密云县沙厂铁矿区矿山地质环境治理工程实例分析

摘要：密云县沙厂铁矿区矿山地质环境治理项目，针对矿区内的不稳定斜坡的特征，进行了治理工程设计，采用了削坡、植被种植等工程进行治理，尤其是针对不同边坡的几种生态植被修复模式，为以后的类似地质环境问题的治理工程提供参考。

关键词：矿山环境不稳定斜坡分类及特征治理工程设计生态修复

中图分类号： TD1 文献标识码： A

前言：沙厂铁矿区为北京市最大的铁矿床，已探明的工业储量约1.12亿吨。其位于密云县境内，密云水库南7.5 km处，是北京市政府公告的水土流失重点预防保护区和北京市平原区重要的水源地保护区。1985年由于国家鼓励矿产开采的政策，在沙厂铁矿区内的南部地方国有企业和集体企业加入了开采的行列。出现了较多的地质环境问题，政府于2001年责令关闭该区的地方国有企业和集体企业。2007年，中央财政出资，对该区的地质环境影响较大的老崖口平台进行了治理。由于矿区为露天开采，治理区内形成的主要地质环境问题为不稳定斜坡。本次主要针对不稳定斜坡和区内的生态植被破坏区进行综合治理。

1 地质环境现状

本区治理区主要位于沙厂铁矿区开采场的南侧观礼台一带，此处为以前开采遗留的一开采场，区内分布多条开采陡壁，形成大量的孤包、危岩，区内治理面积为0.03km2。

区内地质环境问题为，植被破坏、地形地貌破坏、尤其区内不稳定斜坡易形成地质灾害隐患，为本区主要的地质环境问题。

区内由于矿山开采，形成了大量的次生陡坡，在区内随处可见。区内次生陡坡共长为1352米，其斜坡面积为8829.2平方米。调查区内共有次生陡坡为22处，其坡角一般较陡为70o―90o。

2 不稳定斜坡的分类及特征

由于矿山开采区内形成了大量的次生陡坡，且其坡角较陡，岩体呈层状―碎裂和碎裂结构，可判断为不稳定斜坡。其分类及特征如下：

2.1不稳定斜坡分类

根据实地调查，此处不稳定斜坡均为岩石类斜坡，主要岩性为密云群沙厂组变质岩系的片麻岩组。

2.2不稳定斜坡特征

（1）岩体的结构特征

岩体的结构是指由岩体中被各种不连续面分割的岩石块大小，排列组合形成和相互结合程度所决定的岩体特征，各种地质不连续面称为结构面，而被结构面分割的块体称为结构体。岩体结构分为不同的类型，它是决定岩体力学性质的重要因素，也是进行岩体工程治理评价和边坡破坏模式分析的依据。

①结构面

按其成因类型，分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。

Ⅰ原生结构面

原生结构面主要表现为岩性分界面和变质结构面。

区内不同岩性分界面，主要为岩脉与围岩多顺层接触，接触面片理化增强，且易风化，较原岩强度有所降低，常形成软弱结构面。

变质结构面主要表现为片麻理及片理，一般连续性较好，多呈波状起伏，局部片理化结合程度差，属软弱结构面。

原生结构面在漫长的地质历史时期，受构造运动影响，如挤压、混合岩化、蚀变等，皆失去了原生结构面其本身良好的结合度，另外在边坡地带，受人为开采影响，原生结构面也往往由闭合转为张开。

Ⅱ构造结构面

系指在构造运动中形成的结构面，如断层、节理等。

区内向斜是构造运动的产物，向斜及次级背斜轴向近南北走向，在转折端北段又有右旋迹象，向斜向南倾斜，北部紧密倒转，南部开阔。向斜构造对结构面密度和均匀性具有明显的控制作用，在本区构造结构面相对密度较小，原生结构明显。

区内各级构造结构面大多受向斜构造制约呈“米”字型展布，其余受区域断裂控制，是区域断裂的结构面。

节理通常是区内构造的最次一级产物，在断层出露部位，产出密度较大，因此节理发育见有不均匀性。一般成组发育于各岩组中，以剪为主，面平直，属刚性结构面。区内主要发育为6组，J1(120/73)、J2(43/69)、J3(170/73)、J4(270/63)、J5(315/29)、J6(93/43)。

Ⅲ 次生结构面

指在外营力作用下形成的各类构造面，主要由风化作用，爆破及荷等产生的裂隙，其特点多呈无序状，不连续，不均匀，风化裂隙仅在地表及风化带次内密集发育，爆破形成的张裂隙仅在开挖形成的。区内一定范围存在；荷裂隙是因边坡开挖坡体重力变化，在地表或平台形成迫于平行排列的张裂缝。次生结构面在本区内广泛分布。

② 结构面规模

结构面规模不同，对岩体稳定性影响程度也不同，大的结构面可以在一定区段内隔离岩体或构成滑面，小的结构面延展规模较小，且不连续，往往在岩体中形成“岩桥”，降低岩体的完整性，削弱岩体强度。本区内结构面为较小结构面，走向长小于30米，降低区内岩体完整性，削弱岩体强度，对局部边坡形成破坏。

③ 岩体结构类型

岩体结构一般可分为块状结构，层状结构，碎裂结构和散体结构四大类。调查本区岩体结构主要为层状-碎裂结构。其片麻理发育，受构造挤压作用岩体破碎。

（2）斜坡自然破坏形式

根据实地调查，在各陡壁底部均可见有碎块，塌落岩块，由于本区岩体为碎裂结构，坦荡岩坡粒径一般较小，粒径一般为0.02～0.05m，而且现在陡壁坡角较大。在外力作用下，碎块会顺着斜坡向下翻滚，最后堆落在坡脚，当其规模较大时形成崩塌。因此斜坡自然破坏的形式为崩塌。调查本区已有崩塌量约有1000立方米，区内各斜坡潜伏危岩体量约为15000m3。

（3）影响斜坡稳定性的因素

依据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001，《建筑工程技术规范》GB50330-2002，对区内不稳定斜坡进行判别。

①斜坡岩石性质

斜坡岩性主要为变质岩系的片麻岩，其属硬质岩，其抗压，抗压性较强。因其变质矿物组合及含量的差异形成不同的类型的片麻岩，其力学性质略有差异，但由于各类片麻岩成因类型一致， 岩土工程程度相近。

②岩层结构及构造

实地调查，区内主要发育节理为J1(120/73)、J2(43/69)、J3(170/73)、J4(270/63)、J5(315/29)、J6(93/43)，岩体结构受构造影响基本呈层状和碎裂结构。但其结构面规模较小，且不连续，局部可见形成“岩桥”降低岩体的完整体，在区内斜坡面均可见。

区内构造运动较为复杂，主要发育有断裂构造，但对区内斜坡的影响不大，经调查未发现大规模的断层及构造形成的软弱面，只在局部可见断层形成的破碎带。

③水动力条件对斜坡的影响

由于治理区位于区内地势较高处，除大气降雨外，不受其水体（地表水、地下水）的影响较小，所以不动力条件对构区斜坡的影响较小，可不考虑。

④风化作用

实地调查，区内风化带深度40-70m，局部达90m以上，风化带内岩全完整性差，尤其是近于地表岩体强风化，局部完全风化，多呈张性，内充填砂土，在外力作用下易破坏、滑坍。

（4）稳定性因素的分析

由以上的斜坡分布及其特征可见，区内斜坡，主要受构造影响，岩体构造结构面和次生结构面较发育，主要为裂隙发育，多呈无序状，不连续，不均匀性。形成结构面的规模较小，局部形成“岩桥”降低了岩体的完整性，对局部边坡形成破坏。区内岩体的结构主要为层状-碎裂结构，坍落的岩体主要以小粒径岩块为主。调查区内未见大规模的软弱面，只在局部有构造破碎发育，对边坡有一定的影响。

区内岩体的风化作用和开采矿山时爆破等外力作用下，使岩体形成张裂隙，也降低了岩体的硬度。水力作用对边坡稳定性影响不大。

由上可知，区内边坡不存在大规模的崩塌，主要以局部岩块崩塌为主。

2.3地质灾害分类

根据区内崩塌的规模将本区地质灾害类型主要为Ⅲ类，崩塌区内落石方量小于500m3，破坏力小，且易于处理。

2.4治理措施

根据对治理区内不稳定斜坡的类型特征，采用治理方法主要是减缓坡角，或降低开采台阶高度，增加坡体的稳定性。

3 治理方法选择与工程设计

3.1治理工程总体构思

对区内不稳定斜坡进行削坡，清除危石，降低最终边坡角，使不稳定斜坡至稳定状态。清理的废石填充采坑，渣土利用覆土种植植被。基岩采用边坡生态植被恢复技术，不仅巩固边坡而且美化环境。

3.2治理工程设计

针对沙厂铁矿的地质环境问题，本次工程主要采用削坡和植被种植等工程。

3.2.1削坡工程

由于区内岩体总体较稳定，除部分构造密集发育区设计削坡坡角为40º―50º外，一般坡角为60º。

3.2.2生态植被恢复

对边坡小于25º的斜坡和平台，采用恢复林地的土地平整标准，覆土厚度为自然沉实土壤60cm以上，且地表坡度与原状相差不得超过±5º，利于其上进行景观植被种植。

对边坡大于25º的斜坡，根据形成陡坡的特点，对不同坡度、坡面稳定程度、坡面现有植被状况采取不同的技术措施实施分区防治实现生态修复。结合区内部级矿山主题公园的建设，本区边坡生态修复种植植被技术主要采用以下模式：

模式一：

主要包括开采坑内近乎垂直和反坡部位且分风化不严重的坡面。利用局部坑洼或人工手段形成种植穴，在种植穴内栽植爬山虎等攀缘植物实施垂直绿化。

模式一：种植穴+攀缘植物容器苗垂直绿化

施工部位 高陡边坡

绿化方法 栽植容器苗

基盘修整

利用岩面局部坑洼选择性的浆砌种植槽，栽植藤本、攀援植物

辅助材料 水泥砂浆

使用植物 中国地锦、美国地锦、连翘、迎春

备注

模式二：

主要包括坡度较陡、岩面风化程度较重、裂隙丰富的坡面。在保证施工稳定的基础上，采用简易客土喷播结合植苗绿化的方式进行植被恢复。

模式二：简易植被恢复基材喷附+植苗绿化

施工部位 风化严重、裂隙丰富或坡面较缓

绿化方法 喷播和栽植苗

基盘修整

先将绿化基盘做成做成浆状，然后用泵喷出，使基盘快速稳定

辅助材料 保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥

使用植物 荆条、紫穗槐、酸枣、黄栌、红叶椿、珍珠梅、丁香、高羊茅、沙打旺、波斯菊、二月蓝、鸢尾、沙地柏、红瑞木、棣棠

备注

模式三：

主要包括60度左右坡度，岩面风化程度较轻的坡面。采用锚杆固定+挂两层双向格栅+客土喷播+生态植被毯的方式实施植被恢复。

模式三：挂双向格栅+植被恢复基材喷附+生态植被毯

施工部位 坡度60°左右的岩石坡面

绿化方法 喷播植物种子

基盘修整 在铺设的格栅网上喷射植被恢复基材

然后喷播种子，覆植被毯

辅助材料 格栅网、锚杆、钎子、土壤稳定剂、保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥

使用植物 苇状羊茅、高羊茅、胡枝子、荆条、柠条、紫穗槐、柠条、珍珠梅、波斯菊、杂草

备注

模式四：

主要包括60度以下，岩面表层风化堆积物较多的坡面。坡脚稳定+简易植被恢复基材喷附+挂单层双向格栅防护的方式实施植被恢复。

模式四：简易植被恢复基材喷附

施工部位 坡度较缓表层风化堆积物多的坡面

绿化方法 喷播种子

基盘修整 先将绿化基盘做成做成浆状，然后用泵喷出，使基盘快速稳定

辅助材料 保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥

使用植物 苇状羊茅、高羊茅、胡枝子、荆条、波斯菊、杂草、鸢尾、萱草

备 注

模式五：

主要包括帮坡平台。包括有风化堆积物和无风化堆积物的两种。首先对平台外沿码放几层生态植被袋并用锚杆固定，植被袋的高度根据风化物或者客土层的厚度来定。对有风化堆积物的部分，采用生态灌浆的工艺增加保水防渗性、提供土壤肥力，对无风化堆积物的平台采取客土50厘米，然后在风化物和土层栽植灌木和乔木，再在表层喷附草种。

模式五：生态植被袋坡脚防护+客土植苗

施工部位 帮坡平台

施工方法 木本植苗+草本播种

基盘修整 在植被袋中填充基盘材料和客土，形成植物生长基盘

辅助材料 生态植被袋

使用植物 苇状羊茅、高羊茅、胡枝子、荆条、紫穗槐、柠条、波斯菊、酸枣、黄栌、沙地柏、红叶椿、油松、侧柏、珍珠梅、丁香、沙打旺、二月蓝、鸢尾、红瑞木、棣棠、沙棘

备注

通过以上技术方法对不稳定斜坡的治理和综合植被恢复，使区内实现近自然的生态植被恢复，矿区的生态环境与周边山体的原貌相和谐，在植被恢复实施效果稳定后治理区域范围内的植被覆盖率可达75%以上，并且在实现区内生态修复的基础上实现美化，提高了矿区的景观价值。

4 结论与建议

本区的地质环境问题主要为不稳定斜坡，由其类型和特征可知，区内的地质环境问题易于处理，但本区要建设部级矿山主题公园，在治理地质灾害的同时区内生态植被的恢复和环境的美化成为本区治理的重点。该项目完成后，得到了北京市国土资源局的表扬。结合该方案的设计与实施，可以总结出如下的要点。

1）在治理矿山地质环境前一定要对区内的地质环境问题（包括地质灾害类型、规模、分布特征等）查清楚；

2）生态植被恢复是一个长期、系统得过程。在恢复过程中一定要和周边的环境相协调，植被的种类选择要科学合理；

3）在进行治理设计时，要结合当地的实地情况和发展规划选择治理方案。以治理为手段，使区内的环境（包括地质环境、人文环境、经济环境等）可持续发展为目标。

参考文献：

[1] 北京市密云县沙厂铁矿区矿山地质环境治理可行性研究报告，北京市地质工程设计研究院2006.7

[2] 北京首钢铁矿生态植被恢复可行性研究报告，北京林丰源生态环境规划设计院2006.5

[3]首钢密云铁矿沙厂采区深部开采边坡稳定性评价报告，首钢勘查研究院1998.12