鄭-少-洛高速公路沿線礦山地質環境現狀與治理對策探討

呂志濤,聶昊天,吳建軍

(1.河南省地質調查院,河南 鄭州 450000;2.河南省地礦局第一地質工程院,河南駐馬店 463000;3.河南省有色地質三隊,河南 洛陽 471000)

1 自然地理概況

1.1 鄭 -少 -洛高速公路概況

鄭州 -少林寺 -洛陽高速公路(以下簡稱鄭 -少 -洛高速)是經國務院批準的國家 “九五”重點交通基礎設施建設項目。鄭-少-洛高速將開封、登封、洛陽三大名勝景區連接起來,是構成河南省黃金旅游高速通道,也是煤炭、建材等大量物資外運的交通要道,為洛陽、鄭州的旅游業和經濟發展起著重要的作用,被譽為洛陽和鄭州旅游業和經濟發展的重要交通樞紐。

1.2 鄭 -少 -洛高速公路沿線礦山概況

鄭 -少 -洛高速公路途經新密市、登封市及伊川縣,沿線礦產以沉積礦產為主,內生金屬礦產很少,且多為礦點、礦化點。沉積礦產中以煤、鋁土礦為主,另外有耐火粘土礦、石灰巖礦、硅石、油(玉)石等。上述礦產主要集中在新密市境內,其中煤、鋁土礦、水泥灰巖、硅石、硫鐵礦 5種礦產為新密市的優勢礦產。現已開發的礦產有 12種,開發較為普遍的礦產有煤、鋁土礦、建筑材料(石灰巖)礦產,已成為區內經濟發展的支柱產業。

高速公路跨越或與線路鄰近(1 500m內)的礦產地主要有鄭州市二七區劉胡垌鄉水磨村煤礦、新密市高廟煤礦、新密市牛馬坑鋁土礦、新密市姜溝鋁土礦、米村 -牛店煤礦、新密市寨脖 -登封市玉臺煤礦。礦山以石灰巖、建筑用砂、石英砂礦、鋁土礦開采為主,規模以小型為主,均為露天開采,90%以上礦山已關閉。

1.3 氣象、水文

工作區地處暖溫帶大陸性季風氣候區,冷暖氣團頻繁交替,冬春干燥,夏秋多雨是其主要特征。該區年平均氣溫在14.2℃ ～15.3℃之間;多年平均降雨量在 599.5～707.0mm。

工作區以登封市君召鄉呂崗村為界,以東屬淮河流域穎河水系。其中穎河、石淙河、雙洎河和賈魯河流域河流年徑流量為 5.78億 m3。石淙河是穎河上游的干流之一,全長37.7 km,為季節性河流,校核洪水頻率為 1/500,最大洪峰流量為 260m3/s。

1.4 地形地貌

治理區位于河南省中部嵩箕山地與黃淮海平原的過渡地帶,道路跨越中低山、低山丘陵、構造盆地、黃土臺塬等地貌單元,地勢起伏大,丘壑交錯。

1.5 地層

工作區屬華北地層區。地層出露較全,分別為太古界、下元古界嵩山群五指嶺組、中元古界五佛山群馬鞍山組、古生界寒武系、奧陶系馬家溝組、石炭系、二疊系、三疊系、新近系上統洛陽組及第四系。

1.6 構造

工作區位于嵩箕臺隆東部,構造格架以發育軸向呈近東西向相間分布的背斜、向斜及走向近東西的斷裂構造為特征。燕山期構造運動以南北向水平擠壓運動為主,喜山期以垂直升降運動為主,褶皺構造為近東西向的開闊、平緩的背向斜,斷裂多發生在褶皺的核部、兩翼及相鄰褶皺的銜接部位,造成構造的多變復雜形態。

1.7 水文地質條件

工作區地下水類型分為松散巖類孔隙含水、碎屑巖類孔隙裂隙含水、碳酸鹽巖裂隙巖溶含水及基巖裂隙水含水四種類型。富水性差異較大,松散層為貧水區;碎屑巖類孔隙裂隙含水、碳酸鹽巖裂隙巖溶含水和基巖裂隙水泉流量小于0.1 L/s;碳酸鹽巖裂隙巖溶含水泉流量為 1.39～12.83 L/s。地下水化學類型主要為 HCO3-Ca型水。地下水由大氣降水及河水補給,水位受季節影響變化幅度較大。

2 礦山地質環境

2.1 礦山地質環境現狀

鄭 -少 -洛高速公路途經新密市、登封市及伊川縣,沿線礦山以石灰巖、建筑用砂、石英砂開采為主。沿線的小礦山的開采是以破壞地質環境為代價的。采石、采砂造成沿線的地質景觀嚴重破壞,使原本視覺上較為協調的地質景觀、秀美山川遭到了嚴重的破壞,這不僅與整潔的高速公路構成了強烈的對比反差,而且威脅著高速公路的安全通行;采石、采砂多為露天開采,在生產過程中缺乏科學規劃,廢渣亂放,濫采亂挖,造成水土流失加劇,生態環境日益惡化。以下對沿途縣市分三段進行礦山地質環境現狀敘述：

2.1.1 新密段石灰巖礦山現狀

高速公路沿線新密段分布礦山以石灰巖礦為主。礦山企業分布較為分散,點多面廣,規模以小型居多。采礦倚坡開挖,剝采比不按露天開采設計的臺階式開采要求,造成山體基巖裸露,植被稀少。開采坡面破碎,邊坡高陡,高度10～35m,坡角 70°～85°。 剝離的土石、礦渣順坡堆積,部分堆積高度在 20m以上,坡角大于 30°,強降雨條件下易引發崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。

2.1.2 登封段建筑用砂、石英砂礦山現狀

高速公路沿線登封段分布礦山以建筑用砂、石英砂礦為主。采砂場占地面積 0.01～0.40 km2不等,年開采量 2～5萬 m3,沿高速公路兩側分布約 15處。礦山多倚坡開挖,坡面破壞嚴重,基巖裸露,植被稀少,不穩定邊坡坡體高度8～35 m,崩積物堆積于坡腳;礦渣無序堆放,原始地貌被人為改造得支離破碎,凸凹不平;采礦形成多個廢棄采坑分布于礦區,深度 3～50m,坡角 30°～60°,采坑面積一般 80m×200m,最大的采石坑面積約為 100 m×500 m,坑內積水,邊坡坡體松散,存在較大不安全隱患。

2.1.3 伊川段石灰巖、石英砂礦山現狀

鄭 -少 -洛高速公路沿線伊川段分布礦山以石灰巖、石英砂礦為主,分布礦山 2座,礦山規模為小型。石灰巖礦開采沿山脊進行,開采坡面近于直立,高度 10～35 m,存在崩塌隱患,植被破壞嚴重,基巖裸露,生態環境破壞較為嚴重,遠觀呈犬牙狀展布;石英砂礦山開采沿山腳向山體推進,呈環形展布,單個山體被挖掘近半,坡體陡直,開采高度15～100m,邊坡坡度 60°～80°,存在較大崩塌、滑坡隱患。礦區植被破壞殆盡,山體光禿,生態環境破壞令人觸目驚心。

2.2 礦山主要地質環境問題

由于鄭 -少-洛高速公路沿線礦山多以露天開采為主,礦區開采對周圍引發一系列地質環境問題。較為突出的有易引發地質災害和地形地貌景觀破壞。

2.2.1 引發地質災害

(1)采礦邊坡高陡,棄渣無序堆放,易引發地質災害

鄭 -少 -洛高速公路沿線露天礦山多倚坡開挖,露天作業,采礦所留下的邊坡高度大,坡腳陡,后緣產生卸荷張裂縫,在爆破和車輛的震動下易引發山體崩塌。尤其是開采花崗巖風化砂采場,巖體結構較松散,開采高度大,存在嚴重崩塌隱患。礦山開采多依坡順勢開挖,部分礦山剝采比未按露天開采設計的臺階式開采要求,造成山體危巖聳立,臨空面一般 8～50m,最高可達 100 m。坡面基巖裸露,植被稀少,存在崩塌、滑坡隱患。排渣場礦渣無序堆放,高度 10～35 m,坡角 40°～85°,強降雨條件下易引發崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。采礦開挖廢棄采坑在礦區星羅棋布,面積一般 80 m×200 m,深度 3～50 m,坡角 30°～ 60°,坑內積水,邊坡坡體松散,存在較大不安全隱患。有些位于下部層位的礦體還存在掏采現象,上部巖體下滑,崩塌較為嚴重。部分礦山開挖山腳,揭露坡體軟弱層面,使前緣臨空,導致斜坡失穩,易引發滑坡災害。礦山棄渣無序堆放,部分堆積于溝口及邊坡上的廢石礦渣數量較多,加之歷史積留的松散物質,在暴雨條件下,極易形成泥石流,威脅下游群眾及交通設施安全。

(2)棄坑坡體失穩,易引發崩塌、滑坡等地質災害

礦區內分布多個廢棄采坑,占地面積 800～16 000 m2不等,深度 3～20m,最高超過 50m,邊坡 30°～60°。坡體邊坡破碎,裂隙發育,存在崩塌隱患。部分邊坡堆積大量松散堆積物,坑底積水深度 2～4m,易引發滑坡等災害,嚴重威脅下游居民生命財產安全。

2.2.2 引發地形地貌景觀破壞

(1)破壞沿線景觀

露天采礦對自然地貌景觀破壞更為嚴重,礦山開發對地貌景觀破壞性影響十分突出,由于部分礦山開采不規范,技術落后,對山體的自然景觀破壞嚴重,造成在交通沿線、城區、旅游觀光線路兩側,森林植被破壞,基巖裸露,山體坡面破碎、凌亂,暴雨條件下極易發生崩塌、滑坡災害,影響高速公路安全暢行。沿線植被的破壞,嚴重影響著高速公路乃至鄭州、洛陽兩地整體城市形象,在一定程度上又制約著沿線縣市旅游業的發展。

(2)土地資源浪費

露天開采的大中型企業廢石、尾礦排放量大。廢石、尾礦累計積存量約 215萬 m3。大量棄渣存放壓占土地,但其堆放量和占地面積巨大,使廢渣堆積區的大量土地閑置浪費。

另外,采礦廢棄采坑使坡面產生不同程度的裂縫甚至滑坡或崩塌,使土地本身可利用性及其附著物受到破壞,使耕地變得起伏不平或支離破碎,無法耕種。

(3)破壞植被及生態環境

礦區開采上覆巖層和表土的剝離,進行大規模的開挖,開挖范圍內原有的土地和生態環境將被徹底破壞,對周圍的土地、水文、植被和大氣造成不利的影響,生態環境破壞較嚴重。開礦棄渣沿山坡排放、堆積,分布于沖溝上部,毀壞植被;加之石灰巖采石場,一方面直接將荒料運走,作為建筑材料或水泥生產原料;另一方面就地燒制石灰,并對生石灰進行粉碎和過篩,這樣不但將開挖區植被全部破壞,而且在風的作用下將石灰粉吹到周邊一定范圍內把植被燒死。礦山植被減少,增大了山體的風化作用,為水土流失提供了有利條件,從而加劇了礦山的水土流失現象。

3 沿線地下,環境恢復治理的必要性

鄭 -少 -洛高速是河南省的重點交通基礎設施,是鄭州-少林寺 -洛陽的黃金旅游高速通道。近年,隨著經濟的發展,鄭 -少 -洛高速公路沿線礦山植被破壞嚴重,地貌景觀改變,地質環境問題突出,與少林寺、龍門等世界級人文旅游景區極不協調。為此,對沿線的地質環境恢復治理是必要的。項目實施的必要性主要體現在以下幾個方面：

3.1 礦山地質環境的破壞,嚴重影響生產、生活活動

排渣場、廢棄采坑分布于鄭 -少 -洛高速沿線,不僅使壓占、毀壞大量土地,而且遇到暴雨極易造成邊坡失穩,產生崩塌、滑坡、泥石流地質災害,嚴重威脅當地居民的生命財產安全和高速公路等交通設施安全。

3.2 治理礦山環境是恢復鄭 -少 -洛高速沿線生態環境,保障重要交通設施安全運營的需要

項目實施后,將消除鄭 -少 -洛高速沿線排渣場、廢棄采坑引發崩塌、滑坡及泥石流地質災害隱患,生態環境得到恢復,植被得到一定蓄養,礦山地質環境得到明顯改善。有力保障了鄭 -少 -洛高速公路的安全運營,為礦區人民生產、生活創造良好的生存環境,有利于該地區社會的穩定、和諧,促進礦業、交通設施及農業的協調發展。

3.3 治理礦山環境對鄭 -少 -洛高速沿線旅游城市發展具有重要的積極意義

鄭 -少 -洛高速沿線景點如登封少林寺、洛陽龍門石窟均為世界知名旅游景點。沿線礦山開采對自然地貌景觀、地貌景觀破壞性較大,尤其高速公路兩側,部分地段基巖裸露,坡面破碎、凌亂,顯得尤為礙眼。不僅對高速公路的安全存在著隱患,而且對高速公路的整體形象和沿線鄭州、洛陽的城市形象存在著較大影響,在一定程度上又影響著沿線縣市旅游業的發展。所以,礦山地質環境治理的范圍和力度亟待加強。應從沿線可見到的礦山環境整治做起,逐步向全區礦山普及整治,使整個生態環境不斷得到恢復,對區內旅游城市發展具有重要的積極意義。

3.4 對交通干線地質環境治理具有示范作用

鄭 -少 -洛高速沿線的地質環境問題與省內其它重要交通干線的地質環境問題基本接近,開展本次地質環境治理對省內重要交通干線的地質環境治理與保護具有指導作用。

4 實施治理對策探討

4.1 治理內容

該項目依礦山分布位置自東向西分為新密市石灰巖開采礦區、登封市建筑用砂、石英砂開采礦區、伊川縣石灰巖、石英砂開采礦區三個區。根據鄭-少 -洛高速公路沿線礦山礦石類型、賦存條件、開采方式、地質環境容量等不同條件,結合礦山地質環境破壞程度,制定切實可行的礦山治理措施。

4.2 總體思路

由于現有地質資料難以滿足對礦區進行全面地綜合整治的需要,測繪資料不能滿足工程措施施工的要求,因此在工程施工之前應首先開展 1∶10000礦區專項地質環境調查和 1∶500的地形測繪。待上述資料取得后,進一步編制礦山綜合治理工程施工設計,使各項工程施工依據準確可靠,隨后進行工程施工,達到徹底治理的目的。

4.3 治理規劃方案

依據礦山地質環境治理技術要求,在查清鄭 -少 -洛高速沿線礦山地質環境破壞和危害現狀的基礎上,針對存在的地質環境問題和特點,首先進行治理工程前期測繪、勘察工作,然后進行工程治理措施,確保治理工程質量和礦山環境修復效果。采取工程措施與生物措施相結合的方案進行治理,恢復其自然生態景觀,以求達到“人在車中坐,車在畫中行”的目的。

依鄭 -少 -洛高速公路沿線礦山分布位置自東向西分依次為新密市石灰巖開采礦區、登封市建筑用砂、石英砂開采礦區、伊川縣石灰巖、石英砂開采礦區三個區。為達到治理效果,對于地質環境破壞較為嚴重的區域采取連片、分區治理的方法,前期實施相應的工程措施,為下一步的復綠工程奠定基礎,最終達到美化環境的作用。擬采用邊坡整理(挖填方)、護坡工程、覆土工程、礦渣堆平整工程、排水工程、礦山地質公園建設及生物工程等綜合治理措施,使鄭 -少 -洛高速公路沿線礦山生態環境得以改善,以達到穩固礦山,恢復生態環境。

5 結語

(1)通過開展鄭 -少 -洛高速沿線礦山地質環境恢復治理,實施礦山地質環境監督管理提供基礎地質依據。

(2)鄭 -少 -洛高速沿線礦山地質環境恢復治理屬公益性、社會性項目,其價值具有間接性、潛在性和長久性的特點,主要表現在減災、防災方面。