邊坡治理在遼寧某露天鐵礦排土場的應(yīng)用

李偉

摘 要：本文通過對邊坡治理與環(huán)境保護的方法在遼寧某露天鐵礦排土場的應(yīng)用，通過治理排土場消除了地質(zhì)災(zāi)害的隱患，裸露的渣臺被綠色植物覆蓋，礦區(qū)空氣清新，自然環(huán)境將逐漸得到根本改善。

關(guān)鍵詞：鐵礦;邊坡治理;排土場;環(huán)境治理

一、 前言

生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護是21世紀人類共同關(guān)注的熱門話題，也是世界各國政府和人民為之不懈努力解決的焦點問題。基本建設(shè)的快速發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致了人類賴以生存環(huán)境的生態(tài)破壞，同時也制約了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，對人類的生存和社會發(fā)展構(gòu)成了威脅。因此，項目開發(fā)與環(huán)境保護兼顧是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題，在工程建設(shè)中合理利用資源、保護環(huán)境、美化環(huán)境，是我們必須正視和認真對待的問題。

遼寧某鐵礦是一個有著百年歷史的老礦區(qū)，新中國成立后，國家對礦山進行了恢復(fù)重建，于1956年投入生產(chǎn)，是本溪鋼鐵集團重要的鐵礦石原料生產(chǎn)基地。是全國大型露天開采的黑色冶金礦山之一，屬國有重點礦山國家一級企業(yè)。

遼寧某露天鐵礦自開采以來，已經(jīng)形成了五個較大的排土場。其中I#和Ⅱ#排土場已連為一體，合稱Ⅱ#排土場。除Ⅳ#排土場已停止使用以外，其它排土場都正在使用中。排棄的大量的廢石占用了大量的土地，使原有的綠色生態(tài)環(huán)境變成了碎石遍地，寸草不生的荒坡。每年汛期排土場形成的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的危險直接威脅著周邊居民生命財產(chǎn)的安全。春秋季節(jié)由于大風(fēng)的作用，排土場成了空氣污染的源頭，漫天飛舞的塵土黃砂，嚴重地影響著礦區(qū)及周邊居民的身體健康。由于礦山的生產(chǎn)嚴重的破壞了周邊地區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境，至使礦山與周邊地區(qū)居民的矛盾日趨嚴重。

為使礦山能夠正常的、可持續(xù)的進行生產(chǎn)，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，改善自然生態(tài)環(huán)境，保證人們的身體健康及生產(chǎn)生活的正常進行。本鋼集團和地方政府對這個露天鐵礦排土場地質(zhì)環(huán)境治理也非常重視，提出自籌部分資金和結(jié)合申請財政資金，對鐵礦排土場地質(zhì)環(huán)境進行治理。

二、排土場地質(zhì)環(huán)境治理的目的和任務(wù)

（一）目的

通過排土場地質(zhì)環(huán)境治理，被荒廢的土地可以重新利用，礦山增加綠色植被覆蓋面積6.14 km2。通過治理和采取避讓措施，消除了人們生命財產(chǎn)受到地質(zhì)災(zāi)害隱患的威脅，消除了礦山與周邊群眾之間存在的矛盾。改善礦山生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)造出文明生產(chǎn)、健康生活的良好社會及自然環(huán)境。為省內(nèi)其它大中型礦山的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境治理工作做出范例。

（二）任務(wù)

在馮家東溝和大東溝溝谷地帶修筑攔擋泥石流的攔石網(wǎng)和谷坊，預(yù)防泥石流對溝谷下游公路及農(nóng)田的危害。對各排土場，除正在生產(chǎn)使用的卸渣斜坡外，存在的不穩(wěn)定斜坡及陡坎進行卸坡，分階治理，使邊坡達到穩(wěn)定的目的。對各排土場上部平臺進行平整，并鋪墊碾壓起隔水作用的粘性土層，起到防止大氣降水滲入渣臺增加排土場的穩(wěn)定性。在排土場上平臺及平臺與山體相交部位修筑排水溝渠和集水池，疏導(dǎo)上部山體的匯水順利排泄和蓄存。在排土場上平臺及不再卸渣的斜坡分階平臺上鋪墊客土，復(fù)墾綠化、恢復(fù)自然生態(tài)環(huán)境。

三、排土場地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

鐵礦建礦初期就設(shè)計了Ⅰ#、Ⅱ#排土場，后因兩個排土場排棄的廢石堆已經(jīng)相連，合稱為Ⅱ#排土場。位于南芬鐵礦頂盤西部的馮家東溝和大東溝的源頭一帶，堆積量17907萬m3，目前排土場南北向長1500m，東西向?qū)?300m，占地1.6 km2，上平面標(biāo)高600m左右。坡角最低點標(biāo)高360m，排土場高度達242.7m，排土場邊坡傾角35°—44°，排土場橫跨一道山脊和馮家東溝、大東溝兩個溝谷。溝谷中的兩個自然村僅距排土場坡角分別為300m、500m。2000年7月15日，排土場出現(xiàn)大規(guī)模的邊坡滑體，引起了南芬鐵礦高度的警惕，2002年夏季由于連降暴雨，在馮家溝上游產(chǎn)生稀性泥石流，致使河淤積，河床改道，淹沒部分農(nóng)田。2005年5月大東溝發(fā)生滑坡。每年春秋兩季，高聳如山的排土場產(chǎn)生的粉塵使兩個山溝都寵罩在煙塵之中，農(nóng)作物的葉片上都有厚厚的一層灰塵。

四、排土場地質(zhì)環(huán)境治理

（一）對Ⅱ#排土場存在地質(zhì)災(zāi)害隱患的治理

（1）治理方案

在兩溝臨近排土場坡腳附近處設(shè)置長約90—150m，高6m的被動攔石網(wǎng)，以防止?jié)L石的危害。在馮家東溝和大東溝內(nèi)，距排土場400m和800m的下游谷狹窄地段分別建兩座谷坊，以防止排土場形成滑坡及泥石流對溝內(nèi)居民及溝口道路造成危害。排土場設(shè)置觀測樁、觀測孔、對地表位移和地下水水位進行監(jiān)測;

（2）施工圖設(shè)計及技術(shù)要求

<1>攔石網(wǎng)設(shè)計及施工

為防止排土場內(nèi)堆積的棄碴體發(fā)生崩塌滑落危害下游居民，應(yīng)設(shè)置攔石網(wǎng)?？紤]到此排土場坡度較大，坡面落石來源區(qū)面積大，可能崩塌的落石難以確定位置，若采用主動攔石網(wǎng)，防護面大，經(jīng)濟效果差。因此在排土場下游布置被動攔石網(wǎng)，用以攔截落石，消減落石動能?？紤]排土場繼續(xù)堆碴的影響及該區(qū)的地形情況，攔石網(wǎng)布置見圖，根據(jù)攔石網(wǎng)布置地點的地形情況及落石可能滾落的區(qū)域，馮家東溝攔石網(wǎng)高6m，長約150m。大東溝攔石網(wǎng)高6m，長約90m。

<2>谷坊的功能與設(shè)計

在該區(qū)設(shè)置谷坊的目的是緩解山洪、泥石流危害，分段攔蓄泥沙，減小溝道縱坡，抬高侵蝕基面，防止溝床下切，減小對下游居民的危害。

在兩溝內(nèi)分別設(shè)計兩座混凝土谷坊。壩軸線為直線型，與下游溝谷方向垂直，且都在溝谷狹窄地段，增強攔儲能力，且避開了構(gòu)造斷裂帶和破碎帶。

斷面形式：谷坊的橫斷面為梯形，迎水面采用坡度1：0.5的緩傾面，背水面坡度采用1：0.1的陡傾面，目的是利用上游淤積物重量以增加壩體的穩(wěn)定性，減輕過流對壩體下游面的沖刷及磨蝕，基礎(chǔ)砌置深入基巖0.5m。

排水孔：排水孔順?biāo)鞣较蜃龀缮险聦挼牡估刃?，有利于疏水，迎水面處排水孔尺寸設(shè)為0.5 ?0.5m，背水面處排水孔尺寸設(shè)為0.7 ?0.7m。馮家東溝谷坊較長，排水孔設(shè)計過多會影響其穩(wěn)定性，所以谷坊中部的排水孔間距2m，兩側(cè)排水孔間距4m。大東溝谷坊較短，排水孔間距均為2m。兩溝內(nèi)排水孔規(guī)格相同。

對于基巖的平面破壞，首先必須滿足的一個條件是：滑動面傾向與坡面傾向的夾角應(yīng)該在20o范圍之內(nèi)。所謂的滑動面，在此分析中是指基巖層面。可以得到，馮家東溝和大東溝兩個谷坊都不滿足這一條件，其巖層傾向與坡面傾向的夾角都遠大于20o。故不會產(chǎn)生沿地層滑動的平面破壞。

<3>渣臺放坡

如果渣臺高度過大，需對現(xiàn)狀渣臺進行分階放坡，考慮上階邊坡對下階邊坡的荷載影響，分階邊坡高度定為30m，分階放坡時水平臺階寬度為4.0m，邊坡角度達到 <45°的穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）對邊坡穩(wěn)定性的規(guī)定，對于稍密狀態(tài)的碎石土，坡率允許值為1：1.0～1：1.25。排土場渣臺邊坡坡角小于35°為穩(wěn)定狀態(tài)。渣臺現(xiàn)狀坡角度為33o～42o，放坡治理需動用土石方：140000 立方米。

<4>排土場觀測樁、觀測孔的設(shè)置

在各排土場的前緣，特別是在2號排土場面向馮家東溝和大東溝的渣臺前緣設(shè)立觀測樁，在排土場的后緣山坡上設(shè)立基準(zhǔn)觀測樁。在各排土場的前緣，距邊坡前緣10～30m范圍內(nèi)設(shè)置觀測孔，孔深20m。每年汛期（7～9月）觀測排土場的前緣的沉降變形情況和渣臺內(nèi)含水量的變化情況。

六、結(jié)論

通過對遼寧 某鐵礦排土場地質(zhì)環(huán)境進行治理，解決了每年汛期排土場形成的滑坡，泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的 危險對周邊居民生命財產(chǎn)的安全。緩和了由于礦山的生產(chǎn)嚴重破壞周邊地區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境與周邊地區(qū)居民正常生活的矛盾。

邊坡治理在遼寧某露天鐵礦的應(yīng)用為同類礦山治理工作樹立的示范工程。為其他同類礦山的治理提供了借鑒，為我國今后治理大型礦山污染問題提供了有效的技術(shù)支持。項目開發(fā)與環(huán)境保護兼顧是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題，因此將來我們要在工程建設(shè)中合理利用資源，保護環(huán)境，美化環(huán)境。