淺談本鋼南芬露天礦開采工程水土保持措施布局

李明偉

(中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

引言

水土流失防治措施布設(shè)應(yīng)根據(jù)項目所在區(qū)域的水土流失現(xiàn)狀、自然氣候環(huán)境以及工程實際建設(shè)布置情況，從預(yù)防和治理水土流失及尊重自然規(guī)律角度出發(fā)，合理配置水土保持措施。

在項目建設(shè)過程中，應(yīng)注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，減少對原地表和植被的破壞，設(shè)計的水土保持措施應(yīng)與周邊現(xiàn)有景觀相協(xié)調(diào)[1]。不同的氣候類型區(qū)，應(yīng)采取的水土保持措施不盡相同。本文以本鋼南芬露天礦1000萬t·a-1開采工程為例，介紹了濕潤區(qū)山坡型露天礦常用的水土保持措施及布局情況。

1 項目及項目區(qū)概況

1.1 項目概況

本溪鋼鐵(集團(tuán))礦業(yè)有限責(zé)任公司南芬露天鐵礦為改建建設(shè)生產(chǎn)類項目，生產(chǎn)規(guī)模為1000萬t·a-1，大型礦山。工程總占地1292.69hm2，全部為永久占地。露天開采，采用汽車運(yùn)輸開拓方式。

項目組成包括露天采場、排土場、運(yùn)巖道路區(qū)、工業(yè)場地及附屬設(shè)施區(qū)。目前礦山主采場214m以上各臺階已經(jīng)靠幫3期境界，本次優(yōu)化設(shè)計主要對3期境界214m以下各臺階進(jìn)行圈定。礦山已完全轉(zhuǎn)入封閉圈以下開采，露天采場占地面積466.01hm2，占地類型為采礦用地。礦山共有3個排土場，為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ號排土場，Ⅱ號排土場位于采場西南，礦體上盤馮家東溝，現(xiàn)狀最高排土標(biāo)高為600m，主要分為660～620m、620～560m、560～450m等排土臺階；Ⅳ號排土場位于采場東南，礦體下盤黃柏峪魏家堡，現(xiàn)狀最高排土標(biāo)高667m，目前主要形成的排土臺階為660～600m排土臺階；Ⅴ號排土場位于采場東北，礦體下盤位于廟兒溝南山坡，現(xiàn)狀最高排土標(biāo)高639m，目前主要形成的排土臺階為620～560m排土臺階。對現(xiàn)有排土場實施加高增容，沿排土線逐步向上排放，增加有效容積6214萬m3。滿足方案服務(wù)期內(nèi)礦山巖石排棄要求。礦山運(yùn)巖道路總長約(15～29m寬)31.60km，路面采用泥結(jié)石碎石面，混鋪塊石基層。附屬設(shè)施區(qū)包括運(yùn)輸皮帶、倒裝站、牽車場、鐵路(0.12hm2)和供配電系統(tǒng)。該區(qū)各個功能區(qū)已經(jīng)運(yùn)行多年，設(shè)施齊全。工業(yè)場地：主場地在采場北部，本項目是改建項目，現(xiàn)有的工業(yè)場地設(shè)施能夠滿足改建后的需要，不新建工業(yè)場地?，F(xiàn)有工業(yè)場地包括礦業(yè)大樓、職工食堂、運(yùn)輸車隊、綜合廠，汽車檢修、炸藥庫等分場地，已為礦山服務(wù)多年，設(shè)施齊全，綠化系數(shù)在30%以上[2]。

至設(shè)計水平年工程總占地1292.69hm2，全部為永久占地。本次研究是在原擴(kuò)幫設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)模調(diào)整，上盤擴(kuò)幫區(qū)停止擴(kuò)幫，只在下盤局部臺階進(jìn)行擴(kuò)幫生產(chǎn)，礦山出礦集中于主采場(3期境界)內(nèi)。目前，礦山礦石、巖石破碎運(yùn)輸系統(tǒng)、防排水系統(tǒng)、機(jī)汽修系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等都已建設(shè)完畢并投入使用，礦山設(shè)備全部更新購置完成，無新基建工程，僅需進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)移，以及部分臺階整理工作，建設(shè)期無土石方產(chǎn)生。

本工程屬于對現(xiàn)有采場進(jìn)行開采，露天采場爆破影響區(qū)以內(nèi)無居民居住，不涉及拆遷安置工作。

1.2 項目區(qū)概況

項目區(qū)地貌類型為遼東低山丘陵區(qū)，北溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，土壤以棕壤為主，表土層厚約50cm。屬長白植物區(qū)系，植被類型為溫帶針闊葉混交林，林草覆蓋率約69%。土壤侵蝕類型區(qū)為東北黑土區(qū)-長白山山地區(qū)陵區(qū)-長白山山地丘陵水質(zhì)維護(hù)保土區(qū)-遼東山地丘陵水質(zhì)生態(tài)維護(hù)區(qū)[3]，土壤侵蝕類型以輕度水蝕為主，項目區(qū)域平均土壤侵蝕模數(shù)為800t·km-2·a-1，土壤容許流失量為200t·km-2·a-1。氣候特征情況見表1。

表1 氣候特征表

2 防治標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)值

項目區(qū)不屬于國家級和省級水土流失重點(diǎn)防治區(qū)，依據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》[4]，確定該項目應(yīng)執(zhí)行建設(shè)生產(chǎn)類水土流失防治三級標(biāo)準(zhǔn)。項目區(qū)的降雨量786.5mm，介于600～800mm。調(diào)整提高后水土流失防治目標(biāo)值見表2。

表2 水土流失防治目標(biāo)值調(diào)整表

3 防治措施總體布局

研究水土保持防治措施布局情況，要根據(jù)項目不同區(qū)域的功能和水土流失特點(diǎn)劃分水土保持防治區(qū)；對主體工程已存在的措施進(jìn)行分析，判斷是否具備水土保持功能，是否滿足水土保持要求；確定需要補(bǔ)充增加的水土保持措施，從而系統(tǒng)地確定水土保持措施總體布局，建立健全水土保持防治措施體系[5]。在布置水土保持措施總體布局時，應(yīng)充分考慮工程和植物措施的結(jié)合，達(dá)到與周邊環(huán)境相結(jié)合的目的；還應(yīng)考慮永久和臨時措施的相輔相成，近期與遠(yuǎn)期的關(guān)系。在防治措施具體配置中，充分發(fā)揮工程措施速效性和控制性，同時也要發(fā)揮植物措施的后續(xù)性和生態(tài)效應(yīng)[6]。水土流失防治措施體系見表3。

表3 水土保持防治措施體系表

4 水土保持措施布設(shè)

4.1 露天采場防治區(qū)

露天采場面積466.01hm2，占地類型為采礦用地。本次開采設(shè)計在現(xiàn)有露天采場地表境界范圍內(nèi)進(jìn)行。主體工程對露天采場設(shè)計了灑水降塵措施。主體工程設(shè)計滿足水土保持要求，因此本次研究無新增水土保持措施。

本項目處于生產(chǎn)運(yùn)行期，在工程區(qū)環(huán)境干燥時，使用1臺5t灑水車對露天采場進(jìn)行灑水，降低粉塵濃度，改善環(huán)境。

4.2 排土場防治區(qū)

本次優(yōu)化設(shè)計對現(xiàn)有排土場實施加高增容，不新增占地，排土場占地總面積728.00hm2，占地類型為采礦用地。主體工程對排土場防治區(qū)設(shè)計了鉛絲石籠攔擋和灑水降塵措施，本次研究新增渣土回覆和穩(wěn)定平臺植樹及邊坡種草植被恢復(fù)措施。

4.2.1 工程措施

4.2.1.1 鐵絲石籠壩

主體工程對排土場坡腳設(shè)計了鉛絲石籠壩防護(hù)，在排土場按照棄渣穩(wěn)定要求排放和整治后，進(jìn)行坡腳防護(hù)[7]。鐵絲石籠壩頂寬1m，底寬3m，高1.5m。設(shè)計每個單一石籠尺寸為0.5m×1.0m×3.0m，棱角邊采用直徑12～14mm的鋼筋焊制而成，編制網(wǎng)孔采用10號鍍鋅鐵絲。為了增強(qiáng)石籠的整體性，將相鄰每個石籠之間再用鐵絲堅固。填充石料(碎石或卵石)粒徑8～20cm的應(yīng)占80%以上，其余用級配好的碎石填滿空隙，箱籠內(nèi)的填充料的容重必須≥1.70t·m-3。

4.2.1.2 渣土回覆

礦山已經(jīng)運(yùn)行多年，占地類型為采礦用地，項目區(qū)內(nèi)表土稀少，為節(jié)約表土資源，減少地表植被破壞，利用排土場渣土栽植植被。對排土場穩(wěn)定平臺及邊坡進(jìn)行渣土回覆，進(jìn)而實施植被恢復(fù)措施。臺階平臺采取栽植坑覆土，每株覆土面積0.3m×0.3m，覆土深度0.5m。

4.2.2 植物措施

4.2.2.1 穩(wěn)定平臺

在排土場穩(wěn)定平臺上栽植一年生油松，栽植面積29.33hm2，株行距為1m×1m。

4.2.2.2 穩(wěn)定邊坡

在排土場穩(wěn)定邊坡上撒播沙打旺草籽，播種面積23.99hm2，播種量40kg·hm-2。

4.2.3 臨時措施

灑水降塵，在工程區(qū)環(huán)境干燥時，使用1臺5t灑水車對露天采場進(jìn)行灑水，降低粉塵濃度，改善環(huán)境。

4.3 運(yùn)巖道路防治區(qū)

主體工程對運(yùn)巖道路防治區(qū)設(shè)計了排水溝和灑水降塵措施，本次研究新增彩條布苫措施。

4.3.1 工程措施

主體工程對運(yùn)巖道路設(shè)計了漿砌石排水溝，長21000m，梯形斷面，溝深0.8m(安全超高0.20)，上口寬1.5m，底寬1m，壁厚40cm。運(yùn)巖道路排水溝的修建能有效攔截排導(dǎo)山坡匯水，避免了徑流對路面的沖刷，起到了很好的水土保持作用[8]。

4.3.2 臨時措施

4.3.2.1 灑水降塵

在工程區(qū)環(huán)境干燥時，使用1臺5t灑水車對露天采場進(jìn)行灑水，降低粉塵濃度，改善環(huán)境。

4.3.2.2 彩條布苫蓋

對運(yùn)巖道路的臨時堆土布設(shè)彩條布苫蓋措施，以防止臨時堆土隨風(fēng)揚(yáng)塵和產(chǎn)生侵蝕。

5 防治效益分析

附屬設(shè)施區(qū)和工業(yè)場地已經(jīng)運(yùn)行多年，區(qū)內(nèi)設(shè)施完善，無新建工程，屬于建筑占壓、硬化和已治理區(qū)域，本方案中不進(jìn)行效益分析；露天采場區(qū)本方案服務(wù)期結(jié)束后，將繼續(xù)開采，本方案中不進(jìn)行效益分析[9]。至設(shè)計水平年各工程情況見表4。采取水土保持措施后，水土保持防治效果均達(dá)到防治目標(biāo)的要求，匯總見表5。

6 結(jié)語

本項目結(jié)合項目區(qū)的氣候條件、地形地貌特點(diǎn)以及水土流失現(xiàn)狀情況，采取了適合本項目的水土保持防治措施，工程、植物以及臨時措施通過合理搭配，形成了穩(wěn)定、健康的防治措施體系，有效地控制了新增水土流失情況，達(dá)到了改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。