的地质环境背景，分析了矿山地质环境问题，提出了土方清理回填、截排水沟、植树绿化、井口混凝土井盖封闭等工程治理方案。

【关键词】矿山；地质环境；治理方案；方城县

方城县汪庙滑石矿为计划经济时期建设的国有矿山，矿体位于北西走向的山梁北麓，矿体长度1500m，宽10～160m，品位25.26%～30.34%，平均品位29.11%，白度80%以上，储量126.75万t。于20世纪70年代开始投产，露天采坑因无矿源而已停采，大部分竖井也因巷道坍塌，已于1997年闭坑。该矿自投产以来，产生了巨大的经济效益，为国家和地方经济的发展做出了贡献，但这种短期经济增长背后的资源浪费、破坏与污染却严重阻碍了经济的长远发展[1-2]。矿区主要环境地质问题有：露天开采规模较大，对地形地貌景观破坏严重；采坑边坡崩塌、地表裂缝、地面塌陷等矿山地质灾害。

方城县汪庙滑石矿处于汉江支流贾河上游，沿河两岸居住着数千居民，矿山及周边地质环境是他们赖以生存的空间，亦是他们努力建设的美好家园。多年来，矿山环境地质问题日益严重，十分突出，矿山地质灾害时有发生，制约了地方经济的可持续发展，危及了当地人民群众的生命财产安全。对方城县汪庙滑石矿山地质环境进行治理，是造福当地人民群众的大事，其生态效应和社会影响都是积极的。

1　矿山地质环境背景

1.1自然地理概况

方城县汪庙滑石矿位于南阳市东北部，属方城县独山镇刘营村。距方城县城22km，暖泉西500m，柴营东南600m，有公路相通，交通便利。矿区长2km，宽0.6～1.0km，面积1.56km2，本次需要治理面积约0.75km2。

本区属季风型暖温带气候，气温以七、八月最高，极端最高气温39.7℃，气温以一至二月最低，极端最低气温-20.3℃，年平均气温14.2～16.0℃；年降雨量628.9～1542.9mm，最长连续降雨期17天，降雨量321.3mm，历年一日最大降雨量为267.6mm；年蒸发量1197.7～1903.9mm；年平均相对湿度69%～80%，年平均绝对湿度13.6～15.3mb。结冰期自十一月至翌年三月，冻结深度10～15cm。多西南风，风力一般2～3级，最大可达8级。

矿区位于汉江支流水系，溪沟以分水岭为上源。西北侧有窦沟、杨条沟，西南侧有对窑沟，两者汇集沿途各支岔在刘营附近汇集成贾河，均属季节性河流。杨条沟流量最小为1.1L/s，一般25L/s左右，最大洪水量为20.81m3/s。暴雨后不足一小时出现洪峰，雨停数小时即可复原。地下水化学类型为HCO3-Ga型水。

1.2地质环境背景

1.2.1地貌

矿区地处伏牛山余脉，地貌类型属低山丘陵区，山岭走向为北西向。地势南高北低，最高点在矿区西南部栗沟东北，海拔343m，最低点在矿区东北部，海拔190m，相对高差150m。

矿山由于多年的采矿活动，地形特征多有改变，突出表现在两个巨大的露天采坑和众多的竖井及采空区引起的地表塌陷和地裂缝，采坑面积数千至万余平方米，深15～30m，坑深壁陡。地表塌陷和地裂缝大小不等，多呈135°方向分布，塌陷坑深度几米至十数米。

1.2.2地层

矿区位于华北地台南缘与秦岭褶皱带东段结合部位，地质构造复杂，出露地层为中元古界官道口群高庄组变含砾石英砂岩、石英砂岩、大理岩夹滑石片岩和第四系残坡积土。

中元古界官道口群高庄组：主要岩性为变含砾石英砂岩、石英砂岩、大理岩夹滑石片岩，浅乳白、浅黄色，中粒厚层状。走向220°，倾角35～60°。

第四系残坡积层：主要分布于坡角和沟谷之中。岩性为含砾粘土、粉质粘土，厚0.4～12m。

1.2.3构造与地震

区域构造上，矿区位于秦岭东西向复杂构造带北缘，栾川—维摩寺—白云山大断裂位于矿区北约2.5km处。维摩寺—白云山大断裂呈北西西向展布在南召马市坪、方城县的维摩寺、泌阳的白云山一带，倾向北，倾角45°，为逆冲断裂，上盘为下古生界陶湾群及加里东期侵入岩，下盘为中元古界宽坪群。晚第四纪以来该断裂处于稳定状态。

方城县汪庙滑石矿地处于低地震带，根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，矿区地震动峰值加速度小于0.05g，地震特征周期0.35s，地震基本烈度属于“小于Ⅵ度”区。

1.2.4水文地质

按照矿区地下水的赋存介质、水力性质、埋藏条件等，可将矿区地下水划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型[3]。

松散岩类孔隙水：第四系松散岩类孔隙水分布于窦沟、杨条沟及其支流沟谷中的冲洪积层中，含水层为砂土及砂砾石，厚度一般不超过12m，水位埋深0.5 ～2.5m，接受大气降水补给，向下游方向径流排泄。

基岩裂隙水：基岩裂隙水赋存于中元古界官道口群高庄组石英砂岩的裂隙中。其赋存条件、富集规律受裂隙发育程度、地形地貌、气候的控制。石英砂岩构造裂隙发育，开启性、连通性差，风化裂隙不发育，富水性较差。常见泉流量小于0.05L/s，地下水径流模数小于0.5L/s·km2。

治理区地下水以接受大气降水渗入补给为主。由于地形较陡，降水大部分沿地表径流排出区外，仅有少量降水沿裂隙下渗，在一定条件下，呈下降泉形式溢出地表，汇入溪河，流出区外。

1.2.5工程地质

根据岩土体特征，可将区内岩土体划分为三类工程地质体：

(1)第四系残坡积物：分布于坡地和河谷，厚度小，结构松散，工程性质差。

(2)崩坡积物及矿渣：分布于开采区及其下方，厚度变化大，结构松散，工程性质差。

(3)中等—弱风化的岩体：分布于山梁，节理裂隙发育，为矿区稳定地层，工程性质一般。

综合来看，矿区场地地形起伏大，浅表地层及地表植被破坏严重，水土流失严重，工程地质条件较差。

2　矿山地质环境问题

2.1地形地貌景观

由于长期的露天开采，留下大小30余个采坑，有两个规模较大(Ⅰ、Ⅱ号)，Ⅰ号坑宽约60m、长约300m，深15～30m，采坑东南高、西北低，采坑壁多直立；Ⅱ号采坑宽约60m，长约100m，深30～50m，雨季坑内经常积水。矿区内分布有30余个竖井，除少数井口保持完好外，大部分井口都发生了不同程度的坍塌。露天采场及周边杂乱堆积着大量的废矿渣，破坏地表植被，改变微地貌，并压占山坡地。

竖井井口敞开且多坍塌，在破坏地貌景观的同时还威胁人畜安全，危害性较大。

2.2矿山地质灾害

(1)崩塌。

Ⅰ号采坑壁多直立，沿采坑西北侧壁发育了三处崩塌点，沿采坑南侧坑壁发育一处崩塌点，崩塌灾害时有发生。Ⅱ号采坑壁陡立，沿东北侧壁发育三处崩塌，崩塌灾害时有发生。

由于崩塌灾害多沿采坑壁周边发育，规模很小，没有明显的危害对象，所以危害较小。

(2)地面塌陷、地裂缝。

地面塌陷及地裂缝大面积存在，近几年因停止采矿而逐渐趋于稳定。地表裂缝主要分布在采矿区的北部边缘，大体走向155°，延伸长度十几米至几十米不等，宽度小的十几厘米，最大宽度可达3m，目测深度浅的有1～2m，最深可达15m左右；塌陷陷坑多呈椭圆形，直径多为10～30m，深度2～10m。

地面塌陷和裂缝以及废弃的矿井破坏地形地貌景观，威胁当地人民群众的生命财产安全，危害较大。

3　治理方案

矿区外围已开展地质灾害调查与规划，是方城县地质灾害易发区，已列入方城县地质灾害治理规划[4]，同时该矿区也纳入了方城县矿山环境治理规划之中[5]。本次治理方案依据现有国家相关规范标准，参考地区同类治理工程经验，坚持以人为本、注重效益、工程措施和生物措施相结合的原则，采用土方清理回填工程+截排水沟工程+植树绿化工程+井口混凝土井盖封闭工程，对矿山地质环境进行综合治理。

3.1土方清理回填工程

布置在矿区中部重点治理部位，主要是对露天采坑的坑壁和坍塌的井口进行清理和平整，利用废弃矿渣对采坑和地裂缝以及竖井进行回填，在一定程度上恢复自然地形地貌。合计土方工程量为10万m3。

将清方区的矿渣堆清理回填至填方区(采坑)内，进行坡面平整，形成具有一定坡比的顺向坡。根据设计的坡比进行施工，回填施工要分层进行压实，分层厚度为50～100cm。

将竖井井口附近的矿渣或覆土清理、平整、回填至井中，有条件的应尽可能的将竖井填满。

3.2截排水沟工程

为汇集并快速排泄雨水，防止雨水对治理区坡面地表的冲刷破坏，布置地表截排水沟系统。截排水沟布置在治理区外周，截排水沟的两端延伸至治理区下游冲沟内，坡陡地段设置消能坎，下端设置消能池[6]。

设计截排水沟为M7.5浆砌石结构，砌体强度不小于40MPa，砌石厚度0.3m，截排水沟过水断面宽0.8m，高0.6m，设计截排水沟长度为1000m。

主要工程量为：土(石)方开挖1535.0m3，M7.5浆砌石785.0m3，砂浆抹面2650.0m2，伸缩缝20.0m2。其过流能力计算如下。

设计截排水沟过水断面尺寸：

底宽b=0.8m，高h=0.6m，比降i=10%左右。

最大过流能力计算：

式中：过水断面面积w=bh=0.6×0.8=0.48m2；

湿周x=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：C=(1/n)R1/6

糙率n浆砌石取n=0.025；

经计算C=31.53。

则最大过流能力为：

按50年一遇洪水，N=50，p=2%时的洪水流量计算：

Qp=qpF(m3/s)

式中：Qp——相应频率p=2%，重现期N=50年的洪水流量；

qp——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qp=35m3/s·km2；

F——集雨面积，汇水面积经测量为0.03km2，

则：Qp=35×0.03=1.05m3/s。

经复核计算说明截排水沟满足排泄50年一遇洪水，且预留一定的安全系数。

3.3植树绿化工程

在整个治理区域范围进行植树绿化。植树的重点是本次清方、回填、平整治理区域及第四系松散层分布区域，以恢复植被，美化矿山环境。

绿化设计采用适宜当地气候生长的优良树种(如杨树等)，树的规格为胸径3cm，植树网格间距3～5m，选择生长健壮、无病虫害、无机械损伤、树形端正和根系发达的苗木。

主要工程量：绿化面积0.75km2，植树7500株。

3.4井口混凝土井盖封闭工程

在调查、勘查工作中发现，矿区存在30余个竖井，其中适宜进行治理封闭的约22个。首先对这部分竖井进行井口清理、平整、回填，优先考虑用附近河里的砂卵石进行回填，并尽可能将其填满。在井口相对平整、稳定的条件下，对其采用现浇钢筋混凝土井盖进行封闭。

主要工程量：钢筋混凝土井盖22个，其中C25砼310m3，钢筋制安25.85t。

4　结语

方城县汪庙滑石矿山地质环境问题主要有地形地貌景观的破坏，以及崩塌、地面塌陷、地裂缝等矿山地质灾害。采用土方清理回填工程+截排水沟工程+植树绿化工程+井口混凝土井盖封闭工程，

对矿山地质环境进行综合治理，可有效消除矿山地质环境隐患，促进地区社会经济的可持续发展。

【参考文献】

[1]赵振华,彭凯.矿业城市可持续发展评价研究[J].上海国土资源, 2014,35(2):39-42.

[2]陈笑媛,田茂勋,吴贵洪.矿业城市产业转型中资源保护问题研究[J].上海国土资源,2014,35(3):54-57.

[3]商庆仁,胡延生,张相立,等.南阳幅区域水文地质普查报告[R].河南省地质矿产局水文地质三队,1984.

[4]许卫国,李进莲,朱强,等.南阳市地质灾害防治规划[R].南阳市国土资源局,2003.

[5]靳松强,马俊中,丘连爱,等.方城县矿山环境保护与治理规划[R].方城县国土资源局,2009.

[6]张咸恭,王思敬,张倬元,等.中国工程地质学[M].北京:科学出版社,2000.

【环境工程】

Analysis and Treatment Schemes of Mine Geological-environment Problems From Wangmiao Talc in Fangcheng County

LAI Ya-fang
(The First Geological Exploration Institute of Henan Province, Zhengzhou 450001, China )

Abstract:Mine geological-environment problems prominent of Wangmiao talc in Fangcheng county, restricted the sustainable development of the local economy, endangering the local people's life and property security. This article examines the geologicalenvironment background of Wangmiao talc in Fangcheng county, and analyzes the mine geological-environment problems. The study propose several engineering schemes, including clean and backfill of earthwork engineering, water drain engineering, afforestation engineering, and the well head sealed with concrete manhole cover engineering.

Key words:mine; geological environment; treatment schemes; Fangcheng county

【收稿日期】2015-01-26

【基金项目】河南省两权价款地质环境项目(豫财建[2010]512号)。

【中图分类号】TD167；X141

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386(2015)06-0027-03