廢棄露天石灰?guī)r礦山生態(tài)恢復(fù)綜合治理措施

趙亞飛 謝宇銘 周文博

（中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司）

我國的露天廢棄礦山數(shù)量較多，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來極大影響，是政府部門非常重視的問題之一。張家口東部地區(qū)露天礦山較多，有數(shù)十年開采歷史，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)［1-2］。而在懷來縣棗口村北山地區(qū)，由于礦山開采過程中人們對環(huán)境的保護(hù)意識淡薄，且為露天開采，未進(jìn)行合理規(guī)劃，開采后無治理措施，造成自然景觀和地貌景觀被嚴(yán)重破壞，生態(tài)環(huán)境變得極為脆弱。該區(qū)域地表不僅存在崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患，而且由于地表植被、地形地貌破壞造成環(huán)境不斷惡化，地方文明形象受到影響［3］。因此，對廢棄露天礦山進(jìn)行生態(tài)修復(fù)非常緊迫。針對該地區(qū)環(huán)境問題，采用削坡、清危、客土、綠化等綜合措施，對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合治理。

1 礦山環(huán)境問題及治理目標(biāo)

懷來縣棗口村石灰?guī)r露天礦經(jīng)歷開采、廢棄后，附近山體形成的可視裸露創(chuàng)傷面涉及多個區(qū)域，其中面積較大區(qū)域所存在問題具有共性，分述如下。

1.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患

附近山體整體大面積出露霧迷山組白云巖，采面表面巖石破碎，裂隙較發(fā)育，產(chǎn)狀多為220°∠75°和300°∠60°，尤其是采面頂部碎石較多，存在危巖體，長度為3～15 m，寬度為1～8 m。裂隙發(fā)育地段在遇到大雨、地震等情況時易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。采面上部植被較少，存在明顯沖溝，采面之間匯集土石，在遇到大雨的情況下，采面上部易發(fā)生滑坡。應(yīng)在隱患處進(jìn)行危巖清理，設(shè)置排水溝等措施。

1.2 水土流失嚴(yán)重

采面下部無植被覆蓋，上部斜坡坡度較大，約40°，植被稀疏，碎石較多，土體分布不均，主要覆蓋在斜坡中下部，無梯形臺階等保土措施，雨季時土體隨流水排至采面下部道路。該地區(qū)春冬季節(jié)干燥多風(fēng)，最大風(fēng)速為19 m/s。表面浮土多被侵蝕，水土無法較好保持，還會形成揚(yáng)塵、沙塵等不良環(huán)境現(xiàn)象。應(yīng)在采面下部平臺覆土，采面處開鑿點(diǎn)景，采面上部進(jìn)行補(bǔ)植綠化。

1.3 廢棄礦渣裸露

該區(qū)域露天開采造成廢棄礦渣露天堆積，達(dá)到約3 000 m3，影響道路通行，甚至占用了附近部分耕地。雨季時雨水會攜帶礦渣中的有害物質(zhì)對附近農(nóng)田造成一定程度的污染。應(yīng)將礦渣合理填埋，恢復(fù)所占用耕地，并在礦渣上部覆土并進(jìn)行補(bǔ)植綠化。

2 綜合治理流程

生態(tài)恢復(fù)綜合治理主要包括開挖工程、回填工程、砌筑工程、綠化工程和灌溉工程。

2.1 開挖工程

對于采面上部松散易滑落危巖采取機(jī)械和人工的方式進(jìn)行清理。勾機(jī)、鏟車等機(jī)械對高度較低處危巖進(jìn)行清理，吊車、人工對高處危巖進(jìn)行清理。若危巖體塊體較大，可采用爆破方式［4］使危巖破碎掉落，然后使用機(jī)械清理。對過于陡峭的邊坡可建造一個水平臺階［5］。本項目共清理危巖體約10 000 m3，爆破4 000 m3巖體，建造30 m3左右的平臺15個。

對于規(guī)模較小的殘山，使用機(jī)械將殘山挖除，再進(jìn)行平整。對于渣質(zhì)、土質(zhì)邊坡，首先采用RTK對坡面進(jìn)行測量放樣，每20 m在坡面的坡頂和坡腳各釘一個樁位，然后拉出一條坡面線，并在相鄰的坡面線上沿路線拉出縱向線，形成坡面整理施工網(wǎng)格。在每個樁位上標(biāo)出需要清理或者回填的厚度，坡度修整到35°以下，采面底部渣坡進(jìn)行修坡至20°左右。削坡時清理渣土，保證立面無明顯凸起巖石、裂隙和松動危巖體，確保邊坡穩(wěn)定［5］。

在采面表面開鑿寬度不小于1.5 m的孔穴，孔穴間距約6 m，對可利用臺階處進(jìn)行修整，形成面積不小于3 m3的小臺階，為以后綠化、砌筑做準(zhǔn)備。

2.2 回填工程

開挖后產(chǎn)生的石渣不外運(yùn)，削高填低，將采區(qū)附近地面由于開挖產(chǎn)生的坑洞回填后，其余的渣堆在采面下部平臺上平整形成平地。

石渣回填完后再覆蓋0.3 m厚土壤。首先采用RTK對回填平臺進(jìn)行測量放線定位，確定區(qū)域各點(diǎn)高度位置，做好標(biāo)記。土源可采用周邊工地開槽土，種植土宜選用土質(zhì)疏松的壤土類，需結(jié)合土壤來源和質(zhì)地情況，摻加腐熟有機(jī)肥料之后才能用于綠化種植。

2.3 砌筑工程

采面、平臺外側(cè)邊緣砌筑擋墻，用于擋土綠化。擋墻采用座漿法砌筑，使用M10砂漿。砌筑前按設(shè)計圖紙精確放出實樣，四方掛線砌筑。砌筑第一層砌塊時，應(yīng)將其表面清洗、潤濕后，先出座漿再砌石。砌筑斜面時，斜面應(yīng)逐層放坡，以保證規(guī)定的坡度。砌塊間用砂漿粘結(jié)并保持一定的厚度，所有砌縫要求砂漿飽滿。同一層石料及水平灰縫的厚度要均勻一致，每層按水平砌筑，丁順相間，砌石灰縫互相垂直。砌筑順序為先角石、再鑲面、后填腹。擋墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采面下部斜坡采用格構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡，格構(gòu)采用鋪漿法砌筑，使用M10砂漿。格構(gòu)斷面為400 mm×250 mm，拱形弧高為100 mm，格構(gòu)頂部設(shè)置1道斷面為1 200 mm×500 mm的橫梁。砌筑時每層側(cè)面料石均應(yīng)按規(guī)定的灰縫寬度及錯縫要求配好石料，再用鋪漿法順序砌筑，隨砌隨填立縫，并應(yīng)先砌角石；按格構(gòu)砌體高度確定砌石層數(shù)，砌筑粗料時依石塊厚薄次序，將厚的砌在下面，薄的砌在上層；每層石料均采用順砌，砌縫寬度均勻，當(dāng)為粗石料時縫寬不應(yīng)大于20 mm，相鄰2層的豎縫錯開不小于100 mm，嚴(yán)禁出現(xiàn)通縫現(xiàn)象。為保證接縫的作用，2種接縫均須垂直，并且縫兩側(cè)砌體表面需要平整。格構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

采面孔穴和小臺階處采用座漿法使用水泥磚砌筑，將孔穴和小臺階外緣封閉，為之后苗木種植做準(zhǔn)備［6］。

2.4 綠化工程

該區(qū)域綠化種植的苗木選擇的是適宜當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的榆樹、油松、火炬樹、荊條、爬山虎等，且苗木種植地與該區(qū)域距離較近。種植綠化施工順序：測量放線、運(yùn)輸苗木、撒播草籽、栽植、養(yǎng)護(hù)和驗收［7］。榆樹火炬樹間距為2 m，胸徑4 cm以上；荊條高50 cm以上，間距為20 cm；爬山虎間距為20 cm。榆樹火炬樹栽種穴深大于50 cm，確保樹苗穩(wěn)定不被大風(fēng)吹倒。所有苗木栽種后均需澆水2遍，防止冬季凍死。

采面上部孔穴以及臺階澆水不便，可種植范圍較小，土壤易被風(fēng)雨侵蝕，不適宜種植較大樹木，適合種植荊條、爬山虎［8］等低矮苗木，如圖3所示。

采面中下部平臺澆水便利，可綠化面積大，適合種植榆樹、油松、火炬樹、荊條等較大苗木。平臺邊界種植多排較大的榆樹、油松作為防護(hù)綠化帶。格構(gòu)護(hù)坡以及坡度較小斜坡處填充生態(tài)袋后，點(diǎn)播混合灌草種子綠化。

2.5 灌溉工程

該區(qū)域內(nèi)采用噴灌、滴灌的方式進(jìn)行給水。采面上部及坡度較大的區(qū)域主要采用滴灌噴頭，山下平緩地區(qū)根據(jù)喬木和灌木的栽植疏密或組合類型等情況設(shè)計噴灌或快速取水閥。針對不同的植物高度設(shè)計不同的噴灌方式，應(yīng)參考產(chǎn)品手冊并根據(jù)場地實際狀況選擇合適的滴頭、噴頭。

水源為山下河水，引水上山前進(jìn)行過濾凈化，確保能滿足滴灌系統(tǒng)水質(zhì)要求。根據(jù)地勢設(shè)置調(diào)蓄加壓泵站，水泵型號的選擇需要進(jìn)行水力計算，沿程水頭損失一般采用達(dá)西—韋斯巴赫公式。

式中，hf為沿程水頭損失，m；l為流段長度，m；d為管道直徑，mm；v為流速，m3/s；g為重力加速度，m/s2。

本段管道最大落差約75 m（靜揚(yáng)程）。管道流量為8 L/s，管線總長度為500 m，沿程水頭損失為14 m。局部水頭損失按沿程水頭損失20%取，2.8 m，總水頭損失為16.8 m。則水泵總揚(yáng)程=靜揚(yáng)程+總水頭損失+噴頭工作壓力=91.8 m，水泵進(jìn)行選型時揚(yáng)程應(yīng)大于91.8 m。

由于區(qū)域面積較大且相對分散，地勢起伏較大，且滴灌系統(tǒng)對管道系統(tǒng)流速、穩(wěn)定性要求高，故設(shè)計分散調(diào)蓄加壓系統(tǒng)。山下局部安裝管道不便處，可安裝一定數(shù)量的快速取水閥，可由人工使用軟管接取水口澆灌附近的綠植。為保證系統(tǒng)各個分區(qū)壓力的均衡，同時避免系統(tǒng)壓力高于噴頭的正常工作壓力而造成過度霧化，影響灑水的均勻性和有效性，各支管閘閥需根據(jù)所控制噴頭的最適壓力配備減壓閥。

3 生態(tài)恢復(fù)效果

治理工作結(jié)束后，該區(qū)域存在的崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)減少。經(jīng)定期觀測，采面頂部巖石掉落現(xiàn)象減少，采面上部植被增加，采面之間雨水排水溝在降雨時能很好地發(fā)揮匯水排水作用。

采面下部增加植被覆蓋，視覺上綠化面積增加一倍以上，采面上部斜坡削坡坡度減小，危巖被清理，采面中下部有小臺階等保土措施。表面經(jīng)常灑水保持水土，大風(fēng)天氣下無明顯揚(yáng)塵。該區(qū)域的廢棄礦渣被回填后覆土，增加可利用地約1.5萬m2，可用于耕地或種植苗木。渣堆被清除，不占用附近耕地，對附近農(nóng)田造成的污染消除。

目前廢棄礦山荒蕪景象有明顯改善，視覺污染有一定改善［9］，生態(tài)環(huán)境顯著改善，該區(qū)域人民的生產(chǎn)生活得到保障，社會效益明顯。治理區(qū)可利用地增加，綠化面積、苗木增加，給當(dāng)?shù)貛砹艘欢ǖ慕?jīng)濟(jì)效益［10］。

4 結(jié) 語

為恢復(fù)廢棄露天礦區(qū)生態(tài)，保障人民生產(chǎn)生活，本環(huán)境修復(fù)項目包括開挖、回填、砌筑、綠化、灌溉分項工作，改變以往廢棄礦山的荒蕪面貌，增加了可利用地，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長，改善了當(dāng)?shù)貙ν庑蜗?，為綠色經(jīng)濟(jì)做出較大貢獻(xiàn)。