劉 瑾 陳 立
(貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550000)
我國(guó)是一個(gè)擁有豐富礦產(chǎn)資源的大國(guó),土地面積廣闊,地質(zhì)條件優(yōu)越[1]。但在開(kāi)采過(guò)程中,存在環(huán)保投入少、開(kāi)采措施不當(dāng)、缺少計(jì)劃性等問(wèn)題,導(dǎo)致環(huán)境被嚴(yán)重破壞,隨之引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,不僅使生態(tài)環(huán)境失去平衡,還威脅到礦區(qū)周?chē)罕姷纳?cái)產(chǎn)安全[2]。因此,為帶來(lái)較好的環(huán)境、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益,根據(jù)邊開(kāi)采、邊治理的原則,對(duì)貴州清鎮(zhèn)某鋁土礦已閉坑的露天采場(chǎng)及堆渣場(chǎng)地開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程。
清鎮(zhèn)某鋁土礦自2014年建成投產(chǎn)以來(lái),工業(yè)場(chǎng)地、采場(chǎng)及排土場(chǎng)均已形成。但長(zhǎng)期采礦活動(dòng)導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞,水土流失加劇,地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重[3]。主要表現(xiàn)為地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、含水層破壞、地形地貌景觀破壞等三方面問(wèn)題[4]。
清鎮(zhèn)某鋁土礦屬延續(xù)變更開(kāi)采礦山,行政區(qū)劃屬貴陽(yáng)清鎮(zhèn)市衛(wèi)城鎮(zhèn),礦山于2012 年4 月獲得采礦許可證,2014年建成投產(chǎn),開(kāi)采礦種為鋁土礦、鐵礦,開(kāi)采方式為露天、地下開(kāi)采,生產(chǎn)規(guī)模為15萬(wàn)t/年。2016年9月獲采礦權(quán)延續(xù),開(kāi)采深度+1370m~+1200m標(biāo)高,開(kāi)采礦種為鋁土礦,開(kāi)采方式采用露天開(kāi)采,生產(chǎn)規(guī)模不變。
截止2020年12月底,貴州省清鎮(zhèn)某鋁土礦礦界范圍內(nèi)總資源量629.57萬(wàn)t,采空消耗資源量為435.79萬(wàn)t,保有資源量為193.78萬(wàn)t。部分采場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)采完畢,將開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾工作。
露天開(kāi)采應(yīng)遵循“自上而下的開(kāi)采順序,分臺(tái)階開(kāi)采”的原則[5]。清鎮(zhèn)某鋁土礦在開(kāi)采過(guò)程中,未按照上述原則進(jìn)行開(kāi)采,露采邊坡未留設(shè)臺(tái)階或臺(tái)階留設(shè)不規(guī)范,在采坑周邊形成陡崖、陡坎,邊坡高度在5~25m,邊坡角度在60~88°,并且局部陡崖崖壁仍殘留有松動(dòng)巖塊,部分崖頂有松散堆放的石塊、表土等。若遭遇暴雨天氣,則可能造成崩塌、滑坡等地質(zhì)危害。
此外,采礦棄土、棄渣堆放混亂,就地順坡堆積,堆渣高度在5~25m,邊坡角度在15~35°,且部分邊坡未留設(shè)臺(tái)階,或邊坡臺(tái)階留設(shè)高度不合理。若遭遇暴雨天氣,則也有可能發(fā)生滑坡、邊坡垮塌等地質(zhì)災(zāi)害。
在開(kāi)采過(guò)程中,礦體之上的直接頂板擺佐組巖溶含水層將作為蓋層直接剝離,采礦對(duì)擺佐組含水層破壞嚴(yán)重。隨著露天采坑的不斷加深,礦體九架爐組鋁土巖及鋁土礦層將直接接受大氣降水補(bǔ)給。同時(shí),由于工程活動(dòng)造成的工程裂隙、巖石風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙較發(fā)育,具有一定的賦水性,在開(kāi)采時(shí)抽、排地下水,會(huì)改變巖層的水文地質(zhì)條件,導(dǎo)致水均衡遭到一定程度破壞。礦山閉坑后停止對(duì)地下水的抽排,在一定時(shí)期內(nèi)地下水可自然恢復(fù),采礦業(yè)活動(dòng)對(duì)地下水含水層影響較輕。
露天采礦過(guò)程中,由于采場(chǎng)大規(guī)模的開(kāi)挖和棄渣體堆放,完全損毀了開(kāi)采區(qū)和堆渣場(chǎng)地的植被,破壞了當(dāng)?shù)卦械牡匦蔚孛簿坝^。地形地貌景觀破壞主要表現(xiàn)為山體破損改變、植被和自然景觀破壞。
1.4.1 山體破損改變
由于礦體的剝離開(kāi)挖,使原來(lái)的山頭、山脊等正地形變成采坑,并在周邊形成采礦邊坡。同時(shí),剝離的棄渣堆放,填平了原來(lái)的溝谷,或進(jìn)一步堆積成山,形成渣土邊坡。
1.4.2 植被破壞
露天采礦對(duì)植被造成的破壞是毀滅性的,主要表現(xiàn)為:在剝離區(qū),因挖損導(dǎo)致地表所有植被損毀殆盡;同時(shí),由于棄渣堆放、壓占損毀了所有植被。截至2021年2月17日,礦區(qū)已破壞土地總面積903.93畝,其中恢復(fù)治理區(qū)內(nèi)共損毀、占用耕地99.08 畝,其中旱地83.19 畝,水田15.89畝。
1.4.3 自然景觀破壞
清鎮(zhèn)某鋁土礦山開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中,由于露天開(kāi)采、植被清理、人類工程活動(dòng)所需的生產(chǎn)設(shè)施、廢棄礦渣堆置、修筑公路等占用大量土地,造成了邊坡裸露,留下了采礦坑、排土場(chǎng)、廢棄地等,并形成新的隆起和塌陷地貌,破壞項(xiàng)目區(qū)原有自然景觀。
清鎮(zhèn)某鋁土礦恢復(fù)治理堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合,誰(shuí)開(kāi)發(fā)誰(shuí)保護(hù)、誰(shuí)破壞誰(shuí)治理、誰(shuí)投資誰(shuí)受益的原則[6-7],對(duì)已經(jīng)閉坑的露天采場(chǎng)及堆渣場(chǎng)地,包括6個(gè)治理區(qū)和礦山自行治理區(qū),進(jìn)行設(shè)計(jì)治理。本次設(shè)計(jì)治理總面積為501.98畝,主要通過(guò)堆渣場(chǎng)地平整與回填、邊坡整治、種植槽、截排水溝、植被復(fù)綠等措施進(jìn)行治理。
場(chǎng)地平整前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)量放樣,設(shè)置控制樁、水準(zhǔn)基點(diǎn)及網(wǎng)格,清楚地面障礙物及埋深,使用挖掘機(jī)及鏟車(chē)對(duì)場(chǎng)地地表土進(jìn)行剝離;堆渣場(chǎng)回填土石來(lái)源為邊坡削坡土石方?;靥顣r(shí)需分層壓實(shí)回填,每層高度不大于0.50m,壓實(shí)系數(shù)不小于0.94。礦渣堆場(chǎng)清理回填后,地面坡度<10°。礦渣堆體邊坡清理后形成的邊坡及礦渣回填采坑后形成的邊坡坡度<30°。
對(duì)垂直堆放高度超過(guò)5m的松散堆積邊坡進(jìn)行臺(tái)階式放坡治理,每5m高設(shè)計(jì)一個(gè)邊坡臺(tái)階,臺(tái)階寬3~4m;削坡后邊坡坡度<30°(如圖1所示);治理后坡面上的巖石碎塊大小不得超過(guò)10cm。
圖1 邊坡整治及礦渣回填剖面圖
高陡的石質(zhì)邊坡不像土質(zhì)邊坡容易種植植被,為解決這一難題,經(jīng)過(guò)研究和實(shí)踐,種植槽技術(shù)被成功應(yīng)用于石質(zhì)邊坡。種植槽是利用工程錨桿固定和鋼筋混凝土梁板形成種植槽。清鎮(zhèn)某鋁土礦恢復(fù)治理中,在邊坡底部及臺(tái)階上修筑M7.5 漿砌石種植槽。種植槽高0.5m,寬0.6m,槽身厚0.40m(如圖2所示);種植槽每隔10m設(shè)置縫寬2cm的沉降縫。
圖2 種植槽大樣圖
每年5~9月是清鎮(zhèn)某鋁土礦區(qū)降雨集中時(shí)段,且該時(shí)間段存在高強(qiáng)度且頻發(fā)的暴雨,降雨滲入土層后使其內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦力等力學(xué)性能降低。所以需要在排土場(chǎng)后緣、邊坡坡頂及坡腳設(shè)計(jì)截排水溝(如圖3所示),將地表水匯集到蓄水池為礦區(qū)農(nóng)業(yè)提供灌溉保證,同時(shí),為邊坡穩(wěn)定性提供有力的保障。
圖3 截排水溝大樣圖
2.5.1 土層厚度及造林初值密度
根據(jù)《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(TD/T1036-2013),確定了貴州省全境屬西南山地丘陵區(qū),通過(guò)分析質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),本次設(shè)計(jì)土層厚度規(guī)定如下:
(1)復(fù)墾為旱地的有效土層厚度≥50cm,礫石含量<5%;
(2)復(fù)墾為林地的有效土層厚度≥30cm,礫石含量≤50%;
(3)復(fù)墾為其他草地的有效土層厚度≥10cm,礫石含量≤50%。
同時(shí)依照《造林技術(shù)規(guī)程》(GB/T 15776-2016),參考附錄A-各造林區(qū)域主要造林樹(shù)種適宜初植密度表,本次設(shè)計(jì)復(fù)綠樹(shù)種主要為槐樹(shù)、楊樹(shù)類,取造林初植密度為2500 株/hm2(167 株/畝),即造林行距為2.0m,株間距為2.0m。植被復(fù)綠整體大樣如圖4所示。
圖4 植被覆綠大樣圖
2.5.2 草種
豆科植物白車(chē)軸草(俗名三葉草)和紫花苜蓿(俗名綠肥、肥料草)為優(yōu)良牧草,適應(yīng)性強(qiáng),耐旱耐貧瘠,酸性或堿性土壤均可生長(zhǎng)。早熟禾喜光,耐旱性較強(qiáng),耐陰性也強(qiáng),可耐50%~70%郁閉度,對(duì)土壤要求不嚴(yán),耐瘠薄[8]。
綜合考慮治理區(qū)土壤、氣候等因素,本次設(shè)計(jì)采用白車(chē)軸草、紫花苜蓿和早熟禾作為復(fù)綠草種。籽采用人工播撒,按每公頃種植面積300kg草籽的播種量均勻播種,邊坡區(qū)域可適當(dāng)加密。
2.5.3 藤蔓植物
爬山虎對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),喜歡陰濕環(huán)境,而且不怕強(qiáng)光,具有耐寒、耐旱、耐修剪、耐貧瘠等特點(diǎn),氣候適應(yīng)性廣泛,在暖溫帶以南冬季也可以保持常綠狀態(tài)[9]。同時(shí),爬山虎的根系會(huì)分泌酸性物質(zhì)腐蝕石灰?guī)r,有利于其在巖質(zhì)邊坡上生長(zhǎng)。除爬山虎外,本次設(shè)計(jì)還采用油麻藤、常青藤、葛藤作為巖質(zhì)邊坡的復(fù)綠植物。藤蔓植物種植間距為0.5m。
2.5.4 復(fù)綠樹(shù)種
治理區(qū)及周邊的土壤條件差,本次設(shè)計(jì)優(yōu)先采用耐貧瘠、抗干旱的樹(shù)種,如:楊樹(shù)、刺槐、大葉女貞、柏樹(shù)、柳杉、馬尾松等。根據(jù)土地合理利用原則,將治理區(qū)內(nèi)土地發(fā)揮出其最大經(jīng)濟(jì)效益,可種植具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的果樹(shù)。依據(jù)礦山實(shí)際情況,選擇土壤條件較好的區(qū)域,可種植櫻桃、枇杷、楊梅、桃樹(shù)、李樹(shù)等。本次設(shè)計(jì)中涉及的所有復(fù)綠樹(shù)種出土地徑均不<3cm,出土高度均不得<1.0m。
種植完成后,為提高植物成活率,應(yīng)及時(shí)采取松土、雜草清除等管理措施,并根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育各階段要求,進(jìn)行預(yù)防植物病害、森林防火等防護(hù)措施,保證成活率達(dá)90%以上。
通過(guò)對(duì)清鎮(zhèn)某鋁土礦環(huán)境恢復(fù)治理工程的實(shí)施,可消除因礦山而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦區(qū)及周邊人民生命財(cái)產(chǎn)安全的危害,有利于保護(hù)礦區(qū)職工,并起到很好的示范作用,有力地推動(dòng)當(dāng)?shù)氐V山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)治理工作的順利開(kāi)展,使當(dāng)?shù)厝罕娬嬲芤?,促進(jìn)了社會(huì)穩(wěn)定,將起到十分積極的作用,其社會(huì)效益如下:
(1)有利于采礦區(qū)周?chē)r(nóng)業(yè)的生產(chǎn),可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,并使勞動(dòng)者獲得最大利益;
(2)解決當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)難的問(wèn)題,增加勞動(dòng)者的收入,鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果,全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興。
通過(guò)對(duì)采礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境實(shí)施管理,使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得到顯著改善,樹(shù)木覆蓋率明顯提升。礦區(qū)種植的植物不僅可以起到綠化的作用,還能吸收有害物質(zhì),凈化空氣。不斷生長(zhǎng)的根系可以穩(wěn)定土壤,減少土壤侵蝕,提高土壤蓄水能力。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)的同時(shí),也使礦山周?chē)h(huán)境逐漸回到原有狀態(tài),生態(tài)環(huán)境效益巨大。為礦區(qū)種植適合的草和植被,不僅可以防止該地區(qū)的土壤侵蝕,還能提高環(huán)境抵抗能力,促進(jìn)環(huán)境良性循環(huán)。
綜上所述,礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程應(yīng)在對(duì)破壞現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際情況采取合理的治理措施,堅(jiān)持因地制宜、就地取材、經(jīng)濟(jì)合理等原則,使治理效果不僅符合當(dāng)前要求,還要迎合當(dāng)?shù)亟窈蟀l(fā)展趨勢(shì)。真正地做到工程治理、生態(tài)治理及區(qū)域發(fā)展相互結(jié)合,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,為當(dāng)?shù)厝嗣裰厮苄腋C篮眉覉@。
本文介紹的清鎮(zhèn)某鋁土礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程,包括6個(gè)治理區(qū)和礦山自行治理區(qū),設(shè)計(jì)治理總面積為501.98畝。礦山治理措施主要包括堆渣場(chǎng)地平整與回填、邊坡整治、種植槽、截排水溝以及植被復(fù)綠,真正地體現(xiàn)了“誰(shuí)破壞、誰(shuí)恢復(fù);誰(shuí)治理、誰(shuí)受益”的治理原則,為清鎮(zhèn)市和貴陽(yáng)市乃至全省摸索、探討保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境提供方法,對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)免受損失和保障廣大人民群眾生命安全具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。