宿州市某废弃石料厂地质灾害治理及山体复绿方案设计

张 伟 高 山

（安徽省煤田地质局水文勘探队）

宿州市某废弃石料厂（大沟西村西850 m）位于宿州市埇桥区曹村镇西南约5.5 km处，为露天开采矿山，开采矿种为泥质白云岩，2004 年12 月建矿，于2007 年12 月关闭。根据现场调查，治理区因开采形成2个宕口，挖损区面积约为0.48 hm2，最大边坡高度约为19 m，最大坡度约80°。治理区存在崩塌地质灾害隐患，且对地形地貌景观、土地资源影响严重。因此，有必要对该废弃石料厂的地质灾害治理措施进行研究。

1 地质环境背景条件

1.1 地形地貌条件

治理区位于皖北低山丘陵区，区内地势起伏较大，海拔为66.0～139.0 m，整体呈西北高东南低。山体自然坡度为15°～25°。微地貌类型为溶蚀、剥蚀低丘，标高为66.50～106.20 m［1］。山丘长期受剥蚀作用，植被稀疏，局部为光山秃丘。受人工露天开采影响，治理区现已形成2 个长条形采矿宕口，南北长约为240 m，宽为5～55 m，面积约0.48 hm2，采场边坡高度为2～19 m，局部边坡近乎直立。

1.2 地层及构造条件

治理区地层属华北地层大区、晋冀鲁豫地层区、徐淮地层分区、淮北地层小区，区内出露地层主要为青白口系倪园组（Qnn），主要岩性为泥质白云岩、含燧石结核白云质灰岩、灰质白云岩，厚288.18～576.57 m［2］。区内岩浆岩主要为闪长玢岩脉。

治理区位于秦岭构造带东延北分支部分，鲁南隆起南缘，处在徐宿弧形构造带中。区内褶皱较发育，多为NNE 向，规模均较大，多与徐宿弧形构造的分布保持一致。治理区内无断裂分布，只在治理区西侧约400 m 处有1 处NNE 向正断层，倾向E，倾角40°，对治理区影响小，地质构造简单。

1.3 水文地质及工程地质条件

治理区及周边地表水系不发育，在治理区南侧约20 m 外有一断头小水沟，宽为1～2 m，深约0.5 m，调查时水沟干枯。地下水含水层可划分为碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组和岩浆岩类裂隙含水岩组两种类型，主要接收大气降水补给，蒸发、侧向径流是其主要排泄途径，径流方向主要为西北向东南［3］。

根据岩（矿）石成因、岩性、岩石组合，物理力学性质，治理区工程地质岩组划分如下：

（1）较软—较坚硬薄层状碳酸盐岩岩组主要分布于治理区西、北部，岩性主要为青白口系倪园组（Qnn）的泥质白云岩，岩溶较不发育。据本次岩样测试结果：天然密度为2.57～2.60 g/cm3，饱和抗压强度为15.8～24.4 MPa，属较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

（2）较坚硬块状花岗岩岩组主要分布于治理区东部，岩性为闪长玢岩，为燕山期侵入岩，岩石单轴抗压强度一般大于50 MPa。治理区内闪长玢岩均已风化为砂土状，厚度大于5.0 m。

2 废弃矿山地质环境问题

治理区采矿活动现已停止，由于采矿企业没有按照相关规范进行科学开采，大部分开采宕口边坡坡度在40°～85°，局部近乎直立，且岩体破碎，存在边坡岩体失稳现象。矿山开采底盘面坑坑洼洼，高低不平。根据调查，治理区内矿山地质环境问题集中体现在矿山地质灾害、地貌景观破坏以及土地资源损毁3个方面。

2.1 矿山地质灾害

2.1.1 边坡稳定性分析

治理区内边坡主要分为4 段：BP1、BP2 岩性为泥质白云岩，其中BP1 为顺向坡，BP2 为斜交坡，层面产状90°∠44°，最大坡高为19 m，边坡岩性软弱，风化强烈，结构面发育，工程地质条件较差；边坡BP3岩性为闪长玢岩，最大坡高为14 m，岩体为全强风化，呈砂土状，现状边坡较稳定；边坡BP4岩性为泥质白云岩，层面产状90°∠27°，最大坡高为5 m，边坡岩性软弱，风化强烈，结构面发育，为顺向坡，但坡度较缓。治理区边坡稳定性评价结果见表1。

2.1.2 现状地质灾害

根据现场调查治理区内2 处地质灾害（BT1 及BT2）均为泥质白云岩边坡顶部危岩体引发的崩塌地质灾害（表2）。坡顶危岩体在降水及自重影响下沿结构面发生滑移式崩塌，崩塌危岩体沿坡面滚动堆积于坡脚。方量均小于5 m3，未造成直接经济损失。

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2.2 地貌景观破坏

矿区范围内植被以乔木、灌木为主，间有草本植物，生态系统较简单。矿山露天采场破坏该区原有植被，植被的破坏使得部分区域变为裸露状态，植被破坏严重，治理区现状地形地貌景观破坏严重。

2.3 土地资源损毁

治理区内宕口底盘较平整，南部宕口堆渣（DZ1）面积约988 m2，大部分区域厚度小于0.5 m，局部厚度约为1.0 m；北部宕口堆渣（DZ2）面积约为664 m2，厚度为0.5～1.0 m。另坡脚处有局部堆填堆渣，厚度为0.5～1.0 m。现状治理区内土地压占损毁较轻。

治理区土地资源遭受采矿活动影响，原有表土资源流失，形成裸露岩质地面，植被生长环境趋向恶劣，水土流失加剧，土地资源遭受严重破坏。

3 地质灾害治理及复绿工程方案设计

根据治理区的地质特征、开采状况及地质环境影评估结果，确定地质环境保护与综合治理基本思路为消除灾害、恢复林地、生态复绿。通过危岩清理、覆土整平、植树复绿等工程手段（图1），消除矿山地质灾害隐患，恢复、改造矿山生态环境，达到土地综合利用的目的［4-6］。

3.1 边坡治理工程

治理区现状边坡坡顶线凹凸不平，多呈折线状，坡体节理发育，岩体被切割呈块度大小不等（1.0～5.5 m）的块状。边坡坡体陡峭，局部近直立。在边坡整体稳定性较好的前提下，危岩清理能较好地解决坡面的危石、危岩和松动层等危险因素，且不新增破坏面积，符合设计要求。设计对采坑边坡进行系统的危岩清理，BP1、BP2、BP4 边坡将中上部的危岩体进行清理；BP3 现状边坡较稳定，该边坡维持现状。以消除地质灾害隐患，为后期景观设计提供场地条件。危岩清理自上而下进行，设计边坡BP1、BP2 采用机械清理和人工清理相结合的方式，危岩清理产生的土石方用于回填宕口DP1；设计边坡BP4采用人工清理方式，危岩清理产生的土石方用于回填宕口DP1。

3.2 回填覆土工程

治理区宕口底盘为堆渣压占，高低不平，设计通过回填、覆土、整平将宕口底盘治理复垦为有林地。DP1：东北大部分区域回填整平标高为72.0 m，西南角回填整平标高为72.0～74.0 m，并于周边地形自然衔接，地面整体坡度不得大于15°。DP2：维持现状。

3.3 截、排水工程

为防止降水冲刷坡面，降低边坡稳定性，影响坡率复绿效果，设计于BP1、BP2 及BP4 坡顶设截水沟，截水沟通过急流槽接入消能池，宕口底盘设排水沟，排水沟接入沉淀池后，通过涵管排入现有水沟中。

截、排水沟采用C20 预制混凝土明沟形式，壁厚为12 cm，截水沟沟底铺设1.00 m 宽，0.2 m 厚的C15素混凝土垫层。水沟粗糙率n为0.020。

急流槽采用M7.5 浆砌片石砌筑，口宽0.4 m、底宽0.4 m、深0.4 m、壁厚0.3 m。槽底每隔1.5 m 设长1.0 m、宽0.5 m、高0.5 m 凸隼。沟内每隔0.5 m 设长0.4 m、宽0.15 m、高0.15 m 消能坎。凸隼及消能坎均用M7.5 浆砌片石砌筑。槽顶用M10 水泥砂浆抹平，抹平厚度2 cm。

为衔接治理区内水系与周边水系的关系，设计于治理区东南角接入外部水系前设置沉淀池，沉淀池尺寸为2.0 m×2.0 m×2.0 m（长×宽×深），在底高0.5 m 处设置宽50 cm 的平台，采用M10 浆砌片石砌筑，砌筑厚度为0.3 m。顶部采用M10 砂浆抹平。沉淀池出口处设置铁丝网。

3.4 复绿工程

根据《土地复垦质量控制标准》（TD/T 1036—2013）可知，治理区属于黄淮海平原区，有效土层厚度≥30 cm，设计复垦土层厚度不小于0.8 m，其中表土为外购耕植土厚度为0.3 m，底土厚度为0.5 m 可采用外购黏性土回填。底土下可回填边砂岩含水层。

（2）根据太原组L4 灰含水层、7#煤层顶板砂岩含水层和下石盒子组底界砂岩含水层离子浓度范围，绘制了基于Piper图的离子库分区图。

（3）对比分析了徐庄矿7331 工作面突水过程离子在离子库分区中的位置变化，认为其突水过程存在水源的动态转化，利用离子守恒原理对转化中的混合水源进行了定量计算，其中7#煤层顶板砂岩水占比达26.96%，上石盒子砂岩水占比为73.04%。

（4）结合突水过程与回采过程对突水水源的判别结果进行了检验。认为工作面推进至480 m 时，突水量减小并稳定在40 m3/h，此时突水水源中7#煤层顶板砂岩水量为8～10 m3/h，占比为20%～25%，上石盒子砂岩水量为30～35 m3/h，占比为75%～80%，实际检验结果与离子守恒判别结果基本一致。