涇縣陳園山“邊采邊治”礦山地質(zhì)環(huán)境整治分析

［關(guān)鍵詞］礦山；地質(zhì)；邊坡

露天環(huán)境下進(jìn)行的礦山開采作業(yè)，會增加地質(zhì)破壞性。以露天開采為視角，研究采、防的聯(lián)合整治措施，以此降低開采帶來的地質(zhì)威脅。以涇縣陳園山項(xiàng)目為視角，地質(zhì)防護(hù)中，防護(hù)成績?yōu)椋和恋卣?、邊坡整?.03×104 m2；防護(hù)墻設(shè)計(jì)，鐵絲編織網(wǎng)的防護(hù)用量約為5930 m2；項(xiàng)目全域地質(zhì)監(jiān)測，共設(shè)計(jì)8個監(jiān)測點(diǎn)，每月監(jiān)測3次，持續(xù)監(jiān)測2年。此項(xiàng)開采地質(zhì)防護(hù)，具有較強(qiáng)的環(huán)保性，表現(xiàn)出較高的技術(shù)推廣價值，可作為環(huán)保戰(zhàn)略，在業(yè)內(nèi)廣泛使用。

1. 露天開采會帶來的地質(zhì)惡化風(fēng)險

1.1消耗較大數(shù)量的土地資源，受到開采破壞的土地資源，無法用于其他項(xiàng)目，致使初期生態(tài)秩序混亂。如果不采取有效的方法加以防治，會逐漸削弱土地經(jīng)濟(jì)功能。

1.2開采活動會引起礦山邊坡發(fā)生失穩(wěn)問題，極易增加地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)。

1.3開采形成的各類廢棄物，會削弱礦山區(qū)域的地質(zhì)生態(tài)性。

1.4礦山開采會引起地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，采剝施工會削弱邊坡巖層的初期應(yīng)力，轉(zhuǎn)變成次生應(yīng)力環(huán)境。各類外因相互作用的情況下，引起邊坡巖層結(jié)構(gòu)形變、結(jié)構(gòu)平穩(wěn)性不足等問題，演變成巖層散落、巖石滑落、巖體結(jié)構(gòu)坍塌。如果發(fā)生氣候大幅度轉(zhuǎn)變，比如降雨量較大、地震區(qū)域較廣等，較高位置的邊坡會在重力影響下，發(fā)生更為嚴(yán)重的地質(zhì)問題，比如泥石流、滑坡等[1]。

2. 開采后地質(zhì)風(fēng)險可采取的整治方法

2.1 場地修復(fù)

露天采礦的作業(yè)區(qū)域，對其進(jìn)行場地修復(fù)整治工作，可采取回填底層區(qū)域的方式。回填材料的選用，多數(shù)為開采期間形成的廢料。回填高度的設(shè)定，需參照各礦區(qū)位置的地面坡度，保證礦區(qū)地質(zhì)整體排水性能。場地修復(fù)方法如下：（1）露天臺階位置添加排水溝，便于排出礦區(qū)地表水，有效輸出臺階積水。（2）選用礦山開采形成的廢料，進(jìn)行場地回填處理。各采礦表層全范圍以土覆蓋，覆土厚度取0.3 m。（3）回填土量主要參照廢棄礦渣的數(shù)量，采取由上至下按次序回填的作業(yè)方式，配合碾壓施工，保證回填質(zhì)量，防止回填表層發(fā)生滲透。（4）地面坡度設(shè)計(jì)結(jié)果不可小于10°，保障礦區(qū)排水效果。

2.2 排土場整治

初期形成的排土場極易受到極端天氣的干擾，發(fā)生地質(zhì)坍塌。礦區(qū)內(nèi)形成的各類廢料，如果未加以有效排放，會削弱廢料存放的平穩(wěn)性。需借助有效方法加以防治。（1）削坡整平。合理減少坡位高度，降低坡角，進(jìn)行坡度削平處理。（2）邊坡防護(hù)。采取加固、支護(hù)等方法，增加邊坡平穩(wěn)性。（3）坡面增加排水裝置，以此降低坡面侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生概率。排土場地質(zhì)修復(fù)需積極利用礦區(qū)內(nèi)的表土，進(jìn)行高效覆土處理。如果礦區(qū)內(nèi)缺失可用表土，可選用環(huán)保型物料進(jìn)行覆蓋處理[2]。

2.3 植被修復(fù)

露天開采項(xiàng)目會產(chǎn)生較大數(shù)量的廢料堆積問題，嚴(yán)重破壞礦區(qū)地貌，降低礦山的觀賞性，甚至威脅礦區(qū)內(nèi)植被的生命力。對此問題，可在開采前期進(jìn)行表土剝離處理，將表土存儲于客土區(qū)，待項(xiàng)目開采作業(yè)完工，進(jìn)行表土回填。借助栽植工藝進(jìn)行土壤修復(fù)，以造林方法提升栽植苗木的生命力，加以撫育管理，快速促使苗木成林，切實(shí)改善礦區(qū)地質(zhì)生態(tài)。

3. 涇縣陳園山“邊采邊治”的地質(zhì)風(fēng)控實(shí)踐

3.1 涇縣陳園山開采項(xiàng)目概況

涇縣陳園山礦區(qū)位于安徽蘇嶺村，距涇縣40 km，礦區(qū)面積約為0.23 km2。礦區(qū)周邊交通體系較多，可保證礦區(qū)作業(yè)運(yùn)輸?shù)谋憷?。金豐企業(yè)于2011年獲得了礦區(qū)安全生產(chǎn)資質(zhì)，主要從事地表剝離作業(yè)，同年12月產(chǎn)出礦石資源質(zhì)量達(dá)到0.15×104 t，引起地表發(fā)生礦石風(fēng)化問題，形成礦產(chǎn)資源損失問題，資源損失數(shù)量約為0.06×104 t。2012 年修建了礦山運(yùn)輸?shù)缆?，礦石使用量約為7700 t。2020年更新了采礦許可證：期限為2年；金豐企業(yè)生產(chǎn)能力26×104 t/年。礦區(qū)開采高度：露天作業(yè)形式的開采高度為+339 m。礦權(quán)圈定方案：露天采場區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)有礦石量約為302×104 t，礦石資源的采集回收比例約為98%，廢石混入礦石資源的比例為2%。開采方案如表1所示。

3.2涇縣陳園山開采項(xiàng)目周邊地質(zhì)分析

（1）地勢高度差值大。采場礦區(qū)集中于皖南山區(qū)，植被豐富，地勢結(jié)構(gòu)為南側(cè)較高、北側(cè)較低。地勢高度起伏性較大。最高點(diǎn)約為450 m，最低點(diǎn)約為117 m，高度差值達(dá)到333 m。（2）地貌溶洞多。礦區(qū)內(nèi)地勢高度介于117 ～450 m，丘陵坡度處于20°～30°范圍內(nèi)。地表巖溶整體狀態(tài)一般，含有多種溶洞，比如溶孔、溶溝等。

3.3礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)實(shí)況

3.3.1礦體特點(diǎn)

（1）Ⅰ號礦體特點(diǎn)：此礦體表現(xiàn)出層次性，部分位置有膨脹表現(xiàn)。礦體與地層的方向相同，均為北東走向，方位角度為45°，礦體表層延伸長度約為1280 m。此礦體可采取“綜合開采”方法，保障礦產(chǎn)資源的開發(fā)充足性。（2）Ⅱ號礦體特點(diǎn)：此礦體含有豐富的白云質(zhì)大理巖，巖石品位約為：碳酸鈣占比52.5%。（3）Ⅲ號礦體特點(diǎn)：此層礦體主要位于Ⅰ號礦體上側(cè)，礦體外觀與地層特點(diǎn)相似，Ⅲ號礦體表層露出8 m，鉆孔期間礦體結(jié)構(gòu)厚度約為3 m。

3.3.2地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)地層多為單層，地層外觀傾角約為60°。未發(fā)生較大區(qū)域的斷裂問題。部分位置發(fā)現(xiàn)了裂隙泉水。大理巖部分位置有密集裂隙，能夠演化成寬為1 m 的溶蝕溝，具有較強(qiáng)的透水性[3]。

3.4邊坡穩(wěn)定性分析

3.4.1邊坡現(xiàn)狀

采礦區(qū)域內(nèi)并未建立民用住宅，礦區(qū)周邊無重大景觀保護(hù)主體。礦區(qū)人為工程較少，僅有采礦項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造能力欠佳。礦區(qū)內(nèi)未見山體斜坡、邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、地質(zhì)滑坡等問題。

3.4.2露天采場情況

礦區(qū)內(nèi)部的各處巖石風(fēng)化厚度不足3 m，土層厚度較小、邊坡性能平穩(wěn)。礦層頂部狀態(tài)優(yōu)異。礦區(qū)內(nèi)部地層呈現(xiàn)出單斜結(jié)構(gòu)形式，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡單。采場區(qū)域邊坡、地層處于斜向相交狀態(tài)，滑坡災(zāi)害形成概率較低。現(xiàn)階段建成的開采平臺：采礦平臺1的表面具有不規(guī)則特點(diǎn)，東西方向的長度約為120 m，南北方向的邊長約為84 m，平臺頂部高度約為310 m，臺階邊坡夾角約為42°；采礦平臺2的表層是不規(guī)律長條狀，長邊約為200 m，短邊寬度介于20～82 m。礦產(chǎn)采場區(qū)域的各邊坡結(jié)構(gòu)，并未發(fā)生過崩塌、滑坡等問題。礦山有繼續(xù)開采任務(wù)，現(xiàn)有的露天邊坡并不是最終位置，此項(xiàng)目開采期間無須進(jìn)行邊坡治理。

3.4.3礦區(qū)地質(zhì)損毀情況

礦區(qū)地質(zhì)現(xiàn)狀如表2所示。

結(jié)合表2內(nèi)容可知：礦區(qū)各處形成的地質(zhì)損毀問題較為嚴(yán)重，對周邊區(qū)域的林地生長、鄉(xiāng)道運(yùn)輸、溝渠排水形成了一定影響。如圖1 所示，是案例項(xiàng)目治理前的地質(zhì)情況。

3.4.4評價邊坡平穩(wěn)性

礦區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)較為簡單，地質(zhì)體系具有簡易性。礦區(qū)道路邊坡高度不足10 m，坡度不足40°，巖體結(jié)構(gòu)完整，平穩(wěn)性優(yōu)異。治理區(qū)域內(nèi)邊坡項(xiàng)目，長時期處于裸露狀態(tài)，侵蝕作用下會破壞裸露巖層結(jié)構(gòu)?；?guī)r極易發(fā)生水溶問題，礦區(qū)內(nèi)降水量較高，會增加裸露巖層的侵蝕作用，削弱邊坡平穩(wěn)性。為此，開采期間需加強(qiáng)裸露邊坡的整治處理。

3.5“邊采邊治”方案

3.5.1整治理念

（1）借助邊坡整治、輸水排水，可顯著排除潛在的地質(zhì)風(fēng)險，比如崩塌、滑坡等問題，積極消除礦區(qū)外側(cè)形成的地質(zhì)危害，保證整治區(qū)域邊坡性能的平穩(wěn)。（2）結(jié)合整治區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況，積極開展現(xiàn)有山體綠植的各項(xiàng)保護(hù)工作，消除環(huán)境受損問題，充分借助現(xiàn)有地形優(yōu)勢，使用適應(yīng)邊坡巖的工藝方法，積極整治邊坡，提升植被恢復(fù)效果。（3）依據(jù)整治區(qū)域的地理特點(diǎn)，加強(qiáng)礦區(qū)生態(tài)處理，保證地質(zhì)開采、邊緣整治效果。（4）綠色礦山的整治戰(zhàn)略，有效改善整治區(qū)域的水土性能，保證綠色礦山的施工效果[4]。

3.5.2整治方案設(shè)計(jì)

（1）整治理念。整治區(qū)域內(nèi)集中于既有道路、采礦場、土料運(yùn)輸場等。礦山內(nèi)部進(jìn)行了采準(zhǔn)、試施工各項(xiàng)工作，實(shí)際整治以運(yùn)輸路線護(hù)坡為主，采取綠化整治方案，合理修建輸水、排水項(xiàng)目，合理規(guī)劃礦山區(qū)域內(nèi)的輸水體系，增加輸水監(jiān)測點(diǎn)。礦山開采期間構(gòu)建功能完善的監(jiān)測體系。礦區(qū)道路各分支路線的填方邊坡表現(xiàn)出陡峭性，需防止道路填方發(fā)生坡角滑塌問題，坡腳位置增設(shè)擋土墻，給予有效支護(hù)。結(jié)合治理區(qū)的發(fā)展情況、地質(zhì)特點(diǎn)、區(qū)域內(nèi)土料特點(diǎn)，綜合開展“邊采邊治”各項(xiàng)工作。

（2）邊坡綠化。對于整治區(qū)處于裸露狀態(tài)的邊坡巖層進(jìn)行掛網(wǎng)處理，再添加土層進(jìn)行綠化。邊坡區(qū)域與地面平行的截面大小約為1.55×104 m2，假設(shè)坡角為40°，邊坡規(guī)格為2.03×104 m2，邊坡面積等同于掛網(wǎng)。為保障覆土的工程防護(hù)效果，使用鐵絲網(wǎng)進(jìn)行掛網(wǎng)處理。覆土厚度取值為0.3 m，土方需求量約為6089 m3。覆土后整平坡面規(guī)格約為2.03×104 m2，坡面整平后撒用草籽，草籽施用范圍約為2.03×104 m2。草種可選類型較多，比如毛豆、狗牙根等，此類草種具有較強(qiáng)的生命力。種草量為6 g/m3，種植使用的草籽質(zhì)量約為121.79 kg。有效拌和種籽、肥料等物質(zhì)，保證拌和的均勻性，獲得的拌和料進(jìn)行均勻涂抹，保證混合料涂層厚度小于5 cm。

（3）截水項(xiàng)目。截水溝設(shè)計(jì)，需進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，保證各處截水溝參數(shù)設(shè)計(jì)的合理。以案例項(xiàng)目其中一處截水溝為例，進(jìn)行試算分析。參照案例項(xiàng)目所在地區(qū)的暴雨洪水計(jì)算方法，保證計(jì)算準(zhǔn)確。洪峰流量計(jì)算方法如式（1）～（4）：

Qp 表示最大洪水的設(shè)計(jì)值（m3/s）；lp 表示最大洪水徑流系數(shù)，無單位；lp 表示區(qū)域內(nèi)降雨強(qiáng)度的最大值（mm/h）;F表示區(qū)域內(nèi)最大降水形成的集水范圍（km2）；PTp面表示在P頻率條件經(jīng)過T時間長度的降水量（mm）;T表示降水徑流、匯聚的時間（h）；nop 表示最強(qiáng)降水的衰減系數(shù)，無單位；L表示降水成河的長度（km）;J表示降水的平均比降，無單位；x、y表示案例項(xiàng)目所在區(qū)域的匯流代表值。

依照1∶1000規(guī)格的地形圖，找出露天采場的山谷線、分水嶺等位置，圈出截水溝匯水范圍、河流方向。在河流方向沿線上，測定出水口、河流等位置與等高線的間距，分別標(biāo)記為L1、L2……等，計(jì)算出河流長度高度的最大值與最小值，綜合給出截水溝長度，完善設(shè)計(jì)方案。

參照計(jì)算分析過程，在露天采場區(qū)域外側(cè)增設(shè)截水溝。截水溝的布設(shè)方案如表3所示。

Q表示排水項(xiàng)目的擬定流量，m3/s；A表示用于截斷降水河流的區(qū)域，m2；v 表示排水速度，m/s。v 的算法，如算式（6）：

R表示降水疏排的半徑參數(shù)，單位m，明渠內(nèi)半徑最大值取0.2 m；I表示降水動力的坡降能力，無單位；n表示地質(zhì)粗糙程度，無單位，多數(shù)情況n取值0.03，采礦區(qū)內(nèi)取值為0.02，本文驗(yàn)算時取0.02。

排水溝主要設(shè)計(jì)在礦區(qū)運(yùn)輸路線內(nèi)部、采場東側(cè)、辦公區(qū)域。排水項(xiàng)目使用塊石砌筑工藝，排水溝豎向斷面的設(shè)計(jì)方案，主要參照地形、地質(zhì)等因素。為保證沖淤質(zhì)量，參照原地形特點(diǎn)，引入較小比降參數(shù)進(jìn)行排水設(shè)計(jì)，以此減少土方用量。排水溝內(nèi)部的邊坡腳處增設(shè)植藤，依據(jù)1 m間隔種植方法，合理種植葛藤，長度需大于0.8 m，預(yù)計(jì)種植葛藤1670株。排水溝項(xiàng)目的工程量擬算結(jié)果如表4所示。

（4）擋土墻。礦區(qū)運(yùn)輸路線表現(xiàn)出邊坡陡峭性，需有效防控道路填方發(fā)生滑坡、坍塌等事件，在坡腳處增設(shè)擋土墻給予有效支護(hù)。擋土墻設(shè)計(jì)用料以漿砌石為主，墻體高度最大值為3 m，墻體埋深參數(shù)為1 m，基底反坡施工角度為5°，墻頂部寬度取100 cm，擋土墻采取側(cè)面直立方式，面?zhèn)冗吰陆嵌仍O(shè)計(jì)為1∶0.4，廢料堆放區(qū)域的邊坡角度為1∶2。擋土墻近側(cè)增設(shè)一組排水孔，排水管徑110 mm。排水孔后側(cè)添加沙礫料過濾裝置，由墻體開始向外側(cè)逐一添加各類用料，用料添加方案為礫石、粗砂、細(xì)砂各添加20 cm。擋土墻防護(hù)項(xiàng)目的工程量擬算結(jié)果如表5所示。

（5）防護(hù)項(xiàng)目。在礦山周邊增設(shè)護(hù)欄，嚴(yán)禁外人闖入。護(hù)欄的設(shè)計(jì)方法，采取鋼管、鐵絲組合的防護(hù)形式，鋼管材料以鍍鋅材質(zhì)為主，管外徑大小為60 mm，管壁厚度取3.5 mm，每米鋼管質(zhì)量為5.12 kg，鋼管埋入地層深度為0.8 m。采取管錘直入的作業(yè)方式，地上預(yù)留1.5 m管長，鋼管間隔3 m。鋼管連接物質(zhì)以鐵絲編織網(wǎng)為主，護(hù)欄長度設(shè)計(jì)約為3960 m。案例項(xiàng)目防護(hù)施工鋼管用量約為15.53 t，鐵絲編織網(wǎng)的防護(hù)用量約為5930 m2。增設(shè)警示牌10塊，牌面材質(zhì)為鋁合金板，使用四組Φ76立柱鋼管?；炷劣昧项愋瓦x擇C20。牌面顏色設(shè)計(jì)為白底、字體顏色為紅色[5]。

（6）防護(hù)監(jiān)測?！斑叢蛇呏巍狈桨傅年P(guān)鍵在礦山監(jiān)測，動態(tài)監(jiān)測邊坡結(jié)構(gòu)，掌握工程擾動情況，分析各因素對坡體產(chǎn)生的負(fù)面作用，及時反饋監(jiān)測結(jié)果，便于工程給出技術(shù)指導(dǎo)。案例項(xiàng)目為保障地質(zhì)災(zāi)害的防控效果，設(shè)計(jì)8個監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量采取動態(tài)增加方式，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況規(guī)劃監(jiān)測路徑。地質(zhì)巡回監(jiān)測方案：每月監(jiān)測3次，持續(xù)監(jiān)測2年，特殊氣象時期增加監(jiān)測次數(shù)。如圖2所示，是案例項(xiàng)目治理后的效果圖。

4. 結(jié)論

（1）露天環(huán)境下進(jìn)行的礦山開采作業(yè)，會嚴(yán)重威脅土地環(huán)境。加強(qiáng)礦山周邊環(huán)境整治，使其恢復(fù)合理的生態(tài)狀態(tài)，需采取“邊采邊治”方法，有效測定礦山開采區(qū)域的環(huán)境情況，選用有效措施加以修復(fù)，積極防控地質(zhì)災(zāi)害，保證礦產(chǎn)資源保護(hù)效果。案例項(xiàng)目共設(shè)8個監(jiān)測點(diǎn)，每月監(jiān)測3次，持續(xù)監(jiān)測2年。

（2）案例項(xiàng)目經(jīng)綠植防護(hù)、輸水項(xiàng)目、擋土墻多種措施，嚴(yán)格落實(shí)“邊采邊治”的地質(zhì)風(fēng)控方法，有效修復(fù)受損地域28.7616 hm2，以此逐步改善礦山地質(zhì)生態(tài)。邊坡綠化中，草籽施工量達(dá)到2.03×104 m2，草籽類型較多，種草量為6 g/m3。輸水項(xiàng)目共設(shè)四條溝：兩條溝不足200 m，分別為155 m、133 m，一條溝344 m，一條溝492 m。同步施工了4條排水溝：長度分別為220 m、1650 m、10 m、20 m。擋土墻施工的工程量方案為：長106 m、頂寬1.0 m、底寬2.5 m、墻高3 m、挖土量為318 m2等。其他防護(hù)項(xiàng)目中，護(hù)欄共設(shè)3960 m。