济源市承留-小寨露天煤矿采区矿山地质环境治理研究.pdf

第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期：；责任编辑：陈鑫源 ：基金项目：磷资源开发利用教育部工程研究中心开放基金（）作者简介：姬晓飞（），男，河南西平人，高级工程师，年毕业于吉首大学，现从事环境地质、地质灾害调查工作。通讯作者：王波（），男，河南淮阳人，助理工程师，年毕业于郑州工商学院，现从事矿山地质环境、地质测绘工作。引用格式：姬晓飞，王波，王涛 济源市承留小寨露天煤矿采区矿山地质环境治理研究 能源与环保，（）：，（）：济源市承留小寨露天煤矿采区矿山地质环境治理研究姬晓飞，王波，王涛（河南省资源环境调查三院，河南 郑州 ；武汉工程大学 磷资源开发利用教育部工程研究中心，湖北 武汉 ）摘要：为了改善济源市承留小寨露天煤矿采区周边地质环境，分析了矿山地质环境存在问题。研究区主要治理对象为露天采场和人类其他工程活动干扰区，治理面积 ，主要环境问题为滑坡、危岩体以及边坡。针对该问题，提出了“削坡压脚 场地平整 覆土绿化 宣传警示 配套设施 监测管护”治理方案，消除了地质灾害隐患，保护乐山区域生物多样性。关键词：矿山地质环境；滑坡；危岩体；边坡；削坡压脚；场地平整；覆土绿化；宣传警示中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；深入贯彻党的十九大精神和习近平生态文明思想，坚持“山水林田湖草是生命共同体”系统理念，通过对研究区矿山环境恢复治理工程的设计，选取技术可行、治理效果好治理工程措施指导工程施工，从而减轻或消除治理范围内因采矿造成的地质灾害隐患、地形地貌景观破坏和土地资源破坏等问题，使矿山周围的生态环境得到恢复，达到改善矿区生态环境、居住环境和投资环境的目的 。本次设计主要治理对象为露天采场和人类其他工程活动干扰区。研究区治理面积 ，治理措施包括布设工程以及自然恢复，其中 个露天采区（区面积约 ，区面积约 ）主要采取工程治理，其他区域（区面积 ）主要采取自然修复。本文采用“削坡压脚 场地平整 覆土绿化 宣传警示 配套设施 监测管护”治理方案，有效治理了矿山环境。年第 期能源与环保第 卷 研究区地质环境条件 地形地貌和矿山概况 地形地貌研究区地形总体为北低南高、东低西高，属太行山山前丘陵区。研究区最高标高 ，最低标高 ，相对高差 。研究区岩石部分裸露，植被多为低矮灌木。研究区受采矿活动影响，分布着规模不等的不稳定边坡、渣堆边坡、采坑、渣堆，对地形地貌景观破坏严重。矿山概况矿产资源开采历史悠久，原开采区现已废弃，遗留的地质环境问题较多，开采过程对生态环境的危害较为严重。露天采区的剥离，使原有土地功能基本丧失，土地资源、植被资源遭到严重破坏，山体破坏严重，造成基岩裸露，水土流失加剧，水土保持及水源涵养功能丧失，生物多样性的完整性破坏，引发崩塌、滑坡地质灾害，危害居民生命财产安全。露天采区区为 个砖瓦用页岩矿：济源市承留镇小寨宏源页岩厂、济源市承留镇永兴页岩厂、济源市大峪镇恒龙建材厂；露天采区区为 个砖瓦用页岩矿：济源市钰龙建材有限公司，现均已停产。地质环境 地层岩性根据野外调查和资料收集，研究区出露地层较为简单，研究区出露地层为三叠系上统延长群谭庄组及第四系，自下而上简述如下。（）三叠系上统延长群谭庄组（）。该段是本区砖瓦用页岩的主要层位。岩性为以黄绿灰黄色页岩为主夹黄绿色厚层状细粒长石砂岩。砂岩单层厚小于 ，一般为 。无明显的韵律及斜层理。页岩中夹煤线及厚约 的油页岩，风化后为碎片状。顶部为厚 的铝土质页岩，风化后为灰白色，为侏罗系分层的明显标志。（）第四系（）。棕黄色粉土，粉质黏土，夹少量碎石块，厚 ，不整合于下伏地层。地质构造与地震（）地质构造。区域构造属太行山复背斜的南东翼，总体构造线方向为北东向，研究区岩层走向与区域构造线方向一致。主要断裂构造有盘古寺断裂、五龙口断裂、太古石断裂等。岩层走向北西，倾向 左右，倾角 。研究区未发现断裂构造。研究区位于五龙口正断层上升盘（北盘），为一缓倾斜的单斜构造。（）区域地壳稳定性。根据中国区域地壳稳定性研究成果，研究区区域地壳稳定性属于较稳定区。水文地质条件（）含（透）水层。研究区及周围含水层为三叠系碎屑岩类裂隙水。多属 型或 型水，无侵蚀性。（）地下水补、径、排条件。地下水的补给、径流、排泄条件主要受人为因素、气象水文、构造、岩性、地貌、地形等控制。地下水多分布在相对隔水层之上，在低洼地或沿沟谷两侧有泉出露排泄地下水。（）地表水及地下水对矿床开采的影响。研究区地下水位标高为 ，低于矿床开采底板标高 ，地下水对矿床开采无影响。由于开采区冲沟发育，地形坡度较大，大气降水形成的季节性水流排泄畅通，露天开采不会受到季节性水流影响。工程地质条件研究区的基岩主要由砂岩、页岩以及黏土页岩组成。岩质较软弱，抗剪强度低，易风化，页岩力学强度具各向异性。地下工程及水工建筑物应注意沿软弱夹层产生滑动。砂岩岩石干抗压强度 ，软化系数 。岩石稳定性较差。构造节理较发育，风化程度各处不一，整体为中等风化，岩体较破碎较完整。工程地质问题为页岩易造成边坡失稳。人类工程活动研究区及周边其他人类工程活动主要为矿山开采、农业耕种、道路建设等。农业耕种以旱作农业为主，道路建设主要是矿山道路和乡间公路的修建。（）采矿活动。研究区早期采矿业发达，原研究区现已废弃，造成了严重的地质环境问题。（）民用建设。研究区区西南侧为阳济高速路搅拌站，北侧为大峪镇工业园区（济源市坤源锻造有限公司、捷达磨具有限公司、济源市恒信机械厂），周边分布有虎岭村。研究区区西侧 为栗子村，为民居住房、耕地等。（）道路建设。近年来，随着济源市的发展，研究区附近修建了 县道、张苏线等工程，正在修建的阳济高速距离研究区 。县道位于研究区北侧 、研究区北侧 。（）输电线路建设。输电线路经过研究区，且有 座电线塔位于研究研究区，线塔位于坡顶，距离边坡边缘 ，边坡高 ，坡度 ，边坡为裸露基岩，基本稳定。（）燃气管道建设。燃气管道位于研究区的废渣之下，自北向南平行于研究区的公路，距离最近的边坡 。年第 期姬晓飞，等：济源市承留小寨露天煤矿采区矿山地质环境治理研究第 卷 矿山地质环境问题 矿山地质环境现状（）地质灾害。现状条件下，研究研究区地质灾害主要为露天采区不稳定边坡（危岩体）。露天采区区目前发现 处滑坡、处危岩体，露天采区区发现 处危岩体。岩性均为页岩，坡面岩体较破碎，裂隙发育，存在大量裂缝和危岩体，局部掉块现象严重，稳定性较差。（）地形地貌景观破坏。由于矿区长期无序的露天开采，造成了严重的破坏。露天开采形成的高陡边坡使山体与地表遭到严重破坏，根据调查统计，现状条件下露天采区区有 个边坡，边坡坡度在 ，高度在 。露天采区区边坡如图 所示。区有 个边坡，边坡坡度在 ，高度图 露天采区区边坡示意 在 ；区有 处废渣堆，边坡坡度 。研究区破坏面积共 。露天采区对地形地貌景观影响和破坏程度严重。露天采区区边坡如图 所示。图 露天采区区边坡示意 （）土地资源破坏。研究区共破坏土地资源 ，其中露天采区区挖损有林地 ，采矿用地 ，自然保留地 ；露天采区区挖损有林地 ；区压占有林地 。露天采区对土地资源破坏程度严重。矿山地质环境发展趋势依据本次矿山地质环境现状调查结果 ，结合勘查区开采现状、地质条件，对研究区矿山地质环境发展趋势预测如下：研究区露天采区区域均为岩质地层，缺乏土源，植被难以自然恢复，对土地资源和地形地貌景观破坏将持续，需采取防治措施。个废渣堆积区土壤贫瘠，植被难以自然恢复，对土地资源和地形地貌景观破坏将持续，需采取防治措施。矿山环境恢复治理设计 总体布置采用“削坡压脚 场地平整 覆土绿化 宣传警示 配套设施 监测管护”治理方案，具体方案如下 。（）削坡压脚。削坡工程。对露天采场边坡按照规范进行削、放坡，设计基岩边坡坡度不超过 年第 期能源与环保第 卷 （），碎石土边坡坡度不超过 。边坡高度超过 的采用台阶状边坡，台阶高度一般 ，台阶平台宽度不小于 。压脚工程：对削坡产生的废石堆积于坡脚，堆积高度超过 的采用台阶状边坡，台阶高度不超过 ，边坡坡度不超过 ，台阶平台宽度不小于 。挡土墙工程：在碎石土边坡坡脚修建挡土墙，确保边坡稳定；在台阶平台边缘修建小型挡土墙，防止水土流失。（）场地平整。对采场平缓处进行平整，削高填低，场地平整后坡度控制在 ，满足场区排水和覆土绿化要求。（）覆土绿化。客土工程：对整理后的场地进行覆土，并对土壤进行培肥，覆土厚度和土壤质量满足 的有关要求。植树种草：在采场边坡台阶穿插种植火炬树、侧柏等树种；在边坡跛脚处种植大乔木，在场区较平缓区域种植桃树、苹果树等经济树种；在树间撒播草籽，保持水土，提升绿化效果。（）宣传警示。在自然恢复区设置宣传警示标语，封山育林，保护生态环境。（）配套设施。在经济林种植区设计田间道路，满足农林生产运输需求。（）监测和管护。按照土地复垦的有关要求，对研究区和自然恢复区复垦土壤质量、植被、和配套设施进行监测和管护。治理工程分项设计 削坡压脚（）削坡工程 。对露天采场边坡按照规范进行削坡、放坡，设计基岩边坡坡度一般不超过 ，碎石土边坡坡度不超过 。边坡高度超过 的采用台阶状边坡，台阶高度一般 ，台阶平台宽度不小于 。基岩边坡削坡、压脚工程如图 所示。图 基岩边坡削坡、压脚工程示意 碎石土边坡削坡工程如图 所示。图 碎石土边坡削坡工程示意 （）压脚工程 。对削坡产生的废石堆积于坡脚，堆积高度超过的采用台阶状边坡，台阶高度不超过 ，边坡坡度不超过 ，台阶平台宽度不小于 。（）挡土墙工程。在碎石土边坡坡脚修建挡土墙，确保边坡稳定。共部署挡土墙 段 。挡土墙顶宽 ，底宽 ，面坡坡率 ，背坡坡率 ，墙总高 ，基础埋深 ，墙体采用 浆砌片石，每隔 或地形变化较大地段预留伸缩缝，墙顶采用 砂浆抹面，厚 ，外露部分采用 砂浆勾缝，不得形成通缝。坡脚挡土墙工程如图 所示。图 坡脚挡土墙工程示意 （）挡土坎工程。在台阶前缘修建挡土坎，防止水土流失，共部署挡土坎 ，其中区 ，区 。挡土坎顶宽 ，底宽 ，面坡坡率 ，背坡坡率 ，坎总高 ，基础埋深 ，墙体采用干砌片石。挡土坎工程如图 所示。场地平整对采场平缓处进行平整 ，削高填低，场地 年第 期姬晓飞，等：济源市承留小寨露天煤矿采区矿山地质环境治理研究第 卷平整后地形坡度 ，平整后场区不得形成积水；平整后场区碎石土覆盖厚度不小于 ，满足覆土绿化要求。区：场地平整石方开挖 ，碎石土方回填 。区：平整面积为 ，机械平整。图 坡脚挡土墙工程示意 覆土绿化（）树穴石方开挖 。女贞树、桃树、苹果树种植区属于基岩区，需对树穴进行石方开挖，采用沟槽式树穴，机械开挖，沟槽深度不小于 ，沟槽宽度不小于 。基岩区树穴 个，其中区基岩区树穴 个，石方开挖量为 ，采用机械开挖；区基岩区树穴 个；石方开挖量为 ，采用机械开挖。（）客土工程。对整理后的场地进行覆土，火炬树、侧柏覆土厚度不小于 ，桃树、苹果树、女贞树覆土厚度不小于 ，边坡平台和碎石土边坡采用全面覆土，覆土厚度 ，缓坡地（）采用树槽石方开挖，开挖深度 ，树间覆土 。覆土 ，其中区覆土 ，区覆土 ，区覆土 ，运距均为 。（）土壤培肥。对客土增施有机肥进行培肥，按 标准增施有机肥，共需施有机肥 。其中，区 ，区 ，区 。（）植树。经济果木。在采场平缓处种植桃树，苗高 ，带土球，种植间距 。常青乔木。采场边坡平台、碎石土边坡采用侧柏、火炬树混植，侧柏苗高 ，带土球；火炬树苗高 ，带土球；种植间排距为 ；在基岩边坡坡脚（未设计压脚处）种植 排女贞树，女贞树苗高，带土球，种植间距。桃树（区）株，苹果树（区）株。侧柏 株，其中区 株，区 株；火炬树 株，其中区 株，区 株；女贞树 株，其中区 株，区 株。（）种草。爬藤植物：在采场基岩边坡平台内侧种植常春藤，在平台外缘种植迎春花。常春藤选择 年生苗，种植间距 。树间撒播草籽，草籽选用鼠茅草等保水保墒草本植物，撒播标准 。常春藤 株，其中区 株，区 株；撒播草籽 ，其中区 ，区 ，区 。宣传警示在自然修复区合适位置设置宣传警示牌，提高居民生态环境保护意识，禁止发生破坏生态环境的工程活动。宣传警示牌规格如下：不锈钢材质，警示牌总高 ，面板尺寸 。设置宣传警示标语 处。配套设施农林生产、管护设计田间道路，田间道路采用碎石土道路，宽 ，设计碎石土道路总长度 。其中，区设计田间道路 ，区设计田间道路 。监测和管护（）监测 。按照土地复垦的有关要求，对复垦土壤质量、植被和配套设施进行监测和管护。监测方法为随机抽样型，复垦工程竣工后每年监测次，监测 年。（）复垦管护。本土地复垦管护对象为复垦的林、草地区域，管护措施主要包括灌溉养护、追肥、病虫害防治和培土补植等。土地复垦管护期限为 年，具体管护措施工程设计如下：灌溉养护。栽后浇水 次；周后第 次，有条件的地方 周后第 次浇水。浇水来源可使用周边季节性流水。追肥。年追肥 次，以 、肥为主，林地追肥量为每次 。病虫害防治。每年 次，或因具体情况而采取相应的措施。管护面积 ，其中区管护面积 ，区管护面积 ，区管护面积 。效益分析 社会效益通过河南南太行地区山水林田湖草生态保护修复工程矿山环境治理措施的实施，基本消除了地质灾害隐患，在一定程度上保护了矿区附近居民的生 年第 期能源与环保第 卷命财产安全，美化了当地居民的居住环境，促进研究区山、水、林、田、湖、草的良性发展。研究的实施，使得矿山企业和地方政府、地方群众和谐共生、共同发展，有利于促进地方经济的可持续发展，有利于实现安定团结、人民群众安居乐业的政治局面，有利于构建和谐社会。经济效益通过治理，在恢复矿山生态生态、美化人居环境的同时，紧密结合扶贫攻坚、乡村振兴工程，优选经济林种植，研究实施后可增加优质苹果种植 株，优质桃树种植 株，增加了村民经济收入，促进经济产业结构改革，引导人民发家致富。环境效益通过治理，将显著恢复矿山生态环境，提高植被覆盖率，增加林地面积 ，增加草地面积 ，改善了野生动物栖息地生态环境，保护了区域生物多样性，基本消除了地质灾害隐患。结论（）研究区地质灾害主要为露天采区不稳定边坡（危岩体），露天采区区目前发现 处滑坡、处危岩体。露天采区区发现 处危岩体，露天采区 区有 个边坡，边坡坡度在 ，高度在 ，区有 个边坡，边坡坡度在 ，高度在 ；区有 处废渣堆，边坡坡度 。研究区破坏面积共 。（）采用“削坡压脚 场地平整 覆土绿化 宣传警示 配套设施 监测管护”治理方案，研究有效保护了生态环境，提高了南太行植被覆盖率。参考文献（）：王佟，刘峰，赵欣 生态地质层理论及其在矿山环境治理修复中的应用 煤炭学报，（）：，（）：覃茂刚，伍德明，孙龙飞，等 海南小型露天采石场矿山地质环境治理方法探讨：以日富石场为例 中国矿业，（）：，：，（）：卢守卿，李贞岐，卢声媛，等 甘肃魏家地煤矿矿山环境特征评估及生态恢复 能源与环保，（）：，（）：曹晓毅，田延哲 关中地区石灰岩废弃矿山地质环境恢复治理探讨 煤炭技术，（）：，（）：王娜，田磊，文可戈，等 基于遥感技术的矿山生态修复调查研究 以冀东铁矿为例 金属矿山，（）：，：，（）：邹麓，陈建国 露天煤矿矿山地质环境治理恢复技术研究 地球，（）：，（）：，杨文凯，孙文洁，韩权，等 平朔矿区煤炭矿山地质环境现状调查研究 煤炭工程，（）：，（）：魏新力，刘淑芹，韩刚，等 河南省济源市玉川产业聚集区矿山生态环境地质问题及治理对策 能源与环保，（）：，（）：王晓东，徐拴海，张卫东，等 高海拔多年冻土区露采矿山边坡水冰环境特征分析 煤田地质与勘探，（）：，（）：刘超良，孙涛，魏增超，等 露天矿山地质环境保护与恢复治理 地质灾害与环境保护，（）：，（）：钟文丽，邓江红，肖庆 拉拉铜矿矿山地质环境综合评价及可持续发展对策 矿床地质，（）：，（）：潘进兵，卢庆安，李春发 露天开采对矿山地质环境的影响研究 中国金属通报，（）：年第 期姬晓飞，等：济源市承留小寨露天煤矿采区矿山地质环境治理研究第 卷 ，（）：贾宗勇，杨晓文，关永平，等 海东市乐都区迭尔沟采石场矿山地质环境问题及治理对策研究 能源与环保，（）：，（）：，王榕康 露天采矿矿山地质环境问题与治理研究 矿业装备，（）：，（）：任文会，王真真 阿克塞县水泥用石灰岩矿地质环境特征及生态环境修复治理研究 能源与环保，（）：，（）：，陶耐，盛勇 凹陷开采矿山生态修复工程方案设计 以广德市某灰岩矿为例 安徽地质，（）：，：，（）：李再兴，彭妮，徐伟，等 平原区采煤塌陷区矿山地质环境修复治理方法研究 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