露采礦山邊坡治理設(shè)計方法探討——以郎溪縣某露采螢石礦為例

張少才

（安徽金聯(lián)地礦科技有限公司，安徽合肥 230001）

0 引言

近年來，根據(jù)國家對生態(tài)環(huán)境建設(shè)要求，生產(chǎn)礦山企業(yè)均應(yīng)按礦山地質(zhì)環(huán)境保護與土地復(fù)墾方案要求，進行地質(zhì)環(huán)境治理，以修復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。本文以郞溪縣某螢石礦治理修復(fù)工程設(shè)計為例，針對礦山露天開采形成高陡邊坡（包括“倒坡”），結(jié)合“邊開采、邊治理”理念，對治理修復(fù)方案進行探討。

1 礦山基本情況

郞溪縣某露采螢石礦礦區(qū)位于皖南山區(qū)的前緣，安徽省郞溪縣境內(nèi)。礦山開采礦種為螢石（普通）礦，生產(chǎn)規(guī)模40000t/a，原為露天開采/地下，自2016年6月12日起礦山全部轉(zhuǎn)為露天開采，采剝方法為自上而下分臺階開采。礦山所在地區(qū)年平均降雨量為1251.8mm，最大年降雨量為1853.7mm（1954年）。

礦區(qū)南部停采段在開采結(jié)束時已按“邊開采、邊治理”進行過治理。本次治理區(qū)位于礦區(qū)東北部（圖1），未受地下開采影響。

圖1 礦區(qū)與治理區(qū)平面示意圖Figure 1.Schematic plan of the mining area and treated area

2 礦山地質(zhì)環(huán)境背景

礦區(qū)地貌為低丘，地勢總體特征是東部高西部低，標高75.6～238.25m，原始地形坡度為15°～25°，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，植被覆蓋程度較好。

礦區(qū)主要位于燕山晚期的姚村巖體中，呈巖基產(chǎn)出，巖體呈65°方向延伸，主要由粗粒似斑狀花崗巖和細?；◢弾r組成，局部分布有霏細巖、石英斑巖和花崗細晶巖等脈巖，螢石礦床正處于巖體分帶性較為明顯的西南部邊緣。

礦區(qū)位于印支期褶皺帶的涇縣-水東復(fù)向斜的蝦子嶺背斜的東段核部。通過礦區(qū)的斷裂構(gòu)造主要有兩組F和F，其中F斷層在礦區(qū)內(nèi)最發(fā)育，為螢石礦的儲礦構(gòu)造，斷層走向40°～45°，傾向南東，傾角變化較大，屬壓扭性斷裂；F斷層位于礦區(qū)西南部，為正斷層，斷層走向北西，傾向北東，被F斷層錯斷。

礦區(qū)地下水水量貧乏。

3 治理區(qū)邊坡現(xiàn)狀

本次治理設(shè)計范圍為礦山東北部因露天開采形成的裸露高陡邊坡區(qū)，邊坡高度約60m，邊坡各段坡度為45°～65°，現(xiàn)狀共形成6個平臺，一級平臺標高為+140.0m，平臺寬度3.50～15.0m；二級平臺標高為+145.0m，平臺寬度13.22～39.95m；三級平臺標高為+160.0m，平臺寬度5.70～8.38m；四級平臺標高為+175.0m，平臺寬度6.58～8.65m；五級平臺標高為+184.0m，平臺寬度4.35～4.51m；六級平臺標高為+197.0m，平臺寬度3.60～4.01m。臺階高度5～15m，上部呈“倒坡”狀。原有地形地貌景觀和植被環(huán)境已被破壞，同時存在滑塌地質(zhì)災(zāi)害隱患和水土流失。本次設(shè)計治理為+145.0m、+160.0m、+175.0m、+184.0 m、+197.0m平臺及邊坡（圖2）。

圖2 治理區(qū)正面圖Figure 2.Front view of the treated area

4 治理區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

治理區(qū)影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要有邊坡巖性、邊坡類型、結(jié)構(gòu)面、降雨及地表水入滲以及人類工程活動等幾個方面，其中人類工程活動為最強烈的影響因素，大氣降水入滲則是邊坡失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，目前治理區(qū)巖性以花崗巖為主，裂隙發(fā)育，存在不利結(jié)構(gòu)面段，淺部風(fēng)化較強烈，屬易滑塌的巖性。而露天開采后形成高陡邊坡，破壞了巖體中原始應(yīng)力分布及平衡，且開采后未有效清理坡面，造成坡體上分布較多的懸石、危巖體，同時因卸荷裂隙造成局部巖體破碎，在雨水及重力作用下，巖體飽水后結(jié)構(gòu)面抗剪強度降低，易沿垂直及順傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生小型巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患。而倒坡處巖體應(yīng)力已長期失衡，在極端條件下更有整體折斷墜落的可能，對人類威脅極大。

4.2 邊坡穩(wěn)定性評價

如上所述，治理區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患主要為受垂直及順傾結(jié)構(gòu)面控制的小型巖質(zhì)崩塌，因此按簡單平面破壞（局部小開裂的折線滑塌）進行穩(wěn)定性分析計算。穩(wěn)定性計算選取參數(shù)見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)Table 1.List of slope stability calculation parameters

治理區(qū)位于抗震設(shè)防烈度6度區(qū)，區(qū)內(nèi)降水量較大，因此分別按“自重+天然狀態(tài)”及“自重+暴雨狀態(tài)”兩種工況條件進行邊坡穩(wěn)定性計算。崩塌穩(wěn)定性計算見圖3。

圖3 崩塌穩(wěn)定性計算示意圖Figure 3.Schematic calculation diagram for slope stability at the risk of collapse

根據(jù)《坡面防護工程設(shè)計規(guī)范》T/CAGHP 027-2018、《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》DZ/T 0219-2006，露采邊坡處于一般集鎮(zhèn)的小型礦山，距離周圍民房較遠，因此，確定邊坡防治工程等級為三級，按照三級邊坡穩(wěn)定性要求，穩(wěn)定性系數(shù)需滿足1.10。

經(jīng)計算，治理區(qū)邊坡目前狀況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.02～1.07，暴雨狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為0.97～1.02，穩(wěn)定性明顯不足，需要采取工程措施。

倒坡段已長期應(yīng)力失衡，目前可直接定性為不穩(wěn)定狀態(tài)，不需再進行穩(wěn)定性定量計算。

5 治理區(qū)邊坡治理修復(fù)方案選擇

5.1 治理修復(fù)原則

根據(jù)綠色礦山建設(shè)中邊開采、邊治理的總體目標，結(jié)合治理區(qū)的地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀以及項目實施的可行性等各方面因素，治理區(qū)邊坡治理修復(fù)應(yīng)堅持“邊坡穩(wěn)定、安全優(yōu)先、因地制宜、技術(shù)可行、社會效益和生態(tài)效益相統(tǒng)一、綠色礦山建設(shè)與礦山生態(tài)環(huán)境治理相結(jié)合”的原則，首先消除“倒坡”等地質(zhì)災(zāi)害隱患，在此基礎(chǔ)上修復(fù)生態(tài)環(huán)境，建設(shè)綠色礦山。已治理區(qū)塊效果見圖4。

圖4 已治理區(qū)塊效果圖Figure 4.Effect diagram of the treated zone

5.2 治理修復(fù)方案

為消除邊坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，修復(fù)生態(tài)環(huán)境，參照前期“邊開采、邊治理”經(jīng)驗，治理區(qū)主要采取危巖清理、（倒坡）坡面修復(fù)、復(fù)綠等方法，輔以截排水等進行綜合治理。

現(xiàn)通過+197.0m平臺及邊坡（倒坡）治理工程設(shè)計，分析探討具體治理修復(fù)方案。

（1）危巖清理及坡面修復(fù)。+197.0m邊坡存在懸石、危巖，上部巖石較破碎，且存在“倒坡”，有較大的地質(zhì)災(zāi)害隱患，因此首先對+197.0m邊坡危巖進行清理，然后對局部較陡及凹凸不平的坡面進行清理平整，削取及清理掉不穩(wěn)定的危巖體、凸出的巖土體。對倒坡段則采取回填反壓方式進行坡面修復(fù)，回填反壓時必須進行分層夯實?；靥盍系南虏坎捎梦r清理的巖塊，淺表必須是優(yōu)質(zhì)的粉質(zhì)黏土。然后再對不規(guī)則的邊坡進行修復(fù)、清理，總體上要求邊坡段順直，坡面不存在陡直邊坡段，修整后的坡面要求坡面平直，坡度要求不得大于60°。治理工程典型剖面見圖5。

圖5 治理工程典型剖面示意圖Figure 5.Schematic diagram of typical section of treatment project

（2）坡面客土噴播。坡面客土噴播的施工順序是坡面清理→鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)→客土噴播。

首先通過人工清除斜坡坡面表面松散塊石、浮土、混凝土、雜物，確保坡面整潔干凈，適合植被灌木生存。清理時應(yīng)盡量保持坡面原有形態(tài)，凹凸不平宜低于0.5m。對于斜坡碎石面利用噴播設(shè)備將營養(yǎng)基質(zhì)噴射碎石坡面縫隙內(nèi)，使縫隙充滿營養(yǎng)基質(zhì)，利于綠色植物生長發(fā)育。

其次敷設(shè)金屬網(wǎng)。因本邊坡主要以巖質(zhì)邊坡為主，為了確保噴播基層的厚度，增強光滑硬巖坡面基材的附著力，可在硬巖坡面上橫放木條作為墊片，用直徑為6～10mm、長為120～250mm的“L”形錨釘穿透木條墊片將網(wǎng)材固定在坡面上，每平方米木條墊片的密度為5塊，呈梅花形布置。錨釘呈梅花形布設(shè)，每平方米5個。然后采用14#鍍鋅鐵絲網(wǎng)（絲徑≥2mm，網(wǎng)孔尺寸為5cm×5cm）從上到下操作鋪掛，坡頂上部平臺用長度大于50cm的樁釘固定（平面結(jié)構(gòu)見圖6）。

圖6 鍍鋅鐵絲網(wǎng)及錨釘平面結(jié)構(gòu)圖Figure 6.Plane structure of galvanized wire netting and anchoring

第三步，進行綠化噴播。將保水劑、粘合劑、調(diào)節(jié)劑、植物纖維、泥炭土、緩釋復(fù)合肥、水等通過噴播機械，按比例攪拌均勻后，利用噴播液壓設(shè)備將攪拌后混合料送至噴射管口，噴射在坡面和鐵絲網(wǎng)上，使噴射在巖面上的基質(zhì)稠度既能粘結(jié)在巖面上又不致產(chǎn)生流淌為宜。噴射分5次進行（底層噴播和種子層噴播共計3次），首先噴射不含種子的混合料，做基質(zhì)肥料。底層噴播分3次進行，緊接著第三次噴射含種子的混合材料。植物配置的原則是植被的抗旱性與抗病蟲害能力強，耐貧瘠，適合當?shù)貧夂驐l件，能快速復(fù)綠。

（3）平臺回填平整。根據(jù)平臺的現(xiàn)狀，設(shè)計回填、修整后，平臺的坡度小于5°；同時，平臺坡度須自外側(cè)向內(nèi)側(cè)傾斜，嚴禁向外側(cè)傾斜?；靥钸^程中應(yīng)分層回填、夯實。平臺平整后覆土，覆土厚度不小于0.50m。

（4）平臺復(fù)綠。由于+197.0m平臺以上邊坡難以實施坡面清理工程，現(xiàn)狀坡面呈倒坡，設(shè)計對邊坡回填反壓后，在平臺上堆放植生袋，堆放高度50cm，自外側(cè)向內(nèi)側(cè)傾斜，然后在植生袋上植樹，植樹為兩排，前排為紅葉石楠球，后排為高桿狀紅葉石楠或其他植被。平臺復(fù)綠大樣見圖7。

圖7 平臺復(fù)綠大樣圖Figure 7.Detail drawing of the platforms with greening

治理區(qū)邊坡在停采結(jié)束后應(yīng)及時實施，對于隱患大的危巖體應(yīng)及時清除，防止對后續(xù)平臺開采作業(yè)造成危害，而截排水工程則在開采工作同時即平行實施，以達到“邊開采、邊治理”的有效銜接。

6 結(jié)語

該治理區(qū)因礦山露天開采形成高陡邊坡（局部“倒坡”），邊坡淺部花崗巖風(fēng)化強烈，部分地段巖石較破碎，有危巖分布，存在巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患，區(qū)內(nèi)的平臺高低不平。因此治理工程設(shè)計，應(yīng)針對不同邊坡的不同情況，因地制宜進行邊坡及平臺進行治理工程設(shè)計，對危巖段以清理為主，倒坡段則以坡面修復(fù)為主，通過截排水溝及時疏排大氣降水，采用回填反壓、分層夯實、堆放植生袋、客土噴播方法來進行復(fù)綠。根據(jù)該礦山前期治理經(jīng)驗，可以取得較好的效果。

由此可見，花崗巖體中露天開采極易造成巖體原始應(yīng)力失衡，地質(zhì)災(zāi)害隱患較大，因此礦山治理修復(fù)的首要目的是消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，這就要求我們首先要查明地質(zhì)環(huán)境條件，進行邊坡穩(wěn)定性分析，在此基礎(chǔ)上再進行針對性的治理設(shè)計，修復(fù)工程中主要是考慮方法的適用性，確保復(fù)綠效果。

生產(chǎn)礦山企業(yè)應(yīng)響應(yīng)國家對生態(tài)環(huán)境建設(shè)要求，秉承綠色礦山理念，在礦山生產(chǎn)及治理修復(fù)中應(yīng)貫徹實踐“邊開采、邊治理”，確保治理修復(fù)能達到效果。