陳菊林，張云飛，蘇生云，趙 瑛

(1 .青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點實驗室，青海 西寧 810000；2.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810000；3.青海省核工業(yè)地質(zhì)局，青海 西寧 810000)

礦業(yè)開發(fā)的過程中，不可避免地產(chǎn)生地形地貌景觀破壞、土地資源破壞、含水層破壞等諸多礦山地質(zhì)環(huán)境問題，這些問題直接或間接地影響到當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1-7]。近年來，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境問題越來越受到國家的重視[8-10]，為了落實《中共中央 國務(wù)院 關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護 堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》等文件精神，開展礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理工作，恢復(fù)礦山生態(tài)環(huán)境，以實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護和礦業(yè)開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展，促進當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。

礦區(qū)位于青海省都蘭縣境內(nèi)，隸屬都蘭縣宗加鎮(zhèn)管轄，東距都蘭縣276 km，西距格爾木市117 km，自109國道2640里程碑通過簡易道路南行30 km可達礦區(qū)，年內(nèi)雨雪季道路時常中斷，交通條件較差。礦山現(xiàn)已開采多年，根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，礦區(qū)現(xiàn)已形成Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6較危險或易發(fā)生崩塌等危害的高陡斜坡6段，棄渣場及道路壓占荒地面積1.662萬 m2，挖損荒地面積0.584萬 m2。本文對該處的礦山環(huán)境地質(zhì)問題、現(xiàn)狀、進行了預(yù)測評估，通過開展高陡斜坡的治理工程、預(yù)測地面塌陷區(qū)設(shè)立安全警示工程、棄渣平整、回填工程、壓占荒地的清理復(fù)平工程等，防治、恢復(fù)礦山地質(zhì)環(huán)境，保障礦山安全、有序、環(huán)保地開展采礦活動[11-15]。礦山目前處于開采階段，主要工程布置有采礦工業(yè)場地(值班室、空壓機房、動力房、機修間、配電室等)、棄渣場、炸藥庫、礦山道路等(圖1)。

圖1 礦區(qū)地表現(xiàn)狀地貌影像Fig.1 Image map of the current surface topography of the mining area

1 地質(zhì)環(huán)境特征

1.1 地形地貌

礦區(qū)位于昆侖中段北坡，海拔+3 100～+4 500 m，相對高差一般在800 m以上，地形復(fù)雜，區(qū)內(nèi)受斷裂控制，溝谷切割多，山勢陡峭，坡度多在35°以上[16]。

1.2 地層巖性

下元古界金水口群(Pt)呈北西向展布，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向相一致，巖性主要為黑云斜長片麻巖、黑云石英片巖和黑云角閃斜長片麻巖及斜長角閃巖、鎂質(zhì)大理巖等組成的中深變質(zhì)地層，地層傾向30°～40°，傾角30°～70°，巖石均遭受不同程度的混合巖化。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

根據(jù)國家地震局發(fā)布的1∶400萬《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》和《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，工程場址的地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，相應(yīng)的地震烈度Ⅶ度[11]，屬地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)代活動的基本穩(wěn)定區(qū)。

2 水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)條件

(1)基巖裂隙水。基巖裂隙水分布廣泛，主要賦存于元古界的變質(zhì)巖中，可劃分為層狀和塊狀巖類裂隙水。層狀巖類裂隙水賦存于層狀變質(zhì)巖構(gòu)造裂隙中，呈分布不均勻的網(wǎng)狀構(gòu)造裂隙水，局部為斷裂帶脈狀水，接收降雨和冰雪融水的補給；塊狀基巖裂隙水賦存于塊狀巖性構(gòu)造裂隙中，由于礦區(qū)處于柴達木盆地邊緣，受盆地干旱氣候的影響明顯，降水較少，故地下水的補給條件較差。

(2)大氣降水。礦區(qū)氣候干燥，降水量少，年降水量40 mm左右。大氣降水入滲量小，對礦區(qū)的充水影響小。

(3)地表水。沒有地表水流經(jīng)礦區(qū)，礦區(qū)侵蝕基準面在3 151 m左右，位于最近地表水體水位之上，且相隔較遠。礦區(qū)地下水與地表水無水力聯(lián)系，對礦區(qū)充水沒有影響。

(4)地下水。礦區(qū)內(nèi)只有黑云斜長片麻巖、混合巖化黑云斜長片麻巖中含有少量裂隙水，但富水性較差，坑道涌水量為0.043 L/s，地下水對礦坑充水影響不大。

(5)坑道涌水量。礦區(qū)斷裂構(gòu)造雖然較多，但其規(guī)模一般較小，一般不含水或富水性很差，北西向斷裂構(gòu)造含少量的構(gòu)造裂隙水，礦坑最大涌水量為350 m3/d，對礦坑充水影響不大，且在開采過程中，礦區(qū)針對坑道涌水已安裝2套相同排水設(shè)施，采取各中段直接排水方式，采礦同時對坑道涌水進行排泄。因此，礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖(土)體成因、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及物理力學(xué)性質(zhì)劃分礦區(qū)內(nèi)巖(土)體工程地質(zhì)類型。

(1)堅硬巖體。塊狀花崗閃長巖巖組，由華力西花崗巖組成，巖石單軸飽和抗壓強度多大于60 Ma，弱風(fēng)化，巖石較為完整，含弱風(fēng)化裂隙水；層狀片麻巖、片巖巖組，礦區(qū)分布廣泛，巖性主要為黑云斜長片麻巖、斜長角閃片巖，巖石單軸飽和抗壓強度36～75 MPa，軟化系數(shù)為0.7～1.0。巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，風(fēng)化剝蝕強烈，表層風(fēng)化裂隙極為發(fā)育，但強風(fēng)化帶厚度較薄，一般1～5 m，強風(fēng)化巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)。

(2)黏性土砂礫層土體。主要分布于礦區(qū)內(nèi)各山間溝谷地帶，由砂、碎塊石構(gòu)成，雜亂松散堆積，無分選，一般厚度1～3 m。

3 主要礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)問題

3.1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

該礦目前正在開采，已施工平硐4條，為PD2-0、PD2-1、PD2-2、PD2-4，硐口開挖寬度為12～20 m，長為8～100 m，平硐經(jīng)修整后作為開拓平硐，硐口處各形成一段不穩(wěn)定斜坡Q1、Q2、Q3、Q4(圖2)，礦區(qū)因修筑道路開挖形成了多處高陡斜坡。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，較危險或易發(fā)生崩塌等危害的高陡斜坡有2段斜坡Q5、Q6，不穩(wěn)定斜坡特征見表1。

圖2 Q3/Q5不穩(wěn)定斜坡 Fig.2 Q3 and Q5 unstable slope

表1 不穩(wěn)定斜坡特征Tab.1 Characteristics of unstable slopes

3.1.1 不穩(wěn)定斜坡預(yù)測：以斜坡Q5為例

位于礦區(qū)道路北側(cè)，巖質(zhì)斜坡，為人工開挖所至，斜坡寬約25 m，長約150 m，坡向170°，坡度約70°，坡面裸露，巖體破碎，坡腳堆積大量松散堆積物，可見最大堆積塊石的直徑為0.8 m，巖性為斜長片麻巖等，產(chǎn)狀320°∠55°，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理有3組：①110°∠65°，延伸長度4～7 m，裂隙寬度0.2～0.4 cm；②280°∠60°，延伸長度4～11 m，裂隙寬度0.10～0.15 cm；③190°∠70°延伸長度3～10 m，裂隙寬度0.1～0.2 cm。坡頂有小型松動危巖體分布，坡腳為陡崖，為斜向斜坡，巖體在以上節(jié)理切割影響下，破壞了原有結(jié)構(gòu)和強度，致使坡面危巖、危石較發(fā)育，時常有小規(guī)模崩塌、墜石等現(xiàn)象發(fā)生。將上述節(jié)理在赤平投影圖(圖3)投影后發(fā)現(xiàn)，有1個結(jié)構(gòu)面的交點位于坡面投影線的一側(cè)，而且交于坡面內(nèi)部。

圖3 Q5不穩(wěn)定斜坡赤平面投影Fig.3 Raw plane projection of Q5 unstable slope

綜上所述，該段不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性差，工業(yè)場地位于該斜坡坡腳南側(cè)約15 m處，且礦區(qū)道路在坡腳處通過，對工施工人員、工業(yè)場地工程及車輛和其他器械構(gòu)成一定威脅，現(xiàn)狀評估危險性中等[12-13]。其他不穩(wěn)定斜坡預(yù)測方法與Q5相似。

3.1.2 棄渣場堆放引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險性預(yù)測

礦區(qū)已建1號、2號棄渣場，此次新建1處3號棄渣場，均采用先擋后棄原則進行，在棄渣場前緣設(shè)置高1.5 m、底寬1.5 m塊石擋墻，并按40°邊坡角堆放，堆高2.1～8.51 m，碎石土自然邊坡安息角為35°，引發(fā)棄渣場邊坡失穩(wěn)的可能性小，危險性小。擬建棄渣場位于地形相對平緩的山坡面及溝谷內(nèi)，區(qū)內(nèi)降雨稀少，引發(fā)次生坡面泥石流災(zāi)害的可能性較小，危險性小。

3.1.3 地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的危險性預(yù)測

開采礦體主要為M2-1、M3-1。M2-1礦體，脈狀、似層狀產(chǎn)出，礦體長215 m，平均厚度2.21 m，傾向50°，傾角50°；M3-1礦體，脈狀、似層狀產(chǎn)出，礦體長580 m，平均厚度2.15 m，傾向30°～50°，傾角55°。最大開采深度510 m。

根據(jù)以上參數(shù)求得采深與采厚比分別為231、237，采深、采厚之比大于30，地表將出現(xiàn)連續(xù)的地表移動，地表移動和變形在空間和時間上是連續(xù)的、漸變的，分布有一定規(guī)律，地表一般不會出現(xiàn)較大的裂縫或塌陷坑[14-16]。

地表最大下沉值預(yù)測：Wmax=ηQcosα

式中，η為地表下沉系數(shù)(取堅硬巖石的經(jīng)驗系數(shù)η=0.65)；Q為礦層厚度；α為礦層傾角。

地表最大水平位移值預(yù)測：Umax=b·Wmax

式中，b為水平移動系數(shù)為0.38(據(jù)經(jīng)驗值)。

計算得出M2-1、M3-1礦體最大下沉量分別為0.92 m和0.81 m；水平位移分別為0.4 m和0.3 m。

采區(qū)地表移動特征及地面塌陷范圍預(yù)測所需參數(shù)，崩落角上盤取65°，下盤取70°，端部取80°，第四系表土均為45°。

通過圖解法對塌陷盆地邊界進行預(yù)測(圖4、圖5)，M2-1開采區(qū)A-A′剖面預(yù)測塌陷范圍為225 m。M3-1開采區(qū)B-B′剖面預(yù)測塌陷范圍為250 m。地面塌陷XC1面積為57 600 m2，XC2面積150 400 m2，地面塌陷區(qū)處于荒漠無人區(qū)，僅對采礦工程活動產(chǎn)生影響，預(yù)測評估礦業(yè)活動引發(fā)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，危險性中等。

圖4 A-A′剖面地面塌陷范圍預(yù)測示意Fig.4 Surface collapse range prediction of A-A′section

圖5 B-B′剖面地面塌陷范圍預(yù)測示意Fig.5 Surface collapse range prediction of B-B′ section

3.2 礦區(qū)水土環(huán)境破壞現(xiàn)狀與分析

3.2.1 礦區(qū)水土環(huán)境破壞現(xiàn)狀

礦區(qū)水土環(huán)境破壞的方式主要表現(xiàn)為壓占和挖損，工業(yè)場地壓占0.7萬 m2，棄渣場壓占0.51萬 m2，進場道路0.44萬 m2，炸藥庫壓0.012萬 m2，平硐、斜井挖損面積約0.424萬 m2，進場道路挖損面積約0.16萬 m2。

3.2.2 礦區(qū)水土環(huán)境破壞現(xiàn)狀分析

礦區(qū)為地下開采，目前施工了礦區(qū)道路及4條平硐和1個斜井，開挖較嚴重，M2-2、M3-1開采區(qū)可能引發(fā)地面塌陷總面積20.8萬 m2。依據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，將礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀影響程度定為較嚴重區(qū)。

4 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境防治

4.1 總體思路

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要為不穩(wěn)定斜坡，可通過危石、危巖清理，平硐口采取支護等工程防護措施進行治理，難度較小，技術(shù)可行。

(1)地形地貌景觀恢復(fù)。通過設(shè)立擋石墻、封閉硐口、斜井回填、棄渣平復(fù)等手段，技術(shù)可行。

(2)土地資源破壞及植被恢復(fù)。該礦山礦業(yè)活動對土地資源及植被破壞是此次礦山地質(zhì)環(huán)境主要治理項目，其中，土地資源恢復(fù)主要是拆除、平整、清理廢棄物等工程，治理難度較小，但因該區(qū)海拔較高，氣候惡劣，植被稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱，對礦區(qū)植被進行恢復(fù)難度相對較大，目前主要是通過土地平整→自然恢復(fù)→撫育管理。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害治理工程

(1)不穩(wěn)定斜坡治理工程。對礦山現(xiàn)狀條件下發(fā)育在PD2-0、PD2-1、PD2-2、 PD2-4平硐口4段斜坡及修建礦區(qū)道路形成的2段斜坡(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)坡面進行危石、危巖清理，平硐口采取支護工程措施。礦區(qū)道路除具代表性斜坡Q5、Q6外，道路兩側(cè)或一側(cè)多處局部存在失穩(wěn)的可能，坡面進行危石、危巖清理。

(2)地面塌陷災(zāi)害治理工程。地面塌陷防治工程主要是閉坑后的綜合治理，應(yīng)盡量使塌陷區(qū)自然塌陷，盡量使塌陷區(qū)與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)景觀相諧調(diào)。對以后存在塌陷隱患的區(qū)段應(yīng)設(shè)置圍欄，并在塌陷區(qū)段設(shè)置危險警示牌，為2.5 m×1.0 m×0.2 m鋼筋混凝土板。M2-1開采區(qū)引發(fā)地面塌陷面積5.76萬 m2，設(shè)高1.5 m網(wǎng)圍欄工程1 000 m，警示牌5塊。M3-1開采區(qū)引發(fā)地面塌陷面積15.04萬 m2，設(shè)高1.5 m網(wǎng)圍欄工程1 800 m，警示牌9塊。

(3)恢復(fù)地貌景觀治理工程。在3處棄渣場(1號、2號、3號)前緣設(shè)置各設(shè)長100 m、高2.0 m、底寬1.5 m塊石擋墻。

考慮礦區(qū)地處荒山，人煙稀少，植被覆蓋率為5%左右，地表土層僅零星分布，確定對礦區(qū)挖損、壓占土地資源進行平整處理，不進行覆土工程，植被恢復(fù)采用自然恢復(fù)法。①礦區(qū)采礦過程6處平硐(2.2 m×2.3 m)，閉坑后硐口均采取漿砌石封閉，封閉深度自硐口至硐身為20 m，累計損耗量為608 m3。②斜井回填工程：斜井規(guī)格為3.0 m×3.0 m，深度195 m，預(yù)計回填量為1 755 m3(運距按200 m計算)。③礦渣復(fù)平工程：該礦山采礦過程所產(chǎn)生棄渣量除用于修復(fù)礦區(qū)道路外，在各棄渣場將堆放棄渣22 552 m3，考慮采礦階段已對各棄渣場內(nèi)棄渣做了相應(yīng)復(fù)平工作。因此，最終對棄渣的復(fù)平方案采取削高補低的方法，復(fù)平量按總棄渣量40%估算，總復(fù)平量為9 021 m3。

(4)礦區(qū)土地資源破壞恢復(fù)工程。該礦山采礦過程共壓占荒地面積1.662萬 m2，挖損荒地面積0.584萬 m2，開采區(qū)可能引發(fā)地面塌陷面積20.8萬m2。采取工程措施為：拆除已有工程設(shè)施，平整、清理廢棄物，按平整厚度0.2 m計算，產(chǎn)生廢棄物總方量為48 056 m3，并就近有序堆放于各自棄渣場內(nèi)(運距按500 m計算)。

4.3 效益分析

(1)社會效益。礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理工程利于人民群眾安居樂業(yè)和社會穩(wěn)定，并對保障礦山自身安全運行及持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。該礦山治理區(qū)自然生態(tài)環(huán)境十分脆弱，保護和建設(shè)好生態(tài)環(huán)境，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展意義重大。

(2)環(huán)境效益。該方案的實施，有效保護了都蘭縣五龍溝金礦礦產(chǎn)資源的有序開發(fā)，減輕了地質(zhì)災(zāi)害對礦山企業(yè)的危害，改善了區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)論

本文在分析都蘭縣五龍溝金礦礦山地質(zhì)環(huán)境特征和水文地質(zhì)工程地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，得到以下結(jié)論：

(1)礦區(qū)現(xiàn)存不穩(wěn)定斜坡有6處，裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性較差，較危險或易發(fā)生崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的高陡斜坡有2處，其成因均為修筑道路開挖形成的；棄渣場堆放過程中引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害可能行較小，危害性??；礦業(yè)活動引發(fā)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，危險性中等。

(2)礦區(qū)為地下開采，礦區(qū)水土環(huán)境破壞的方式主要表現(xiàn)為壓占和挖損，礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀影響程度為較嚴重區(qū)。

(3)對Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6高斜坡處危巖清理、設(shè)立支護及擋石墻、斜井回填、設(shè)置圍欄等防治工程技術(shù)手段，以減輕地質(zhì)災(zāi)害威脅；通過對棄渣場的平復(fù)治理，盡可能恢復(fù)原有地貌特征。從而為礦山開采引起的斜坡崩塌及采空區(qū)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問題提供了較為有效的治理措施。

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