王小利,張志輝
(1.河南省資源環(huán)境調查一院,河南 鄭州 450000; 2.河南省有色金屬地質礦產局 第五地質大隊,河南 鄭州 450016)
礦山采礦過程中對山體的破損、地形地貌的破壞,一般會誘發(fā)邊坡失穩(wěn)、滑坡、崩塌、泥石流等地質災害隱患,對地質災害現(xiàn)狀、水土流失有所加劇,對礦區(qū)及附近居民的生命財產構成潛在威脅;礦區(qū)的臟亂差影響了當?shù)氐男蜗蠛蜕鐣?jīng)濟長遠發(fā)展,不利于當?shù)氐恼猩桃Y。通過對鋁土礦礦山地質環(huán)境恢復治理工程的設計,可以有效預防和控制滑坡、崩塌等地質災害的發(fā)生,保護附近居民的生命財產安全,達到防災減災的目的,最大限度地減少采礦對土地資源的破壞,恢復土地功能。通過設計的實施,可及時恢復項目區(qū)內土地功能,發(fā)展經(jīng)濟,為構建和諧農村、和諧社會創(chuàng)造條件。礦山地質環(huán)境保護與恢復治理工程因地制宜、因害設防,采取削、攔、排、護、整、填、植等方面的綜合治理措施對礦山地質環(huán)境進行治理。設計實施后,可恢復礦山環(huán)境,使當?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境得到明顯改善,必將有力地促進當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展以及和諧社會的構建[1-3]。
鋁土礦礦山為開采礦山,礦山開采已形成3個采坑CK1、CK2和CK3,2處堆渣D1和D2,1處廢石場。治理區(qū)、整理區(qū)范圍分布如圖1所示。CK2采坑已經(jīng)閉坑,D2堆渣場和廢石場后續(xù)不會再繼續(xù)損壞,CK1和CK3后續(xù)還會繼續(xù)開采,D1堆渣場等CK1采坑閉坑后會回填到CK1采坑內,故本次治理的重點為CK2采坑、D2堆渣場和廢石場。CK1、CK3和D1只做防護工程,面積共計52 733.10 m2,為整理區(qū)。擬治理區(qū)CK2采坑、D2堆渣場及廢石場,治理區(qū)面積共計36 122.19 m2。此次設計主要分為2個治理區(qū)6個治理單元,治理方向和治理面積見表1。D2堆渣場回填到CK2采坑,此次治理D2堆渣場和CK2采坑采取綜合治理,劃為一個治理區(qū)。治理工程主要有:采坑土方平整、增設平臺、挖方回填及綠化,恢復地貌景觀;堆渣場填坑,恢復原始地類性質;廢石場平坡面建設排水溝、截水溝,下游修筑擋土墻、平臺土方平整復耕,坡面播撒草籽綠化,恢復地貌景觀。
圖1 治理區(qū)、整理區(qū)范圍分布Fig.1 Scope distribution of treatment area and reorganization area
表1 治理區(qū)分區(qū)分單元部署情況Tab.1 Governance differentiation unit deployment situation
根據(jù)DZ/T 0286—2015《地質災害危險性評估規(guī)范》,結合鋁土礦基礎資料分析、現(xiàn)狀調查結論,研究區(qū)地質災害評估可能發(fā)生崩塌、滑坡2種地質災害。通過實地調查,治理區(qū)為CK2采坑、D2堆渣場和廢石場,平面投影面積共36 122.19 m2。CK2采坑為60 m×60 m的露天采坑,平均高差在12 m,局部相對高差超過24 m,坡度50°;D2堆渣場緊緊依附于CK2采坑山體,相對高差24 m,邊坡坡角在50°左右;廢石場局部邊坡坡角近46°,相對高差24 m。D2堆渣場和廢石場邊坡下游周圍無居民居住和活動,如果邊坡發(fā)生滑坡不會對人身安全造成危害?,F(xiàn)狀條件下,采坑、堆渣場和廢石場未見崩塌、滑坡等地質災害現(xiàn)象,其地質災害危險性小。通過收集以往資料,2015年《礦山地質環(huán)境保護與環(huán)境恢復治理方案》中記載,CK2曾發(fā)生過小型崩塌1處,為民采遺留采坑內發(fā)生,落差約10 m,塌方量約20 m3,分布在CK2采坑內,現(xiàn)已清理塌方碎石,且已種植綠色埴被。據(jù)當?shù)馗浇用窠榻B,該采坑近年來已經(jīng)廢棄,形成的崩塌體落入采坑內部,未造成經(jīng)濟損失,現(xiàn)狀評估其危險性小。綜上,現(xiàn)狀條件下礦山地質災害危險性小。
現(xiàn)狀條件下礦區(qū)還未正式投產,現(xiàn)有采坑全部為民采露天開采所致,過去露天開采未見含水層,對含水層未產生損毀。地表水:該區(qū)地處淮河流域潁河水系,納污水體為磴槽東西溝,水體目標為Ⅲ類。依據(jù)《土地復墾方案》中記載,鄭州市環(huán)境保護監(jiān)測中心站監(jiān)測資料,磴槽東西溝水質現(xiàn)狀見表2。由表2可以看出,項目納污水體磴槽東西溝水質現(xiàn)狀滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類標準限值要求。
表2 磴槽東西溝水質現(xiàn)狀監(jiān)測Tab.2 Water quality monitoring of Dengcao Dongxigou
根據(jù)登封市環(huán)境保護監(jiān)測站地下水監(jiān)測資料,項目所在區(qū)域地下水的各項主要監(jiān)測因子均符合GB/T 14848—2017《地下水質量標準》Ⅲ類標準的要求,說明項目所在區(qū)域的地下水環(huán)境質量尚好。采礦產生的粉塵和廢石中不含有毒物質,礦石堆積物淋濾也不會對地下水造成污染。因此,采礦活動在礦區(qū)內對含水層影響程度較輕。一采區(qū)最低開采標高在+425 m左右,現(xiàn)已開采到+437 m左右,寒武系上統(tǒng)巖溶裂隙承壓含水層水位標高在+430 m左右。因此,現(xiàn)狀條件下,采礦活動對含水層破壞影響程度較輕。
(1)CK2采坑、D2堆渣場現(xiàn)狀對地形地貌景觀影響破壞程度。現(xiàn)狀條件下發(fā)現(xiàn)CK2露采采坑、D2堆渣場地形地貌景觀破壞如圖2所示,共占地面積12 366.85 m2。其中CK2采坑占地面積8 481.25 m2,CK2采坑目前已經(jīng)種植了部分綠色植被;D2堆渣場占地面積3 885.60 m2。據(jù)野外地質環(huán)境問題綜合調查發(fā)現(xiàn),采礦活動已經(jīng)形成露采礦坑、渣堆等,不僅占用土地,而且造成植被破壞嚴重、山體破損面積較大,對原生的地形地貌景觀造成破壞。綜上所述,現(xiàn)狀條件對地形地貌景觀破壞程度為嚴重。
圖2 地形地貌景觀破壞示意Fig.2 Destruction of topography and landscape
(2)廢石場現(xiàn)狀對地形地貌景觀影響破壞程度。廢石場及表土堆場如圖3所示。廢石場當前堆方面積23 755.34 m2。廢石場對原有的地形地貌景觀造成破壞,改變了原來的地貌景觀。對地形地貌景觀的影響破壞程度為嚴重。
圖3 廢石場及表土堆場Fig.3 Waste rock yard and topsoil dump
(3)其他區(qū)域對地形地貌景觀影響破壞程度現(xiàn)狀評估。經(jīng)野外調查,該區(qū)無采礦活動,僅有運礦道路,其對地形地貌景觀的影響破壞程度較輕。現(xiàn)狀條件下,其他區(qū)域地形地貌景觀破壞對礦山地質環(huán)境影響為較輕。
治理區(qū)內土地利用類型主要可分為采礦用地、溝渠、草地、旱地以及林地。
(1)CK2采坑、D2堆渣場對土地資源影響和破壞程度現(xiàn)狀評估?,F(xiàn)狀條件下,CK2采坑、D2堆渣場共占地12 366.85 m2,破壞草地6 734.91 m2、采礦用地5 631.94 m2?,F(xiàn)狀條件下對土地資源的影響和破壞程度為較輕。
(2)廢石場對土地資源影響和破壞程度現(xiàn)狀評估。現(xiàn)狀條件下,廢石場占地面積23 755.34 m2,其中破壞旱地有17 828.85 m2、有林地995.41 m2、溝渠4 931.08 m2,旱地為基本農田?,F(xiàn)狀條件下對土地資源的影響和破壞程度為嚴重。
(3)其他區(qū)域對土地資源影響和破壞程度現(xiàn)狀評估。該區(qū)無采礦活動,現(xiàn)狀條件下該區(qū)土地資源受影響和破壞程度較輕。
D2堆渣場挖方填坑,堆渣全部填到CK2采坑內,D2堆渣場面積3 885.60 m2。平均長116 m、寬7 m,相對高差24 m,挖方9 744 m3。CK2采坑共設計4個平臺,設計標高分別為+487、+495、+500、+512 m,平面投影面積共計4 530.82 m2,為擬治理單元1-1,設計復墾為林地;其中設計標高+487 m平臺,平面投影面積346.78 m2;設計標高為+495 m平臺,平面投影面積358.23 m2;設計標高為+500m平臺,平面投影面積2458.72m2;設計標高為+512 m平臺,平面投影面積1 367.09 m2。治理單元1-2為邊坡(+501~+487 m),面積585.26 m2,治理恢復為林地。治理單元1-3為邊坡(+520~+512、+512~+500、+500~+495、+495~+487 m),面積3 365.17 m2,治理恢復為草地。
3.1.1 場地平整
場地平整采取順坡就勢對挖方、填方區(qū)平整、壓實,使其形成緩坡平臺。平整過程中,應將體積較大石塊墊在底部,回填粒徑從下至上逐漸減小,并分層壓實,對回填區(qū)域采用打夯機或機械進行碾壓[4-6]??紤]排水、植樹造林、地貌恢復等標準和要求,平臺控制在5°以內,采用內高外低、排水溝周圍略偏低的方式進行建設,緩坡控制在40°以內。場地平整后,能保證進行正常的規(guī)劃、布置以及施工工作。標高+512m平臺平面投影面積1367.09m2,標高+500 m平臺平面投影面積1 466.96 m2,坡面+520~+512m平面投影面積538.98m2,坡面+512~+500 m平臺平面投影面積1 853.37 m2,共計平面投影面積共計5 811.66m2。經(jīng)計算,推土機平土5 811.66 m2。
3.1.2 挖高填低、增加平臺
(1)堆渣回填及平整壓實。根據(jù)現(xiàn)場地形,兼顧渣堆回填,防止廢渣平整后出現(xiàn)凸凹不平地形。兼顧綠化工程,應將體積較大石塊墊在底部,回填土粒徑從下至上逐漸減小,并分層壓實,每回填1 m就對回填區(qū)域采用打夯機或機械進行碾壓,壓實系數(shù)要保證在0.93%以上。使其形成緩坡平臺,考慮排水、植樹造林、地貌恢復等標準和要求。平臺控制在10°以內,緩坡控制在40°以內。場地經(jīng)過挖方回填,平整壓實達到能進行正常的規(guī)劃、布置以及施工工作。
(2)新增平臺及挖填方量。新增+500、+495、+487 m平臺。標高+500 m南側為新增平臺,面積為991.76 m2,需填方3 865.40 m3,挖石方83.3 m3;標高+495 m平臺平面投影面積358.23 m2,需填方2 055.00 m3;標高+487 m平臺平面投影面積346.78 m3,需填方832.91 m3;坡面+500~+495 m平臺平面投影面積589.00 m2,需填方1 472.50 m3;坡面+495~+487 m平臺平面投影面積383.82 m2,需填方1 727.19 m3。D2堆渣場平面投影面積3 885.60 m2,挖方9 744 m3。經(jīng)計算,挖填方平面投影面積共計6 555.19 m2,挖土機挖石方83.30 m3,挖渣土9869.70m3,填方9953.00m3,機械壓實9 953.00 m3。
3.1.3 植物工程
平臺選擇種植龍柏,坡面選用種播撒黑麥草,栽種于治理區(qū)整平區(qū)形成綠色生態(tài)林[7-10]。平臺和坡面均覆土0.3 m,采用購買客土。CK2采坑平臺投影面積4 530.82 m2,坡面面積4 755.37 m2,需要調運客土2 785.86 m3。
(1)樹種選擇。通過對比龍柏適應環(huán)境、生長特點等,宜選擇龍柏株高2 m、胸徑3 cm、蓬徑30 cm、種植密度2 m×2 m的樹苗進行栽種。
(2)種植方式。根據(jù)本區(qū)的實際情況,為了保證龍柏的生長,達到綠化生態(tài)恢復的目的,采用客土穴栽種植方式,坑底覆土0.6 m。喬木栽種密度為2.0 m×2.0 m,樹坑規(guī)模為0.6 m×0.8 m×0.8 m,采用符合要求的土壤進行栽種。經(jīng)過計算,需種龍柏2 265株,需要調運客土869.76 m3,平臺、坡面、樹坑共需要調運客土3 655.62 m3。喬木穴栽挖方869.76 m3,樹坑回填869.76 m3。
3.1.4 砌體工程
平臺周圍修筑漿砌石坎以阻止雨水沖擊造成水土流失及坡面沖溝,石坎對水土流失起到一定的防護作用。設計修筑梯形石坎,石坎寬0.3 m,高0.4 m,埋深0.20 m,修筑石坎長度471.42 m,采用混凝土預制塊56.57 m3,人工開挖石坎溝槽67.04 m3。
廢石場位于區(qū)外西北角,占地面積23 755.34 m2。標高+448 m平臺復耕,面積10 648.81 m2,為治理單元2-1,治理恢復為旱地;廢石場西部邊坡相對高差在24 m左右,為防止邊坡出現(xiàn)滑坡,需要放坡減載,通過挖方增設的標高+436 m平臺,為治理單元2-2,水平投影面積1 714.95 m2,治理恢復為林地;邊坡(+448~+436、+436~+424 m),水平投影面積11 391.58 m2,為治理單元2-3,治理恢復為草地。
3.2.1 場地平整
對廢石場標高+448 m平臺進行場地平整,采取挖方、填方平整、壓實,使其形成緩坡平臺,考慮排水、植樹造林、地貌恢復等標準和要求,平臺控制在5°以內,采用東高西低、排水溝周圍略偏低的方式進行建設,緩坡控制在40°以內。場地平整后能保證進行正常的規(guī)劃、布置以及施工工作。經(jīng)計算,推土機平土10 648.81 m2。
3.2.2 增設平臺
廢石場西部邊坡高差超過12 m,按照治理設計規(guī)范應增加平臺,廢石場通過挖方增加標高+436 m左右平臺,平臺寬5 m,長271 m,需挖方渣石22 106 m3。挖方后要采用打夯機或機械對平臺進行碾壓,壓實系數(shù)要保證在0.93以上。
3.2.3 清運碎石
平臺上存有部分碎石,平面投影面積2 202.93 m2,高度1 m,共計2 202.93 m3。清理后,要達到平臺無碎石。
3.2.4 砌體工程
為了預防地質災害發(fā)生,在堆渣場下游設擋土墻,預留泄水孔,坡面修筑排水溝。平臺周圍修筑漿砌石坎以阻止雨水沖擊造成水土流失,石坎對水土流失起到一定的防護作用。
(1)擋墻工程。擋土墻設計如圖4所示。
圖4 擋土墻設計Fig.4 Retaining wall design
根據(jù)地形、地質、礦渣堆高度、邊坡穩(wěn)定性等情況,擋土墻布置于廢石場西部邊坡下游,在廢石場治理設計剖面線Ⅲ線南北兩側各20 m處坡底為基巖,高約10 m,坡度45°。由于距離比較近,且邊坡上層二能平臺和邊坡為渣土,故此次擋土墻在此處不斷開。擋土墻墻高4 m,墻長294 m,頂寬0.80 m,底寬1.95 m。擋土墻基底為巖石地基,基礎埋深為1.0 m,基底摩擦系數(shù)取經(jīng)驗值0.4;墻后填土為礦渣及碎石土,內摩擦角取經(jīng)驗值40°;填料邊坡坡度為1.0∶1.5,不考慮抗震設計。選用直立式路塹擋土墻,擋土墻平面上每隔20 m設變形線,縫寬20 mm,自地面上0.5 m設立泄水孔,泄水孔水平間距2 m,泄水孔直徑100 mm,向外傾斜7%。
砌體石料采用未風化石料,強度不小于50 MPa,石塊最小厚度不小于150 mm,平面尺寸任何一邊不小于300 mm,砌筑砂漿強度等級為M10,砌體應上下錯縫,內外搭接,砂漿飽滿,墻頂0.03 mm砂漿抹面,墻面采用水泥砂漿勾縫。
(2)排水工程。為防止降雨對地面沖刷,造成滑坡、沖溝、切溝,需要在平臺邊緣設置排水溝、坡面截水溝進行防洪排水,截水溝設置在廢石場西側,排水溝將水送入廢石場邊坡上的截水溝,通過截水溝排入西側下游自然溝渠。排水溝采用矩形斷面,設計為上口寬0.3 m、下口寬0.3 m、深0.3 m,邊坡比1∶1,排水溝采用 C20 混凝土,混凝土厚度 0.20 m,排水溝長538 m,共需基槽開挖量約134.5 m3,混凝土量72.10 m3。截水溝斷面設計為上口寬1.0 m、下口寬0.5 m、深0.5 m,邊坡比1∶0.5,截水溝長181 m。設計尺寸如圖5所示。排水溝采用M10漿砌石結構,共需基槽開挖量約252.98 m3,漿砌石量105.71 m3。
圖5 排水工程設計Fig.5 Drainage engineering design
(3)修筑梯形石坎。平臺周圍修筑漿砌石坎以阻止雨水沖擊造成水土流失,石坎對水土流失起到一定的防護作用。設計修筑矩形石坎,石坎寬0.3 m,高0.4 m,埋深0.2 m。修筑石坎長度947.33 m,采用混凝土預制塊113.68 m3,人工開挖石坎溝槽128.32 m3。根據(jù)擋土墻尺寸估算工作量為:開挖基槽量789.6 m3,漿砌石約為603.52 m3,砂漿抹面為3 499.76 m3,沉降伸縮縫1.55 m3。根據(jù)排水溝尺寸估算工作量為:基槽開挖量約252.98 m3,漿砌石量105.71 m3。根據(jù)石坎尺寸估算工作量為:需漿砌石量113.68 m3,石坎溝槽開128.32 m3。
3.2.5 土壤培肥及翻耕
復墾為旱地,面積10 648.81 m2,覆土0.6 m,現(xiàn)狀條件下平臺已經(jīng)覆土,但覆土厚度達不要求,需再覆土0.3 m,共需客土3 194.64 m3。旱地由于缺乏灌溉條件,完全依賴于自然氣候,產量不穩(wěn)定,依據(jù)當?shù)貤l件種植玉米等,可采用機械種植的方式。復墾成耕地后,耕地肥力欠佳,所以復墾后前期必須進行土壤改良,改良應從增施有機肥入手,通過增施農家肥,合理進行糧草輪作,間套種植苜蓿、紫云英等綠肥和秸稈還田、壓青、客土堆墊等種養(yǎng)結合辦法來培肥地力,提高土壤有機質含量,改善土壤結構和理化性狀,從而達到改土培肥、提高地力,使土地資源能夠可持續(xù)利用。根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗,有機肥施用量約為3 000 kg/hm2,在施用有機肥的基礎上,配合施用化肥,結合當?shù)鼗适┯玫慕?jīng)驗,可按用氮磷鉀復合肥750kg/hm2的標準施肥。土壤培肥面積為10 648.81 m2。培肥后對土地進行翻耕,翻耕面積為10 648.81 m2。
3.2.6 植物工程
平臺選擇種植龍柏,坡面選用種播撒黑麥草,栽種于治理區(qū)整平區(qū)形成綠色生態(tài)林。平臺和坡面均覆土0.3 m,標高+436 m平臺長271 m,寬6 m,共需調運客土487.80 m3。
(1)樹種選擇。通過比較龍柏適應環(huán)境、生長特點等,宜選擇龍柏株高2 m、胸徑3 cm、蓬徑30 cm、種植密度2 m×2 m的樹苗進行栽種。
(2)種植方式。根據(jù)研究區(qū)的實際情況,為了保證龍柏的生長,達到綠化生態(tài)恢復的目的,采用客土穴栽種植方式,坑底覆土0.6 m。喬木栽種密度為2.0 m×2.0 m,樹坑規(guī)模0.6 m×0.8 m×0.8 m,采用符合要求的土壤進行栽種。經(jīng)過計算,需種龍柏272株,需要調運客土103.36 m3,平臺、坡面、樹坑共需要調運客土591.16 m3。喬木穴栽挖方103.36 m3,樹坑回填103.36 m3。坡面播撒黑麥草草籽,坡面面積14 387 m2。
臺階之間形成的填方邊坡,坡率設計:8~10 m為1∶1.5;10~12 m為1∶1.75。坡面覆土30 cm,原土夯實,坡面播散草籽防止水土流失,同樣也起到環(huán)保綠化的作用。
(1)施工前制定預防措施,防止空氣污染、塵埃對附近居民區(qū)的影響。
(2)施工中對容易起塵的細集料和松散材料予以覆蓋或適當灑水噴濕,這些材料在運輸期間用帆布或類似的覆蓋物覆蓋。
(3)易產生粉塵、揚塵的作業(yè)面以及裝卸運輸過程,派專人灑水降塵,出場運輸車輛必要時要加蓋篷布。
(4)每天專人負責給施工現(xiàn)場交通通道淋水,以減少工地的塵土,保護鄰近居民、行人的正常生產和生活。
(5)現(xiàn)場禁止焚燒垃圾、固體廢棄物和產生有毒有害煙塵氣體的物質,熔融瀝青等有毒物質使用封閉和帶煙處理裝置的設備。
(6)機動機械多使用電動工具,減少內燃機的使用。
(7)施工用內燃機要按照國家要求進行年審,廢氣合格后才可以投入使用,不允許使用超標車輛投入,最大限度減少廢氣排放。揚塵污染費已是工程施工中不可缺少的一種安全文明費用,揚塵污染費已包含到施工費─直接費用的措施費中。
通過對礦山地質環(huán)境的治理,使治理區(qū)生態(tài)環(huán)境大大改善,地質災害得以消除或減輕,破損的山體植被得以恢復,污水得以過濾,綠樹成蔭,環(huán)境優(yōu)美,空氣清新。地表植被以及野生動植物生存環(huán)境的改善,使自然資源條件得到有效恢復。通過地質環(huán)境保護和恢復治理,礦區(qū)草木茂盛,植物的葉片可以吸塵、滯塵、吸收有毒物質,釋放有益健康的殺菌物質,從而起到凈化空氣的作用。發(fā)達的根系可以固定砂土,減少水土流失,增加土壤的貯水能力,使土地資源得到優(yōu)化配置和合理利用。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)將逐漸恢復涵養(yǎng)水源、保持水土、調節(jié)氣候和凈化大氣的功能,為礦區(qū)及周邊居民的身心健康帶來巨大效益。隨著礦區(qū)整治復綠工作的完成,自然生態(tài)環(huán)境與景觀得到恢復與改善,礦山地質環(huán)境保護和恢復治理工程必將產生明顯的環(huán)境效益。
礦山地質環(huán)境治理工程是一項防災和減災工程,是以保證人民生命安全及物質財富不受損害、礦山地質環(huán)境得到保護和治理為主要目的工程。防災工程的經(jīng)濟效益主要由減災效益和增值效益2部分組成,并以減災效益為主、增值效益為輔,或只有減災效益而沒有增值效益。按照“有無對比”的原則,減災效益等于無防災工程時災害可能造成的直接經(jīng)濟損失與防災工程投資之差。由于地質災害造成的損失有時難以估量,地質環(huán)境破壞后治理投資巨大、周期很長(如地形地貌景觀,含水層破壞影響水資源、水環(huán)境),有時甚至是無法用金錢來衡量的,所以礦山企業(yè)實際上在這方面的投資有所回報。通過恢復治理改善了礦山地質環(huán)境,降低了開采風險,提高了礦山開采效率。