河南小秦嶺礦區礦山地質環境治理方案探究

牛振波

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院，河南 鄭州 450045）

1 地質背景

河南省小秦嶺礦區位于河南省靈寶市朱陽鎮，行政隸屬于河南省靈寶市朱陽鎮管轄。地理坐標：東經110°30′40″～110°31′58″北緯34°23°05″～34°24′10″，項目治理區面積14.1km2。

礦區至靈寶市約65km。礦區于1979年建成投產，礦區內有采礦坑口40余處，尾礦庫4座。礦區經過30多年的采礦生產，累計排放廢石礦渣約450多萬m3，礦渣侵占損毀山坡林地面積214855萬m2（約322畝）。形成的崩塌、滑坡、泥石流等地質災害隱患店多達30余處，對1500多名礦山企業職工和300多名當地村民的生命財產構成了嚴重威脅；對礦區周邊的生態環境造成了嚴重破壞。為此，當地政府、礦山企業、和居民對礦山環境治理十分迫切。

2 礦區主要地質環境問題

礦區于1979年建礦投產，計劃經濟時期由于礦山企業缺乏礦山地質環境保護意識和國家缺少相關的法律政策，使礦山地質環境遭到了嚴重破壞，產生了較多的礦山地質環境問題：

（1）地形地貌景破壞嚴重，引起多處地面塌陷、地裂縫、不穩定邊坡、泥石流。經調查統計，治理工程區槍馬峪、白樺峪、黑馬峪三個礦區經過30多年的開采，亂堆亂放的礦渣造成山體破損、大片原始植被死亡，使礦區地形地貌景觀遭到了嚴重破壞。

（2）亂堆亂放的礦渣堆嚴重威脅著企業職工和周邊居民的人身財產安全。由于各時期產生的礦渣大多順坡堆放在溝谷兩側山坡上和山區運輸道路兩側，每到汛期礦渣堆經常發生滑坡、崩塌等地質災害，嚴重威脅著礦山企業職工和周邊居民的人身財產安全。

（3）礦山企業亂堆亂放礦渣的歷史遺留問題，嚴重制約了現有礦山企業經濟可持續發展。現有礦山企業多次要求當地政府予以解決歷史遺留問題，要求當地政府出資對原計劃經濟時期破壞的礦山地質環境予以恢復治理。

3 礦山地質環境保護措施

3.1 地面塌陷、地裂縫地質災害預防措施

礦山開采時，應該按照自然資源部對建筑物、水體、鐵路及主要井巷礦柱留設與壓礦開采規程[1，2]，為這些地表建筑物留設保安礦柱，防止礦山開采對這些地表建筑造成破壞。

3.2 不穩定邊坡、泥石流地質災害預防措施

礦區內生產場地等整平過程中會有許多挖填方邊坡，生產場地建設過程中要為這些挖填方邊坡按照相關規范設計合理的邊坡坡率[1，2]，做好護坡及排水工程，防止挖填方邊坡滑坡、泥石流地質災害的發生。

4 礦山地質環境恢復治理工程方案探究

4.1 地裂縫、地面塌陷治理方案探究

依據地裂縫破壞程度，針對不同地層構造和土層厚度，裂縫處理方案及工藝如下：對輕度破壞，土層較厚、裂縫未貫穿土層的土地，采用黃土填堵方法，也就是將裂縫挖開，填土夯實，此方法已在以往整治中采用，經濟可行[3]。較深的地裂縫應分段開挖，分段全部充填夯實，開挖寬度為裂縫兩側0.3m～0.5m，開挖剝離的表土就近堆放在裂縫兩側，用新土充填裂縫；當充填高度距地表1m左右時，開始作第一次夯實，然后每充填40cm左右夯實一次，直到與原地表基本平齊時為止，耕作層以下裂縫的回填要求夯實到干容重1.3t/m3以上。

對破壞程度嚴重、裂縫穿透土層的土地，按反濾層的原理去填堵裂縫、孔洞。具體操作步驟：首先開挖至基巖頂面后用粗礫石填堵孔隙，其次用次粗礫，最后用礫、細砂、土填堵。

根據預測評估結果，礦層采空后，地表變形加劇，會在地表產生地裂縫、地面塌陷等，對于不完全采動區可采用人工階段性恢復治理，通過就近取土填堵裂縫，局部平整土地，臨時恢復土地的使用價值；對于完全采動區在可采礦層全部開采結束且地表移動時間超過穩定時間后，地表變形進入穩定期，可以采用最終恢復治理方案。

目前治理區內沒有明顯的地面塌陷區，根據地質災害預測評估，礦山采空后，地表最大下沉值為0.67m～1.46m，結合以往調查地面塌陷的特征分析，采空區上方呈緩慢下沉狀態，地面沉陷一般發生于回采工作面1年后，以面狀下沉為特征，5年后基本趨于穩定，本次沉陷區下沉均值取預測地表最大下沉值的平均值為1m，全礦區開采后，形成采空面積4526737m3，地面塌陷地質災害治理需填埋土方量4526737m3。

4.2 滑坡段治理方案探究

治理區發育滑坡8處，滑坡危害對象為公路或者村莊居民和廠礦安全，未來采礦活動采動可能誘使其失穩，防治措施首先對這些坡體要進行監測，防止災害發生；然后對其治理，包括采取削方減載、布設擋墻、排水渠等工程，現初步按這些工程估算工程量。

首先根據坡體巖性、坡高設計坡比，對坡體上不穩定巖土體進行削方減載，一來降低坡體高度，減緩坡度，二來清理危巖（土）體，以防土石墜落，以免危及坡腳建筑及工作人員，為土質滑坡，其他滑坡體均為砂巖頁巖互層，較穩定。本次依據坡度60°削方減載，預計削方量13080m3。

在坡腳布設，初步設計漿砌石擋土墻高2m～5m，底寬1.5m左右，頂寬0.5m，基礎埋置深度約1m～1.5m，擋墻體設計為加筋漿砌片石墻，背坡面坡比為1：0.25，每隔2m設φ100mm泄水孔，墻后側設計埋置300mm的反濾層。擋墻沉降逢每10m設置一道。預計擋墻總長約2170m，預計挖方量12206.25m3，漿砌石約12206.25m3。

在坡體后緣、側緣、前緣、坡面布設截排水水渠，用于攔截地表水，減少下滲量，減弱其對坡面及坡腳的沖蝕。初步設計為梯形斷面，頂寬0.8m，底寬0.5m，深0.45m，漿砌石砌筑，壁厚0.15m，每10m留設伸縮縫，伸縮縫寬10mm。預計總長1500m，開挖土石方量約1341.4m3，需漿砌石等約791.01m3。

4.3 泥石流治理方案探究

為對上游主溝松散堆積物進行及時清理，最大限度地減少和控制入溝土石量。

根據地形條件在主溝溝谷中修筑1號、2號、3號截排水渠，分流、疏導雨季坡體上可能形成的洪水，定期對截排水渠內的淤積物進行清理，確保截排水渠的排泄通暢，尤其是雨季，并對溝谷洪水位進行監測。

設計1號截排水渠初步設計為梯形斷面，頂寬0.8m，底寬0.5m，深0.45m，長540m，漿砌石砌筑，壁厚0.15m，預計開挖土石方量約157.95m3，需漿砌石等約93.15m3；2號截排水渠初步設計為梯形斷面，頂寬0.8m，底寬0.5m，深0.45m，長320m，漿砌石砌筑，壁厚0.15m，預計開挖土石方量約93.6m3，需漿砌石等約55.2m3；3號排水渠初步設計為梯形斷面，頂寬0.8m，底寬0.5m，深0.45m，長355m，漿砌石砌筑，壁厚0.15m，預計開挖土石方量約103.84m3，需漿砌石等約61.24m3。

4.4 含水層治理方案探究

現狀條件下，在已有開采地段，周邊村莊基巖裂隙水含水層呈半疏干狀態，目前，各個村莊的主要供水水源均為奧陶系巖溶水。

礦山開采對各村村民生產生活用水影響較小。預測礦層開采后對主要含水層結構破壞，產生導水通道，區域地下水水位下降；礦區周圍主要含水層呈疏干狀態，地表水體漏失嚴重，預測采礦活動對含水層的影響嚴重。

礦山開采中，合理利用礦井排水，可用于農田、樹木澆灌等，對于上覆松散層孔隙水和基巖裂隙水破壞后，采取自然恢復的方法；對于巖溶地下水主要采取限量開采的方法進行水資源的保護。

4.5 地形地貌景觀恢復方案

工作區主要治理地段分為兩個方面，一方面為矸石場周邊，通過植樹來美化環境，防止水土流失；第二方面對采空地段采取裂縫、塌陷回填，對破壞的林地和草地進行補種和修復。通過土地利用調整，促進生態系統的良性循環。