吉林省磐石市姚財白灰廠石灰?guī)r礦礦山環(huán)境治理設(shè)計

劉夢奇，馮 曲

吉林省第二地質(zhì)調(diào)查所，吉林 吉林市，132013

1 治理區(qū)環(huán)境地質(zhì)概況

1.1 地理位置及交通

治理區(qū)位于磐石市明城鎮(zhèn)北1.5 km處磐石—吉林公路旁。地理座標：東經(jīng)：126°00′05″；北緯：43°12′45″。

該區(qū)距磐石市約33 km，距吉林市約105 km，有磐石—吉林公路相連，交通方便。（見圖1）。

1.2 地形地貌及氣候

本區(qū)為低山丘陵區(qū)，最高處海拔303.5m，最低處270m，高差33m。山坡坡度在10°～17°之間。

本區(qū)屬北寒溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱少雨，夏季濕熱多雨，秋季涼爽，天氣晴朗，冬季寒冷漫長。多年平均氣溫在3.5 ℃左右。一月份氣溫最低，極端最低氣溫為-40.4 ℃（2001年1月13日）；七月份氣溫最高，極端最高氣溫37.8 ℃（1997年7月24日）；多年平均降水量677.4mm，年最大降水量918.8mm（2005年），日最大降水量142.0mm（1989年7月22日）；降水多集中在6～8月份，占全年降水量60%以上；多年平均蒸發(fā)量1 362.4mm；最大凍土深度1.70m；常年主導(dǎo)風向為東北風和西南風，最大風速8m/s。

本區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)。

1.3 治理區(qū)地質(zhì)概況

（1）地層：本區(qū)及其附近出露的地層為石炭系下統(tǒng)鹿圈屯組碎屑巖段。由灰黃色粉砂巖、頁巖、長石石英砂巖夾灰?guī)r透鏡體組成。巖層近南北走向，向西傾，傾角40°左右。

（2）礦體：礦體為含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，在區(qū)內(nèi)出露長190m，寬120m?，F(xiàn)礦體已基本開采完畢，剩余部分屬風化強烈、質(zhì)量達不到要求的圍巖。

（3）區(qū)域構(gòu)造特點：本區(qū)位于內(nèi)蒙—大興安嶺褶皺系；吉林褶皺帶；吉林復(fù)向斜南西翼。

圖1 吉林省磐石市姚財白灰廠石灰?guī)r礦礦山地形地質(zhì)圖Fig.1 Topographic and geologicmap of Yaocai lime factory limestonemine in Panshi City, Jilin Province

區(qū)域構(gòu)造以北東向及北西向褶皺及斷裂為主。受區(qū)域構(gòu)造作用影響，區(qū)內(nèi)巖石中節(jié)理裂隙非常發(fā)育，破壞了基巖的穩(wěn)定性。

（4）水文地質(zhì)條件：該礦為露天開采礦山，最低開采標高高于當?shù)厍治g基準面，含水層為基巖裂隙水，富水性弱，采場充水來源主要為大氣降水?？梢宰匀皇韪伞５V山雖然位于黃河水庫邊，如開采深度不低于侵蝕基準面以下，水庫對礦山無影響。礦山水文地質(zhì)條件屬簡單型。

（5）工程地質(zhì)條件：該礦所采礦石為石灰?guī)r，屬較堅硬巖石，區(qū)內(nèi)沒有較大斷裂通過，巖石中節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖石穩(wěn)固性較好。礦體頂部腐植土層和殘坡積層厚約2m，屬松散巖土類，穩(wěn)固性差，易出現(xiàn)土質(zhì)滑坡，應(yīng)進行剝離。礦山工程地質(zhì)條件屬簡單型。

1.4 治理區(qū)主要環(huán)境地質(zhì)問題

（1）該石場于2007年閉坑停采?，F(xiàn)留有兩個采場，西側(cè)采場緊靠公路，采場南北長130m，東西寬55～75m，占地面積約9 000m2。南側(cè)采場面臨黃河水庫，東西長270m，南北寬30～70m，占地約14 850m2。西側(cè)采場有一處開采殘留下的強風化灰?guī)r山包，該山包與周圍自然景觀極不協(xié)調(diào)。南側(cè)采場有一個采深超過黃河水庫最低水位線的采坑，采坑內(nèi)最深處達4～5m，現(xiàn)坑內(nèi)全部為積水。

（2）西側(cè)采場掌子面最高處達25m，南側(cè)采場掌子面最高處達26m，兩側(cè)采場邊坡角均大于70°，隨時有出現(xiàn)崩塌的可能。

2 境整治設(shè)計要點

依據(jù)有關(guān)部門要求，對姚財白灰廠石灰?guī)r礦進行環(huán)境治理，將其重建成一個與當?shù)刈匀画h(huán)境相和諧的生態(tài)系統(tǒng)。其設(shè)計要點如下：

（1）治理與復(fù)綠相結(jié)合，邊治理、邊復(fù)綠。

（2）將西側(cè)采場殘留的山包全部撤掉。

（3）對南側(cè)采場內(nèi)深坑采取回填方式將其墊平。

（4）對兩個采場高陡邊進行撤坡治理，治理順序由上至下分水平臺階式安全剝離。

（5）治理地段為西側(cè)采場和南側(cè)采場。

2.1 環(huán)境治理要素

（1）場地平整：西側(cè)采場將開采殘留下的山包撤平至275m標高。將南側(cè)采場位于黃河水庫邊，黃河水庫最高水位為270～271m標高，擬將南側(cè)采場回填至273～274m標高。

（2）邊坡治理：①臺階高度：10m；②臺階邊坡角：50°；臺階寬：5m；最終邊坡角：34°

2.2 復(fù)綠方案

場地平整后可做為工業(yè)、商業(yè)或農(nóng)業(yè)用地。撤坡后的臺階設(shè)置植生槽，回填腐殖土，種植一些灌木和藤科植物。平臺邊部種植灌木，內(nèi)側(cè)種植上爬類植物。

2.3 排水系統(tǒng)

邊坡坡頂設(shè)截水溝，坡底設(shè)排洪溝，各平臺設(shè)排水溝，截水溝和各平臺排水溝的雨水通過急流槽流入排洪溝，導(dǎo)入黃河水庫中。

3 治理實施方案

3.1 治理方法

姚財石場位于磐石—吉林公路邊，過往行人和車輛均可看到殘缺的山體和人工破壞跡象。為改善環(huán)境現(xiàn)狀擬對本區(qū)采用剝離和回填等方法進行環(huán)境重建。

（1）剝離境界：①為了達到與周圍環(huán)境和諧，設(shè)計西側(cè)采場進行殘留山包和邊坡剝離。剝離范圍南北長130m，東西寬120m，面積12 800m2。②南側(cè)采場進行邊坡剝離和采坑回填。剝離和回填范圍東西長280m，南北寬80m，面積18 200m2。

（2）臺階高度的確定：本區(qū)巖石內(nèi)摩檫角大約在60°～65°之間，巖石堅固系數(shù)f=5～6左右。軟化系數(shù)在0.8～1.0左右。根據(jù)巖石內(nèi)摩角，將臺階邊坡角定為50°，將臺階高度確定為10m是穩(wěn)定的。

（3）臺階寬度的確定：由于采場掌子面最大高度只有26m，所以西側(cè)采場只剝離一個臺階。南側(cè)采場西段設(shè)計剝離兩個臺階，東段設(shè)計剝離一個臺階。

（4）最終邊坡角的確定：根據(jù)巖石堅固系數(shù)和內(nèi)摩擦角，確定各臺階邊坡角為50°。治理后的最終邊坡角以不大于34°為宜。

3.2 剝離量估算

為了求算全區(qū)剝離量及回填量，在全區(qū)設(shè)計了8條剖面，這些剖面除第8剖面以外，全部平行排列。所以采用平行斷面法進行剝離量和回填量估算。估算結(jié)果見下表：（見表1）

全區(qū)總剝離量為73 924m3，回填量56 787m3。在剝離過程中可以回收約15%的普通建筑毛石，總計約1.1萬立方米。這些毛石可以用作砌筑排水溝渠。

3.3 施工方案

本區(qū)地層巖性為石灰?guī)r，屬較硬巖層，在治理施工過程中，需穿孔爆破。先由測量單位，測出場地剝離標高位置和回填標高位置及邊坡臺階的具體位置，之后進行爆破由上向下逐臺階剝離。

4 水土保持設(shè)計

4.1 水土流失預(yù)測

本區(qū)屬丘陵區(qū)，比高33m，地形坡度10°～17°，地形較平緩。本區(qū)匯水面積約0.08 km2，暴雨頻率1/10左右。裸露的臺階及斜坡水平投影面積達0.03 km2，這些裸露面極易被水流沖蝕，尤其是表土層被破壞后，泥土被雨水沖刷外流，形成水土流失，按土壤侵蝕模數(shù)40 000 t/km2計算，每年流失量預(yù)計可達1 200 t。

4.2 水土流失防治的設(shè)計原則

（1）采取措施，確保邊坡穩(wěn)定，尤其是處于風化層及表層中的永久性邊坡穩(wěn)定，不被雨水沖刷。做到邊治理，邊綠化，治理與水土保持同步進行的原則。

（2）工程措施與生物措施相結(jié)合的原則。

（3）因地制宜，因害設(shè)防，盡量減少治理復(fù)綠過程中可能造成的水土流失影響。

4.3 水土流失防治措施

（1）工程措施：①沿剝離區(qū)邊緣2～5m 布置截水溝，防止山坡水流向坡面。截水溝斷面為0.5m×0.5m ，梯形漿砌片石結(jié)構(gòu)。②剝離完畢后，在各臺階上沿巖面坡底布置排水溝。排水溝斷面為0.5m× 0.5m，矩形漿砌片石結(jié)構(gòu)。③每隔50～100m修建一條坡面泄水溝（急流槽），急流槽斷面為0.8m×0.8m，梯形漿砌片石結(jié)構(gòu)。④最終坡底布置排洪溝，排洪溝斷面為1.0m× 1.0m，梯形漿形漿砌片石結(jié)構(gòu)。

（2）生物措施：①植物槽，每完成一個臺階，在平臺上修建植生槽，外側(cè)修建漿砌毛石擋堤（堤高1.20m）槽內(nèi)回填0.8～1.2m厚的腐植土，營建植物生態(tài)環(huán)境。②噴混植生，臺階邊坡處用噴混植生技術(shù)進行強制綠化。該技術(shù)是利用特制噴混機械將土壤有機質(zhì)、肥料、保水劑、植物種子、粘合劑等混合干料攪拌均勻后加水噴射到巖面上，形成一層即保障植物生長發(fā)育、 而種植基質(zhì)又不被沖刷的多孔穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層，從而達到快速恢復(fù)地表植被。③植物品種配置在臺階平臺以種植灌木為主，在有條件的情況下可種植一些果樹。臺階邊坡易種植一些爬藤植物，如爬山虎類。

表1 剝離量、回填量計算表Table 1 Calculation table of stripping and back fi ll amount

5 治理成本預(yù)算

本次環(huán)境治理，包括撤坡、平整場地、復(fù)綠及水土保持4個方面，其治理成本預(yù)算如下：

（1）撤土石方73 924m3（單價15元/m3）110.88萬元；

（2）回填土石方56 787m3（單價15元/m3）85.18萬元；

（3）修筑0.5×0.3×0.3m 排水溝450m（單價180元/m ） ,共計8.10萬元；

（4）修筑0.5×0.4×0.3m 急流槽150m（單價240元/m ） ,共計3.60萬元；

（5）修0.8×0.6×0.5m 排洪溝 600m（單價270元 /m） ,共計16.20萬元；

（6）涵洞200m(單位5000元 /m) ,共計100.00 萬元；

（7）撒播草子9 000m2（7.2元/m2） ,共計6.48萬元；

（8）植樹1200棵（5元 /棵） ,共計0.60萬元?？傆嫞?331.04萬元。

[1] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M]．北京：地質(zhì)出版社，1989．

[2] 吉林省第二地質(zhì)調(diào)查所. 吉林省磐石市姚財白灰廠石灰?guī)r礦儲量核實報告[R].2002

[3] 中冶集團長沙冶金設(shè)計研究總院深圳分院.羅定第五石場整治復(fù)綠工程整治復(fù)綠設(shè)計[R].2004