陳秀清,黃曉輝
(1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué);2.甘肅省有色工程勘察設(shè)計(jì)研究院,蘭州 730000)
酒泉市西溝石灰?guī)r礦山地質(zhì)儲(chǔ)量為2 億t,設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為500萬(wàn)t/a,其屬于大型礦山,采用露天開采方式,自上而下進(jìn)行臺(tái)階式開采。但是,開采過(guò)程中,原有生態(tài)環(huán)境條件遭受嚴(yán)重的破壞[1]。根據(jù)當(dāng)?shù)卣畬?duì)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾工作的基本要求,進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)修復(fù),最大可能緩解礦山開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的矛盾[2]。
西溝石灰?guī)r礦地處河西走廊中段南部祁連山區(qū)北部,屬華北板塊的河西走廊加里東褶帶,走向近于西北-東南向構(gòu)造較發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)地層較為簡(jiǎn)單,僅為奧陶系中統(tǒng)妖魔山組和第四系全新統(tǒng),妖魔山組巖性主要為石灰?guī)r、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)絹云母千枚巖、凝灰質(zhì)千枚巖和變質(zhì)凝灰?guī)r等,它是礦區(qū)主要含礦地層。礦區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)烈,具有頻率高、強(qiáng)度大等特點(diǎn),致使區(qū)內(nèi)地層強(qiáng)烈褶曲,裂隙發(fā)育,巖體破碎,滑坡、坍塌、落石等重力地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。
1.2.1 礦體工程地質(zhì)特征
礦體主要為薄-厚層細(xì)晶灰?guī)r和中-厚層細(xì)晶灰?guī)r,該類巖石一般堅(jiān)硬完整,而構(gòu)造破碎帶附近巖石破碎,裂隙發(fā)育,局部見有小溶洞,一般直徑小于3 cm,個(gè)別溶洞直徑達(dá)0.82 m。其比重為1.93~2.81 g/cm3,抗壓強(qiáng)度為37.5~100.5 MPa,堅(jiān)固性系數(shù)為3~12,抗剪強(qiáng)度為11.2~24.5 MPa,內(nèi)摩擦角為71°33′~85°14′,屬于中等堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖石。
1.2.2 圍巖工程地質(zhì)特征
礦體頂板圍巖主要為褐灰色變質(zhì)凝灰?guī)r、綠灰色硅質(zhì)巖等。該類巖石一般比較完整,裂隙不甚發(fā)育,底板圍巖除部分薄層細(xì)晶灰?guī)r外,則是千枚巖,一般都比較破碎,裂隙發(fā)育。其比重為1.93~2.81 g/cm3,抗壓強(qiáng)度為32.6~81.4 MPa,堅(jiān)固性系數(shù)為4~8,抗剪強(qiáng)度為9.4~16.0 MPa,內(nèi)摩擦角為75°58′~85°14′,屬于中等堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖石。
礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題主要表現(xiàn)為采礦活動(dòng)形成的不穩(wěn)定斜坡,其主要分布在露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)等地[3]。下面以X03、X05 不穩(wěn)定斜坡為例,進(jìn)行具體分析。
2.1.1 X03 不穩(wěn)定斜坡
如圖1所示,X03 不穩(wěn)定斜坡為露天采場(chǎng)3 272 m開采平臺(tái)形成的臨時(shí)邊坡,該斜坡為開采礦體時(shí)開挖山體所形成的巖質(zhì)邊坡,坡長(zhǎng)約為13 m,坡寬約為1 250 m,坡高約為12 m,坡度為65°~70°,平面形態(tài)呈圈椅狀,剖面形態(tài)呈直線形。坡體組成物質(zhì)為石灰?guī)r,其產(chǎn)狀為200°∠50°,節(jié)理裂隙發(fā)育。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,該不穩(wěn)定斜坡發(fā)育多條爆破后沖引起的張拉裂縫,沿坡肩后緣呈圈椅狀平行分布,可視深度最大約為0.5 m,裂縫寬為2~5 cm,延伸性好。在機(jī)械振動(dòng)、開采爆破及地震等不利工況條件下,發(fā)生變形失穩(wěn)而產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的可能性較大,主要威脅坡頂和坡底采礦機(jī)械設(shè)備及工作人員。
圖1 X03 不穩(wěn)定斜坡剖面圖
2.1.2 X05 不穩(wěn)定斜坡
如圖2所示,X05 不穩(wěn)定斜坡位于南排土場(chǎng)所在斜坡地帶,為渣堆人工堆積作用所形成的土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡,斜坡平面形態(tài)呈圈椅狀,剖面形態(tài)呈直線形。不穩(wěn)定斜坡高為200~300 m,寬約為350 m,坡度為50°~60°,局部可達(dá)70°。斜坡體由開礦的剝離物料組成,剝離物料主要為碎石土。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,該排土場(chǎng)后緣發(fā)育多條沉降裂縫,其沿排土場(chǎng)后緣呈圈椅狀平行分布,可視深度最大約為0.8 m,裂縫寬為2~50 cm,延伸性好,局部地段已貫通,沉降錯(cuò)臺(tái)差為10~50 cm。其物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,干燥,具大孔隙,降水易入滲,在降雨、機(jī)械振動(dòng)及地震等不利工況條件下,極易變形失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡災(zāi)害。
圖2 X05 不穩(wěn)定斜坡剖面圖
礦區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡臨空條件良好,坡腳處均無(wú)地表徑流對(duì)其沖刷,巖體干燥,不穩(wěn)定斜坡坡度均大于45°,坡面基本無(wú)植被。坡腳均無(wú)支擋措施,局部坡面小型崩塌發(fā)育,坡腳散落有大塊石,局部坡頂見小型裂縫。不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性均為較差,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),失穩(wěn)發(fā)生災(zāi)害的可能性較大。不穩(wěn)定斜坡危險(xiǎn)性中等,發(fā)生災(zāi)害的可能性均為較大,主要影響礦山工人和機(jī)械設(shè)備。不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)如表1所示。
表1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
西溝石灰?guī)r礦礦層位于山脊部位,礦產(chǎn)開采方式為露天開采,采礦已造成的土地?fù)p毀主要為采場(chǎng)挖損和工業(yè)場(chǎng)地、排土場(chǎng)、礦區(qū)道路、生活辦公區(qū)、炸藥庫(kù)及水源地的壓占損毀。
目前,礦山處于正常生產(chǎn)期,采用山坡露天開采、降段溜井運(yùn)輸?shù)拈_拓方式,進(jìn)行平行推進(jìn)式分平臺(tái)開拓。項(xiàng)目占地面積為59.98 hm2,對(duì)土地造成挖損。礦山設(shè)置2 處生活辦公區(qū),總占地面積為17.66 hm2,土地破壞方式為壓占。礦山道路建設(shè)對(duì)土地的壓占損毀面積為4.75 hm2。從礦山生產(chǎn)角度來(lái)看,礦山開采對(duì)土地的損壞主要包括采礦區(qū)溜井、平硐、皮帶等對(duì)礦山的壓占破壞。采礦所需的運(yùn)輸破碎系統(tǒng)對(duì)土地的壓占損毀面積約為4.81 hm2,工業(yè)場(chǎng)地對(duì)土地的壓占損毀面積約為19.61 hm2,炸藥庫(kù)及水源地對(duì)土地的壓占損毀面積約為11.26 hm2。礦山排土場(chǎng)建設(shè)對(duì)土地的壓占損毀面積為90.42 hm2。
采礦活動(dòng)使前期開采形成的臨時(shí)人工邊坡(X03)逐漸消失。排土場(chǎng)X05 不穩(wěn)定斜坡需要進(jìn)行治理。在X05 不穩(wěn)定斜坡周邊修筑截水渠,底部邊坡與溝谷之間建筑擋渣墻,墻上設(shè)置泄水孔,墻腳布設(shè)排水渠。同時(shí),修整清理邊坡,將排土場(chǎng)邊坡壓實(shí)。
設(shè)計(jì)截排水渠斷面為矩形,截排水渠凈寬為0.3 m,凈深為0.3 m,壁厚為0.15 m,底厚為0.15 m,材料為C25 混凝土,渠底地基夯實(shí),夯實(shí)后設(shè)0.15 m厚混凝土墊層。排水渠每隔10.0 m 設(shè)置一道伸縮縫,縫寬為2 cm,伸縮縫底鋪防水土工布,伸縮縫內(nèi)填閉孔泡沫板,上部采用聚氯乙烯膠泥封口。
攔渣墻采用漿砌塊石結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)攔渣墻高為4.5 m,其中基礎(chǔ)埋深為1.5 m,地面以上高3.0 m。頂寬為1.0 m,胸坡比為1.00 ∶0.35,背坡比為1.00 ∶0.05。墻體采用M10 漿砌塊石。自背坡距地面0.5 m 處起設(shè)置泄水孔,泄水孔豎向間距為1.5 m,橫向間距為2.0 m,泄水孔孔徑為110 mm,材料為聚氯乙烯管,坡率為4%,呈梅花形布置。
4.2.1 土地平整工程
礦山閉礦后,對(duì)露天采坑坑底及平臺(tái)場(chǎng)地、北排土場(chǎng)(后期堆排產(chǎn)生的平臺(tái))進(jìn)行平整,使區(qū)內(nèi)地形坡度不大于5°,地面高差不大于0.5 m。平整面積約為66.07 hm2,平均平整厚度約為0.2 m,平整土方量約為13.21 萬(wàn)m3。
4.2.2 覆土工程
對(duì)平整后的場(chǎng)地表層進(jìn)行覆土,露天采場(chǎng)平臺(tái)、坑底及排土場(chǎng)平臺(tái)區(qū)域覆土面積約為66.07 hm2,覆土厚度為0.80 m,覆土量為52.86 萬(wàn)m3。生活辦公區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地及其他壓占場(chǎng)地覆土面積約為74.20 hm2,覆土厚度為0.30 m,覆土量為22.26 萬(wàn)m3。
4.2.3 植樹種草工程
場(chǎng)地平整、覆土等工程結(jié)束后,按照1 ∶1 配比,播撒草籽綠化,播撒密度按10 kg/hm2計(jì)算,草籽總量為742.0 kg;在露天采場(chǎng)平臺(tái)、坑底及排土場(chǎng)平臺(tái)區(qū)域植樹綠化,按栽植行間距3 m 確定苗木位置,共需要約22 300 株。
西溝石灰?guī)r礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為500 萬(wàn)t/a,礦山建設(shè)規(guī)模為大型。礦山地質(zhì)環(huán)境條件較差,現(xiàn)狀發(fā)育的不穩(wěn)定斜坡對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度為較嚴(yán)重,采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地形地貌景觀的影響程度為較嚴(yán)重或較輕,對(duì)土地資源的影響程度為嚴(yán)重或較嚴(yán)重。研究表明,地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理可以減少礦區(qū)開采工程帶來(lái)的新增水土流失,減輕所造成的損失和危害,創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境,確保礦山安全生產(chǎn)。