四川龍門山區(qū)臥牛坪石灰石礦山復(fù)墾方案設(shè)計(jì)

張 燕，楊 盡，周 彥

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059;2.四川省科技情報(bào)研究所，四川 成都 610016)

東亞水泥有限公司臥牛坪石灰石礦區(qū)位于四川省彭州市，地處龍門山區(qū)中段。礦區(qū)地形切割大、山勢(shì)陡峭，礦山高近1 500 m。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，推覆構(gòu)造形成的飛來峰發(fā)育，這是該區(qū)石灰石礦床的構(gòu)造成因。礦區(qū)所處山體上部巖性是二疊系陽新組石灰?guī)r，是礦山開采的主要層位，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，地勢(shì)較陡;山體下部巖性是上三疊統(tǒng)須家河組的砂巖、粉砂巖、泥巖，夾碳質(zhì)頁巖及煤線，抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱，容易風(fēng)化，坡度較緩。礦區(qū)內(nèi)曾發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害有滑坡、崩塌、泥石流，現(xiàn)在有些地段還存在滑坡和巖溶塌陷的隱患。

1 礦山復(fù)墾的目的

礦山項(xiàng)目一般都包括礦山設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、閉坑、復(fù)墾和復(fù)墾后土地的開發(fā)利用等幾個(gè)階段，目前臥牛坪礦區(qū)只是處在礦山設(shè)計(jì)階段。復(fù)墾階段的工作是整個(gè)礦山開發(fā)中很重要的一環(huán)，其目標(biāo)是使礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境包括地貌、土壤、水系、植物和動(dòng)物分布通過復(fù)墾至少要恢復(fù)到開發(fā)前的狀況。

臥牛坪礦區(qū)占地155.5 hm2，礦體儲(chǔ)量大，為特大型石灰?guī)r礦床，設(shè)計(jì)為露天開采，可開采范圍幾乎包括整個(gè)山體的上部(近200 m厚)，地表土層剝離量較少。根據(jù)擬開發(fā)的礦區(qū)所處地理位置、地質(zhì)條件、地貌條件、生態(tài)環(huán)境和礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)，提出以生態(tài)效益、社會(huì)效益為主要目標(biāo)的礦山復(fù)墾方案。復(fù)墾后的理想狀態(tài)是使重建的生態(tài)系統(tǒng)能長(zhǎng)期自身循環(huán)發(fā)展，最終達(dá)到開發(fā)前的水平。

設(shè)計(jì)復(fù)墾方案前，設(shè)計(jì)人員要對(duì)開發(fā)前礦區(qū)地形地貌和自然環(huán)境作充分了解，測(cè)繪勘察開發(fā)前的地形地貌，充分做好當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，如土壤、植被、水文、氣候、氣溫、降水、自然災(zāi)害、自然資源、主要農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物等，并做翔實(shí)的記錄。設(shè)計(jì)出的復(fù)墾方案將復(fù)墾措施貫穿整個(gè)開發(fā)過程［1］，如場(chǎng)地的準(zhǔn)備、礦區(qū)表土剝離、設(shè)施的建設(shè)、礦石的開采、尾礦和剝離廢石的處置等環(huán)節(jié)都要與復(fù)墾掛鉤。在礦山建設(shè)階段，復(fù)墾區(qū)域是礦山建設(shè)中破壞的區(qū)域;在礦山生產(chǎn)階段，要邊生產(chǎn)邊進(jìn)行地貌重塑和生態(tài)環(huán)境的重建;在閉坑階段，對(duì)礦區(qū)失去利用價(jià)值的建(構(gòu))筑物進(jìn)行拆除，恢復(fù)土地的利用，保留可利用的設(shè)施并充分利用。通過實(shí)際測(cè)量，臥牛坪礦區(qū)可能破壞土地情況見表1。

表1 破壞土地情況

2 復(fù)墾方案的內(nèi)容及措施

實(shí)現(xiàn)復(fù)墾目標(biāo)需要科學(xué)、有效、適合的復(fù)墾方法。在礦區(qū)，將要重建的自然環(huán)境取決于氣候、地形、生物物種、水循環(huán)體系和復(fù)墾時(shí)間等因素，故在復(fù)墾方案中必須考慮這些重要因素。礦山復(fù)墾技術(shù)路線如圖 1［2－3］。

2.1 復(fù)墾土地使用規(guī)劃

(1)規(guī)劃目標(biāo)。礦山開采對(duì)土地的破壞主要表現(xiàn)為壓占、污染等。復(fù)墾前先要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)層面對(duì)礦山和破壞土地進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響分析、復(fù)墾可行性評(píng)價(jià)，最終確定土地復(fù)墾方向及復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)，并編制復(fù)墾土地使用規(guī)劃。規(guī)劃目標(biāo)包括3個(gè)方面：①保持整個(gè)礦區(qū)自然連續(xù)的地貌形態(tài);②在礦區(qū)或復(fù)墾土地上規(guī)劃具有自然、生物、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)前景的區(qū)域;③復(fù)墾土地上的植被生長(zhǎng)能力達(dá)到或超過開采前水平。

圖1 復(fù)墾技術(shù)路線圖

(2)方案措施。為了確保臥牛坪礦區(qū)復(fù)墾方案的實(shí)施效果，提出5項(xiàng)復(fù)墾措施：①對(duì)開采范圍內(nèi)的植被、土壤和地形采取綜合防護(hù)措施。在開采地段進(jìn)行土地平整，待開采結(jié)束覆蓋表層剝離土，營(yíng)造防護(hù)林草;對(duì)開采邊坡實(shí)施穩(wěn)定措施，逐級(jí)削坡，坡腳用草袋防護(hù)，坡面進(jìn)行整地并營(yíng)造灌木林。②對(duì)在礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢液進(jìn)行處理，檢查達(dá)標(biāo)后方能排放，嚴(yán)禁向附近河流排放有毒、有害液體。③在尾礦場(chǎng)地種草、植樹，對(duì)采礦留下的陡坎進(jìn)行開挖、填土并復(fù)墾。④礦山場(chǎng)地內(nèi)建筑物地基開挖等施工活動(dòng)，破壞了原地貌及植被，及時(shí)實(shí)施綠化及營(yíng)造周邊防護(hù)林等水土保持措施。⑤礦區(qū)各種道路的修筑也破壞了原地貌，路基兩側(cè)需要采取防護(hù)措施，可在路基坡腳處設(shè)排水溝，路兩側(cè)栽植道路防護(hù)林。

2.2 復(fù)墾方案的實(shí)施

礦山在生產(chǎn)過程中會(huì)在礦區(qū)形成各種各樣的地形地貌，如尾礦堆坡面、尾礦砂丘、剝離廢石堆堆場(chǎng)、巖墻、溪流洼地、礦坑湖、蓄水池及道路等。復(fù)墾就是要恢復(fù)礦區(qū)地形地貌、植被，恢復(fù)原有的樹林、草地和農(nóng)田，且保證恢復(fù)后無論是在靜態(tài)荷載下還是在受到預(yù)期地震荷載下均是穩(wěn)定的。根據(jù)此要求，新建礦山在施工過程中要與土地復(fù)墾相結(jié)合。

(1)建立土地熟化試驗(yàn)場(chǎng)。根據(jù)礦區(qū)實(shí)際條件建立土地熟化試驗(yàn)場(chǎng)，通過對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)中復(fù)墾土地的養(yǎng)護(hù)，建立復(fù)墾樣板工程，從而提高復(fù)墾技術(shù)含量，完善復(fù)墾方案，為全面復(fù)墾打下基礎(chǔ)。

(2)表土層的剝離及堆放。對(duì)復(fù)墾工作來說，表土層的剝離及堆放具有重要的意義。表土層是土地復(fù)墾中再種植成功的關(guān)鍵，表土層不僅是復(fù)墾土地覆土來源，也是減少?gòu)?fù)墾投資、保護(hù)自然資源的重要措施。因此，必須妥善就近將表土儲(chǔ)存，防止巖石混入使土質(zhì)惡化，盡可能做到恢復(fù)后保持原有的土壤結(jié)構(gòu)，以利種植。為減少表層松散土體堆放過程中產(chǎn)生的水土流失，堆放邊坡坡比應(yīng)小于1.75，同時(shí)設(shè)計(jì)采用土袋對(duì)其下邊坡進(jìn)行擋護(hù)，頂面及坡面撒種草籽，上邊坡及周邊設(shè)臨時(shí)排水溝。根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，表土剝離量見表2。

(3)土地平整。土地平整是復(fù)墾的主要工作內(nèi)容之一。建設(shè)項(xiàng)目損壞、占?jí)和恋睾?，使原有的土地形態(tài)發(fā)生改變，難以達(dá)到設(shè)定的土地利用目標(biāo)。根據(jù)土地復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)墾為林地的損壞土地平整后，邊坡在35°以下的可用于一般林木種植，15°～20°的可用于果園和其他經(jīng)濟(jì)林種植。土地平整后復(fù)墾土地利用結(jié)構(gòu)見表3。

表2 表土剝離量

表3 復(fù)墾土地利用結(jié)構(gòu)

(4)工程防護(hù)。工程防護(hù)措施主要是排水溝。由于臥牛坪礦區(qū)水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，所以土地復(fù)墾時(shí)只需要修建排水溝，用以排出復(fù)墾區(qū)的雨水即可。

(5)覆土。土地平整后，要對(duì)平整后的土地進(jìn)行覆土，覆土來自施工前剝離的表層土，覆土厚度根據(jù)復(fù)墾后土地的利用方向具體確定。如林地覆土厚不小于35 cm，開采臺(tái)階斜坡覆土厚不小于10 cm。

2.3 水源管理

復(fù)墾方案考慮復(fù)墾土地積水的排放和水質(zhì)管理，建設(shè)明溝排放積水。礦區(qū)的水源包括降水、地表徑流和地下徑流。復(fù)墾方案設(shè)計(jì)的水循環(huán)系統(tǒng)可控制復(fù)墾區(qū)的水系，并保持與區(qū)域環(huán)境水文特征一致。復(fù)墾區(qū)年最大降水量是1 280 mm，日最大降水量可達(dá)178.3 mm，降雨集中在6—9月，礦區(qū)無大的水體，也無地表水聚集，局部泉眼為大氣降水補(bǔ)充，排泄條件好，巖溶裂隙中含水較少，且均在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面(860 m)以上、低于露天開采最低標(biāo)高(1 299 m)。依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果和相關(guān)資料，結(jié)合地質(zhì)條件，計(jì)算排水模數(shù)、滲透系數(shù)等參數(shù)，確定排水渠的橫截面面積和長(zhǎng)度及分布。設(shè)計(jì)復(fù)墾區(qū)排水體系的目標(biāo)是使其穩(wěn)定性和能力達(dá)到建礦前天然排水體系的水平，這種設(shè)計(jì)還必須保證從復(fù)墾區(qū)排出的水不會(huì)對(duì)吸納該水體的水系造成污染。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)重建

由于臥牛坪礦區(qū)無大的水體，也無地表水聚集，所以這里著重探討礦區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)重建。

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤繁生能力是一個(gè)重要因素。復(fù)墾工作的一個(gè)目標(biāo)是使土壤繁生能力恢復(fù)到甚至高于建礦前的水平。用于復(fù)墾的土壤覆蓋層必須具備以下條件：賦存適當(dāng)?shù)乃?能提供植物生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)料;能形成具有抗沖蝕性能的植被。在復(fù)墾區(qū)重建植被將實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：①根據(jù)確定的復(fù)墾范圍，礦山關(guān)閉后，保證礦山占用的臨時(shí)用地全部得到恢復(fù)，復(fù)墾面積達(dá)到154.78 hm2。②以生態(tài)效益、社會(huì)效益為土地復(fù)墾的主要目標(biāo)。通過土地復(fù)墾，使破壞的土地與周邊的生態(tài)環(huán)境保持一致，符合當(dāng)?shù)赝恋乩每傮w規(guī)劃的要求。③有針對(duì)性地選擇適宜性、抗逆性強(qiáng)的優(yōu)良樹草種。林地可選用杉樹，草地可選用茅草。在不適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的邊坡恢復(fù)茅草植被，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，防治水土流失。④確保復(fù)墾質(zhì)量。破壞土地復(fù)墾為林地時(shí)，應(yīng)保證3 年后樹木成活率在70%以上，5 年后覆蓋度達(dá)30%以上。

通過上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，逐漸形成自我繁生的樹林和草地，在自然因素的作用下，形成與建礦前相似的生態(tài)系統(tǒng)。

2.5 生物多樣性保障

生物多樣性是指各種生命和生命過程的多樣性，它包括微生物品種、生物群體、生物賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)以及維持生物正常功能的生態(tài)進(jìn)化過程的多樣性。在復(fù)墾中，注意在生物品種、結(jié)構(gòu)和功能上進(jìn)行研究，盡量按照建礦前的自然條件恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。人工種植的植物在品種和結(jié)構(gòu)上與天然生態(tài)系統(tǒng)比較都過于簡(jiǎn)單，其適應(yīng)自然條件能力較弱，故在復(fù)墾后要進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，以確保多年后復(fù)墾區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)。

3 復(fù)墾后的監(jiān)測(cè)與研究

按照土地復(fù)墾技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，礦區(qū)復(fù)墾工程在閉礦后1 年內(nèi)完工。對(duì)于改變的地形地貌、修筑的排水渠道、種植的林地草地和復(fù)墾土地的物理、化學(xué)、生物特性是否能形成可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，是需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究的。針對(duì)這種情況，在組織措施、資金保障、技術(shù)支持、監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容等方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在組織措施上建立復(fù)墾礦區(qū)調(diào)查隊(duì)，由相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員組成，進(jìn)行復(fù)墾技術(shù)培訓(xùn)，根據(jù)工作內(nèi)容，由專人負(fù)責(zé); 在資金保障上設(shè)立復(fù)墾監(jiān)測(cè)管理?？?，?？顚Ｓ?，充分保證資金的供應(yīng)和到位，使復(fù)墾監(jiān)測(cè)研究工作保質(zhì)保量完成; 在技術(shù)支持上建立當(dāng)?shù)卣?fù)墾設(shè)計(jì)單位和工程施工單位的聯(lián)動(dòng)協(xié)作機(jī)制，確保能及時(shí)解決復(fù)墾后出現(xiàn)的問題; 在復(fù)墾區(qū)設(shè)立5 個(gè)觀測(cè)試驗(yàn)場(chǎng)，隔半年或1 年對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)回填土的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)進(jìn)行觀測(cè)、分析，對(duì)復(fù)墾區(qū)植被生長(zhǎng)情況進(jìn)行觀測(cè)，用以對(duì)比、分析和研究復(fù)墾效果和變化，確保復(fù)墾質(zhì)量。

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