青海茫崖獅子溝建筑用砂石礦山地質災害治理與土地復墾分析

阿天林，張世珍，邢 佳

(1.青海大學基建處，青海 西寧 810016； 2.甘肅省地質礦產勘查開發局第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730050； 3.青海大學地質工程系，青海 西寧 810016)

青海茫崖地處柴北緣新元古代—早古生代縫合帶和柴達木新生代磨拉石前陸盆地接合部位[1]，南依柴達木盆地，北靠阿爾金山，構造變形明顯。該區域資源豐富，是青海省重要的資源富集地，優勢資源主要為油氣和固體礦產，包括冷湖油礦、采石溝金礦、紫水溝鉛礦、茫崖石棉礦等礦區[2-3]，獅子溝建筑用砂石礦山為近些年開發的新礦區。隨著礦產資源的不斷勘探、開采和開發，該區域的生態環境遭到破壞，地質環境問題隨之顯現[4]。同時，由于該區域構造位置特殊，植被類型單一，地勢險峻，土地資源浪費和地質災害頻發等問題尤為突出[5]。礦山土地復墾與生態環境修復應以礦山開采進程中土地及生態環境的破壞程度、土地類型、礦山廢棄地類型和礦山復墾方向為基礎，開展礦山地質災害評價及土地復墾方案分析和設計，并采取具有針對性的修復措施，如邊坡治理、水資源修復、土壤改良、植被修復等。前人針對相關問題進行了研究。如張成毅等[6]通過統計1987—2010年獅子溝地區的沙塵狀況，對當地的風沙災害進行了研究；陳永順等[7]對該地區的地震災害進行了深入研究，并分析了礦區地震的相關特征。但有關該區域地質環境問題的研究較為欠缺，特別是土地復墾方面的諸多問題都有待解決。因此，本文以獅子溝建筑用砂石礦山為研究對象，通過分析礦床開采對該區域生態環境的影響，結合礦區實際情況提出了地質災害防治措施與礦山土地復墾方法，為防治當地其他礦山的地質災害、改善生態環境提供理論參考。

1 研究區背景

1.1 研究區概況

獅子溝建筑用砂石礦山位于柴達木盆地西北邊緣、海西蒙古族藏族自治州茫崖市花土溝鎮西北側，南距花土溝鎮約5 km，東南距青海省西寧市近1 000 km。G315位于礦區西南側約6 km處，礦區周圍有簡易道路，交通較為便利(圖1)。研究區的地貌形態為洪積階地，坡度多為1～35°。地勢北高南低，海拔較高，均超過2 900 m。研究區地處內陸干旱地區，屬于大陸荒漠區氣候。年平均氣溫約4 ℃，1月份氣溫最低，平均僅-12 ℃，極端情況下氣溫會低至-27 ℃；7月份氣溫最高，一般在15～20 ℃[8]。降水稀少，雨季集中于5—9月份，平均降水量40 mm左右，除雨季外其余月份降雨極少，蒸發量為降水量的幾十倍。霜期較長，從10月份至翌年4月份均為有霜期。研究區內多風，以西北風為主，每年3—5月會出現8級以上大風。土壤類型以在干旱條件下形成的風積粉砂、黃土層為主。研究區無常年性地表流水，水資源緊缺，植被類型單一，植被覆蓋率極低。

圖1 研究區位置圖Fig.1 Location of the study area

1.2 研究區地質條件

研究區位于柴達木盆地西部，西北部為阿爾金山，西南部為祁漫塔格山[9-10]，在構造位置上處于柴西隆起。該隆起的基底主要為古生代的淺變質巖系，該巖系具有相對柔性的特征。研究區有多條斷裂發育，走向以NW向或近NW向為主，主要包括紅柳泉斷裂、阿拉爾斷裂和昆北斷裂(圖2)。礦區內第四系地層發育廣泛，洪積亞砂土、卵石、砂礫石層呈雜色分級堆積于研究區，其中以亞砂土和砂礫層為主。礦區內無斷裂發育，也無規模性的背向斜構造，以沉積地貌為主，僅有少量巖漿巖出露于地表，無變質巖出露。砂石的原巖組分包括砂巖、粉砂巖、花崗巖、石英和硅質巖等，砂粒的主要成分為石英、長石及暗色砂屑。砂屑未膠結，呈松散狀，磨圓度較好，為圓狀或次圓狀。該研究區地質條件簡單。

圖2 研究區構造位置圖Fig.2 Structural location of the study area

2 礦山地質環境

2.1 不穩定采礦邊坡

獅子溝建筑用砂石礦山的礦體出露于地表，寬度較大，向地下延伸的范圍較小。采用露天式、自上而下的臺階式開采方法開采礦體。邊坡的巖性組合主要為砂石，砂礫層較為松散，如遇強降雨，易受雨水沖刷，從而引發泥石流等自然災害。露天的礦體形態和自上而下的開采順序導致在開采過程中形成了兩段不穩定采礦邊坡，基本信息如表1所示。

表1 不穩定采礦邊坡基本信息表Tab.1 Basic information of unstable mining slopes

S1不穩定采礦邊坡位于采礦場北側，由開采礦體而形成。坡體主要由建筑用砂石礦山組成，在不受外部因素的影響時較穩定，但如果其他工程在S1邊坡附近施工，坡體砂石可能會形成次生裂隙，在外力振動下易發生崩塌、垮塌等地質災害。另外，邊坡上的堆積物和危巖體結構較松散，在該地區的雨季(5—9月)易發生泥石流。

S2不穩定采礦邊坡在S1不穩定采礦邊坡的東南側，即采礦場地的東側，也由于開采建筑用砂石礦而形成。該邊坡規模小于S1邊坡，坡體由建筑用砂石礦山組成。在外力影響下，S2邊坡易發生崩塌、垮塌等地質災害，特別是在雨季，S2邊坡處的危巖體和堆積物受到雨水沖刷后易形成泥石流。由此可見，S2不穩定采礦邊坡的坡度相對較大，發生崩塌、垮塌和泥石流等地質災害的可能性較高(圖3)。

圖3 野外現場照片Fig.3 Field photos

2.2 土地資源破壞

礦山開采活動對地質環境的影響包括破壞原有的地形地貌和引發地質災害等。挖損、壓占土地不僅會改變地形地貌，降低植被覆蓋率，而且會打破原有土地的固結度，提高發生水土流失、滑坡等地質災害的可能性。采礦活動造成的土地資源破壞現象主要有3類：第1類為開采作業過程中對原有土地的挖損和壓占，第2類為生活區對原有土地的壓占，第3類為修筑礦山道路對原有土地的挖損。采場南北寬近300 m，東西長1 100 m左右，開采深度約40 m，挖損面積為28.47 hm2。工業加工場地占地面積較小，約0.30 hm2，位于采場南側。生活區占地面積0.05 hm2左右，位于礦區最南側。修筑礦山道路破壞了礦區原有的土地，并使地面硬化。同時，還要考慮采礦及運輸過程中的噪聲、粉塵、廢水、廢氣、廢渣和廢油等土地資源環境污染因素。

3 礦山地質災害治理

3.1 危巖清理

采礦活動會使坡面產生小范圍的凸起區，該凸起區的巖體容易脫離原巖體，出現崩塌現象。同時，裂縫發育也會使部分巖體脫離原巖體從而發生崩塌現象，所以危巖清理工作以凸起巖體和裂縫發育區巖體為主。清理危巖體的原則為先防護后施工，先浮石、浮土后危巖石，邊施工邊監測，從上而下逐層清理[8,12]。在獅子溝礦區采用人機配合的方法清理危巖體，人工清理浮石和浮土，對于個別較大的孤石，可用風鎬破碎后再清理。另外，可采用工程措施治理難清理的危巖體和裂縫發育區的危巖體，常見措施為采用掛網和錨桿噴護固定的方式將巖體加固處理[13-14]，從而降低巖體脫離原巖體的風險，減小發生地質災害的概率。

3.2 削放坡

削放坡的對象為不穩定邊坡。礦區內由開采建筑用砂石形成的S1和S2不穩定采礦邊坡規模大、輻射范圍廣、可控性弱，發生地質災害的可能性較大，因此，這兩段不穩定采礦邊坡是獅子溝礦區地質災害的重點治理對象。S1和S2不穩定采礦邊坡較陡，陡坡處的土(巖)體存在滑塌風險。部分坡面存在凸起區，受雨水沖刷后凸起區出現滑塌的可能性極大。削放坡工作可以清除可能存在滑塌風險的土(巖)體，增強坡體的穩定性，同時也可以改變坡面輪廓，使坡面平整，消除積水區，進而降低雨水對不穩定采礦邊坡的影響。所清除的土(巖)體可堆置于坡腳，進一步放緩坡度，提高坡體的穩定性。削放坡示意圖如圖4所示。

圖4 削放坡示意圖Fig.4 Schematic diagram of slope cutting

3.3 清理平整

工區廠房和施工基坑等是采礦活動的殘余物，它們可能會誘發水土污染及地形地貌破壞，因此需要對其進行清理和平整。常年閑置的工區廠房、生活用房等建筑物存在垮塌的風險，所以需要將其拆除。較深的施工基坑存在塌陷的風險，可利用拆除建筑物產生的廢棄物和外運土進行回填；較淺的基坑可利用周圍凸起處的土體回填。

3.4 修建截排水溝

獅子溝礦區的降水量整體較少，但每年6—8月易下暴雨，雨水流入礦區后沖刷不穩定采礦邊坡，易降低邊坡的穩定性，誘發滑塌等地質災害，因此可以通過修建截排水溝攔截雨水，并及時疏排雨水，防止大量積水。采礦場地北側較高，南側較低，故在北側修建截排水溝，減少或攔截雨水流入礦區，減少雨水對S1和S2不穩定采礦邊坡的沖刷，降低發生地質災害的風險。同時，也可在礦區內加工場地和工業場地外圍修建截排水溝，減少流入作業區的雨水量，最大限度降低雨水對采礦活動的影響。

4 礦山土地復墾

4.1 復墾原則及方向

多年的采礦活動對獅子溝礦區的生態環境產生了一定的影響，因此，為減小礦山開采對地質環境的影響，應以恢復土地的利用價值為復墾原則。此外，復墾后的土地應滿足安全與穩定的要求，確保礦區不會發生滑坡、崩塌、滑塌等地質災害。確定復墾方向一般需要綜合考慮多個因素。首先，需要考慮自然因素；其次，需要考慮周圍環境和礦山開采前的土地類型；最后，需要考慮經濟因素，即將實際所需、技術合理與經濟可行性結合起來，努力做到綜合效益最佳。由于獅子溝礦區周邊地區原有土地為沙地和荒漠土地，復墾為原始地貌有利于恢復和保護當地的生態環境，實現經濟效益最大化，因此，該礦區的土地復墾方向主要為沙地和裸地。

4.2 復墾工程

4.2.1 采礦場地 采礦場地包括底面、臺階面和坡面，總面積較大，是主要的復墾對象。采礦工作結束后，坡面存在一定的邊坡危巖，需要將其清除以消除安全隱患。需要將底面和臺階面上的大量石塊和廢渣進行清理并運至指定地點填埋，避免二次破壞。清理工作完成后平整采礦場地，所用方法為削高補低，即將凸起處的土體搬運至低洼處?？紤]到排水規律，平整場地時需將整個平面向一側略傾斜，使雨水能自然流出。研究區的降雨量整體較小，除降雨外無其他長流水體，傾斜坡度為4°～10°即可。

4.2.2 生活工業加工區 生活工業加工區位于礦區南側，分為生活區與工業加工場地，面積較小，復墾工作主要包括拆除與平整。工業加工區設施和生活區建筑物二次利用的價值及可能性極低，拆除即可。拆除過程中產生的大部分廢石土和廢棄物可用于回填深坑及低洼處，部分無法用于回填的廢棄物可運至指定位置堆填。拆除建筑物后需要平整場地，以達到復墾要求。同時需要考慮排水規律，將整個場地向某一側略傾斜，有利于自然排水。

4.2.3 礦山道路 開采獅子溝建筑用砂石礦山專用的礦山道路不長，所占面積較小，整體復墾強度不大。礦區所在地人口數量少，車輛稀少，礦山閉坑后礦山道路無使用價值，因而需要將其恢復為原土地類型，即復墾為沙地或裸地。由于道路崎嶇，車輛在礦山開采和運輸過程中會掉落石塊、廢渣等廢殘物，所以首先需要對它們進行清理，降低對土地利用和復墾的影響，然后填平低洼處、平整土地，使礦山道路達到復墾要求。

5 討論與結論

獅子溝建筑用砂石礦山是青海茫崖地區近幾年開發的新礦區，該礦區構造位置特殊、資源豐富。在礦產資源開采和開發過程中，該礦區的生態環境遭到破壞，產生了各類地質環境問題，水土流失和地質災害問題也較為突出[5]。雖然前人針對該地區的風沙災害和礦區地震災害等問題開展了諸多研究工作[6-7]，但是針對該礦區地質環境問題的相關分析較少。本文以獅子溝建筑用砂石礦山為研究對象，通過分析礦床開采對該礦區生態環境產生的影響，結合礦區實際情況提出了地質災害防治措施與礦山土地復墾方法，并得到如下結論：

(1)獅子溝建筑用砂石礦山采礦場有S1和S2兩段不穩定采礦邊坡，受暴雨、周圍震動等外部因素影響，易引發地質災害。土地資源破壞現象主要為采礦作業區、生活區、礦山道路對土地的挖損和壓占。

(2)可通過掛網和錨桿噴護固定等方式清除危巖體，降低危巖體脫離原巖體的風險。削放坡工作能提高S1和S2兩段不穩定采礦邊坡的穩定性。清理平整建筑物和場地可降低潛在風險。修建截排水溝可有效減少雨水對不穩定采礦邊坡的沖刷，降低發生泥石流、滑塌等地質災害的風險。

(3)礦山土地復墾的方向為恢復原土地類型，即沙地和裸地。復墾工程包括清理、拆除和平整工程。