常州市武進(jìn)區(qū)雪堰鎮(zhèn)仁莊關(guān)閉露采礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程探討

，，

(1.陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，陜西 西安 710054；2.江蘇長(zhǎng)江機(jī)械化基礎(chǔ)工程有限公司，江蘇 南京 210046)

仁莊關(guān)閉露采礦山原為建筑石料用砂巖礦山，采用斜坡式開(kāi)采，二十多年的開(kāi)山采石造成生態(tài)環(huán)境和自然景觀的影響與破壞，損毀了大量寶貴的山地資源，留下了地質(zhì)災(zāi)害隱患。為促進(jìn)和推動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜钨Y源的開(kāi)發(fā)和土地綜合利用，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)?shù)卣瓿闪巳是f關(guān)閉露采礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程。

1 礦山自然條件[1]

礦山位于江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)雪堰鎮(zhèn)西部，位于太湖灣旅游度假區(qū)核心區(qū)范圍內(nèi)，距雪堰鎮(zhèn)區(qū)約5 km，距常州市區(qū)約30 km，錫宜高速及232省道從礦山西側(cè)通過(guò)，礦山區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。

本區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，降水充沛，日照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，四季分明。年平均氣溫15.4℃，年平均降雨127 d，年平均降雨量1 071.5 mm左右，年平均蒸發(fā)量1 529.2 mm。無(wú)霜期平均227.6 d。年平均日照時(shí)數(shù)2 047.5 h。

在地貌單元上，礦山屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原之上零星分布的低緩丘陵地貌。平原區(qū)地面標(biāo)高(黃海高程)一般為3～6 m。地勢(shì)最高點(diǎn)位于礦區(qū)南部，高程為125.85 m,自然地形坡度大多為25°～28°左右，山上植被多灌木，次為喬木和荊棘。

2 地質(zhì)背景[2]

2.1 地層

治理區(qū)地層為志留系茅山群(S1-2ms)。巖性為灰紫褐色、灰白色長(zhǎng)石石英砂巖為主，夾紫褐色、雜色薄層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。

2.2 構(gòu)造

治理區(qū)大地構(gòu)造位置屬我國(guó)下?lián)P子板塊蘇南斷凹帶。印支～燕山運(yùn)動(dòng)形成的一系列北東向褶皺和與之相伴的北東、北西向斷裂以及喜山運(yùn)動(dòng)形成的斷裂構(gòu)造構(gòu)成了本區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造格架。礦山位于太湖灣隆起的西北緣。

2.3 工程與水文地質(zhì)條件

地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，以泉或越流補(bǔ)給的方式排泄，地層裂隙較發(fā)育，但多閉合，富水性較弱。治理區(qū)巖石以石英砂巖為主，礦物成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，含巖屑、白云母及其它暗色礦物，硅、鐵、泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)地致密堅(jiān)硬，巖石力學(xué)性質(zhì)屬較堅(jiān)硬巖石，但巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，工程地質(zhì)性質(zhì)一般。

3 關(guān)閉礦山存在的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題[1]

礦山南北長(zhǎng)536 m，東西寬約517 m，總面積約22.05 hm2(宕口面積)，治理前存在地質(zhì)災(zāi)害隱患；毀壞了土地資源；破壞了自然景觀和旅游資源；造成山體和植被損毀，引起了水土流失，影響生態(tài)環(huán)境。

3.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患

仁莊關(guān)閉露采礦山采用斜坡式開(kāi)采，形成高10～90 m、坡度為50°～75°的陡立面，形成不穩(wěn)定斜坡，由于邊坡石英砂巖中夾有薄層狀泥巖，泥巖遇水易膨脹變形而形成滑動(dòng)面，易引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。山體上殘留大量因爆破而松動(dòng)的巖體，且坡面巖石節(jié)理較發(fā)育，巖體破碎，多處已有崩塌發(fā)生。

3.2 毀壞土地資源

仁莊礦山經(jīng)過(guò)近二十年的開(kāi)采，原有山體植被嚴(yán)重破壞，巖石大面積裸露，形成了凹凸不平的荒山廢地，有的地方還殘留著數(shù)個(gè)小殘丘，破壞了土地資源。

3.3 破壞自然景觀和旅游資源

支離破碎的山體破壞自然景觀和旅游資源，直接影響到環(huán)太湖風(fēng)景名勝區(qū)的湖光山色和旅游資源開(kāi)發(fā)。

3.4 植被損毀與水土流失

采礦活動(dòng)毀壞了5.1 hm2的山體林地植被,同時(shí)造成了采礦宕口和坡面上的土壤層分崩離析，原有的土壤層和植被系統(tǒng)完全喪失，使礦區(qū)生態(tài)功能退化，造成水土流失。

4 工程實(shí)施情況

4.1 治理工程任務(wù)

通過(guò)對(duì)礦山進(jìn)行了實(shí)地踏勘、數(shù)字化地形測(cè)量和地質(zhì)調(diào)查，確定礦山地質(zhì)環(huán)境治理的任務(wù)為：消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，對(duì)裸露邊坡進(jìn)行復(fù)綠，對(duì)采礦廢棄地進(jìn)行地形整理，覆土后建設(shè)為農(nóng)用地。

4.2 工程措施概述

根據(jù)礦山地形、植被情況及治理任務(wù)與手段，將礦山地質(zhì)環(huán)境治理區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)塊。采取的治理工程措施包括：削石降坡、掛網(wǎng)噴播、場(chǎng)地平整、覆土、修建排水系統(tǒng)等。

Ⅰ區(qū)塊、Ⅱ區(qū)塊、Ⅳ區(qū)塊治理前為采石形成的廢棄地、殘丘、采礦坑，遺留有廢棄礦用建筑物、渣土堆、軋石機(jī)臺(tái)等。采用人工機(jī)械或爆破削除陡坡；按設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行場(chǎng)地平整、覆土、修建排水溝，建設(shè)為農(nóng)用地。

Ⅲ區(qū)塊采石形成的陡坡，坡頂最高標(biāo)高117.3 m，坡度55°～75°按坡角小于50°削坡；設(shè)置四級(jí)平臺(tái)；坡面掛網(wǎng)噴播復(fù)綠。消除地質(zhì)災(zāi)害、恢復(fù)自然景觀。

4.3 工程治理技術(shù)

4.3.1 邊坡整治

對(duì)長(zhǎng)期開(kāi)山采石在礦山的Ⅲ區(qū)塊形成的高陡邊坡進(jìn)行削石降坡處理，最終邊坡角控制在50°以下。并分別在標(biāo)高30 m、50 m、70 m及90 m設(shè)置了平臺(tái)，平臺(tái)寬度5 m，兩端坡降10%，施工過(guò)程中，每當(dāng)達(dá)到平臺(tái)階面標(biāo)高時(shí)，外移5 m作為下一臺(tái)階的坡頂線。

削坡工程采用爆破方式自上而下施工，實(shí)施過(guò)程中采用了淺孔及中深孔爆破進(jìn)行削坡減載，保證了爆破后的最終邊坡角滿足了設(shè)計(jì)要求。

淺孔爆破是在被爆破的巖石內(nèi)鉆鑿直徑為25～75 mm、深度為1～5 m的炮孔進(jìn)行裝藥爆破，適用于工程量不大的邊坡開(kāi)挖、采石或大塊巖石再爆破。

中深孔爆破是孔徑一般為75～120 mm、深度為10～15 m，采用延長(zhǎng)藥包的一種爆破方法。需用大型的潛孔鑿巖機(jī)、穿孔機(jī)或空壓機(jī)打孔，其優(yōu)點(diǎn)是勞動(dòng)生產(chǎn)率高，一次爆落的方量多，施工進(jìn)度快，爆破時(shí)對(duì)邊坡的影響小，且在施工中配合使用預(yù)裂或光面爆破，達(dá)到了邊坡平整穩(wěn)定的要求，爆破效果更易控制，爆破時(shí)比較安全。

邊坡治理過(guò)程中對(duì)于一次爆破量小于1 000 m3爆破作業(yè)一般采用淺孔爆破進(jìn)行削坡減載，一次爆破結(jié)束后，還要結(jié)合挖掘機(jī)鑿?fù)?或人工風(fēng)鎬)修整成型，形成光面，以確保邊坡的最終穩(wěn)定，便于了后續(xù)掛網(wǎng)噴播綠化。

4.3.2 掛網(wǎng)客土噴播

掛網(wǎng)客土噴播是采用氣力噴播機(jī)把綠化基材與植被種子的混合物按照設(shè)計(jì)厚度均勻噴射到需防護(hù)坡面的綠色護(hù)坡技術(shù)，是恢復(fù)裸露巖質(zhì)山體植被最有效的方法，其工藝流程：坡面處理→放線→錨桿鉆孔→安裝錨桿→安裝鐵絲網(wǎng)→客土配置→潮濕坡面→噴播綠化基材混合物→前期養(yǎng)護(hù)[1]。

(1)坡面處理

清除坡面雜物及松動(dòng)巖塊，對(duì)坡頂轉(zhuǎn)角和坡面突出的巖體棱角進(jìn)行修整，使之呈弧形狀，坡面要求達(dá)到基本平整。

(2)鋪網(wǎng)

在坡面上鋪設(shè)采用優(yōu)質(zhì)包塑鍍鋅菱形鐵絲網(wǎng)，其具有使用壽命長(zhǎng)、抗老化、抗腐蝕、防龜裂等特點(diǎn)，網(wǎng)孔5×5 cm，網(wǎng)寬2 m，長(zhǎng)度20 m，鋪設(shè)時(shí)將網(wǎng)拉緊，網(wǎng)間搭接長(zhǎng)度不小于15 cm，并每隔30 cm用18#鐵絲綁扎，強(qiáng)度在30～50 kg/mm2。采用直徑φ8～10 mm，長(zhǎng)度在25～40 cm之間的鋼錨釘將網(wǎng)固定在坡面上，錨釘數(shù)量每m2不少于5只，對(duì)于個(gè)別不穩(wěn)定的坡面還增設(shè)了錨釘。在鋪設(shè)掛網(wǎng)時(shí)對(duì)邊坡原生植物注意保護(hù)，留出植物生長(zhǎng)空間。

(3)錨固

在較陡邊坡巖面上，沿坡頂線以每米1枚設(shè)置主錨釘，與鐵絲牢固連接。在巖面上按2×2 m設(shè)置。主錨桿采用φ10 mm鋼筋，長(zhǎng)400 mm。其它錨釘采用“L”型φ8 mm的鋼筋，鋼錨釘長(zhǎng)度為250 mm?！癓”型錨釘按間距50×50 cm設(shè)置。在鋪面網(wǎng)搭接處布置一行，間距1.0 m，在坡面其余位置，每平方米不少于5個(gè)“L”型錨釘，呈梅花形布置。施工中“L”型錨釘嵌入巖體深度不小于5 cm，巖石處用電鉆鉆空后，用“L”型錨釘緊固，鐵絲網(wǎng)與坡面保持一定間隙，并均勻一致。對(duì)于個(gè)別不平順的坡面須增設(shè)“L”型錨釘，確保鋪網(wǎng)貼附坡面。對(duì)于覆蓋層較厚非巖質(zhì)部分邊坡，采用長(zhǎng)約250～300 mm或更長(zhǎng)的“T”型竹釘緊固，密度為每平方米不少于8個(gè)竹釘。

(4)噴射混合基材

混合基材采用曬干的泥炭土、腐殖土(過(guò)篩)、木(草)纖維、粘結(jié)劑和保水劑(表1)，用攪拌機(jī)攪和均勻，然后用噴射泵和空壓機(jī)將干料送到坡面，在噴射口將適量的水混合后噴射在坡面和鐵絲網(wǎng)上，要求厚度在12 cm。

噴混植生施工分為基底和表層噴播，基底厚9 cm、表層厚3 cm，表層配入種子。分層噴播有利于提高出苗率、成苗率，縮短見(jiàn)綠與覆蓋時(shí)間，降低生產(chǎn)成本和養(yǎng)護(hù)成本。

種子噴射前需預(yù)先浸種催芽后，與植物纖維、粘合劑、復(fù)合肥、緩釋營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)過(guò)噴播機(jī)攪拌后，分次均勻地噴播到坡面上，為防止客土流失，順序應(yīng)自上而下，左右向來(lái)回覆蓋。植物種群選型配置應(yīng)遵循以下原則：(1)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件； (2)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件(水分、pH值等)；(3)抗逆性強(qiáng)(包括抗旱、熱、寒、貧瘠、病蟲(chóng)等)。施工中要求在草本群落中加入一定量的灌木，形成灌草結(jié)合的穩(wěn)定立體復(fù)合生態(tài)體系，解決了單一草本植物群落易退化的問(wèn)題。灌木根系發(fā)達(dá)，灌草生態(tài)建植層的根系交織成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能最大限度地防止水土流失。灌草種配置以鄉(xiāng)土植物為基礎(chǔ)，適當(dāng)引進(jìn)適于本地生長(zhǎng)條件的野生植物和外地植物，在采取在掛網(wǎng)時(shí)移植當(dāng)?shù)毓嗄局参镆约霸陴B(yǎng)護(hù)期內(nèi)逐步移植當(dāng)?shù)毓嗄痉N群，取得了良好的復(fù)綠效果。對(duì)于選好的種子應(yīng)進(jìn)行催芽處理，而后用木纖維、粘合劑、保水劑、復(fù)合肥、緩釋肥經(jīng)過(guò)噴播機(jī)攪拌成噴播漿，在噴播泵的作用下，均勻噴灑在工作面上。厚度1～2 cm，種子配比見(jiàn)表2。

表1 基層材料混合物配比用量表

表2 草、喬、灌木、攀緣植物配比用量表

(5)前期養(yǎng)護(hù)

噴播完成后應(yīng)及時(shí)覆蓋遮陽(yáng)網(wǎng)，定期澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)一直保持坡面濕潤(rùn)，直至草種出芽齊苗。施工完成一個(gè)月后，應(yīng)全面檢查幼苗生長(zhǎng)情況，對(duì)于生長(zhǎng)明顯不均勻的部位，應(yīng)予以補(bǔ)播。邊坡植被的前期養(yǎng)護(hù)與一般的平地植被相比有其特殊性，施工和養(yǎng)護(hù)期間給予特別的重視，尤其是在干旱高溫季節(jié)，采取了精心組織和嚴(yán)格的作業(yè)要求，保證了幼苗的成活和成長(zhǎng)，取得了良好的效果。

4.3.3 廢棄地整理

廢棄地整理為礦山治理區(qū)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ區(qū)塊，作業(yè)內(nèi)容包括場(chǎng)地平整、覆土和排水工程等。

(1)場(chǎng)地平整

場(chǎng)地平整以機(jī)械化作業(yè)為主，主要是采用推土機(jī)、挖掘機(jī)、鏟運(yùn)車、運(yùn)輸車等機(jī)械化施工設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，鏟除高出設(shè)計(jì)標(biāo)高(+18 m)的部分，局部殘丘、陡坎采用了爆破施工，鏟出的渣土填入標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高的低洼處，回填區(qū)需分層回填并壓實(shí)，平整后的地面坡度不超過(guò)5°。施工前做好施工測(cè)量放樣，完成現(xiàn)場(chǎng)交樁后，進(jìn)行中線、水平貫通測(cè)量，并與相鄰地段貫通閉合。

場(chǎng)地平整施工時(shí)按由高到底的順序進(jìn)行。由設(shè)計(jì)等高線由外向內(nèi)施工，用碾壓機(jī)械將殘留的碎石進(jìn)行充分壓實(shí)，再回填碎石及廢渣，每次回填厚度不超過(guò)50 cm，并碾壓結(jié)實(shí)，如此反復(fù)一直達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(2)覆土工程

覆土施工工序包括：取土→土壤改良→運(yùn)土鋪撒→土壤整平壓實(shí)。取土采用挖掘機(jī)挖掘，土源選擇鄉(xiāng)土(耕植土或山土)，土質(zhì)以微酸性、土壤pH值范圍一般為5.5～8.5、含鹽量不大于0.3%、富含有機(jī)腐殖質(zhì)為宜。若為生土?xí)r，應(yīng)對(duì)土壤改良，土壤的改良包括：(1)土壤pH值的測(cè)試：對(duì)土壤的pH值和含鹽量進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)土壤的酸堿性，確定改良土壤用的肥料；(2)土壤的砂性測(cè)試：土壤的砂性小則粘性大，土壤透氣性差，會(huì)引起苗木的成活率大大降低，土壤的砂性大，則土壤不能存水、存肥，對(duì)苗木的生長(zhǎng)不利；(3)對(duì)土壤進(jìn)行中耕松土。土方用自卸汽車運(yùn)到覆土場(chǎng)地后鋪撒均勻，施工過(guò)程中及竣工驗(yàn)收時(shí)后實(shí)測(cè)覆土厚度為0.8 m(自然沉實(shí)厚度不小于0.5 m)。

(3)排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)包括坡面上的截水溝和宕底復(fù)墾區(qū)的排水溝。截水溝為了防止降水沖擊坡面的植被和土壤，造成噴播系統(tǒng)的水土流失和坡面巖土體的侵蝕，坡面的疏導(dǎo)排水也有利于邊坡的穩(wěn)定，利用排水溝將復(fù)墾區(qū)的積水排除，減少雨水對(duì)復(fù)墾區(qū)的淹沒(méi)程度。治理區(qū)排水系統(tǒng)的截(排)水溝的斷面積根據(jù)匯水面積和當(dāng)?shù)氐慕邓繑?shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算獲得[]，采用了六種不同規(guī)格的截(排)水溝, 斷面為矩形高35～80 cm寬50～80 cm ,溝槽用漿砌塊石構(gòu)筑，內(nèi)壁用水泥沙漿勾縫。修建截(排)水溝有效地防止雨水(洪水)對(duì)坡面土壤和植被沖擊，滿足復(fù)墾區(qū)場(chǎng)地排澇要求。

5 結(jié)語(yǔ)

工程竣工后，當(dāng)?shù)貒?guó)土資源管理部門對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了驗(yàn)收，經(jīng)綜合治理后，13.9 hm2礦業(yè)廢棄地符合農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)，施工結(jié)束后經(jīng)兩年的工程養(yǎng)護(hù)， 8.2 hm2的破損山體上的植被得到了恢復(fù)，改善了礦區(qū)周圍的自然景觀，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效應(yīng)和社會(huì)效益[1]。