貴州省遵義長溝錳礦排渣場邊坡環(huán)境治理

童建國

(貴州遵義匯興鐵合金有限責任公司，貴州 遵義 563000)

0 前 言

礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有舉足輕重的戰(zhàn)略地位，同時為國家的經(jīng)濟建設發(fā)揮著重大作用。但是，我國對礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用，以及礦山企業(yè)在環(huán)境治理保護過程中的嚴重滯后，致使礦區(qū)安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等相關問題十分突出，導致礦區(qū)地質(zhì)災害形勢惡化、環(huán)境污染現(xiàn)象嚴峻。遵義長溝錳礦沙壩礦段從1958年到現(xiàn)在，已開采了60多年，由于礦山建設初期處于邊試驗邊設計邊施工狀態(tài)，加之后期的嚴重投入不足，礦山在采空區(qū)治理、生態(tài)環(huán)境保護等方面落后，礦區(qū)地質(zhì)災害頻發(fā)，生態(tài)破壞嚴重。長溝錳礦為貴州遵義匯興鐵合金有限責任公司下屬的大型錳礦山，要維護礦山今后的生存與發(fā)展，就必須加大對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的治理，牢固樹立“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”理念，守好發(fā)展和生態(tài)兩條底線，特別是要提升地表工業(yè)場地和排渣場的綜合治理水平，從而真正實現(xiàn)礦山綠色低耗高質(zhì)量發(fā)展。

1 菜子灣渣場邊坡現(xiàn)狀及治理目標

1.1 礦山渣場邊坡現(xiàn)狀

菜子灣渣場是利用菜子灣硐口及以外凹陷地域，依溝勢而建成的自然滾落式渣場，渣場位于礦山東側(cè)，渣場最高點在硐口附近，標高為866.55 m，最低點位于南側(cè)堆渣場邊坡底部，標高為803.31 m，最大相對高差63.24 m。該區(qū)域為礦山主要工業(yè)場地，地形總體上較平緩，南側(cè)邊坡堆渣邊坡坡度較陡，邊坡最大垂直高度約為58 m，坡度40°～58°，邊坡上方由多年廢棄礦渣堆積而成，渣場下部擋土墻緊鄰湘江河。由于礦山南側(cè)存在高陡堆渣邊坡，邊坡由松散渣石構(gòu)成，高度較高，坡度較陡，在降雨、暴曬等不利因素影響下存在發(fā)生滑坡、潰壩等地質(zhì)災害，且該邊坡下方為公路及湘江河支流，故渣場邊坡對公路及河流構(gòu)成安全隱患。同時該渣場北側(cè)下方存在采空區(qū)，采空區(qū)也可能引發(fā)地面塌陷等地質(zhì)災害，而菜子灣渣場已使用約60年，故對土地壓占及自然景觀影響較為嚴重。

因此，根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境問題和特點，制定不同治理方案。①根據(jù)渣坡堆放地點不同，有的在峽谷較低處，極易形成泥石流，對此類渣坡須進行疏干排水并清理，同時加固擋渣壩體，確保渣坡的穩(wěn)定性；②對于坡度較大、坡面有滑坡現(xiàn)象的渣坡，必須進行削坡減壓處理，形成多個臺階，以增加其邊坡穩(wěn)定性；③對于比較松軟的渣坡，由于渣石較軟，渣坡易在風吹雨淋下滑坡，須通過外排多余礦渣的辦法減小坡度，再在低處用擋土墻支擋，確保渣坡的穩(wěn)定性；④對于坡度較大的易滾石傷人的渣坡，應根據(jù)實際情況在坡面上撬掉較大的危險石塊，結(jié)合坡面綠化，鋪設金屬網(wǎng)或塑料格柵網(wǎng)，擋住廢石滑落。

1.2 菜子灣渣場邊坡治理目標

繼續(xù)保留礦山菜子灣排渣硐口、排渣設施及附件工業(yè)建筑物，保留附近居民居住的房屋、道路及水塘，對治理區(qū)內(nèi)不再使用的土地進行復綠。對保留的道路兩側(cè)栽種喬木，美化環(huán)境。對南側(cè)堆渣邊坡分為南側(cè)及西側(cè)處理，堆渣邊坡南側(cè)進行梯級放坡后運走棄渣，拉網(wǎng)防護后噴土使其適合植被生長，最后在邊坡頂部栽種藤蔓植物，邊坡上播撒草籽。渣場西側(cè)將繼續(xù)使用，作為未來臨時堆渣區(qū)，堆積一定渣量后立即運至附近棄土場統(tǒng)一堆放。

圖1 治理前菜子灣渣場現(xiàn)狀

2 菜子灣渣場地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

2.1 菜子灣渣場治理區(qū)自然地理情況

2.1.1 治理區(qū)域氣象

遵義市屬中亞熱帶溫潤季風氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑。各月平均氣溫最低出現(xiàn)在1月，最高出現(xiàn)在7月；年平均氣溫15.1 ℃，極端最高氣溫為38.7 ℃，時間短暫；年平均風速1.5～2.62 m/s，最大風速13.0～23.0 m/s；年蒸發(fā)量828.2～1 749.0 mm；多年平均相對濕度79%～80%；最大積雪深10～22 cm；多年平均日照時數(shù)843.5～1 239.4 h。

2.1.2 治理區(qū)域水文

礦區(qū)范圍大體被湘江和次一級溪溝所環(huán)繞,南湘江于礦區(qū)南部邊界通過, 河床標高728.5～798 m。主要溪溝則呈放射狀切穿各地層后注入湘江。

大氣降水對本區(qū)地下水的形成起著決定性作用，是礦床充水的主要因素，根據(jù)有關部門的統(tǒng)計,歷年平均降水量1 093 mm，雨季多集中在4～10月，降水量占全年降水總量的85%～95%。至礦山建廠以來,分別在1969、1981、1991年發(fā)生過3次大暴雨,日最大降水量為132.9 mm。

2.1.3 治理區(qū)域地形地貌

本區(qū)位于大婁山脈南西段,地形起伏受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制,山脈走向與地層走向一致,其標高最大值為1 135.6 m，一般標高850～950 m,地形起伏小。在地貌單元上,石灰?guī)r分布區(qū)多形成巖溶地貌景觀；砂頁巖區(qū)則以侵蝕、剝蝕丘陵地貌為特點，屬中低山山地地貌，一般為緩坡及凹地[1]。

2.1.4 治理區(qū)域地層巖性

礦區(qū)內(nèi)主要出露地層包括二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)、上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)和長興組(P3c)，三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)和茅草鋪組(T1m)及第四系(Q)等地層。

1)二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)：下部為灰、淺灰色厚層至塊狀生物灰?guī)r、偶夾鈣質(zhì)白云巖含稀疏燧石結(jié)核；上部為深灰、灰、黑色薄至中厚層狀含炭、硅質(zhì)，局部含錳質(zhì)灰?guī)r，間夾薄層硅質(zhì)巖，厚度大于145 m。

2)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)

地層厚度和巖性較穩(wěn)定，厚度一般為105～120 m，根據(jù)巖性組合及標志層特征劃分為3個巖性段。

一段(P3l1)：為灰、灰綠色、深灰色水云母黏土巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖，中下部夾一層灰、黑灰色夾褐、棕紅色等碳酸鹽錳礦。與下伏地層呈不整合接觸。厚度12.50～30.84 m。礦石中含Mn 30%～35%，平均品位31.23%。該區(qū)錳礦厚度一般約2 m，個別地段達3.5 m。

二段(P3l2)：下部為深灰、灰色中厚層狀含硅質(zhì)灰?guī)r，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r和泥巖；上部為灰、深灰色泥巖及不穩(wěn)定的薄煤層、菱鐵礦結(jié)核或透鏡體。厚度42.28～83.96 m。

三段(P3l3)：灰、深灰色泥巖、粉沙質(zhì)泥巖及泥質(zhì)灰?guī)r夾煤線。厚度25.67～39.51 m。

3)二疊系上統(tǒng)長興組(P3c)

灰、深灰色中厚層至厚層狀燧石灰?guī)r，局部夾鈣質(zhì)、瀝青質(zhì)泥巖。厚度48.18～75.50 m。

4)三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)

一般厚度大于343 m，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、巖性可分為3段：①沙堡灣段(T1y1)為灰、黃灰、灰綠色含鈣質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，與下伏地層呈不整合接觸，厚度5.21～11.0 m；②玉龍山段(T1y2)為灰、淺灰色薄至中厚層狀灰?guī)r，厚度196～234 m；③九級灘段(T1y3)為暗紫色泥巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，厚度約120 m。

5)三疊系下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)

為灰、淺灰色薄至中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層白云巖，區(qū)內(nèi)出露厚度大于250 m。

6)第四系(Q)

由殘、坡積物及人工堆積物組成，分布于溝槽和錳礦開采區(qū)一帶。主要為黏土、黏土質(zhì)砂、礫及荒渣等。不整合于其他地層之上。厚度小于10 m。

2.1.5 治理區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

長溝錳礦礦區(qū)處于四級構(gòu)造單元-銅鑼井背斜南東翼并轉(zhuǎn)折端及北西翼南段，以背斜軸線為界，銅鑼井礦段區(qū)域NE向褶皺和逆沖斷層發(fā)育，常見地層重復，構(gòu)造屬于復雜類型；長溝礦段及沙壩礦段為單斜構(gòu)造，斷層不發(fā)育，構(gòu)造類型簡單。此次復綠區(qū)域均位于沙壩礦段，屬單斜構(gòu)造，傾向170°～188°，傾角平均35°[1]。

2.2 菜子灣渣場環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀

2.2.1 區(qū)域環(huán)境穩(wěn)定性

區(qū)內(nèi)無新構(gòu)造活動。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為Ⅵ度。綜合分析認為礦區(qū)屬較穩(wěn)定區(qū)域。

2.2.2 區(qū)域地質(zhì)災害

根據(jù)礦山最新井上下對照圖，劃定礦區(qū)范圍內(nèi)采空區(qū)為面積0.37 km2；參照《采礦設計手冊》對礦山采空區(qū)影響范圍進行劃定，采空區(qū)影響范圍0.50 km2。根據(jù)采空區(qū)影響范圍進行調(diào)查，區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)局部存在地面塌陷、滑坡現(xiàn)象。未發(fā)現(xiàn)崩塌、泥石流等現(xiàn)狀。但礦山采礦層距地面距離短，在長期降雨等因素下，發(fā)生地面塌陷、崩塌、泥石流的可能性較大。

2.2.3 地表水、地下水污染現(xiàn)狀

礦區(qū)內(nèi)存在有老硐，從周邊實際調(diào)查的情況來看，老硐及溪溝水中均含有硫化物，其流經(jīng)之地均見銹蝕現(xiàn)象，故對地表水及地下水已具有一定的污染作用。

2.2.4 大氣污染現(xiàn)狀

礦山目前處于生產(chǎn)狀態(tài)，目前的污染源主要為礦山開采產(chǎn)生的廢渣土的堆放點，對原有土地、植被造成了一定的污染，必須對廢棄物堆放點應進行處理、綠化。

2.2.5 自然景觀破壞

菜子灣渣場對區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境造成破壞，壓占損毀土地，破壞植被及地形地貌。此次治理的區(qū)域面積為3.11 hm2。

治理區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境問題主要為堆渣邊坡、工業(yè)場地、生產(chǎn)道路等對土地資源壓占和挖損破壞及自然景觀的損害，且破壞程度嚴重。

雖治理區(qū)域內(nèi)未見滑坡、泥石流等地質(zhì)災害；但渣場南側(cè)存在高陡堆渣邊坡，邊坡由松散渣石構(gòu)成，高度較高，坡度較陡，在降雨、暴曬等不利因素影響下存在發(fā)生滑坡等地質(zhì)災害，該邊坡下方為公路及湘江河支流，棄渣邊坡對公路及河流構(gòu)成安全隱患。同時北側(cè)下方存在采空區(qū)，采空區(qū)可能引發(fā)地面塌陷等地質(zhì)災害。

3 菜子灣渣場邊坡治理工程實施方案

3.1 菜子灣渣場邊坡治理工程分項實施方案

3.1.1 拆除工程

對治理區(qū)域內(nèi)廢棄建筑物，采用手動工具進行人工拆除廢棄建筑物，施工程序從上至下，分層拆除，依照先非承重結(jié)構(gòu)后承重結(jié)構(gòu)原則進行拆除。對拆除的廢棄物進行清理、堆放、再利用。堆放應有序進行，避免亂堆亂放引發(fā)次生地質(zhì)災害。拆除廢棄建筑面積372 m2，合計約100 m3建筑垃圾。

3.1.2 場地平整

對治理區(qū)域內(nèi)廢棄建筑物進行拆除后，將可以復綠的區(qū)域進行土地平整，平整采用機械施工，原地推平，無須外運土石方，平整后的土地無較大起伏，適合植被生長，平整場地面積共計10 394.1 m2。

3.1.3 邊坡防護工程

菜子灣渣場南側(cè)有一廢渣堆積形成的堆積體邊坡，該邊坡根據(jù)未來使用情況分為南側(cè)及西側(cè)，南側(cè)邊坡下方已建有擋墻，但邊坡上廢渣呈松散狀態(tài)，在雨季有發(fā)生滑坡的可能，因此，首先對邊坡進行分臺階削坡，預計削坡方量15 000 m3，削坡棄渣運至附近棄土場統(tǒng)一堆放，然后進行拉網(wǎng)防護。合計拉網(wǎng)防護面積4 910 m2。西側(cè)邊坡未來將繼續(xù)使用作為未來堆渣區(qū)，未來堆渣均為臨時性堆放，堆積一定量后立即運至附近棄土場統(tǒng)一堆放，設計在該邊坡下方新建一擋墻，保證邊坡安全[2]。

1)邊坡穩(wěn)定性分析

對堆渣邊坡西側(cè)進行現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析，采用圓弧法邊坡穩(wěn)定性分析。選擇的邊坡為堆渣邊坡西側(cè)最大邊坡處。部分計算參數(shù)的確定：廢渣堆積體天然重度為γ=19.00 kN/m3，渣石體的抗剪強度值為：C=8.50 kPa，φ=36.00°。

2)鋼筋護坡網(wǎng)施工方案

護坡由于現(xiàn)有坡面是經(jīng)過長時間自然堆疊而成，穩(wěn)定性較好，故在斜坡50 m以下保持原始坡面進行護坡處理，50 m以上按30°坡度往上收確保渣場有更大的面積空間，有利于今后使用，只有把坡腳段提高，挖方量才會整體減少。

施工方法：第一次開挖坡頂口向后開挖5 m寬水平長度，斜坡長度取4.5 m, 因挖機的工作半徑只有4.5 m, 平均開挖垂直寬度頂口邊為5 m，在4.5 m段坡度系數(shù)為1∶0.077，深度為3.67 m, 開挖寬5 m, 原因是考慮第二次挖機作業(yè)工作面,便于挖機在第一次開挖底面退臺作業(yè)，挖機工作半徑取4.5 m。

鋼筋護坡網(wǎng)(見圖2)：采用中25三級螺紋鋼人工打錨桿， 外露8 cm, 網(wǎng)采用經(jīng)久耐用的金屬網(wǎng)， 網(wǎng)眼選用50 mm×50 mm，網(wǎng)徑選用1 mm, 采用銅絲扎緊，防止生銹。草籽土配合比為±70%, 五眼砂30%, 土為種植土，人工翻二次，第二次摻加馬尼拉草籽，中25二級鋼筋為1 000 mm×1 000 mm 設置。

圖2 鋼筋布網(wǎng)現(xiàn)場

3)擋土墻設計

開挖擋土墻基槽，清理覆土，采用M7.5重力式漿砌石擋墻。擋土墻分段長度為10 m，兩段間設伸縮縫，在地形地質(zhì)變化、墻高變化及轉(zhuǎn)折處，應設沉降縫，縫寬為2 cm，采用瀝青麻絲填筑，填筑深度大于0.15 m。從墻底地面以上20 cm開始布置排水孔，孔徑為φ=100 mm，排水孔縱橫間距為2 m，共設置2排排水孔，外傾坡比不小于5%，墻后排水孔長30 cm，采用PVC管制作。回填段先采用黏性土夯填作隔水層，厚20 cm，并在其上部設置50 cm高的卵礫石層，礫徑由粗至細堆填。為防止地表水順擋土墻墻面排放下滲浸泡基礎，擋土墻前修筑漿砌石排水溝，該排水溝為矩形，高0.4 m，寬0.4 m，溝邦厚0.2 m，溝底加固0.2 m，排水溝用M7.5漿砌石筑，溝內(nèi)用水泥砂漿抹面，抹面厚度20 mm，溝外用M7.5水泥砂漿勾縫。設計擋土墻總長116 m， 墻身總高3.0 m，墻體高出地面2.5 m，基礎埋深0.5 m，墻頂寬0.8 m。

對擋土墻穩(wěn)定性進行驗算，分為抗傾覆穩(wěn)定性及抗滑移穩(wěn)定性。設計擋土墻總長116 m，高3 m，需M7.5漿砌石545.2 m3，基礎土方開挖77.7 m3，基礎開挖土方全部用以墻后回填，擋墻砌筑前應清除基槽內(nèi)虛土以及雜物，采用“人工+機械”對基槽進行夯實，預埋泄水孔布置PVC泄水管。

3.1.4 綠化工程

1)覆土

覆土方式以整個場地客土覆蓋結(jié)合局部客土改良進行(見圖3)，對場地平整后的區(qū)域，覆土厚度不低于0.5 m，對渣場南側(cè)堆渣邊坡南側(cè)采用噴土機噴土，噴土厚度不低于0.1 m。共需覆土5 688 m3。由于礦山開采過程中無表土剝離，此次覆土工程所需客土可從附近建設項目中獲取，運距小于3 km。

圖3 覆土現(xiàn)場

首先結(jié)合地面實際面積情況，將坡面翻上挖來的礦破用推土機分層碾壓推平，推平頂面負500 mm, 負50 mm到頂面用種植土履蓋,蓋種植土可將多余礦渣進行外運，樹間距離2.5 m，土球不得小于Φ500 mm, 栽樹坑大于等于800 mm×800 mm×800 mm, 人工開挖，進行換土,改良坑內(nèi)土質(zhì), 堆渣邊坡頂栽種藤蔓植物，栽種間距1 m/株，共需藤蔓植物80株。植樹選用Φ60 mm樹徑桂花樹。樹間空隙地根據(jù)實際情況現(xiàn)場確定種什么植物。樹坑鋪 100 mm厚碎石澆水，種植土內(nèi)摻20%五眼砂、施肥[2]。

2)生態(tài)恢復

綠化工程植物措施宜采用草地、林地結(jié)合的植物體系。植物措施的布置，嚴格按照宜耕則耕、宜林則林的基本原則設計。對平整后的地面覆土，栽種喬木，植被種植間距按3 m×3 m，共需喬木1 351株。

治理區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)道路兩側(cè)及工業(yè)廣場圍墻外圍均需植樹復綠，種植間距按3 m/株栽種，共需喬木793株，由于生產(chǎn)道路兩側(cè)及工業(yè)廣場四周均已硬化，無法直接栽種植物，可人工挖掘0.5 m×0.5 m×0.5 m基坑再進行栽種。對治理區(qū)南側(cè)堆渣邊坡南側(cè)噴土后播撒草籽，根據(jù)《2012土地開發(fā)整理項目預算定額標準》定額編號90031，草籽按80 kg/hm2進行播撒，共需草籽39.3 kg；堆渣邊坡頂部栽種藤蔓植物，栽種間距1 m/株，共需藤蔓植物80株。喬木可選擇水柏楊、桂花或刺槐，草籽可選擇黑麥草，藤蔓植物可選擇苦葛藤、爬山虎等[2]。

對進場的樹木首先檢查樹跟土球的完整性，不得有松隙裂縫，草繩栓牢固，對枝進行修剪，修剪完后對枝桿進行傷口液處理。栽植前要對土壤和土球進行消毒，栽植完后當天要進行澆溉生根水，生根水必須要澆透，部分壞葉進行修剪。栽植時注意保護土球，檢查樹皮是否劃傷和樹皮是否開口，如樹皮開口用傷口液進行涂抹然后膠帶繞緊。風大要設置三角支撐進行固定，注意養(yǎng)護。吊車下車采用布帶，不得用鋼絲繩下車，防止損壞樹皮。治理后菜子灣渣場現(xiàn)狀見圖4。

圖4 治理后菜子灣渣場

4 結(jié) 語

長溝錳礦區(qū)經(jīng)歷多年開采，對周邊環(huán)境產(chǎn)生了一定影響與破壞，生態(tài)環(huán)境破壞容易修復難，因此，通過對礦山渣坡的治理，采用削坡、鋼筋護坡、加固擋土墻、改善排水系統(tǒng)及植被生態(tài)恢復等方式，解決了渣場邊坡穩(wěn)定性問題，消除了安全隱患，改善了生態(tài)環(huán)境?！碍h(huán)境就是民生，青山就是美麗”。今后，我們將加大礦山生態(tài)環(huán)境問題的排查和修復力度，助力生態(tài)文明建設，共建美麗多彩礦區(qū)。