青海茫崖狮子沟建筑用砂石矿山地质灾害治理与土地复垦分析

阿天林，张世珍，邢 佳

(1.青海大学基建处，青海 西宁 810016； 2.甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050； 3.青海大学地质工程系，青海 西宁 810016)

青海茫崖地处柴北缘新元古代—早古生代缝合带和柴达木新生代磨拉石前陆盆地接合部位[1]，南依柴达木盆地，北靠阿尔金山，构造变形明显。该区域资源丰富，是青海省重要的资源富集地，优势资源主要为油气和固体矿产，包括冷湖油矿、采石沟金矿、紫水沟铅矿、茫崖石棉矿等矿区[2-3]，狮子沟建筑用砂石矿山为近些年开发的新矿区。随着矿产资源的不断勘探、开采和开发，该区域的生态环境遭到破坏，地质环境问题随之显现[4]。同时，由于该区域构造位置特殊，植被类型单一，地势险峻，土地资源浪费和地质灾害频发等问题尤为突出[5]。矿山土地复垦与生态环境修复应以矿山开采进程中土地及生态环境的破坏程度、土地类型、矿山废弃地类型和矿山复垦方向为基础，开展矿山地质灾害评价及土地复垦方案分析和设计，并采取具有针对性的修复措施，如边坡治理、水资源修复、土壤改良、植被修复等。前人针对相关问题进行了研究。如张成毅等[6]通过统计1987—2010年狮子沟地区的沙尘状况，对当地的风沙灾害进行了研究；陈永顺等[7]对该地区的地震灾害进行了深入研究，并分析了矿区地震的相关特征。但有关该区域地质环境问题的研究较为欠缺，特别是土地复垦方面的诸多问题都有待解决。因此，本文以狮子沟建筑用砂石矿山为研究对象，通过分析矿床开采对该区域生态环境的影响，结合矿区实际情况提出了地质灾害防治措施与矿山土地复垦方法，为防治当地其他矿山的地质灾害、改善生态环境提供理论参考。

1 研究区背景

1.1 研究区概况

狮子沟建筑用砂石矿山位于柴达木盆地西北边缘、海西蒙古族藏族自治州茫崖市花土沟镇西北侧，南距花土沟镇约5 km，东南距青海省西宁市近1 000 km。G315位于矿区西南侧约6 km处，矿区周围有简易道路，交通较为便利(图1)。研究区的地貌形态为洪积阶地，坡度多为1～35°。地势北高南低，海拔较高，均超过2 900 m。研究区地处内陆干旱地区，属于大陆荒漠区气候。年平均气温约4 ℃，1月份气温最低，平均仅-12 ℃，极端情况下气温会低至-27 ℃；7月份气温最高，一般在15～20 ℃[8]。降水稀少，雨季集中于5—9月份，平均降水量40 mm左右，除雨季外其余月份降雨极少，蒸发量为降水量的几十倍。霜期较长，从10月份至翌年4月份均为有霜期。研究区内多风，以西北风为主，每年3—5月会出现8级以上大风。土壤类型以在干旱条件下形成的风积粉砂、黄土层为主。研究区无常年性地表流水，水资源紧缺，植被类型单一，植被覆盖率极低。

图1 研究区位置图Fig.1 Location of the study area

1.2 研究区地质条件

研究区位于柴达木盆地西部，西北部为阿尔金山，西南部为祁漫塔格山[9-10]，在构造位置上处于柴西隆起。该隆起的基底主要为古生代的浅变质岩系，该岩系具有相对柔性的特征。研究区有多条断裂发育，走向以NW向或近NW向为主，主要包括红柳泉断裂、阿拉尔断裂和昆北断裂(图2)。矿区内第四系地层发育广泛，洪积亚砂土、卵石、砂砾石层呈杂色分级堆积于研究区，其中以亚砂土和砂砾层为主。矿区内无断裂发育，也无规模性的背向斜构造，以沉积地貌为主，仅有少量岩浆岩出露于地表，无变质岩出露。砂石的原岩组分包括砂岩、粉砂岩、花岗岩、石英和硅质岩等，砂粒的主要成分为石英、长石及暗色砂屑。砂屑未胶结，呈松散状，磨圆度较好，为圆状或次圆状。该研究区地质条件简单。

图2 研究区构造位置图Fig.2 Structural location of the study area

2 矿山地质环境

2.1 不稳定采矿边坡

狮子沟建筑用砂石矿山的矿体出露于地表，宽度较大，向地下延伸的范围较小。采用露天式、自上而下的台阶式开采方法开采矿体。边坡的岩性组合主要为砂石，砂砾层较为松散，如遇强降雨，易受雨水冲刷，从而引发泥石流等自然灾害。露天的矿体形态和自上而下的开采顺序导致在开采过程中形成了两段不稳定采矿边坡，基本信息如表1所示。

表1 不稳定采矿边坡基本信息表Tab.1 Basic information of unstable mining slopes

S1不稳定采矿边坡位于采矿场北侧，由开采矿体而形成。坡体主要由建筑用砂石矿山组成，在不受外部因素的影响时较稳定，但如果其他工程在S1边坡附近施工，坡体砂石可能会形成次生裂隙，在外力振动下易发生崩塌、垮塌等地质灾害。另外，边坡上的堆积物和危岩体结构较松散，在该地区的雨季(5—9月)易发生泥石流。

S2不稳定采矿边坡在S1不稳定采矿边坡的东南侧，即采矿场地的东侧，也由于开采建筑用砂石矿而形成。该边坡规模小于S1边坡，坡体由建筑用砂石矿山组成。在外力影响下，S2边坡易发生崩塌、垮塌等地质灾害，特别是在雨季，S2边坡处的危岩体和堆积物受到雨水冲刷后易形成泥石流。由此可见，S2不稳定采矿边坡的坡度相对较大，发生崩塌、垮塌和泥石流等地质灾害的可能性较高(图3)。

图3 野外现场照片Fig.3 Field photos

2.2 土地资源破坏

矿山开采活动对地质环境的影响包括破坏原有的地形地貌和引发地质灾害等。挖损、压占土地不仅会改变地形地貌，降低植被覆盖率，而且会打破原有土地的固结度，提高发生水土流失、滑坡等地质灾害的可能性。采矿活动造成的土地资源破坏现象主要有3类：第1类为开采作业过程中对原有土地的挖损和压占，第2类为生活区对原有土地的压占，第3类为修筑矿山道路对原有土地的挖损。采场南北宽近300 m，东西长1 100 m左右，开采深度约40 m，挖损面积为28.47 hm2。工业加工场地占地面积较小，约0.30 hm2，位于采场南侧。生活区占地面积0.05 hm2左右，位于矿区最南侧。修筑矿山道路破坏了矿区原有的土地，并使地面硬化。同时，还要考虑采矿及运输过程中的噪声、粉尘、废水、废气、废渣和废油等土地资源环境污染因素。

3 矿山地质灾害治理

3.1 危岩清理

采矿活动会使坡面产生小范围的凸起区，该凸起区的岩体容易脱离原岩体，出现崩塌现象。同时，裂缝发育也会使部分岩体脱离原岩体从而发生崩塌现象，所以危岩清理工作以凸起岩体和裂缝发育区岩体为主。清理危岩体的原则为先防护后施工，先浮石、浮土后危岩石，边施工边监测，从上而下逐层清理[8,12]。在狮子沟矿区采用人机配合的方法清理危岩体，人工清理浮石和浮土，对于个别较大的孤石，可用风镐破碎后再清理。另外，可采用工程措施治理难清理的危岩体和裂缝发育区的危岩体，常见措施为采用挂网和锚杆喷护固定的方式将岩体加固处理[13-14]，从而降低岩体脱离原岩体的风险，减小发生地质灾害的概率。

3.2 削放坡

削放坡的对象为不稳定边坡。矿区内由开采建筑用砂石形成的S1和S2不稳定采矿边坡规模大、辐射范围广、可控性弱，发生地质灾害的可能性较大，因此，这两段不稳定采矿边坡是狮子沟矿区地质灾害的重点治理对象。S1和S2不稳定采矿边坡较陡，陡坡处的土(岩)体存在滑塌风险。部分坡面存在凸起区，受雨水冲刷后凸起区出现滑塌的可能性极大。削放坡工作可以清除可能存在滑塌风险的土(岩)体，增强坡体的稳定性，同时也可以改变坡面轮廓，使坡面平整，消除积水区，进而降低雨水对不稳定采矿边坡的影响。所清除的土(岩)体可堆置于坡脚，进一步放缓坡度，提高坡体的稳定性。削放坡示意图如图4所示。

图4 削放坡示意图Fig.4 Schematic diagram of slope cutting

3.3 清理平整

工区厂房和施工基坑等是采矿活动的残余物，它们可能会诱发水土污染及地形地貌破坏，因此需要对其进行清理和平整。常年闲置的工区厂房、生活用房等建筑物存在垮塌的风险，所以需要将其拆除。较深的施工基坑存在塌陷的风险，可利用拆除建筑物产生的废弃物和外运土进行回填；较浅的基坑可利用周围凸起处的土体回填。

3.4 修建截排水沟

狮子沟矿区的降水量整体较少，但每年6—8月易下暴雨，雨水流入矿区后冲刷不稳定采矿边坡，易降低边坡的稳定性，诱发滑塌等地质灾害，因此可以通过修建截排水沟拦截雨水，并及时疏排雨水，防止大量积水。采矿场地北侧较高，南侧较低，故在北侧修建截排水沟，减少或拦截雨水流入矿区，减少雨水对S1和S2不稳定采矿边坡的冲刷，降低发生地质灾害的风险。同时，也可在矿区内加工场地和工业场地外围修建截排水沟，减少流入作业区的雨水量，最大限度降低雨水对采矿活动的影响。

4 矿山土地复垦

4.1 复垦原则及方向

多年的采矿活动对狮子沟矿区的生态环境产生了一定的影响，因此，为减小矿山开采对地质环境的影响，应以恢复土地的利用价值为复垦原则。此外，复垦后的土地应满足安全与稳定的要求，确保矿区不会发生滑坡、崩塌、滑塌等地质灾害。确定复垦方向一般需要综合考虑多个因素。首先，需要考虑自然因素；其次，需要考虑周围环境和矿山开采前的土地类型；最后，需要考虑经济因素，即将实际所需、技术合理与经济可行性结合起来，努力做到综合效益最佳。由于狮子沟矿区周边地区原有土地为沙地和荒漠土地，复垦为原始地貌有利于恢复和保护当地的生态环境，实现经济效益最大化，因此，该矿区的土地复垦方向主要为沙地和裸地。

4.2 复垦工程

4.2.1 采矿场地 采矿场地包括底面、台阶面和坡面，总面积较大，是主要的复垦对象。采矿工作结束后，坡面存在一定的边坡危岩，需要将其清除以消除安全隐患。需要将底面和台阶面上的大量石块和废渣进行清理并运至指定地点填埋，避免二次破坏。清理工作完成后平整采矿场地，所用方法为削高补低，即将凸起处的土体搬运至低洼处。考虑到排水规律，平整场地时需将整个平面向一侧略倾斜，使雨水能自然流出。研究区的降雨量整体较小，除降雨外无其他长流水体，倾斜坡度为4°～10°即可。

4.2.2 生活工业加工区 生活工业加工区位于矿区南侧，分为生活区与工业加工场地，面积较小，复垦工作主要包括拆除与平整。工业加工区设施和生活区建筑物二次利用的价值及可能性极低，拆除即可。拆除过程中产生的大部分废石土和废弃物可用于回填深坑及低洼处，部分无法用于回填的废弃物可运至指定位置堆填。拆除建筑物后需要平整场地，以达到复垦要求。同时需要考虑排水规律，将整个场地向某一侧略倾斜，有利于自然排水。

4.2.3 矿山道路 开采狮子沟建筑用砂石矿山专用的矿山道路不长，所占面积较小，整体复垦强度不大。矿区所在地人口数量少，车辆稀少，矿山闭坑后矿山道路无使用价值，因而需要将其恢复为原土地类型，即复垦为沙地或裸地。由于道路崎岖，车辆在矿山开采和运输过程中会掉落石块、废渣等废残物，所以首先需要对它们进行清理，降低对土地利用和复垦的影响，然后填平低洼处、平整土地，使矿山道路达到复垦要求。

5 讨论与结论

狮子沟建筑用砂石矿山是青海茫崖地区近几年开发的新矿区，该矿区构造位置特殊、资源丰富。在矿产资源开采和开发过程中，该矿区的生态环境遭到破坏，产生了各类地质环境问题，水土流失和地质灾害问题也较为突出[5]。虽然前人针对该地区的风沙灾害和矿区地震灾害等问题开展了诸多研究工作[6-7]，但是针对该矿区地质环境问题的相关分析较少。本文以狮子沟建筑用砂石矿山为研究对象，通过分析矿床开采对该矿区生态环境产生的影响，结合矿区实际情况提出了地质灾害防治措施与矿山土地复垦方法，并得到如下结论：

(1)狮子沟建筑用砂石矿山采矿场有S1和S2两段不稳定采矿边坡，受暴雨、周围震动等外部因素影响，易引发地质灾害。土地资源破坏现象主要为采矿作业区、生活区、矿山道路对土地的挖损和压占。

(2)可通过挂网和锚杆喷护固定等方式清除危岩体，降低危岩体脱离原岩体的风险。削放坡工作能提高S1和S2两段不稳定采矿边坡的稳定性。清理平整建筑物和场地可降低潜在风险。修建截排水沟可有效减少雨水对不稳定采矿边坡的冲刷，降低发生泥石流、滑塌等地质灾害的风险。

(3)矿山土地复垦的方向为恢复原土地类型，即沙地和裸地。复垦工程包括清理、拆除和平整工程。