王龍應(yīng)山采石場地質(zhì)環(huán)境治理研究

李 振

(安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院,安徽 蕪湖 241003)

1 項(xiàng)目概況

礦區(qū)位于涇縣城區(qū)350°方向,直距約8 km,地貌屬侵蝕剝蝕低山丘陵。礦山開采方式、方法采用露天開采方式,開采方法為分臺階自上而下開采。礦山工程布局見圖1,包括露采場、排土場、工業(yè)場地、辦公生活區(qū)和礦山道路。經(jīng)過多年開采,礦山開采破壞占用了大量的土地,造成植被和地貌景觀嚴(yán)重破壞,現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境惡劣。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查,礦區(qū)形成了一較大的露天采坑,目前礦山處于停產(chǎn)狀態(tài)。

圖1 礦山工程布局圖

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析

2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

治理區(qū)現(xiàn)狀見圖2,礦山開采破壞占用了大量的土地,造成植被和地貌景觀嚴(yán)重破壞,現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境惡劣。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查,經(jīng)過多年開采,礦區(qū)形成了一較大的露天采坑,采坑上盤長約535 m,寬約180 m,下盤長約428 m,寬約100 m。采坑頂部最高標(biāo)高+164.08 m,底部最低標(biāo)高+90.08 m。區(qū)內(nèi)東北部現(xiàn)已形成+140 m、+128 m、+125 m、+123 m、+115 m五個平臺。

圖2 治理區(qū)影像圖

2.2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

2.2.1 地貌景觀、生態(tài)環(huán)境破壞

治理區(qū)位于丘陵區(qū),區(qū)內(nèi)山巒起伏,綠樹盈盈,由于早期開礦活動,使原有地形地貌遭到嚴(yán)重破壞。礦業(yè)活動造成地貌景觀、生態(tài)環(huán)境的破壞與周邊優(yōu)美的自然景觀極不協(xié)調(diào)[1-2]。

2.2.2 破壞土地資源

治理區(qū)采礦方式為露天開采,對土地資源產(chǎn)生挖損、壓占等破壞是不可避免的。露采場區(qū)域土壤、植被毀壞嚴(yán)重,喪失了種植的基本功能,土壤流失嚴(yán)重,容易發(fā)生沖溝、洪流災(zāi)害。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,治理工程區(qū)共挖損、壓占用的土地面積約7.564 7 hm2,損壞土地類型為灌木林地。

2.2.3 危巖體

區(qū)內(nèi)東北采坑有2處危巖體,1號危巖體位于礦區(qū)東側(cè),面積約55 m2,需清除平均厚度1 m左右。2號危巖體礦區(qū)西側(cè)面積188 m2,需清除平均厚度0.5 m左右。

2.3 邊坡穩(wěn)定性分析

2.3.1 自然邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀分析與預(yù)測

組成礦區(qū)內(nèi)自然斜坡的巖性主要為薄～厚層狀石灰?guī)r巖組,巖石堅(jiān)硬～較堅(jiān)硬,力學(xué)強(qiáng)度較高。礦區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化中等,節(jié)理裂隙較發(fā)育,區(qū)域穩(wěn)定性總體較好。自然斜坡坡度一般在15°～25°,礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)自然邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象,自然邊坡較穩(wěn)定。

2.3.2 露采場邊坡穩(wěn)定性分析

礦山開采已形成8個開采平臺。采場邊坡角一般55°～60°,局部大于60°,單邊坡高5～20 m。組成邊坡巖石為石灰?guī)r。采場邊坡近地表巖石較破碎,局部節(jié)理裂隙較發(fā)育,采場邊坡傾向與地層傾向多為斜交,少部分為順向和逆向。采場邊坡均落于灰?guī)r層位中,采用赤平投影法,分析各段邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)邊坡特點(diǎn),對東北和西南兩處采坑分別選取一段進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

東北段邊坡(調(diào)查中心點(diǎn)坐標(biāo):X=3 402 727.89,Y=39 634 292.44)坡向?yàn)?49°、坡度70°;巖層產(chǎn)狀傾向289°,傾角16°,節(jié)理產(chǎn)狀傾向270°,傾角33°;邊坡為順向坡,由于邊坡產(chǎn)狀較為平緩,巖性為中厚層灰?guī)r,通過赤平投影圖分析得出層面穩(wěn)定,節(jié)理穩(wěn)定,交割線方向穩(wěn)定,邊坡穩(wěn)定。

西北段邊坡(調(diào)查中心點(diǎn)坐標(biāo):X=3 402 389.62,Y=39 634 065.12)坡向?yàn)?60°、坡度55°;巖層產(chǎn)狀傾向289°,傾角16°,節(jié)理產(chǎn)狀傾向60°,傾角25°;邊坡為逆向坡,由于邊坡產(chǎn)狀較為平緩,巖性為中厚層灰?guī)r,通過赤平投影圖分析得出層面穩(wěn)定,節(jié)理穩(wěn)定,交割線方向基本穩(wěn)定,邊坡基本穩(wěn)定(見圖3)。

圖3 赤平投影圖

礦區(qū)無復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造,沒有大的斷裂及地層軟弱面,沒有異常的水文條件及地表水體等不利因素。第四系覆蓋層薄,結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果,綜上礦區(qū)不會發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

3 治理工程設(shè)計(jì)

3.1 危巖清理工程

對高陡邊坡上的浮石、危巖等進(jìn)行清除,采用手持風(fēng)鎬、千斤頂、撬杠等工具,人工清除坡面浮石及危巖。清除作業(yè)自上而下進(jìn)行,危巖塊破碎后,全部用于宕口平整回填。1號危巖體面積55 m2,需清除平均厚度1 m,清除方量約55 m3。2號危巖體面積188 m2,需清除平均厚度0.5 m,清除方量約94 m3,合計(jì)清除方量144 m3。

3.2 平整工程

依據(jù)現(xiàn)存臺階現(xiàn)狀,對開采臺階、邊坡和露采場進(jìn)行修整,采用人工清理各平臺和邊坡,機(jī)械作業(yè)平整露采場零散塊石,清理出的廢渣全部用于低洼區(qū)平整。

3.3 排水工程

為防止降雨作用導(dǎo)致坡面水土流失,在平臺布設(shè)截排水溝,底盤場地碎石清除完成后修建排水溝,一端通過礦區(qū)外低地勢自然排水,另一端引入礦區(qū)最低底盤,通過自然滲透排出。設(shè)計(jì)排水溝長603 m,坡率為5‰。具體排水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)如下:

排水溝規(guī)格根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目區(qū)地面排水標(biāo)準(zhǔn)為1日暴雨1日排出,按一日暴雨量分析計(jì)算,該地區(qū)10 a一遇,一日最大降雨量為204.0 mm。排水溝尺寸計(jì)算如下:

1)排水溝流量具體計(jì)算公式為:

Q=qwF

(1)

qw=(P-h1)/(86.4T)

(2)

式中:Q為為排澇流量,m3/s;F為排澇面積,km2;qw為設(shè)計(jì)排澇模數(shù),m3/(s·km2);T為設(shè)計(jì)排澇天數(shù),1 d;P為設(shè)計(jì)暴雨量,204.0 mm;h1為滯蓄水深,m。

根據(jù)上述公式,根據(jù)排水溝控制面積,算出排水溝設(shè)計(jì)流量,詳見表1。

表1 排水溝設(shè)計(jì)流量計(jì)算表

表2 排水溝斷面積計(jì)算表

2)水溝斷面尺寸計(jì)算公式如下式:

(3)

式中:Q為水溝設(shè)計(jì)排水流量(m3/s);ω為過水?dāng)嗝娣e(m2);v為渠道平均流速(m/s);i為水溝比降;R為水力半徑(m);C為流速系數(shù)(謝才系數(shù))。

矩形斷面各變量的計(jì)算公式如下:

ω=(b+mh)×h

(4)

(5)

(6)

(7)

式中:b為底寬(m);h為水深(m);χ為濕周(m);m為邊坡系數(shù);為渠床糙率。排水溝設(shè)計(jì)詳見下表計(jì)算過程。

根據(jù)公式,擬采用幾何參數(shù)帶入公式中計(jì)算,當(dāng)參數(shù)取值為:b取0.4 m;

h取0.4 m;i取0.01;n取0.025,安全超高h(yuǎn)1為0.2 m。

計(jì)算可得Q=0.106 3(m3/s)>0.094 9(m3/s)

此斷面滿足設(shè)計(jì)流量。

3)排水溝工程設(shè)計(jì)

根據(jù)上述斷面測算,排水溝斷面參數(shù)見表3,排水溝做法見圖4。

表3 排水溝斷面參數(shù)表

圖4 排水溝大樣圖

圖5 植被種植示意圖

圖6 監(jiān)測點(diǎn)做法大樣圖

3.4 復(fù)綠工程

3.4.1 臺階綠化

臺階碎石人工清理完成后,在臺階外側(cè)堆碼植生袋,植生袋裝土前尺寸:60 cm×40 cm,裝滿土后尺寸:55×35×14 cm。平臺擋土墻高0.7 m,厚0.55 m。

擋土墻修建完成后,平臺人工覆土,覆土厚度0.6 m,在此基礎(chǔ)上種植復(fù)綠效果較好的女貞和播撒固土能力強(qiáng)且美化視野的黑麥草、百日葵、黃秋英和四季青草坪草籽混合進(jìn)行綠化。種植間距按照株距2 m、行距2 m進(jìn)行,選擇全冠苗,根系包裹土球尺寸不小于40 cm。栽植后首次要澆透水,以后要適時補(bǔ)水,并做好養(yǎng)護(hù)。同時在苗木空隙中按600 kg/hm2播種草籽。

3.4.2 邊坡綠化

邊坡兩側(cè)種植攀藤植物,采用上爬下吊的方式對邊坡進(jìn)行掩蓋式覆綠,一方面有利于減小雨水對邊坡的沖蝕,增加邊坡的穩(wěn)定性;另一方面可以美化環(huán)境、凈化空氣,以達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境的目的。邊坡外側(cè)種植葛藤,邊坡內(nèi)側(cè)和底盤四周種植爬山虎。根據(jù)《生態(tài)公益林建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(GB/T18337.3-2001),爬山虎和葛藤種植密度0.5～1.0 m/株,葛藤和爬山虎長度均不低于1 m,本次選擇種植間距為1 m,在邊坡內(nèi)側(cè)每棵爬山虎根部人工扦插竹竿和牽引爬山虎生長,扦插間距1.5 m,牽引竹竿需帶枝條,長度不得小于2.5 m。

3.4.3 露采場底盤綠化工程

底盤場地平整后,進(jìn)行覆土,覆土厚度0.6 m。覆土完成后宕穴植樹進(jìn)行綠化,樹穴規(guī)格0.8 m×0.8 m×0.5 m。鑒于當(dāng)?shù)貧夂蚝徒?jīng)濟(jì)效益,樹種選擇桃樹。種植間距按照株距2 m、行距2 m進(jìn)行,選擇苗木胸徑不小于4 cm,高度不低于2 m的全冠苗,根系包裹土球尺寸不小于40 cm。栽植后首次要澆透水,適時補(bǔ)水,并做好養(yǎng)護(hù)。統(tǒng)計(jì)底盤面積為18 055 m2,覆土10 833 m3,栽植桃樹4 514株。

3.4.4 土壤改良

覆土后采用施復(fù)合肥的辦法提高土壤肥力。據(jù)現(xiàn)場走訪當(dāng)?shù)卮迕?復(fù)墾后的土地面積每畝地按10 kg的定額施復(fù)合肥,復(fù)墾土地每年施用兩次,連續(xù)施肥一年,提高土壤肥力,臺階和底盤共施肥面積2.479 9 hm2,化肥量為744 kg。

3.5 監(jiān)測設(shè)計(jì)

為及時掌握治理區(qū)內(nèi)邊坡的變形發(fā)展規(guī)律,預(yù)測邊坡發(fā)展趨勢,需要建立長期監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),以便采取相應(yīng)的處理措施。根據(jù)防災(zāi)預(yù)警及治理效果的要求,需要對邊坡治理工程進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測工作分施工安全監(jiān)測、治理效果監(jiān)測和長期監(jiān)測三階段,監(jiān)測等級為Ⅳ級,在汛期、雨季及有異常情況出現(xiàn)時加密監(jiān)測[3-4]。

根據(jù)邊坡防治內(nèi)容,監(jiān)測內(nèi)容為治理區(qū)的邊坡坡頂位移和坡面變形。對本區(qū)域坡面視實(shí)際情況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測,出現(xiàn)險情時需及時向上級部門匯報(bào)。監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)時可結(jié)合實(shí)際地形調(diào)整,共設(shè)置2個監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)埋樁采用M10砂漿澆筑,大樣圖見圖8。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

龍應(yīng)山采石場在采礦活動過程中破壞了該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境。大量裸露邊坡及植被破壞,存在地質(zhì)災(zāi)害隱患,破壞了區(qū)域自然景觀,與周邊綠蔭成群的綠水青山極不協(xié)調(diào),造成了視覺污染,大面積的土地資源浪費(fèi),影響附近村莊居民生活環(huán)境及生命財(cái)產(chǎn)安全。通過治理工程調(diào)查,確定礦山存在的安全問題和地質(zhì)環(huán)境問題。開展生態(tài)治理工程和土地恢復(fù)措施,將破壞的土地恢復(fù)成灌木林地,后期加強(qiáng)監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)措施,為治理后的效果進(jìn)行維護(hù),達(dá)到工程治理的目的。

4.2 建議

(1)由于本次治理工程的現(xiàn)狀條件,施工過程中“治理工程設(shè)計(jì)”將隨著場地條件的變化、施工監(jiān)測的反饋信息,應(yīng)及時對“原設(shè)計(jì)”做校核、調(diào)整和補(bǔ)充。

(2)設(shè)置邊坡位移監(jiān)測點(diǎn),加強(qiáng)治理工程施工期間及礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程施工期間的監(jiān)測工作,發(fā)現(xiàn)問題及時預(yù)警、預(yù)報(bào)及處理,確保治理工程的安全實(shí)施。