河北省士元水泥灰岩矿矿山地质环境恢复治理研究

刘 强，郝文辉，郭 巨，张 恒

(河北省地矿局 第八地质大队，河北 秦皇岛 066000)

士元水泥灰岩矿位于河北省抚宁县，该矿区产出大量的水泥灰岩矿，后期因为开采难度增大和矿石资源量的减少，矿区停止开采。类似国内许多矿山[1]，长时间开采矿石，造成了地貌和生态环境的极大破坏，矿区内存在危岩、落石等地质灾害[2]，且矿区植被遭到严重破坏，存在扬尘污染空气等隐患。为切实落实河北省大气污染防治行动计划，改善环境空气质量和矿山生态环境，2018年，河北省秦皇岛市将该责任主体灭失矿山列为修复绿化矿山，通过对该矿山4个采坑及2个工业场地进行勘查，并选用适合的生态环境修复模式[3-8]，达到消除地质灾害、修复绿化矿山环境的目的。

1 地质环境背景

1.1 地层

图1 研究区附近地质Fig.1 Geology near the study area

1.2 构造

勘查区位于燕山山脉东段南缘，构造单元属中朝准地台(Ⅰ)燕山台褶带(Ⅱ)山海关台拱(Ⅲ)。矿区所在区域处于华北地台燕山台褶皱带山海关台拱的柳江盆地周边。受地壳运动和地质构造的共同作用，该区形成了近南北向为主的山脉河谷。区内以浅切割丘陵为主，地势北高南低、西高东低，构造地貌及流水地貌发育，总体表现为：沟谷纵横、山脊重叠，谷脊走向为南北向，波状起伏。

1.3 水文地质条件

勘查区所在区域内主要含水层为第四系松散岩类孔隙水含水层及奥陶系、寒武系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层。

(1)松散岩类孔隙水。分布在河谷及两侧，含水层主要为第四系全新统砂卵石层，松散，孔隙率19.24%，单孔单位涌水量1～60 m3/h，丰水期含水层厚度5～15 m，水位埋深3～7 m。水质为重碳酸盐钙型水和重碳酸硫酸盐钙型水，矿化度为0.18～0.32 g/L。

(2)碳酸盐岩溶裂隙水。①裸露型。分布在石门寨周围残丘地带。含水层由奥陶系和寒武系灰岩组成，水位埋深10～30 m，单孔单位涌水量0.02～30.00 m3/h，水质为硫酸重碳酸盐钙镁型水。②混合型。分布在石河河谷地带，由松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水组成，二者水力联系密切，是主要富水地带。本区岩溶充填率11.36%，含水层厚度为33～135 m，单孔单位涌水量1～60 m3/h，水质为重碳酸硫酸盐钙型、硫酸重碳酸硫酸盐钙型水，矿化度0.13～0.50 g/L。

1.4 工程地质条件

研究区岩土体以其物理力学性质，划分为坚硬岩类、松散岩类2个工程地质岩类。

(1)中厚层细裂状岩溶化灰岩岩组。工作区内主要为奥陶系下统马家沟组灰岩及亮甲山组灰岩，岩层呈致密块状构造，为致密较坚硬岩石，岩石强度较高，抗风化，本岩组的抗剪强度大，力学强度高，岩石承载力较高，工程地质条件较好。根据地区经验取值，岩石抗压强度为60～100 MPa，抗剪强度7.4 MPa，抗拉强度2.9 MPa。

习主席提出，要探索建立军队权力清单制度。贯彻落实习主席重要指示，全军各级正在加紧构建权力清单制度。军队权力包括作战指挥权力和军队行政权力，构建军队行政权力清单制度，不是简单地对各级的行政权力进行集合汇总，而是一场对权力的结构化、法治化的根本性变革，是全面从严治军、转变治军方式的重要内容，是加快法治军队建设的重要举措。

2 地质环境现状调查

根据现场勘查，区内现状条件下有4个采坑及2个工业场地(图2)。该矿区为多年开采的石灰岩矿矿山，开采方式为露天开采[9-11]。

图2 矿区全景卫片Fig.2 Panoramic satellite image of mining area

2.1 1号采坑

1号采坑位于矿区东南侧，其北侧及西侧有2个平台(1、2号平台)。1号采坑(含2处平台)南北最长处约205m，东西最宽处约125m，占地面积为20 425 m2，坑底积水最深达到10 m，水面高程为+98.60 m，水面面积6 150 m2。水面以上边坡最高约10 m，采坑坡面倾角50°～80°，2处平台占地共计5 500 m2，地表堆放大量建筑垃圾及废石碴。

1号采坑东、南、西侧留有采面，基岩岩性以奥陶系马家沟组灰岩为主，灰色、灰黄色含灰泥质白云岩、白云质灰岩，产状160°∠23°，采面裂隙发育。东西两侧采面高度3～10 m，坡度为50°～80°，因弃采时间较长，部分采面植被生长较好，西侧采面上方为2号平台；南侧采面因近期修路，基岩较新鲜，无植被覆盖，坡度60°～80°，高度10～18 m。

2.2 2号采坑

2号采坑位于矿区西南侧，东侧为2号平台。2号采坑南北最长处约260 m，东西最宽处约145 m，占地面积32 020 m2，坑底积水最深达10 m，水面高程为+98.60 m，水面面积16 750 m2(冬季)，水面以上边坡最高约19 m，采坑坡面倾角50°～80°。

2号采坑四面均留有采面，基岩岩性以奥陶系马家沟组灰岩为主，灰色、灰黄色含灰泥质白云岩、白云质灰岩，产状160°∠23°，采面裂隙发育。东侧边坡高度3～8 m，坡度40°～70°，边坡有少量碎石土覆盖，尤其东侧边坡北部为原始地形，植被生长较好；南侧采面因近期修路，靠近1号采坑地段基岩较新鲜，无植被覆盖，坡度60°～80°，高度8～16 m；西侧及北侧边坡因弃采时间较长，裂隙有少量杂草生长，边坡近直立，坡度70°～85°，坡顶0.5～1.0 m为第四系覆盖层，植被较好。

2.3 3号采坑

3号采坑位于矿区中部，采坑东西最长处约195 m，南北最宽处约100 m，占地面积15 780 m2，3号采坑东侧有一狭窄入口进入采坑底部，入口处最窄约3.5 m。入口处高程约+113.8 m，坑底最低处位于采坑西南侧，存有积水，水面高程+99.8 m，水面面积约1 950 m2，坑底积水最深约2.0 m。水面以上边坡最高约31.5 m(西侧边坡)，采坑坡面倾角60°～80°。采坑内堆有大量的弃渣及煤矸石。

3号采坑四面均留有采面，基岩岩性以奥陶系马家沟组灰岩为主，灰色、灰黄色含灰泥质白云岩、白云质灰岩，产状160°∠23°，采面裂隙发育。

2.4 4号采坑

4号采坑位于矿区最北侧，采坑南北最长处约165 m，东西最宽处约105 m，占地面积12 295 m2，坑底积水最深约3.0 m，水面面积1 850 m2(冬季)，水面以上边坡最高约27 m(西南侧)，采坑坡面倾角50°～80°。

4号采坑南、西、北侧均留有采面，基岩岩性以奥陶系马家沟组灰岩为主，灰色、灰黄色含灰泥质白云岩、白云质灰岩，产状160°∠23°，采面裂隙发育。南侧边坡高度15～27 m，坡度70°～80°，边坡底部有少量崩落碎石土，少量植被覆盖；西侧及北侧边坡因弃采时间较长，裂隙有少量杂草生长，边坡近直立，坡度70°～85°；东侧为弃渣及建筑垃圾堆积成边坡，渣堆顶部较平，顶部面积约1 530 m2，底部面积约2 760 m2，渣堆高约11.5 m，体积约16 445 m3，顶部及坡面少量杂草生长。

3 采面、渣堆稳定性评价

3.1 采面稳定性评价

采面由均质混合岩组成，掘进面表层为新鲜基岩面，中等风化—微风化。根据斜坡工程稳定性分析——自然斜坡类比法的规定(表1)进行了分析，同时根据采面现状做了赤平投影，经过分析，掘进面均处于欠稳定状态(图3)。

表1 岩质斜坡坡度允许值Tab.1 Allowable value of rock slope gradient

图3 采坑采面赤平投影Fig.3 Stereographic projection of pit face

在勘查区内渣坡及渣堆由碎石土组成，渣堆最大高度为5.4 m，坡度40°；渣坡最大高度15.5 m，大部分在10 m以下，最大坡度为45°，其堆积基本遵循高差大坡度小、高差小坡度大的原则。根据斜坡工程稳定性分析——自然斜坡类比法[7]的规定(表2)，碎石渣堆和渣坡均存在安全隐患。

表2 砂砾石斜坡参考数值Tab.2 Reference value of sand gravel slope

4 矿山环境恢复治理

4.1 1、2号采坑

1、2号坑及平台治理模式相同，由于这2个治理区位于柳江国家地质公园自然保护区范围内，建筑垃圾需进行清除，平台建筑垃圾外运，对原场地进行平整。沿场地边沿修砌挡土墙，防水土流失，砌墙146.06 m3，挡土墙基础0.5 m，地面以上0.7 m，墙宽0.5 m，采用浆砌毛石结构，墙顶抹面，墙体外露部分砂浆勾缝，墙体间隔20 m设置伸缩缝，采用厚20 mm的沥青木板。场地覆厚0.5 m的耕植土，为改善土壤性质，使其更适宜植物生长，按照2.5t/亩，增施有机肥，并旋耕深25 cm，疏松土壤。覆土后进行散播绿化，绿化方法采用灌、草混播法，选用紫穗槐籽的灌木籽，草籽选用选择狗尾草、苜蓿，当地野生生长较好的品种。灌、草混播比例为1∶1，撒播草籽，应均匀撒播种子，撒播密度为35 g/m2，撒播后覆土1.0～1.5 cm，加盖防晒网，选用8针以上防晒网。播种完成后即进入养护期，绿化需成活期养护24个月。平台留置养护时所需道路，道路距最远养护范围10～15 m。

1号坑南侧平台及采坑沿场地南侧边沿无挡墙地段修砌挡土墙防水土流失，挡土墙基础0.5 m，地面以上0.7 m，墙宽0.5 m，采用浆砌毛石结构，墙顶抹面，墙体外露部分砂浆勾缝，墙体间隔20 m设置伸缩缝，采用厚20 mm的沥青木板。治理区位于柳江国家地质公园自然保护区范围内，建筑垃圾需进行清除，南侧采坑建筑垃圾清除外运，清除方量约为3 890.83 m3，场地覆厚0.5 m的耕植土，然后采撒播方式种植灌、草籽，规格参数与1、2号平台一致。

4.2 3号采坑

(1)边坡浮石清理。为了防止施工过程中采坑边坡浮石坠落引起人员伤亡，将采坑边坡浮石进行人工清理，尤其是采坑同西侧及南侧边坡。清理的浮石直接回填采坑底部。

(2)边坡绿化。3号采坑周围边坡因岩石裸露，植被覆盖较少，沿坡底(含3号平台上部坡面)种植1圈爬山虎进行边坡绿化。沿坡脚修砌挡土墙，防水土流失。墙与坡脚之间距离0.5 m，覆厚0.5 m的耕植土，种植爬山虎，间距0.25 m，爬山虎选用1年以上健壮植株，地径0.5～0.8 cm，枝条长度50 cm。绿化需成活期养护24个月。

(3)采坑底平整。采坑底部现有水塘保持不变，用以蓄存雨季降水。渣堆平整，粒径较大的块石等回填在采坑底层，然后将1号、3号渣堆块径较小的废渣平整到表面压实。回填平整采坑底部整体坡度控制在20°以内。

回填压实后坑底覆厚0.5 m的耕植土，覆土体积2 592.58 m3。采撒播方式种植灌、草籽，加盖防晒网，选用8针以上防晒网。规格参数与1号平台一致。绿化需成活期养护24个月。

4.3 4号采坑

(1)边坡浮石清理。为了防止施工过程中采坑边坡浮石坠落引起人员伤亡，将采坑边坡浮石进行人工清理，主要是采坑东、北、西侧坑底施工地段边坡，共计清理浮石量为200 m3。清理的浮石直接回填采坑底部。

(2)采坑底平整绿化。将4号渣堆平整，现有渣堆位置到采坑西北侧边坡底部进行平整，平整坡度东南到西北方向不大于15°，废渣平整后压实。回填平整采坑底部整体坡度控制在20°以内。回填压实后沿平整区域修砌挡土墙，防水土流失。平整区域覆厚0.5 m的耕植土，采撒播方式种植灌、草籽，加盖8针以上防晒网。规格参数与1号平台一致。平台留置养护时所需道路，道路距最远养护范围10～15 m。绿化需成活期养护24个月。

5 结论

(1)通过对士元水泥灰岩矿矿山地质环境的恢复治理，使矿山环境与周围环境相协调，通过栽植乔、灌、草等植被可涵养水分，减少扬尘天气，改善当地自然环境，同时为当地生态环境增添绿色屏障，使当地的富氧值增高，提高了人们的生活质量。

(2)清除边坡浮石、修建挡土墙等措施，消除了地灾隐患、防止了水土流失，同时也避免了次生灾害的发生，保护水土资源的同时，也保障了人民生命财产的安全。

(3)覆土绿化使乱石堆砌的场面得到了改观，土地的利用价值得到了提高，环境财富得到了增值，同时消除了视觉污染源，改善矿区环境，大大提升了当地政府的对外形象。