河南小秦岭矿区矿山地质环境治理方案探究

牛振波

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南 郑州 450045）

1 地质背景

河南省小秦岭矿区位于河南省灵宝市朱阳镇，行政隶属于河南省灵宝市朱阳镇管辖。地理坐标：东经110°30′40″～110°31′58″北纬34°23°05″～34°24′10″，项目治理区面积14.1km2。

矿区至灵宝市约65km。矿区于1979年建成投产，矿区内有采矿坑口40余处，尾矿库4座。矿区经过30多年的采矿生产，累计排放废石矿渣约450多万m3，矿渣侵占损毁山坡林地面积214855万m2（约322亩）。形成的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害隐患店多达30余处，对1500多名矿山企业职工和300多名当地村民的生命财产构成了严重威胁；对矿区周边的生态环境造成了严重破坏。为此，当地政府、矿山企业、和居民对矿山环境治理十分迫切。

2 矿区主要地质环境问题

矿区于1979年建矿投产，计划经济时期由于矿山企业缺乏矿山地质环境保护意识和国家缺少相关的法律政策，使矿山地质环境遭到了严重破坏，产生了较多的矿山地质环境问题：

（1）地形地貌景破坏严重，引起多处地面塌陷、地裂缝、不稳定边坡、泥石流。经调查统计，治理工程区枪马峪、白桦峪、黑马峪三个矿区经过30多年的开采，乱堆乱放的矿渣造成山体破损、大片原始植被死亡，使矿区地形地貌景观遭到了严重破坏。

（2）乱堆乱放的矿渣堆严重威胁着企业职工和周边居民的人身财产安全。由于各时期产生的矿渣大多顺坡堆放在沟谷两侧山坡上和山区运输道路两侧，每到汛期矿渣堆经常发生滑坡、崩塌等地质灾害，严重威胁着矿山企业职工和周边居民的人身财产安全。

（3）矿山企业乱堆乱放矿渣的历史遗留问题，严重制约了现有矿山企业经济可持续发展。现有矿山企业多次要求当地政府予以解决历史遗留问题，要求当地政府出资对原计划经济时期破坏的矿山地质环境予以恢复治理。

3 矿山地质环境保护措施

3.1 地面塌陷、地裂缝地质灾害预防措施

矿山开采时，应该按照自然资源部对建筑物、水体、铁路及主要井巷矿柱留设与压矿开采规程[1，2]，为这些地表建筑物留设保安矿柱，防止矿山开采对这些地表建筑造成破坏。

3.2 不稳定边坡、泥石流地质灾害预防措施

矿区内生产场地等整平过程中会有许多挖填方边坡，生产场地建设过程中要为这些挖填方边坡按照相关规范设计合理的边坡坡率[1，2]，做好护坡及排水工程，防止挖填方边坡滑坡、泥石流地质灾害的发生。

4 矿山地质环境恢复治理工程方案探究

4.1 地裂缝、地面塌陷治理方案探究

依据地裂缝破坏程度，针对不同地层构造和土层厚度，裂缝处理方案及工艺如下：对轻度破坏，土层较厚、裂缝未贯穿土层的土地，采用黄土填堵方法，也就是将裂缝挖开，填土夯实，此方法已在以往整治中采用，经济可行[3]。较深的地裂缝应分段开挖，分段全部充填夯实，开挖宽度为裂缝两侧0.3m～0.5m，开挖剥离的表土就近堆放在裂缝两侧，用新土充填裂缝；当充填高度距地表1m左右时，开始作第一次夯实，然后每充填40cm左右夯实一次，直到与原地表基本平齐时为止，耕作层以下裂缝的回填要求夯实到干容重1.3t/m3以上。

对破坏程度严重、裂缝穿透土层的土地，按反滤层的原理去填堵裂缝、孔洞。具体操作步骤：首先开挖至基岩顶面后用粗砾石填堵孔隙，其次用次粗砾，最后用砾、细砂、土填堵。

根据预测评估结果，矿层采空后，地表变形加剧，会在地表产生地裂缝、地面塌陷等，对于不完全采动区可采用人工阶段性恢复治理，通过就近取土填堵裂缝，局部平整土地，临时恢复土地的使用价值；对于完全采动区在可采矿层全部开采结束且地表移动时间超过稳定时间后，地表变形进入稳定期，可以采用最终恢复治理方案。

目前治理区内没有明显的地面塌陷区，根据地质灾害预测评估，矿山采空后，地表最大下沉值为0.67m～1.46m，结合以往调查地面塌陷的特征分析，采空区上方呈缓慢下沉状态，地面沉陷一般发生于回采工作面1年后，以面状下沉为特征，5年后基本趋于稳定，本次沉陷区下沉均值取预测地表最大下沉值的平均值为1m，全矿区开采后，形成采空面积4526737m3，地面塌陷地质灾害治理需填埋土方量4526737m3。

4.2 滑坡段治理方案探究

治理区发育滑坡8处，滑坡危害对象为公路或者村庄居民和厂矿安全，未来采矿活动采动可能诱使其失稳，防治措施首先对这些坡体要进行监测，防止灾害发生；然后对其治理，包括采取削方减载、布设挡墙、排水渠等工程，现初步按这些工程估算工程量。

首先根据坡体岩性、坡高设计坡比，对坡体上不稳定岩土体进行削方减载，一来降低坡体高度，减缓坡度，二来清理危岩（土）体，以防土石坠落，以免危及坡脚建筑及工作人员，为土质滑坡，其他滑坡体均为砂岩页岩互层，较稳定。本次依据坡度60°削方减载，预计削方量13080m3。

在坡脚布设，初步设计浆砌石挡土墙高2m～5m，底宽1.5m左右，顶宽0.5m，基础埋置深度约1m～1.5m，挡墙体设计为加筋浆砌片石墙，背坡面坡比为1：0.25，每隔2m设φ100mm泄水孔，墙后侧设计埋置300mm的反滤层。挡墙沉降逢每10m设置一道。预计挡墙总长约2170m，预计挖方量12206.25m3，浆砌石约12206.25m3。

在坡体后缘、侧缘、前缘、坡面布设截排水水渠，用于拦截地表水，减少下渗量，减弱其对坡面及坡脚的冲蚀。初步设计为梯形断面，顶宽0.8m，底宽0.5m，深0.45m，浆砌石砌筑，壁厚0.15m，每10m留设伸缩缝，伸缩缝宽10mm。预计总长1500m，开挖土石方量约1341.4m3，需浆砌石等约791.01m3。

4.3 泥石流治理方案探究

为对上游主沟松散堆积物进行及时清理，最大限度地减少和控制入沟土石量。

根据地形条件在主沟沟谷中修筑1号、2号、3号截排水渠，分流、疏导雨季坡体上可能形成的洪水，定期对截排水渠内的淤积物进行清理，确保截排水渠的排泄通畅，尤其是雨季，并对沟谷洪水位进行监测。

设计1号截排水渠初步设计为梯形断面，顶宽0.8m，底宽0.5m，深0.45m，长540m，浆砌石砌筑，壁厚0.15m，预计开挖土石方量约157.95m3，需浆砌石等约93.15m3；2号截排水渠初步设计为梯形断面，顶宽0.8m，底宽0.5m，深0.45m，长320m，浆砌石砌筑，壁厚0.15m，预计开挖土石方量约93.6m3，需浆砌石等约55.2m3；3号排水渠初步设计为梯形断面，顶宽0.8m，底宽0.5m，深0.45m，长355m，浆砌石砌筑，壁厚0.15m，预计开挖土石方量约103.84m3，需浆砌石等约61.24m3。

4.4 含水层治理方案探究

现状条件下，在已有开采地段，周边村庄基岩裂隙水含水层呈半疏干状态，目前，各个村庄的主要供水水源均为奥陶系岩溶水。

矿山开采对各村村民生产生活用水影响较小。预测矿层开采后对主要含水层结构破坏，产生导水通道，区域地下水水位下降；矿区周围主要含水层呈疏干状态，地表水体漏失严重，预测采矿活动对含水层的影响严重。

矿山开采中，合理利用矿井排水，可用于农田、树木浇灌等，对于上覆松散层孔隙水和基岩裂隙水破坏后，采取自然恢复的方法；对于岩溶地下水主要采取限量开采的方法进行水资源的保护。

4.5 地形地貌景观恢复方案

工作区主要治理地段分为两个方面，一方面为矸石场周边，通过植树来美化环境，防止水土流失；第二方面对采空地段采取裂缝、塌陷回填，对破坏的林地和草地进行补种和修复。通过土地利用调整，促进生态系统的良性循环。