遂平县花庄乡小丁山砂岩矿治理修复技术

王连平

（河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，河南 郑州 450001）

1 工程概况

遂平县花庄乡小丁山砂岩矿位于遂平县花庄乡，其行政区划隶属遂平县花庄乡管辖，紧邻遂平县城至嵖岈山旅游公路，矿区面积0.0841km2，矿区位于遂平县花庄乡小丁山，遂平县260°方向、直线距离约18km，其行政区划隶属遂平县花庄乡管辖。矿区向北100m为遂平县城—嵖岈山景区的旅游公路（遂嵖路X007），从矿区沿遂平县城—嵖岈山景区的旅游公路向东11km 与G107 国道和京广铁路遂平站相连,交通十分便利。

遂平县花庄乡小丁山自20 世纪60 年代即有开采现象，是周边村庄的取石点，用于村民建房、修路等，民采历史悠久，山体原始地貌破坏严重，山体及周边现有若干个大小不一的老民采坑，以往民采矿石经加工为各规格石子，销售当地建筑行业使用。

本区主要矿体为砂岩，矿体平面呈不规则状，南北长约为450m，东西宽约为250m，面积0.0841km2，山体开采标高+108～+70m。

2 矿山地质概况

2.1 地层岩性

矿区内地层出露简单，主要为出露的地层为洛峪群三教堂组（Pt3s），次为新生界第四系。现对地层由老至新分述如下：

洛峪群三教堂组（Pt3s）：颜色为灰—灰白色，为块状石英砂岩。本层可分为上中下三层，上部为灰白色中细砂岩状石英砂岩，节理发育并附有氧化铁薄膜局部呈紫红色，厚0～5.49m；中部为灰色细粒块状石英砂岩，致密坚硬，含少量绿泥石，具油脂光泽，厚22.16～28.05m；下部为浅灰色石英岩，致密坚硬，具油脂光泽，含较多量的绿泥石，并嵌生于层面间呈条纹状，厚度3.86～7.49m。

第四系（Q）：主要分布于矿区内地形四周低洼处，多为耕地。岩性上部为棕红色粉质粘土；下部为棕黄至灰黄色粉土夹杂着大小不等的砂砾石，砾石成分复杂，磨圆度一般，地层总厚度0.2～2.5m不等。

2.2 地质构造

矿区地质构造简单，地层呈单斜形态，走向21°～32°，平均25°；

倾向 111°～122°，平均 115°；倾角 17°～23°，平均20°。区内未发现其它褶曲及断层，岩石中节理、裂隙较发育。近原始地表处裂隙充填有泥质对矿石质量有一定影响。

2.3 区域地壳稳定性

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）附录A《中国地震动峰值加速度区划图》，调查区地震动峰值加速度值0.05g区，反应特征周期0.35s，对应抗震设防烈度为Ⅵ度。

3 区域水文地质条件

3.1 地下水类型及富水性

根据赋存地下水的介质和介质空隙的成因，将矿区地下水划分为两个类型：即松散岩类孔隙水、变质岩类裂隙水。

（1）松散岩类孔隙水。第四系松散岩类孔隙水含水层赋水介质为第四系砂砾石层或粉质粘土，分布在矿区地形四周低洼处，孔隙含水层岩性为含砾粉质粘土。棕红—棕黄色、灰黄色，粒度以粘粒为主，底部常有薄层泥砂质砾石层，砾石成分复杂，磨圆度一般。含水层埋藏浅，水位埋深小于2m，涌水量一般小于3m3/d，水位受降水影响变化大，水化学类型HCO3·Ca型水及HCO3-Ca·Mg型水，矿化度0.34～0.43g/L。

（2）变质岩类裂隙水。变质岩类裂隙水含水岩组由洛峪群三教堂组灰白色、灰色中细砂岩状、块状石英砂岩组成。含绿泥石，嵌生于层面间呈条纹状。构造裂隙、风化裂隙发育，赋存裂隙潜水，枯水季节地下水径流模数0.33L/(s·km2)。水化学类型HCO3-Ca·Mg型水，矿化度0.39g/L。矿体的底板为设计露天采场底，岩性同矿体。矿体上部除地表裂隙发育接受大气补给水，其深部裂隙不发育，含水性极弱，从而成为裂隙状含水带的隔水层。

3.2 隔水层

区内风化带以下新鲜的致密坚硬岩石，由于裂隙不发育且开启性差、连贯性差，因而透水性、赋水性均较差，故属隔水岩层。

3.3 地下水的补给、径流与排泄

（1）松散岩类孔隙水的补给、径流与排泄。松散岩类孔隙水补给来源主要有大气降水入渗补给，地下水灌溉回渗补给、河流侧渗补给和地下水径流补给。

大气降水入渗补给是松散岩类地下水的主要补给源。补给量的大小受地貌、包气带岩性、降水量、降水强度、水位埋深及植被发育情况等因素影响。

松散岩类孔隙水的径流在本区由于含水层（或含水介质）导水能力较差，地下水径流也较缓慢。

浅松散岩类孔隙水的排泄主要有蒸发、人工开采、河流排泄、径流排泄和越流排泄。全区丰水年份蒸发量9739.7×104m3/a，干旱年份达11816.2×104m3/a，成为浅层地下水排泄的主要途径。

（2）变质岩类裂隙水的补给、径流与排泄。基裂隙水接受大气降水的入渗补给，沿裂隙及孔隙向下游径流，并以径流或泉点出露方式排泄。

3.4 矿床充水因素分析

矿区地处嵖岈山山前丘陵与豫东平原之间的过渡地带，范围内的小丁山为嵖岈山前的风化残山丘。开采标高+108～+70m。矿区内现最低点海拔82m，82m可视为治理区附近最低侵蚀基准面。矿区内无大的地表水体存在，附近地表水不构成对矿床的主要充水因素，露天采坑充水来源主要为大气降水，基岩裂隙水的侧向补给是次要因素。

综上所述矿区水文地质条件属于简单类型。

4 工程地质条件

依据矿区内地层及岩土体工程力学性质，划分以下几类工程地质岩组：粘性土体层分布于矿区内山坡低洼地带，岩性为第四系粘质土、杂填土、残坡积物。土体较薄，覆盖于基岩上。厚层块状石英砂矿岩体较为完整，致密坚硬，力学强度高，抗风化能力强，物理力学性能较好。

5 矿山地质环境问题

5.1 地形地貌景观破坏

遂平县花庄乡小丁山建筑石料用砂岩矿开采方法主要有爆破和人工、机械挖掘。矿区经过多年的无序采掘，山体整体性已经遭到破坏，山体基岩裸露，植被稀少。开采坡面破碎，边坡高陡，高度10～15m，坡角75°～85°，形成大量的危岩体、废弃采坑、废石堆、不稳定边坡等地质灾害，导致矿区原生地形地貌破坏程度严重。

5.2 破坏和占用土地

由于群众私挖乱采造成小丁山建筑石料用砂岩矿区采坑高低不平，山崖陡立，采石坑南坡坡角80°左右，高差10～25m左右，沿坑底有运输道路，中间有断续残山。采坑东部地形高差3～15m不等，坑内有运输路和多个积水坑，严重影响当地地形地貌景观，影响嵖岈山风景区周边景观协调性和当地人民的经济利益。矿山经过多年的开采后，留下废弃采坑，采坑总面积约有32615m2，采坑平均深度约10m，破坏和占用土地面积约55600m2，破坏土地类型为林地。

5.3 废石渣堆

据现场勘查，采矿区进口场地矿石堆放散乱，尘埃较多，在运输卡车来回运输过程中，灰尘弥散在空中，造成该区生活环境极差。场地较杂乱，碎石岩性多为砂岩，磨圆度差、分选性差。周边植被破坏严重，有灌木、杂草毁坏严重，原地形地貌破坏程度较大。

治理区内人类露天采石活动形成大量的陡崖危岩及山体开裂，造成岩体破碎，在风化作用下崩解开裂，在震动和雨水的冲刷下发生崩塌，治理区内共发现崩塌点4处，均为岩质崩塌，后缘裂隙发育。矿业活动除形成崩塌（危岩体）地质灾害外，矿区及其周围岩石裸露、矿山剥离残渣、矿石露天堆放还造成地貌、景观严重破坏。治理区内共发现3 个矿渣堆，占地面积共3860m2，方量共为6207m3（图1）。

5.4 危岩体

由于无规划、无计划、无监督、无秩序的采矿活动，把原来的山体破坏的支离破碎，悬崖陡坎随处可见，残存的山体开裂变形，崩塌、滑动等地质灾害时有发生，治理区中部为偷采乱挖造成的采坑内高低不平，由于长年荒废，低洼处已变成了水塘，并且形成不规则陡坎、残山孤峰多处，其坡角普遍大于70°，在降水和风化作用下，极易垮塌，对周边牧畜和行人都有较大的威胁（图2）。

偷挖乱采土石破坏大量的植被，治理项目区地貌景观和生态环境遭受严重影响，弃土、废石凌乱，绿草树木无法成活，破坏土地原有生态环境，且又邻近遂平—嵖岈山公路，环境破坏和视觉污染严重，遇暴雨水土流失严重。矿山开采使得地表植被基本完全被破坏，山体坡度增大，在降水作用下，造成严重的水土流失。

总之，矿区经长期露天无序开采，已造成地形地貌破坏、占用和破坏土地等地质环境问题。

5.5 崩塌

矿山开采方式采用露天开挖，在开采过程中，由于开采深度大，开采场地狭窄，台阶阶梯边坡较陡，出现开采裂缝，裂缝宽3cm 左右，垂向不均匀分布，局部岩性较碎，产状较陡，存在脱落或发生掉块的可能，成为危岩，存在崩塌隐患，威胁山下设施及矿山人员安全。危岩多分布在阶梯边坡的顶部，岩石坚硬，大块约50cm，小块约10cm，局部成块出现不同程度松动和崩塌，规模较小，崩塌方量较少。崩塌现状如图3、图4所示。

6 矿山生态环境修复方案

6.1 规划设计原则

（1）以人为本、防灾减灾的原则。治理区矿产开采资源造成生态环境恶化等环境问题，直接或间接对矿区居民的生命财产安全构成威胁，因此本次矿山环境治理首先要保证矿区附近居民免遭地质灾害的危险，达到防灾减灾的目的。

（2）与当地嵖岈山旅游风景区规划相结合的原则。由于矿区紧邻遂平县城至嵖岈山旅游公路，西距嵖岈山风景区10km，是通往嵖岈山风景区的必经之地，因此修复设计应该与旅游风景区规划相结合。

（3）统一规划，统筹安排原则。在矿山地质环境治理工程设计和实施过程中，结合国家政策、河南省及驻马店市、遂平县等相关部门规划，统筹安排治理工程；

（4）工程措施与生物措施相结合的原则。由于工程措施投资较大，而生物措施投资较小，并具有能改善小气候的特点，使其广泛应用于矿山环境治理中。矿山环境治理只有将工程措施与生物措施紧密结合，才能达到矿山环境治理的最终目标。本次治理根据资金情况，拟采取场地平整、覆土等工程。

6.2 修复规划及工程部署

矿山地质环境的破坏是在矿山开采过程中逐渐造成的，是长期累积的结果。各个矿山由于矿石类型赋存条件、开采方式、地质环境容量的不同，对矿山地质环境的破坏程度不同，因而治理方法、治理措施、治理思路应结合矿山实际情况确定。根据治理区存在的地质环境问题、危害程度及调查结果，设计采用场地平整、覆土工程对矿山环境进行矿山生态恢复修复治理，使矿山部分地段的地质环境得到初步的恢复，达到改善矿区部分地段地质环境的目的，以带动整个矿区的矿山地质环境恢复治理工程的实施。

在全面收集矿区资料的基础上，踏勘、调查矿区地质环境状况，分析矿区边坡的稳定性，编制修复治理规划设计。

本项目设计技术路线为：本治理工程按照削高填低，对区内的残山采用爆破的方法进行开挖，利用开挖后的岩土体对治理区内的凹坑进行回填、整平，设计基底标高为+83m。治理后的矿区统一恢复为旱地。

6.3 治理工程设计

6.3.1 场地平整工程

对矿山范围内的表土进行剥离，可有效地保护表土资源不流失，减少复垦时额外的资金投入，剥离土方量计算如下：

式中：M——剥离土方量，m3；

D——表土剥离厚度，m；

S——表土剥离面积，m2。

治理区内可利用表层土面积为23058m2，表层废渣清运后，剥离土层厚度约30cm，方量约6918m3，供将来复垦使用。

剥离出的粘土可集中堆放在矿区周边平缓地带，堆放高度3m，占地面积3000m2，方量6918m3，堆土表面应进行覆盖及植草。

治理区内存在多处崩塌点，崩塌方量1200m3，存在危岩体斜坡4 处，表面风化破碎层体积共32000m3，存在较大安全隐患。因此，首先清除边坡表面风化、松动的岩石，采用人工撬移的清理方法进行清理，危岩体清理工程的工作量为33200m3。

危岩清理完成后对矿区范围内设计标高83.0m 以上的山体进行爆破开挖。首先清理掉矿区平台上的残留边坡，残留边坡高程为93.26～107.28m，再对下部山体采区爆破加机械的方式进行开挖，开挖碎石部分填至标高低于83.0m的采坑内，完成后保证基岩面平整，坡度小于5%。填方工作量为6555m3，挖方工作量为748705m3，场地平整完毕后剩余碎石775350m3.剩余碎石由政府规划进行综合利用，

6.3.2 覆土工程

场地平整完成后进行覆土工程，覆土面积为97831m2，覆土厚度为1.0m，根据“因地制宜”的原则，与周边环境相协调，全部改造为耕地（旱地），共需97831m3。已剥离表土为 6718m3，故还需 91113m3粘土，需外运，土源为遂平县107国道改扩建工程的开挖粘土。

根据《土地复垦质量控制标准》（TD/T 1036-2013），本次治理土地损毁类型为露天采场挖损土地，复垦类型区为黄淮海平原区，本次复垦耕地田面坡度为5°，有效土层厚度为1m，土壤容重1.30g/cm3，土壤质地为壤土，砾石含量控制在3%以内，pH 值为7.1，有机质含量3%。排水设施及田间路由覆土后当地乡政府统一规划。

6.3.3 标志碑工程

在治理区入口处设立标志碑1 个。标志碑由碑体与基座组成，碑体用加筋混凝土制作，碑体规格1.60m×0.3m×1.4m，基部采用二级M10浆砌石，台阶自上至下高0.6m、0.5m，宽0.25m，其中0.50m 埋入地下，上部0.6m 成杯形预留口与标志碑对接，标志碑内容包括矿山地质环境保护标志、工程名称、工程简介、项目实施单位、承担单位、建碑日期等。

7 结束语

通过工程措施的实施，对矿山生产遗留的地质环境问题进行综合治理，逐步改善矿山地质环境，使矿山生态环境得以恢复，并为治理工程施工与施工管理提供依据。在查明现状条件下的矿山地质环境问题的基础上，结合当地政府规划需求，对矿山地质环境治理工程进行矿山地质环境修复规划设计和工程预算，为治理工程实施提供技术依据。