某露天礦山高陡邊坡治理與生態(tài)修復(fù)設(shè)計

張立釗

(沈陽市應(yīng)急管理事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 沈陽 110052)

黨的十八大以來,明確提出大力推進生態(tài)文明建設(shè),“綠水青山就是金山銀山”理念深入人心,生態(tài)文明頂層設(shè)計和制度體系建設(shè)加快推進,我國礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作進一步得到推進。 礦產(chǎn)資源的開采方式主要包括露天開采和井下開采。 露天開采方式需要疏干地下水,大量挖損土地,對水資源、土地資源造成極大的破壞,形成高陡邊坡,誘發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,進而破壞礦區(qū)內(nèi)及周邊一定范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。 國內(nèi)外學(xué)者針對礦產(chǎn)資源露天開采造成的高陡邊坡以及地質(zhì)環(huán)境修復(fù)展開了不懈的研究,為露天開采礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供了技術(shù)保障[1-6],同時也開展了治理工程的實踐[7-9]。 結(jié)合多年的礦山地質(zhì)環(huán)境治理修復(fù)設(shè)計與施工工作經(jīng)驗,礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)設(shè)計的關(guān)鍵在于消除或者降低由于礦山開采誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害,同時為植被生長提供可持續(xù)的物質(zhì)條件。 無論采取以工程施工技術(shù)為主導(dǎo)的治理手段,還是采取以生態(tài)培植技術(shù)為主導(dǎo)的治理手段,核心都是為植被生長營造一個“保水”與“保土”的植被生境、一個可持續(xù)發(fā)展的綠色空間[10]。 本研究以某露天開采的非金屬礦山為例,對工作區(qū)采礦活動形成的不穩(wěn)定高陡邊坡進行分級削坡整形處理,達到邊坡穩(wěn)定;對削坡整形后的邊坡和平臺進行客土覆蓋、綠化、植樹造林、林草結(jié)合,恢復(fù)礦山地質(zhì)環(huán)境,以期為類似工程提供借鑒。

1 礦山概況

1.1 自然地理

某在用非金屬礦山地處北溫帶,屬大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫8.4 ℃,降雨多集中在6 月—8 月,年平均降水量為821.5 mm。 礦區(qū)處于構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌單元上,地勢北高南低,最高海拔461 m,最低海拔227 m,相對高差234 m,開采多年,已經(jīng)形成露天采坑、松散堆積體等人工地貌。 露天采坑邊坡角一般在70°左右。 露天開采形成人工邊坡和人工堆積地貌相間的分布,人工地貌發(fā)育。 土壤主要為棕壤土類。 植被類型樹種主要以刺槐、落葉松、油松、樺樹、刺槐、小葉柞、榛子叢等喬木、灌木相雜生為主,輔以雜草。

1.2 水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件

1.2.1 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存條件,礦區(qū)內(nèi)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水。 (1)第四系松散巖類孔隙水,單位涌水量3.71 L/(s·m),滲透系數(shù)67 m/d;(2)基巖巖隙水,含水層巖性主要為大石橋組的變粒巖及片巖,流量小于0.8 L/s;(3)碳酸鹽巖巖溶裂隙水,單位涌水量0.022 4 L/(s·m),滲透系數(shù)0.051 3 m/d。

1.2.2 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)出露地層為遼河群大石橋組三段和第四系。

大石橋組三段地層產(chǎn)狀為走向NEE,傾向SSE,傾角20°～45°的舒緩、波狀單斜層。 該段分為下、中、上三個巖帶:下部巖帶為方解石大理巖帶,主要巖石為方解石大理巖夾薄層黑云變粒巖;中部巖帶為白云石大理巖夾菱鎂礦巖帶,該巖帶按其巖性不同又分為三個巖層,上、下兩個巖層均為白云石大理巖,中部為菱鎂礦夾白云石大理巖層,為主要含礦層;上部巖帶為白云石大理巖夾方解石大理巖、黑云母片巖帶,白云石大理巖中主要礦物有白云石、方解石。 第四系由腐殖土、亞粘土、砂礫石組成。

地質(zhì)勘查工作中,對巖礦石做了系統(tǒng)的物理試驗,試驗結(jié)果:(1)巖、礦石的不同粒徑塊度堆放一起,初時測的安息角為45°,日久后測的安息角為35°～38°;(2)巖、礦石的抗壓、抗剪強度測定,詳見巖石力學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果(表1)。 按巖石抗壓強度與定性劃分標(biāo)準(zhǔn),礦石及其頂?shù)装宕罄韼r均屬堅硬的類別。

表1 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果

2 地質(zhì)環(huán)境問題

工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要為地形地貌景觀破壞、土地資源破壞以及高陡邊坡和松散堆積碎石(土)體可能引發(fā)的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

項目區(qū)露天采場規(guī)模較大,采場邊坡較陡,采區(qū)北幫巖質(zhì)邊坡角多在43°以上,再加上巖體構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙發(fā)育,巖體質(zhì)量較差,巖體破碎。 采場邊坡多處存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患,威脅生命、財產(chǎn)安全。 現(xiàn)場調(diào)查和地形測繪期間高陡邊坡偶爾有碎石崩塌滑落,可能引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害,威脅礦山生產(chǎn)以及過往居民。

3 邊坡治理與生態(tài)環(huán)境修復(fù)設(shè)計

3.1 削坡工程

削坡工程主要用于降低邊坡坡度,使邊坡穩(wěn)定,為后期植被恢復(fù)提供必要地形條件。 削坡產(chǎn)生的棄土經(jīng)篩選后用于植被恢復(fù)客土工程。

本次削坡工程施工主要對象為巖質(zhì)邊坡和廢石堆置邊坡,削坡后整體邊坡坡度為29°,保證邊坡穩(wěn)定。 進行六級放坡,設(shè)置6 級平臺,最上面平臺設(shè)置在第6 級坡坡頂,以維護原有植被。 每級平臺寬度3 m,平臺臺面修整呈微向內(nèi)傾斜,平臺外沿高于內(nèi)沿,坡降比3%,以利水土保持。 每級邊坡長度30 m,坡度30°。 A-A′剖面標(biāo)高232.51～322.51 m(圖1),B-B′剖面標(biāo)高227.11～317.11 m(圖2)。

圖1 A-A′剖面削坡整形剖面圖

圖2 B-B′剖面削坡整形剖面圖

邊坡削坡整形后,對其進行平整以便進行后續(xù)客土工程施工,以保證邊坡和平臺穩(wěn)定性及平整程度,利于客土。

3.2 客土工程

為達到較好的恢復(fù)治理效果,結(jié)合工作區(qū)實際地形條件,本次恢復(fù)治理工程采用穴狀客土輔以穴間客土方式客土。

平臺和邊坡種植穴規(guī)格0.5 m×0.5 m×0.5 m,穴間距離1.5 m。 平臺兩排刺槐間距1.0 m,邊坡每排間距1.5 m(坡面距離)。 平臺和邊坡穴間客土厚度(沉實)0.2 m。

3.3 排水溝工程

平臺臺面沿內(nèi)側(cè)邊線設(shè)置排水溝排水,排水溝中心線距離外沿邊2.45 m,排水溝斷面呈矩形,M10 漿砌石結(jié)構(gòu),砌石強度MU30,凈斷面尺寸為0.5 m×0.5 m(寬×深),壁厚0.3 m,并用M10 水泥砂漿磨面,溝槽平整部分抹面厚度不小于20 mm。排水溝走向順延平臺呈近東西向,東高西低,坡降比3%,保證排水順暢。

在6 個邊坡坡面設(shè)置縱向排水溝,每個坡面設(shè)置兩道縱向排水溝,縱向排水溝沿著A-A′剖面、B-B′剖面位置設(shè)置。A-A′剖面縱向排水溝長度176 m;B-B′剖面縱向排水溝長度182 m。 排水溝起止點位置在具體施工過程中可能根據(jù)削坡整形有所調(diào)整。每個坡面的縱向排水溝在一條縱向線上(圖3)。

圖3 縱排水溝示意圖

縱排水溝采用漿砌塊石砌筑,并用M10 水泥砂漿磨面,溝槽平整部分抹面厚度不小于20 mm。平臺排水溝和縱向排水溝應(yīng)相互聯(lián)通,平臺縱向排水溝坡底面向外傾,坡降比3%。

3.4 植被恢復(fù)工程

本次治理工程植被恢復(fù)共分為兩個部分,分別為平臺和邊坡。

樹種主要選擇生長快、適應(yīng)性強、抗逆性好、耐瘠薄的當(dāng)?shù)仄贩N或先鋒品種。 通過對治理區(qū)環(huán)境調(diào)查及周邊區(qū)域以往治理經(jīng)驗總結(jié),確定本項目綠化選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L的刺槐作為恢復(fù)平臺植被的樹種,紫穗槐作為恢復(fù)邊坡植被的樹種。

3.4.1 平臺栽植刺槐

平臺栽植兩排刺槐,刺槐選擇兩年生以上苗木,第一排距離坡底內(nèi)沿1.5 m,與第二排水平間距1.0 m,株距1.5 m,呈“品”字形栽植。 種植穴規(guī)格0.5 m×0.5 m×0.5 m,穴間距離1.5 m(圖4、圖5、圖6)。

圖4 A-A′剖面植樹工程設(shè)計規(guī)劃圖

圖5 B-B′剖面植樹工程設(shè)計規(guī)劃圖

圖6 平臺、邊坡植被以及平臺排水溝大樣圖

采用優(yōu)質(zhì)壯苗移植技術(shù),造林前利用“浸根粉”“保濕劑”處理苗木,然后沾泥漿栽植,穴坑內(nèi)置水分緩施劑;造林連續(xù)撫育期兩年,以提高樹林的成活率及保存率。 為盡快發(fā)揮綠化效果,達到改善環(huán)境的目的,栽植兩年生較粗壯的刺槐,常規(guī)澆水管理,造林后及時進行一次培土踩實,確保成活率。

測量人員進行植樹點位的放樣,嚴(yán)格按照株行距放樣,測量后做明顯標(biāo)記。 種植穴規(guī)格符合設(shè)計要求,坑壁光滑,上下面口徑基本一致。 樹干挺直,沒有明顯彎曲,無蛀干害蟲和未愈合的機械損傷;樹冠豐滿,枝條分布均勻,無嚴(yán)重病蟲危害,樹葉正常;根系發(fā)育良好,無嚴(yán)重病蟲危害。 樹木入穴后,樹干直立,根系舒展,填土后在樹木四周筑成高5～10 cm 的灌水土堰,方便澆水;新植樹木24 h 內(nèi)澆第一遍水,3 d 內(nèi)澆第二遍水,10 d 澆上第三遍水,三遍水后轉(zhuǎn)入后期養(yǎng)護;每次澆水后均整堰、堵漏、培土、扶直樹干,第三遍水后封堰。

3.4.2 邊坡栽植紫穗槐

在已穴狀客土的邊坡,栽種紫穗槐,紫穗槐選擇兩年生以上苗木。 株距1.5 m,行間距1.5 m,均指坡面距離。 排種植穴規(guī)格0.5 m×0.5 m×0.5 m。在樹坑周圍用土筑成高于根頸10～15 cm 的澆水堰,筑實、底平,不應(yīng)漏水,并及時進行澆水,澆水應(yīng)緩澆慢滲,而且一定要澆透,使土壤吸足水分。如果出現(xiàn)漏水、土壤下陷和樹木傾斜,要及時扶正、培土。 在無雨的天氣,第一次澆水不能隔夜。

3.4.3 種草工程

種草工程布置在所有客土的邊坡及平臺,采用撒播方式種植,草種選用紫花苜蓿,撒播,用耙覆土,草籽用量為80 kg/hm2。 紫花苜蓿生長年限長,根瘤根系發(fā)達,能夠固定空氣中的氮素,是一種很好的水土保持、改土培肥植物。

播種前需對種子進行處理。 種子要經(jīng)過清選、曬干,使種子的凈度達到90%;播前可將農(nóng)藥、除草劑、根瘤菌和肥料按比例配置拌種,避免苗期病蟲害。 用根瘤菌等細菌肥料拌種(1 kg 根瘤菌可拌10 kg 種子)。

苜蓿種子甚小,播深視客土種類而定,濕土淺播,干土稍深。 一般為2～3 cm,沙質(zhì)土3～4 cm,黏土為2 cm。 播種時隨時調(diào)整。

若土壤疏松,播前先鎮(zhèn)壓一遍,便于掌握深度;播種后再鎮(zhèn)壓一遍,有利于保墑。

3.5 管護工程

植被管護是礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理的最后一個環(huán)節(jié),也是鞏固和實現(xiàn)治理效果的重要環(huán)節(jié),實施治理主體單位必須做好保水、保土,病蟲害防治工作,并在在管護期內(nèi)應(yīng)做好補植工作,確保植被成活率達標(biāo)。

4 結(jié)語

露天開采礦山會大量挖損土地,形成露天采坑和高陡邊坡,造成的地質(zhì)環(huán)境問題主要為地形地貌景觀破壞、土地資源破壞以及高陡邊坡和松散堆積碎石(土)體可能引發(fā)的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

通過對工作區(qū)采礦活動形成的不穩(wěn)定高陡邊坡進行分級削坡整形處理,達到邊坡穩(wěn)定,為后期植被恢復(fù)提供必要地形條件。 設(shè)置排水溝,排除坡面水,防止覆土沖刷流失,以保證邊坡和平臺穩(wěn)定性及平整程度,為植被恢復(fù)保水、保土提供可持續(xù)平臺。 本項目綠化選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L的刺槐作為恢復(fù)平臺植被的樹種,紫穗槐作為恢復(fù)邊坡植被的樹種,為類似露天開采高陡邊坡治理提供借鑒。