江華縣稀土礦開采工程水土流失特點及防治措施對策

李程

（湖南省水利水電勘測設計研究總院　　長沙市　410007）

江華縣稀土礦開采工程水土流失特點及防治措施對策

李程

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

文章對擬建的江華縣稀土礦開采工程可能產(chǎn)生的水土流失影響因素進行了分析，總結了稀土礦開采過程產(chǎn)生的水土流失特點，并根據(jù)工程特性結合項目區(qū)自然地理條件開展了水土流失防治措施的研究。

稀土礦開采工程水土流失防治措施

1 研究的意義及國內研究現(xiàn)狀

稀土是不可再生的重要戰(zhàn)略資源，在新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、航空航天、電子信息等領域的應用日益廣泛。有效保護和合理利用稀土資源，對于保護環(huán)境，加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，具有十分重要的意義。江華瑤族自治縣稀土礦開采工程即在行業(yè)政策的指引下，以大型國企牽頭聯(lián)合地方力量共同整合已有稀土礦并提升規(guī)模及工藝水平，合理有效的利用寶貴的稀土資源。項目的實施，有利于稀土產(chǎn)業(yè)規(guī)范化進程，并對稀土開采特別是離子型稀土開采有較好的示范及帶動作用。

我國已探明的稀土資源量約6588萬t。國務院新聞辦2012年發(fā)布的《中國的稀土狀況與政策》白皮書顯示，我國稀土儲量約占世界總儲量的23%，主要富含在南方離子型稀土礦中。近年，隨著稀土用途的日益廣泛，國內外的需求量不斷增加，加之山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、脫貧致富的需要，稀土礦山的開采得到了迅速的發(fā)展，但也由此帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，如森林破壞、水土流失和環(huán)境污染等等。

我國離子型稀土礦的生產(chǎn)開發(fā)，先后經(jīng)歷了三種不同的工藝即池浸、堆浸和原地浸礦工藝。造成的水土流失以及水土流失的危害各不相同，其中以原地浸礦工藝的水土流失最小，危害也最輕。

21世紀初，水土流失的治理理念開始發(fā)生轉變，已由單純的生態(tài)防護型轉向綜合開發(fā)型，從單純的治理轉向開發(fā)與治理相結合。稀土礦的開采也從粗放式向集約式轉變，同時越來越重視開采過程中對環(huán)境的影響以及水土流失的影響問題。

總體來看，針對稀土礦開采對周圍土壤、植被、水土流失方面影響的研究，我國已經(jīng)取得了一定的成果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：高志強（2011）等人對南方離子吸附型稀土礦露天開采進行研究，發(fā)現(xiàn)了稀土礦開采對周邊植物、水土流失的影響［1］。劉毅（2002）通過對稀土礦開采工藝的分析，提出了針對新工藝的水土保持對策［2］。許煉烽（1999）等對廣東省平遠縣稀土礦開采對土地資源的影響進行了初步的調查和分析，評價了恢復措施對水土流失和土壤理化性質的影響，并據(jù)此提出了比較適合的植被恢復措施［3］。張建華（2012）結合礦山實例系統(tǒng)論述不同設計場地應采取的相應措施，以有效保護環(huán)境，防止水土流失［4］。彭冬水（2005）研究了贛南稀土礦可能造成的水土流失特點及危害，提出了水土流失防治重點區(qū)域為采礦跡地，防治技術以工程措施、土地整治工程和林草措施為主［5］。

2 工程施工和運行對水土流失影響因素分析

2.1工程施工對水土流失影響因素分析

江華縣稀土開采工程采用了目前較為先進的原地浸礦工藝，依據(jù)礦區(qū)資源儲量情況、設計的生產(chǎn)能力和礦山的現(xiàn)狀情況，母液處理車間制備的硫酸銨溶液由水泵通過管道揚送至礦山的高位分液池，再由管道輸送至各注液孔。礦山腳各收液洞口集液池內浸出的稀土母液由管道送至母液處理車間進行處理。浸礦工藝流程見附圖。

附圖　　原地浸礦工藝流程圖

根據(jù)本工程施工特點，類比國內同類工程，經(jīng)研究，工程建設對項目區(qū)水土流失影響屬于人為活動的影響，施工過程中，人為活動將使地表結構被破壞，在降雨、地表徑流等自然因子的綜合影響下，導致項目區(qū)水土流失劇烈增加，主要表現(xiàn)如下：

（1）采場區(qū)：注液孔、高位分液池、集液巷道、集液溝的開挖土石方工程量較大，大量的擾動使土壤結構改變，抗蝕力顯著降低，極易產(chǎn)生土壤流失。

（2）基建工程區(qū)：母液處理車間場平過程中開挖擾動以及人為踐踏等改變土體結構，使得表層土壤抗蝕力顯著降低，極易產(chǎn)生土壤流失。施工中臨時堆置的表土以及基礎開挖過程中產(chǎn)生的臨時堆土，其裸露邊坡土體松散、穩(wěn)定性差，易發(fā)生片蝕、溝蝕等。場內公路開挖、填筑過程中產(chǎn)生大量的土石方，原有表土與植被之間的平衡關系失調，表土層抗蝕能力減弱，在雨滴打擊和水流沖刷以及風蝕作用下易產(chǎn)生水土流失。管路工程施工中的水土流失主要為人為踐踏，使得表層土壤抗蝕力顯著降低，造成水土流失。

（3）棄渣場區(qū)：棄渣場一般為石質和土石混合質，以坡面或填凹方式堆置，上表面一般比較平整或有一定斜坡，自然形成的松散邊坡，穩(wěn)定性差，坡度較陡，為30°～40°，抗蝕性極差，易造成面蝕或溝蝕。

（4）施工生產(chǎn)生活區(qū)：場平過程中開挖擾動以及人為踐踏等改變土體結構，使得表層土壤抗蝕力顯著降低，極易產(chǎn)生土壤流失。施工中臨時堆置的表土，其裸露邊坡土體松散、穩(wěn)定性差，易發(fā)生片蝕、溝蝕等。

（5）施工道路區(qū)：在道路施工過程中，因開挖擾動使得表土層抗蝕能力減弱，在雨滴打擊和水流沖刷作用下易產(chǎn)生水土流失。填方路段的邊坡表層結構比較松散，易發(fā)生片蝕、淺溝蝕等形式的水土流失。

根據(jù)本項目各區(qū)域建設特點、施工工藝以及各區(qū)域水土流失特點和現(xiàn)狀，工程建設水土流失影響因素的識別見附表。

附表　　工程建設水土流失影響因素表

2.2工程運行對水土流失的影響因素分析

本工程運行期間，參照其他省份同類工程的水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)，水土流失主要集中在基建工程區(qū)中的管路工程和采場區(qū)，主要為注液孔、集液巷道開挖、同時管線的布設也將產(chǎn)生一定的水土流失，因此，要注意運行期的水土流失防治，通過采用合理科學的水土保持措施使水土流失得到有效控制。

3 重點防治區(qū)域水土保持措施對策

通過對同類項目的施工現(xiàn)場的查勘情況及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，結合稀土礦工程水土流失的特點，可確定稀土礦工程建設水土流失防治的重點在于采場區(qū)和棄渣場區(qū)，同時基建工程區(qū)和施工道路區(qū)的水土流失也不能忽視。

3.1采場區(qū)防治措施對策

在工程建設期應在采場區(qū)的坡頂修建土質避水溝，防止雨水的沖刷。注液孔施工過程中開挖出的土方，就地壓實環(huán)形堆置注液孔四周，待注液完成后回填。高位分液池開挖的土方則集中堆置在附近，并用袋裝土攔擋，雨季防塵網(wǎng)覆蓋，待使用完畢后回填。集液巷道一般選擇地勢平緩的山腳，因此集液巷道掘進產(chǎn)生的土方臨時堆置于巷道口，并用袋裝土攔擋，雨季防塵網(wǎng)覆蓋，待巷道使用完畢后回填。集液溝為土質溝渠，采用半填半挖的方式，開挖的土方形成擋土坎堆置在溝的一側，待使用完畢后回填。集液池的臨時防護措施參照高位分液池。輔助設施區(qū)觀察井、環(huán)保井開挖出的土方量不大，可就近堆放，便于后期回填，同時應注意雨季的防塵網(wǎng)覆蓋。水泵房為簡易小棚，運行期結束后應及時拆除，跡地恢復。

采場區(qū)運行期將對注液工程區(qū)、集液工程區(qū)、輔助設施區(qū)內已經(jīng)完成生產(chǎn)的施工跡地進行平整，并播撒草籽；至運行期結束后，采場區(qū)將全部恢復水保林草地。其中采場區(qū)的注液工程區(qū)利用開挖的注液孔種植紫穗槐進行植被的恢復。

3.2基建工程區(qū)防治措施對策

母液處理車間場地平整施工前將場內原有的表土剝離并集中堆置，堆置于母液處理車間一角，緊靠車間內排水系統(tǒng)，雨季防塵網(wǎng)覆蓋，在堆置區(qū)四周設袋裝土攔擋。對于建筑物基礎開挖產(chǎn)生的臨時堆土也應采取相同的防護措施。場內道路表土則分散放置于就近的車間，結合車間表土一起堆置。本著永臨結合的原則在場內按縱橫間距200m布設排水土溝（梯形斷面，底寬0.3m、頂寬0.75m、深0.3m、邊坡1∶0.75），在排水溝轉彎和交匯處附近設置土質沉沙池，其尺寸為：1.5m×3m×1m，以沉降徑流泥沙，降低徑流流速，施工期沉沙池中的淤泥應定期清運。土建施工完畢后，應立即對空隙地進行平整，對場內道路邊坡進行綠化，鋪設草皮。

基建工程區(qū)運行期結束后車間全部場平，管線全部拆除，同時對地表播撒草籽進行植被恢復。

3.3棄渣場區(qū)防治措施對策

工程棄渣場以選擇四周高、中間低，排水條件好，有一定容積的山坳為宜。棄渣水土流失主要發(fā)生在坡面上，經(jīng)常發(fā)生的水土流失形式有溝蝕、滑坡和坍塌。棄渣場水土保持措施主要包括攔渣及護坡工程、排水工程、棄土場改造三個方面。

（1）棄渣場應在溝口用擋渣墻攔蓄，擋渣墻布設應盡量選擇“口小”地段，并避開不良地形地質地段，在保證棄渣場安全的前提下盡量減少擋渣墻的高度和斷面尺寸，擋渣墻結構型式按俯斜式重力式漿砌石擋渣墻考慮，內側面豎直或設墻趾，外側面坡比1∶0.4，基礎埋深＞1.0m。擋渣墻外側地面應保持5‰的排水坡度以免雨季擋渣墻基礎被水浸泡。渣場擋渣墻的穩(wěn)定可通過“理正巖土計算”軟件進行驗算。

（2）棄渣場周邊應修建排水設施，攔截坡面上方來水及引排周邊集水。為防止坡面洪水直接排入棄渣場，導致堆積較松散的渣場失事，在渣場周邊布設排洪溝與原排水系統(tǒng)連接。

（3）棄渣前先將區(qū)內表土層剝離，集中堆放在渣場內，并采取防塵網(wǎng)覆蓋進行防護，以便棄渣完成后將渣場表面覆蓋表土，使之達到可恢復利用狀態(tài)，充分利用土地資源。

（4）棄渣作業(yè)階段，應對棄渣面分層壓實。棄渣結束后，應利用廢棄的土石方進行凹坑回填，棄渣平推處理，渣場內排水設施采用漿砌石排水溝（縱橫間距200m）及漿砌石雙孔沉沙池。

（5）棄渣場外坡面應進行整治，改造后的坡比控制在在1∶2～1∶2.5之間，整坡后進行邊坡防護，以植物措施為主，一方面固土保水，另一方面起到恢復地力的作用。

（6）考慮稀土礦的工程施工的特點及場地的分布，施工完畢后渣場主要恢復為水保林草地。在渣場改造前，先用20cm厚粘土層壓實，形成隔水層，再覆蓋表土（50～60）cm，跡地造林應根據(jù)土壤酸堿度，相應選用生長快、耐旱、耐瘠薄、抗高溫、根系發(fā)達、固土作用大的樹種。為了盡快覆蓋地表，造林密度應采用中密度或高密度造林（如2.5m×2.5m、2m×2m等）并播撒草籽，灌木栽植間距0.5m×0.5m。

3.4施工道路區(qū)防治措施對策

礦區(qū)的道路建設一般采取半挖半填等形式。施工前，應將道路用地范圍內的表土進行剝離，選取地勢平緩的地段堆放，堆置的坡腳采用袋裝土攔擋，表面用防塵網(wǎng)臨時覆蓋，路堤的坡腳應布置臨時攔擋和排水措施，排水措施要與地表水系相連。挖方路段的坡腳應開挖臨時排水溝，每300m設置土質沉沙池沉降泥沙。施工結束后應及時恢復為水保林草地。

4 結　語

通過對江華縣稀土礦工程水土流失因素及特點的分析，可確定稀土礦開采過程中水土流失防治的重點為采場區(qū)和棄渣場區(qū)，但也應重視基建工程區(qū)和施工道路區(qū)的水土流失防治。根據(jù)工程不同水土流失防治分區(qū)的具體情況，研究提出了各分區(qū)截流及排水工程、護坡工程、沉砂池、土地整地、回填表土、道路兩側坡面或邊坡草皮防護、土質邊坡表面防塵網(wǎng)防護、坡面綠化、植物措施防護等水土流失防治措施的綜合防治體系。為建設單位保護水土資源、防治項目建設過程中可能造成的水土流失提供技術依據(jù)。也為今后同類型項目的水土流失防治提供一些借鑒的經(jīng)驗。

［1］高志強.稀土礦露天開采過程的污染及對資源和生態(tài)環(huán)境的影響［J］.生態(tài)學雜志，2011，30（12）：2915-2922.

［2］劉毅.稀土開采工藝改進后的水土流失現(xiàn)狀和水土保持對策［J］.水利發(fā)展研究，2002，2（2）：30-32.

［3］許煉烽.稀土礦開采對土地資源的影響及植被恢復［J］.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1999，15（1）：14-17.

［4］張建華.礦山設計中應采取的環(huán)境保護和水土保持措施［J］.中國礦山工程，2012，41（6）：56-58.

［5］彭冬水.贛南稀土礦水土流失特點及防治技術［J］.亞熱帶水土保持，2005，17（3）：13-15.

李程（1983-），男，湖南新化人，碩士研究生，工程師，目前從事水土保持規(guī)劃、生態(tài)建設規(guī)劃及水土保持方案編制工作，手機：18607316086。

（2016-08-12）