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摘要：针对小孤山村煤矿的自然地理条件、地质环境条件以及项目区主要矿山地质环境问题及现状，提出了切实可行的矿山地质环境治理设计方案。结果表明，采用废渣清运、浆砌排导渠、浆砌排水沟、浆砌块石管涵、场地平整、客土工程、栽植乔木治理工程等手段，消除了地质灾害隐患，逐步改善和恢复了矿区生态环境，形成一个完整的生态环境保护体系，保证了矿区生产安全。
关键词：矿山地质；环境治理；小孤山煤矿；工程设计方案；环境保护
凤城市是辽宁省内的地质灾害发生严重地区之一，主要灾种是泥石流和滑坡，凡遇暴雨季节，泥石流灾害突出，直接危害着当地居民生命和财产的安全。本项目区地处山脚下，由于矿山多年的开采，对地形地貌景观和水、土资源也造成了较严重的破坏，同时也产生了可能引发泥石流地质灾害的因素。项目区泥石流沟谷长，高差大，泥石流物源丰富，现状下泥石流堆积区已堆满泥石流堆积物，只要水动力条件满足，极易发生泥石流，将严重威胁当地居民的生命财产及下游的河道安全[1]。通过对项目区地质环境综合治理，消除或减轻矿山地质灾害隐患，逐步改善和恢复了矿区生态环境[2]。对泥石流流域统一规划，采取切实可行的工程措施和生物措施，消除泥石流灾害隐患，使治理流域建立良好的生态平衡。恢复矿区土地使用功能，促进矿区生态环境的和谐，保障矿区人民生命财产安全和社会稳定[3-4]。
1自然地理与地质环境条件
1.1位置与交通条件
项目区位于凤城市赛马镇东北方向约4.5km处，行政区划隶属于赛马镇小孤山村所辖，土地权属归赛马镇小孤山村所有。项目区中心地理坐标为：东经124°16′44″，北纬40°59′55″。项目区距离赛（马）-灌（水）铁路约3km，距大（堡）-爱（阳）公路约1.5km，治理区内有村路通过，地理位置和交通条件优越。
1.2气象水文
项目区位于长白山脉南延部分，气候属暖温带湿润区大陆性季风气候，四季分明，年平均降水量996.6mm，主要集中在每年的7、8月份，年最大降水量1692.8mm，极端最高气温37.3℃，极端最低气温－32.6℃，年平均气温5.5～8.2℃，平均霜冻期206d，标准冻土深度1.20m。治理区东北侧有鸭绿江水系草河支流，水质清澈，河床以砂石、基岩为主，受大气降水影响较大，也属于季节性河流，降水量的大小以及在空间、时间上的分布，都直接影响到河川径流。
1.3地形地貌特征
项目区地处辽宁省东部低山丘陵区，地貌上地形切割强烈，山势较陡，地貌类型为构造剥蚀丘陵和丘间谷地，总体地势西南高北东低。高差327m，山间沟谷较发育。
1.4岩性地层
1）第四系。主要为冲洪积物和残坡积物，分布于谷地、山坡坡脚，由杂填土、碎石土、砂土、黏土及等组成。总厚度约0.3~3.0m。2）侏罗界中统（J2）。主要由砾岩、砂岩及夹煤层页岩等组成。该地层出露面积较广阔。3）钓鱼台组（Qnd）。该组地层主要由石英砂岩、含砾石英岩等组成，出露于治理区南部呈带状出露。4）辽河群大石桥组（Ljd）。该组地层出露岩性为大理岩，位于钓鱼台组地层南端[5-6]。
1.5水文地质条件
本区地下水主要有松散岩类孔隙水和基岩裂隙水2种类型。松散岩类孔隙水主要赋存于坡脚、谷底的第四系地层中，地下水埋深0.7~2.0m不等，含水层厚度0.5~1.70m不等，主要接受大气降水和基岩裂隙水的补给，顺地势向冲沟下游方向排泄。通过地表径流，下渗补给基岩裂隙含水层排空。该含水岩组富水性随含水层结构、厚度、岩性等变化较大，水位标高受季节性降水量控制，为弱-中等富水性地层，此层水与基岩裂隙水联系密切。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中，岩石均含有微弱的风化裂隙和弱的构造裂隙水，水量一般不大，具有很大的不均一性，主要接受大气降水的补给，顺地势排泄于松散岩类孔隙水含水层中，径流条件较差，以地下径流以排泄为主，为微弱-弱富水性。
1.6项目区主要矿山地质环境问题及现状
通过对治理区的现场勘察，采矿活动造成的次生地质灾害主要为泥石流。泥石流地质灾害发生于破损山体的露天排岩场，由于地形坡度相对较大，废石块度较小，松散，在强降雨作用下容易发生泥石流灾害。经调查，凤城市赛马镇地区泥石流活动较强烈，发生频率高，规模小，泥石流的暴发与降水关系密切，泥石流均在暴雨后暴发。因此，该泥石流属雨洪型。项目区泥石流物源充足，堆积物堆积方量大，只要水动力条件满足，在形成区内汇水冲刷下物源区物质的起动较快，极易发生泥石流[7]。根据实地调查，项目区泥石流按水源成因和物源成因分为暴雨泥石流；按集水区地貌特征为沟谷型泥石流；按爆发频率为高频泥石流；按泥石流物质组成为水石型泥石流；按流体性质为稀性泥石流；按泥石流1次爆发规模为小型泥石流[8]。长期采煤活动产生了大量煤矸石，矸石堆积时大部分随意堆积，未经压实，矸石堆自稳定性差，受雨水冲涮和坡度影响，存在局部滑塌，使原来脆弱的植被资源遭到严重的破坏，对周围活动居民存在安全隐患，且遇大风天气尘土飞扬，污染空气，降低大气环境质量。
2治理工程设计原则
1）本着“以人为本”的原则，突出重点，全面规划，不仅消除地质灾害隐患，最大限度地避免和减少地质灾害造成的损失，保护人民生命和财产安全，同时恢复矿山生态环境，改善人居环境。2）遵循“宜农则农、宜林则林、宜建则建”的原则，采用工程和生物措施，修复生态环境，恢复土地使用功能，为地区经济的可持续发展做贡献。3）本着尊重客观规律，因地制宜，低投入高效益的原则，制定出科学可行的治理程序和方法措施，使治理工程可操作，有成效；不断提高整治工作效率和水平，构建和谐的人与自然的关系，使治理工程达到事半功倍效果，取得经济效益、社会效益和环境效益协调统一。4）设计方案在编制过程中征求地方政府的意见，在保证投资预算的情况下，要与地方政府的经济社会发展等相关规划相衔接，要与周边生态环境建设融成一体，打造成“生态恢复、环境改善、群众满意”的民生工程。5）工程设计严格按照国家、相关行业和辽宁省内现行的规范和标准进行，做到工程设计合理，施工规范。
3治理工程设计方案
3.1渣堆清运工程
项目区范围内存在多处渣堆，渣堆堆渣量大，整体稳定性差，对周边环境影响严重，矿渣所有权为矿主所有，施工方将渣堆搬迁清运至指定地点。搬迁清运方量主要是根据测量数据计算所得。方量的计算方法为利用CASS软件，运用DTM三角网计算。计算原理为利用测量所得高程点和坐标数据由CASS软件生成三角网格，然后根据设计高程计算各个三角网格内的体积，最后各个三角网格的体积之和即为渣堆的总方量。经计算得出渣堆的土方体积总和为6498m3。
3.2排导渠工程
本项目规划在项目区原冲沟位置修建1条排导渠。泥石流流通区冲沟为自然冲刷而成，冲沟宽而深，已被冲刷下来的块石、碎石堵塞。为了保证流通区内冲沟排水畅通，首先对河道进行土石方开挖，采用挖掘机配合运输车辆清除拟建排导渠范围内的块石、碎石，清理出的块石、碎石堆积除用于排导渠，其余运至治理区外下游河岸两侧，稳固河岸。泥石流排导渠采用毛石砌筑，排导渠渠顶宽4.0m，渠底宽2.0m，渠底以上高2.0m，渠底以下基础埋深0.80m，导流渠顶部渠壁分别向两侧外扩5m，展角15°形成截水墙。排导渠总长度155.6m。在排导渠施工过程中，尽量减少施工作业面，保护原有植被，如施工过程中对原有植被造成破坏，施工后应予以恢复。
3.3排水沟工程
为了防止水土流失，在项目区原有砂石路一侧修建1条排水沟，主要控制雨季雨水集中时对治理区域的冲刷，减少水土流失，确保治理成果。需要修建的排水沟采用浆砌块石砌筑，排水沟分两段修筑，上段排水沟将水排入排导渠内，下段排水沟将水排入项目区北部河流中。排水沟长总计260.16m，上口宽700mm，底宽700mm，沟深800mm，壁厚300mm，毛石强度等级MU30，水泥砂浆强度等级M10，砌筑采用挤浆法施工，外露面用M10水泥勾平缝，每8~15m设1条伸缩缝，遇坡度变化或地基岩性变化处需加设沉降缝，缝宽20mm，缝内填塞浸沥青松木板。
3.4管涵工程
在排导渠与项目区砂石路交叉处设置管涵1座，以满足排水路径完整性的需要。管涵采用2根内径2000mm的预制混凝土管并排设置，水泥涵管上下铺设浆砌石，毛石采用MU30，砂浆采用M10，水泥涵管接头处采用防水砂浆进行防水处理，排导渠与管涵相接地段采用八字形砌筑。
3.5场地平整工程
对治理区内渣堆清运后及其他破坏的土地，因地形坡度较大，需进行平整后方可客土进行植被恢复。平整石方时，采用推土机进行平整、压实。平整时尽可能将粒径小的碎石堆于表面，防止由于表面废石粒径过大，客土时土壤填入缝隙中损失土量。预计平整场地面积6632.5m2，平整厚度0.3m，预计平整土石方量约1989.8m3。
3.6客土工程
为了使种植植物很好生长，取得比较好的治理效果，需对治理区进行客土，根据治理区内地形特点，采取全面客土方式。项目区客土源主要依靠外购土源解决，客土采用大型挖掘机械挖装运土，大型自卸车辆运输。如土中有垃圾、树根和粒径超过50mm块石都需要剔出。客土选择原则上应该达到二级标准及以上。以保证植物种植的成活率。治理区需客土土地面积6632.5m2，客土厚度按自然沉实厚度0.5m计算，客土量3316.3m3。
3.7植被恢复工程
植被恢复工程本着因地制宜适地适树的原则，在治理区种植耐瘠薄、耐干旱的植物，以便在短期内形成生态林带。绿化树种为胸径2~4cm的刺槐，株行距1.0m×1.0m，共植树6632株。造林本着适地植树，细致整地，良种壮苗，精心栽植，适当密度，抚育管护的原则。栽植时间以春季土地解冻达到各树种栽植深度后，苗木萌动前为宜，植苗时必须做到根系舒展，不窝根、不露根，栽正踩实。造林后，如逢天旱要适时浇水，保证苗木成活。幼林抚育主要是锄草、浇灌、扩穴、松土、修枝、病虫害防治，以促进幼树生长。造林后要设立标牌，落实责任，实施封山育林，杜绝樵采、放牧。在复垦绿化工程中需要充足的供水，在植树时需进行人工浇灌。
4结语
通过对项目区地质环境综合治理，消除或减轻了矿山地质环境问题，消除了地质灾害隐患，逐步改善和恢复了矿区生态环境。对泥石流流域统一规划，采取切实可行的工程措施和生物措施，消除泥石流灾害隐患，使治理流域建立良好的生态平衡。恢复矿区土地使用功能，减轻地质灾害对周边居民的威胁，恢复自然生态环境，促进矿区生态环境的和谐，项目措施实施后，发挥了固土、蓄水、改善环境等各种功能，形成一个完整的生态环境保护体系，保证了矿区生产安全运行，保障矿区人民生命财产安全和社会稳定。
参考文献：
［1］曲雪妍，李媛，杨旭东.中国地质灾害总体特征与形势分析［J］.中国地质灾害与防治学报，2017，28（2）：109．
［2］程宝成，陈震.我国矿山环境治理现状及措施研究［J］.资源与产业，2014，16（4）：95－99．
［3］李树志，周锦华.矿区生态破坏防治技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1998．
［4］刘占梅.辽宁省喀左县道虎沟山坡崩塌地质灾害防治工程设计［J］.地质灾害与环境保护，2014，16（4）：16．
［5］《工程地质手册》编委会.工程地质手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007．
［6］GB50021—2001岩土工程勘察规范［S］.
［7］崔承洋.延吉沟泥石流危险度评价及生态防治［D］.郑州：华北水利水电大学，2018．
［8］DZ/T0220—2006泥石流灾害防治工程勘查规范［S］.
作者:徐超 单位:中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司
