籍進柱，李懷彬，任良良

(1.內蒙古工業(yè)大學礦業(yè)學院，內蒙古 呼和浩特 010051； 2.沙旱區(qū)地質災害與巖土工程防御自治區(qū)高等學校重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010051； 3.中國冶金地質總局礦產資源研究院，北京 101300； 4.中國冶金地質總局地球物理勘查院，河北 保定 071051)

礦山地質環(huán)境問題是指受采礦活動影響而產生的地質環(huán)境破壞的現(xiàn)象，表現(xiàn)為礦山生產環(huán)境惡劣、“三廢”排放、地質災害、環(huán)境資源破壞等[1-2]。露天開采礦山所引發(fā)的地質環(huán)境尤為嚴重，需要重點預防和治理[3-5]，特別是廢棄的露天礦山所產生的廢渣堆、掌子面、開采臺面等因缺少后期地質環(huán)境治理，致使當地生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，同時也存在發(fā)生地質災害的隱患。

河北省阜平縣地處太行山深處，是抗戰(zhàn)時期晉察冀邊區(qū)政治、軍事、文化中心，目前該地區(qū)擁有晉察冀邊區(qū)司令部舊址和晉察冀邊區(qū)革命紀念館兩處紅色旅游勝地。葛拉溝廢棄露天鐵礦區(qū)位于兩個紅色旅游勝地東南約3.0 km處，其破損的山體與周邊地質環(huán)境極不協(xié)調，嚴重影響了紅色旅游勝地視覺景觀，致使阜平縣對外形象受損。本文針對葛拉溝廢棄露天鐵礦存在的地質環(huán)境問題，進行了地質環(huán)境影響評估，并對葛拉溝礦山地質環(huán)境治理提出建議。本文治理方案可為同類礦山環(huán)境治理提供參考和借鑒。

1 廢棄礦山概況

葛拉溝廢棄露天鐵礦位于阜平縣城南約17 km處，行政區(qū)劃隸屬阜平縣城南莊鎮(zhèn)谷家莊村管轄，中心地理坐標：東經114°11′39″，北緯38°42′03″；區(qū)內有縣級公路(X320)與省道S203相接，但通往礦區(qū)的約700 m道路已經毀壞，交通不便(圖1)。

圖1 葛拉溝廢棄露天鐵礦遙感影像位置圖Fig.1 Remote sensing image location map of Gelagou Abandoned Open-pit Iron Mine

葛拉溝廢棄露天鐵礦屬于低山丘陵地區(qū)，地勢東南高西北低，地形較為復雜，海拔350.45～631.54 m，山體坡度較陡，坡角30°～50°。礦區(qū)及周邊出露地層主要有阜平群南營組黑云斜長片麻巖(Arn)、阜平群團泊口組黑云斜長片麻巖(Art)和第四系覆蓋層(Q)。在氣候上，屬大陸性氣候，年平均氣溫在12 ℃左右，年平均降水量為635 mm左右，降雨多集中在6—8月。礦區(qū)內無常年流水性河流，僅有季節(jié)性流水汛期。礦區(qū)范圍內除開采破壞區(qū)外，原生山體植物覆蓋率較高，覆蓋率約為35%。自然植被以灌木叢為主，主要有荊條、酸棗等木本植物，以及藎草、狗尾草、虎尾草、阿爾泰紫菀、蒼耳、節(jié)節(jié)草、鵝觀草等草本植物，另在溝谷土層較厚的地段，生長有楊樹、棗樹等喬木。

葛拉溝鐵礦為露天群采超貧磁鐵礦礦山，由于長時間無序開采，導致采場及廢渣堆的規(guī)模較大且雜亂，嚴重破壞了地形地貌，致使該地區(qū)的地質環(huán)境趨于惡劣。另外，葛拉溝鐵礦已廢棄多年，其責任主體滅失，渣堆、掌子面和邊坡失去人工維護，在風化作用下，渣堆和掌子面邊坡可能引發(fā)崩塌和邊坡失穩(wěn)等地質災害，將會導致生態(tài)環(huán)境會進一步惡化。

2 廢棄礦山地質環(huán)境影響評估

2.1 礦山地質環(huán)境現(xiàn)狀

葛拉溝鐵礦為露天開采的老礦山，總面積約0.50 km2。經過多年私挖濫采，礦區(qū)內已存在5處渣堆、12個礦山掌子面，5處開采臺面和1處礦山泥石流溝(圖2)，礦山破壞總面積約0.21 km2。

2.1.1 礦山渣堆

經實地調查，葛拉溝鐵礦礦區(qū)內主要廢渣堆有5處，渣堆按照從南到北、從西向東的順序編號，依次為ZD1、ZD2、ZD3、ZD4、ZD5。 5處渣堆的現(xiàn)狀情況見表1。 由表1可知，渣堆累計占地面積約75 150 m2，實際面積87 392 m2，累計堆積方量280 700 m3，各處渣堆目前基本穩(wěn)定，未見有失穩(wěn)跡象，其中，渣堆ZD1、渣堆ZD2和渣堆ZD3規(guī)模較大，高差較大(圖3)，渣堆ZD4和渣堆ZD5規(guī)模相對較小。

圖2 葛拉溝廢棄露天鐵礦地質環(huán)境現(xiàn)狀Fig.2 Geological environment status of Gelagou Abandoned Open-pit Iron Mine

表1 主要渣堆特征參數表Table 1 Characteristic parameters of main slag heaps

2.1.2 礦山掌子面

葛拉溝鐵礦開采時形成的掌子面主要有12處，從上到下編號依次為ZM01、ZM02、ZM03、……、ZM12，12處掌子面的現(xiàn)狀情況見表2。 由表2可知，掌子面總長度2 990 m，總破壞面積為39 190 m2，分布于山體露天開采區(qū)域，其坡度陡緩不一，陡峭角度多在75°以上，部分接近豎直，甚至大于90°。掌子面上零星分布有危巖，掌子面下部堆積有渣石，邊坡坡度在40°左右。 另外，掌子面ZM02、掌子面ZM07、掌子面ZM08、掌子面ZM09自城南莊鎮(zhèn)部分可見，影響視覺景觀(圖4)。

2.1.3 開采臺面

葛拉溝鐵礦掌子面的底部為開采臺面，由于開采缺乏合理的規(guī)劃，致使開采臺面極不規(guī)則，臺面內孤包、小陡坎、亂石堆林立。 根據勘查，開采臺面大致可分為5處，從上到下編號依次為PT01、PT02、PT03、PT04和PT05，5處開采臺面的現(xiàn)狀情況見表3。 由表3可知，總面積約65 910 m2，采坑底部多數有基巖出露，主要為片麻巖，零星堆積有渣土堆、土堆碎石，粒徑大多不足0.5 m，堆積方量約為2 950 m3。另外，開采臺面PT02、開采臺面PT04和開采臺面PT05，自城南莊鎮(zhèn)部分可見，影響視覺景觀(圖5)。

圖3 自城南莊鎮(zhèn)可見主要渣堆情況Fig.3 The main visible waste-dumps seen from Chengnanzhuang Town

表2 主要掌子面特征參數表Table 2 Characteristic parameters of main abandoned working faces

2.1.4 礦渣沖蝕溝

葛拉溝鐵礦廢渣主要堆積在坡面，周邊地勢較平緩，渣堆ZD1、渣堆ZD2和渣堆ZD3坡腳的細粒物質受雨水沖蝕沿溝低洼地帶向下游沖蝕、堆積，形成了一處小寨溝廢渣沖蝕溝(圖6)，其源頭與渣堆連成一體，溝內主要為渣堆的細粒物質，其組成物質仍為細粒狀黑云角閃斜長片麻巖的風化物，粒徑一般小于2 mm，分選較好，呈松散狀。 礦渣沖蝕溝呈條帶狀，沿溝谷延伸，長度約610 m，寬度9.3～37.7 m。標高在349～461 m之間，發(fā)育一處支溝，名為小寨溝。整個小寨溝礦渣沖區(qū)地面積約為15 800 m2，溝內礦渣細粒物質堆積厚度為1.0～4.0 m，平均厚度約1.5 m，堆積量23 700 m3。

2.2 礦山地質環(huán)境影響評估

葛拉溝鐵礦已廢棄多年，且其責任主體滅失，礦區(qū)內原始山坡地貌已經遭到完全破壞，礦渣堆壓占損毀大量植被及山地資源，渣堆和掌子面高陡，礦渣、廢石隨意堆放，致使該礦山地質環(huán)境和生態(tài)環(huán)境遭到了極大的破壞，由此引發(fā)的地質環(huán)境問題比較突出，主要地質環(huán)境問題及其危害如下所述。

圖4 自城南莊鎮(zhèn)可見主要掌子面情況Fig.4 The main visible working faces seen from Chengnanzhuang Town(注：掌子面ZM09為圖4(d)中圈出部分)

表3 開采臺面特征參數表Table 3 Characteristic parameters of mining platforms

圖5 自城南莊鎮(zhèn)可見開采臺面情況Fig.5 The partly visible mining mesas seen from Chengnanzhuang Town

圖6 礦渣沖蝕溝情況Fig.6 The situation of waste dump erosion ditch

1) 地形地貌景觀影響評價。葛拉溝鐵礦經多年開采，留下的開采面又高又陡，山體挖損嚴重，礦渣胡亂堆放，原有地形地貌及原有植被破壞率達95%以上，嚴重破壞了地形、地貌等自然景觀。特別是葛拉溝鐵礦距離紅色旅游勝地較近，破損嚴重的山體均在游人可見范圍之內，嚴重影響了阜平縣生態(tài)文明建設，阻礙了阜平縣經濟的可持續(xù)發(fā)展。

2) 土地、植被資源占用與破壞評價。葛拉溝鐵礦露天開采造成大面積基巖裸露，區(qū)內松散覆蓋層幾乎全部被剝離，被剝離的松散堆積物與礦渣混合在一起形成渣土。礦山開采共破壞土地資源面積達約0.21 km2，造成土地廢棄閑置，嚴重浪費土地資源。與此同時，大量植被在開采過程中遭到破壞，礦區(qū)植被資源受損較大，在強降雨的條件下，極易發(fā)生水土流失。由于植被遭到嚴重破壞，礦渣堆中的細顆粒物質失去植被的保護，直接裸露于地表，在風力吹揚作用下，這些區(qū)域極易成為沙塵源，污染空氣，降低大氣環(huán)境質量。如果這些問題得不到及時有效治理，隨著水土流失和揚塵落砂現(xiàn)象的進一步發(fā)展，將使區(qū)域的地質環(huán)境及生態(tài)環(huán)境都將遭到越來越嚴重的破壞。

3) 地質災害現(xiàn)狀評價。根據實地調查，礦區(qū)內尚未發(fā)生過崩塌、滑坡、泥石流等地質災害，但仍存在很大的隱患，具體如下所述。①礦區(qū)內渣堆較高，邊坡角度大，穩(wěn)定性差，其中部分渣堆邊坡已產生失穩(wěn)滑溜，在降水等作用下，各渣堆邊坡可能進一步滑溜、侵蝕下游的山地資源，甚至引發(fā)大規(guī)模的礦山泥石流災害；②掌子面上的危巖在自然條件下，經過風吹、雨淋和日曬，風化程度將進一步加深，掌子面外緣頂部的張裂縫亦有擴大的趨勢，掌子面上很有可能發(fā)生崩塌災害，進而引發(fā)局部滑坡；③礦山開采臺面極不規(guī)則，臺面內孤包、小陡坎、亂石堆林立，且植被覆蓋極少，在強降雨的條件下，極易發(fā)生稀性泥石流；④各廢渣堆隨意堆放于溝谷內，其源頭與渣堆連成一體，結構松散、顆粒細小，易受雨水沖蝕而發(fā)生滑移。

3 廢棄礦山地質環(huán)境治理方案

3.1 治理方案設計思路

葛拉溝鐵礦已經閉坑多年，后期并沒有進行礦山修復和治理，致使礦區(qū)內地質環(huán)境問題嚴重，特別是視覺景觀影響突出，且存在地質災害發(fā)生的隱患。針對該廢棄礦山地質環(huán)境問題，其治理方案的設計主要考慮消除環(huán)境影響，改善視覺景觀，消除地質災害威脅[6]，保障下游村民生命財產安全和道路等安全。在治理方案設計中，遵循自然規(guī)律、近自然的生態(tài)修復的思路[7]，保證安全的情況下，應按照“宜農則農、宜林則林、宜建則建”的原則，與當地社會、經濟、環(huán)境發(fā)展相適應，強調綜合治理的整體社會效益、環(huán)境效益，盡可能將礦山地質環(huán)境治理和原有環(huán)境有機結合起來；依托治理區(qū)原有地形地貌，充分發(fā)揮微地貌的作用，盡量少布設土石方工程，見縫插針地利用原有地形，以生物措施為主，促進治理措施與周圍自然環(huán)境的融合；對可能出現(xiàn)的危害，要采用相應的防范措施，最大限度地減少對礦山地質環(huán)境的破壞。

3.2 治理方案

針對礦山的實際情況，對裸露的渣堆、掌子面、開采臺面和小寨溝內礦渣沖蝕區(qū)等提出合理有效的治理措施，整體效果如圖7所示，治理方案總體設計如下所述。

1) 渣堆治理工程設計。渣堆坡面：因地制宜，劃分削坡平臺[8-9]，確定控制標高，根據削高填低平衡渣量的原則，對渣堆坡面適度削坡，控制各臺階間渣堆坡面不大于35°，各平臺臺階寬度保持約2 m，將削坡清理出多余廢渣順勢下推，臺階及坡面均挖穴狀坑，1∶1間隔種植側柏和紫穗槐[8](圖7和圖8(a))。為防止雨水對坡面的沖刷，同時在各臺階內側修建排水渠[11]，在渣堆外側邊緣修建豎向截水渠，將渣堆臺階內排水渠匯水引入截水渠(圖7和圖9)。需要注意的是，渣堆坡面的臺階設置時，縱向需保證1°～2°的坡度，確保在臺階上修建的排水渠順利排水。

圖8 綠化方式設計Fig.8 Design of greening method

圖9 渣堆坡面排水渠設計Fig.9 Design of drainage ditch for waste-dumps

渣堆平臺：進行適當修整，使修整后的平臺形成外側略高、內側略低的反坡腳，便于將水匯聚于內側排水渠處，通過排水渠將平臺匯水引出區(qū)外，減少對坡面的沖刷[10]。在修整后的渣堆頂部平臺外緣穴狀坑種植刺槐綠化(圖7和圖8(b))。另外，在修整后的渣堆平臺靠近外緣1～2 m處修建擋水土埂，土埂高0.5 m，底寬1.5 m，頂寬0.6 m，修建長度205 m，材料采用廢棄的細粒礦渣土，壓實系數0.95。

2) 掌子面治理工程設計。掌子面自城南莊鎮(zhèn)革命紀念館大部分不可見，少部分可見，對在城南莊鎮(zhèn)可見的掌子面ZM07和掌子面ZM08的區(qū)域進行重點工程治理。首先應從安全性的角度考慮，確保采礦掌子面邊坡的穩(wěn)定性，其次綜合考慮經濟性、因地制宜等因素[11]。經過勘查，建議在掌子面的頂部進行客土噴播，客土噴播前需對掌子面進行清理，然后分營養(yǎng)基層(厚度6 cm)、種子層(厚度2 cm)和防沖刷層(厚度1～2 cm)三層進行噴播(圖7)，對掌子面下部進行魚鱗坑綠化遮擋方式進行治理，對其他掌子面根據需要適當進行補植和生物遮擋，結合自然恢復植被。除了上述的治理方法外，可見部分在其前方的開采臺面上客土種植高大喬木，可以很好地被遮擋。

3) 開采臺面治理工程設計。根據城南莊鎮(zhèn)的可見情況，開采臺面PT02、開采臺面PT04和開采臺面PT05視覺景觀影響較大，需進行重點治理。采用整平、客土、植樹綠化的方法進行治理，整平后客土覆土，挖坑種植刺槐和側柏，各坑在坡面上基本沿等高線布設，上下兩行坑口呈“品”字形錯開排列，坑距1.5 m、行距1.5 m(圖7和圖8)。在整平過程中，遇有原生植被覆蓋時，盡量避免破壞原有自然恢復的植被，可根據需要進行適當的補植。整平工作可隨地勢大致整平，遇有大塊或較多的碎石時，需要清除，大塊碎石和塊石可作坑外圍堰。

4) 小寨溝礦渣沖蝕區(qū)治理工程設計。葛拉溝鐵礦廢渣主要堆積在坡面，周邊地勢較平緩，匯流范圍不大，溝谷較小，礦渣沖蝕區(qū)主溝長約610 m，相對高差約112 m，坡降183.6‰，泥砂沿程補給量較為充足，區(qū)域構造方面為抬升區(qū)，溝谷下切和側蝕作用一般，流域內植被平均植被覆蓋率約35%。另外，溝道內已有三處攔渣擋墻，固源攔蓄效果基本有效。但是，1#攔擋壩、2#攔擋壩和3#攔擋壩分別修建于2010年、1960年左右和1980年左右，經過長時間的雨水及流水沖蝕，有局部存在不穩(wěn)定，建議在渣堆下游小寨溝內已有的1#攔擋壩、2#攔擋壩壩體間拐彎狹窄處新建干砌石攔擋壩S-S′(圖7和圖10)，干砌石攔擋壩長20 m，擋墻高3.0 m，頂寬0.8 m，底寬2.0 m，基巖地下埋深0.3 m，并在干砌石攔擋壩上游礦渣區(qū)域挖穴狀坑種植刺槐(圖7)。

圖10 干砌石攔擋壩剖面圖Fig.10 Dry stone retaining dam(注：此部分對應圖7中S-S′位置)

5) 治理過程中及治理后維護工作的建議。在治理過程中，要做好對礦山開展的工程措施進行維護，主要是經治理的平臺、礫砂堆、廢石堆、塊石堆坡面，當其遭受暴雨等損毀時，應進行修復。此外，要做好植被撫育，對綠化區(qū)域植被進行維護，發(fā)現(xiàn)枯萎、破壞時及時采取補種補栽等措施，確保治理工程能夠高質量的完成。

在治理后，要做好綠化植被的維護。雖然所栽植的植被都為適宜當地生長的耐旱植物，但在植被生長的初期，其根系不夠發(fā)達，在干旱季節(jié)，降雨不能滿足植被需水要求時，需要進行后期管理維護，及時澆灌，對植被出現(xiàn)枯萎死亡等現(xiàn)象的要進行及時補種,保證植被成活率，達到綠化效果。

4 結 論

1) 葛拉溝廢棄露天鐵礦已經閉坑多年，后期并沒有進行礦山修復和治理，致使礦區(qū)內地質環(huán)境問題嚴重，特別是視覺景觀影響突出，尤其與晉察冀邊區(qū)司令部舊址和晉察冀邊區(qū)革命紀念館兩處紅色旅游勝地視覺景觀極不協(xié)調。與此同時，裸露的渣堆、掌子面、開采臺面和小寨溝內礦渣沖蝕區(qū)存在地質災害發(fā)生的隱患，威脅周圍居民的生命財產安全。

2) 針對治理區(qū)礦山的實際影響和破壞情況提出治理措施。①渣堆：渣堆平臺整治，劃分削坡平臺，并在平臺內側修建排水渠，另外在坡面穴狀坑種植紫穗槐、側柏，坡頂種植刺槐；②掌子面：客土噴播，另外在掌子面下部進行魚鱗坑綠化遮擋，且開采平臺上種植的高大喬木也可遮擋；③開采臺面：采用整平、客土、植樹綠化的方法，其他不可見的開采臺面待其自然恢復植被；④小寨溝礦渣沖蝕區(qū)：在中下游拐彎狹窄處新建干砌石攔擋壩，并在上游挖穴狀坑種植刺槐。

3) 礦山地質環(huán)境的治理過程中，定期進行巡查，做好工程維護和植被撫育；在治理后，做好綠化植被的維護，保證植被成活率，確保工程綠化效果。