盧 璐
(山西交控生態(tài)環(huán)境股份有限公司,山西 太原 030000)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各行業(yè)對(duì)礦山資源的需求量迅速增加,致使礦山資源供不應(yīng)求,這就導(dǎo)致人們?cè)谶M(jìn)行礦山開(kāi)采時(shí)并不會(huì)反復(fù)考慮環(huán)境的因素,造成開(kāi)采周邊的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量迅速下降,對(duì)居民的日常生活和國(guó)家走可持續(xù)發(fā)展道路產(chǎn)生一定的阻礙作用,為此必須針對(duì)礦山地質(zhì)問(wèn)題落實(shí)保護(hù)生態(tài)平衡的措施[1-2]。
應(yīng)以生態(tài)平衡為礦山開(kāi)采的基本要求,提出了更有效的礦山地質(zhì)改善措施,保障了礦山開(kāi)采區(qū)域生態(tài)平衡[3]。本文提出科學(xué)合理的修復(fù)方案,并在洪洞縣趙城鎮(zhèn)礦山矸石場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn),并驗(yàn)證該方案的效果[4-5]。
洪洞縣趙城康福洗煤廠位于洪洞縣趙城鎮(zhèn)前村東側(cè)1.27 km 處,中心坐標(biāo)東經(jīng)111°41′31.45″,北緯36°24′36.25″;矸石場(chǎng)位于洪洞縣趙城鎮(zhèn)一條自然荒溝內(nèi),矸石溝為溝谷凹地,溝道大致呈北—南走向,北高南低,溝橫斷面呈“U”字形,矸石溝長(zhǎng)約440 m,平均寬約40 m,深約30 m;核算總庫(kù)容為61.1 萬(wàn)t,面積89 162.02 m2(133.74 畝)。
矸石場(chǎng)生產(chǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵,細(xì)小的顆粒隨空氣的流通與土壤、水源等結(jié)合,并彌漫在該區(qū)域的空氣中,對(duì)生產(chǎn)人員和居民的呼吸器官帶來(lái)嚴(yán)重的危害,同時(shí)也易受雨水的沖刷使地勢(shì)更加陡峭,從而使矸石場(chǎng)成為輕度侵蝕區(qū)域。矸石場(chǎng)工藝流程圖如圖1 所示。
圖1 矸石場(chǎng)工藝流程圖
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查企業(yè)產(chǎn)品方案,本項(xiàng)目洗煤廠矸石產(chǎn)生量為11.94 萬(wàn)t/a,矸石場(chǎng)可堆存矸石61.1 萬(wàn)t。截至目前,矸石場(chǎng)內(nèi)未堆存矸石,矸石場(chǎng)庫(kù)容可滿足選煤廠5.1 a 的矸石量堆存需求。不同階段的矸石大小和狀態(tài)不一致,需要層次堆放,在矸石場(chǎng)地的矸石按照自里向外的堆放原則進(jìn)行存放,隨后利用推土機(jī)將其攆平、壓實(shí)。矸石必須與黃土層隔絕堆放,矸石堆放的厚度不能超過(guò)2 m,黃土層的厚度為0.5 m,并定期對(duì)場(chǎng)地采取降塵處理,采用固定箱式礦車將矸石運(yùn)輸至應(yīng)用場(chǎng)地。
1)在洪洞縣趙城鎮(zhèn)的一條自然荒溝內(nèi)建設(shè)矸石場(chǎng)地,間溝谷凹地作為矸石溝,流向?yàn)橛赡现帘?,且荒溝高度順?shì)而下,其斷面為“U”字形,整條荒溝的長(zhǎng)度為440 m,寬為40 m,深度約為30 m,由相應(yīng)運(yùn)輸車輛將其運(yùn)輸至指定地點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)高效利用。
2)排矸場(chǎng)地貌、植被情況。本次將在矸石場(chǎng)東南側(cè)200 m 左右的荒溝作為備用矸石溝,并經(jīng)相關(guān)部門批準(zhǔn)后由企業(yè)的負(fù)責(zé)部門確定,劃分出矸石場(chǎng)的用地范圍。
3)排矸場(chǎng)選址可行性分析。矸石場(chǎng)地的面積達(dá)到89 162.02 m2(133.74 畝),根據(jù)相關(guān)資料顯示,本次實(shí)驗(yàn)選用矸石I 類一般性固體廢物,其場(chǎng)地需要滿足該類固體廢物的處理場(chǎng)地要求,因此最終將矸石場(chǎng)定于洪洞縣趙城鎮(zhèn)處一座自然荒溝。
由于選擇的矸石場(chǎng)地處自然荒溝,經(jīng)過(guò)場(chǎng)地勘察發(fā)現(xiàn),溝底主要由黃土覆蓋,并且還生長(zhǎng)著許多雜草和灌木等植被,恰好適合矸石堆放;自然荒溝主要由草地和荒坡構(gòu)成,因此一旦出現(xiàn)泥石流、滑坡等自然災(zāi)害,也不會(huì)影響到矸石場(chǎng)的生產(chǎn);由于矸石場(chǎng)地地表為黃土,因此需要利用機(jī)械將溝底壓平壓實(shí),保障地基達(dá)到工廠承載力的標(biāo)準(zhǔn),避免在后續(xù)生產(chǎn)中出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,同時(shí)確保矸石場(chǎng)能夠正常運(yùn)行和生產(chǎn);排矸場(chǎng)不屬于國(guó)家規(guī)定的保護(hù)區(qū)域,因此無(wú)需遵守其他保護(hù)區(qū)域的相關(guān)規(guī)定;根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和選址要求,排矸場(chǎng)的地址必須與最近的居民生活區(qū)域距離超過(guò)500 m。根據(jù)分析可知,本次選址符合上述要求,因此符合環(huán)評(píng)及其批復(fù)的要求。
矸石場(chǎng)需將各類機(jī)器配備齊全,如壓路機(jī)、推土機(jī)、測(cè)量?jī)x器等。根據(jù)矸石場(chǎng)的規(guī)模大小最終決定招聘5 個(gè)專職人員,按照污染物處置標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求規(guī)范進(jìn)行工作,并且在固體廢物堆場(chǎng)邊上也裝設(shè)了環(huán)境保護(hù)的圖形標(biāo)志,達(dá)到矸石場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。
1)由于矸石場(chǎng)地的地形和地質(zhì)的關(guān)系,必須建設(shè)相應(yīng)的攔矸壩以保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的安全,因此在矸石溝外設(shè)計(jì)建設(shè)攔矸壩。
2)矸石溝底部需要設(shè)置涵洞,有利于引流水源,避免地表水堆積在矸石中。
3)矸石堆的坡度有一定的安全范圍,超出范圍會(huì)造成坍塌現(xiàn)象,因此必須嚴(yán)格控制邊坡的坡度。
4)還需考慮雨季造成的積水問(wèn)題,因此需在矸石場(chǎng)和邊坡坡面上合理設(shè)計(jì)排水渠,以保障矸石山的安全及質(zhì)量。
攔矸墻具有一定的阻擋矸石的作用,在矸石溝出口一定距離處利用混凝土為材料進(jìn)行修筑,其長(zhǎng)度和高度分別為89 m 和5 m,其中需預(yù)埋地底1.5 m 深,以保障攔矸墻不會(huì)倒塌,具有一定的堅(jiān)固性。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的是漿砌石重力式擋矸墻,即垂直式的墻,在澆筑完成后還需用水泥砂漿將墻面抹平。排洪涵洞需按照防洪的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求建設(shè),最終確定排洪涵洞的等級(jí)為V,設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇。洪水量的計(jì)算和暴雨量的計(jì)算也按照相關(guān)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,具體公式如下:
式中:i1p為概率為p 的1 h 暴雨量;kp為概率為p 的曲線模比系數(shù);為1 h 的最大暴雨均值。
經(jīng)過(guò)計(jì)算,預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)排洪涵洞中的涵管規(guī)格為Φ2.0 m×2.5 m×437 m,并可充分發(fā)揮排洪功能,將上游匯水排入至排矸場(chǎng)的下游中。
排水邊溝也是矸石場(chǎng)重要的排水設(shè)計(jì),在矸石溝周邊設(shè)計(jì)排水邊溝,利用M10 漿砌石修筑梯形的斷面,其厚度需達(dá)到0.3 m。為了避免積水殘留在矸石場(chǎng)中對(duì)矸石產(chǎn)生侵蝕和沖刷的影響,導(dǎo)致矸石的質(zhì)量和產(chǎn)量下降,必須在矸石場(chǎng)周邊設(shè)置截洪溝,將坡面的水流引流至排矸場(chǎng)的下游,避免矸石場(chǎng)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。排水溝通過(guò)的流量計(jì)算公式如下:
式中:Q 為通過(guò)流量;S 為斷面面積;c 為謝才系數(shù);R為水力半徑;i 為底坡。
計(jì)算結(jié)果表明,采用尺寸為120 cm×60 cm×60 cm的排水邊溝能發(fā)揮最大的排水效益,并設(shè)計(jì)為矩形漿砌石結(jié)構(gòu),整個(gè)矸石場(chǎng)的排水邊溝長(zhǎng)度約為1 590 m。矸石場(chǎng)生產(chǎn)前需利用特殊的運(yùn)輸工具將固體廢物運(yùn)輸至堆矸場(chǎng)中,隨后操作推土機(jī)將矸石推平,并對(duì)1 m 高的矸石反復(fù)壓實(shí),確保壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.85。
此外按照一定的比例堆放矸石,確保坡度在安全范圍內(nèi),每當(dāng)矸石堆放到2 m 高時(shí)需采用50 cm 厚的黃土將其掩蓋,使矸石和空氣隔開(kāi),避免矸石內(nèi)部熱量聚集達(dá)到可燃溫度,與氧氣反應(yīng)最后燃燒。設(shè)計(jì)邊坡前還需考慮是否需要建設(shè)馬道,本次設(shè)計(jì)每5 m 高的邊坡就需設(shè)置一個(gè)5 m 寬的馬道,并在邊坡橫向上設(shè)置邊坡阻流沖刷邊坡的匯水,保障邊坡的質(zhì)量。此外還需修筑反坡,坡度方向由外向內(nèi);在反坡豎向設(shè)置排水溝,由于矸石場(chǎng)和鄉(xiāng)村間修有道路,可利用現(xiàn)有道路進(jìn)行修建,在矸石場(chǎng)中修建與現(xiàn)有道路連接的新道路,在矸石場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中需定期對(duì)道路灑水和清理,保障道路的暢通,也要在道路兩側(cè)種植綠化植物,以吸收運(yùn)輸車輛和矸石生產(chǎn)產(chǎn)生的污染物。覆蓋于矸石上的黃土無(wú)需另外購(gòu)買,在周圍山坡上既有,為工程生產(chǎn)節(jié)省成本。由于矸石場(chǎng)易發(fā)生自燃現(xiàn)象,必須在矸石堆周圍設(shè)置消防設(shè)施。
2.5.1 邊坡平整
矸石堆放完成后,需對(duì)邊坡的外表進(jìn)行改造,覆土并種植利于生長(zhǎng)的植物。每個(gè)矸石場(chǎng)的環(huán)境條件不一樣,需根據(jù)場(chǎng)地特點(diǎn)對(duì)邊坡進(jìn)行調(diào)整,以保障矸石場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性。矸石需按照1∶2 的質(zhì)量比例,因此邊坡整形時(shí)可按照該比例進(jìn)行施工。邊坡整形也需對(duì)矸石道路和其他部分(如排水溝)進(jìn)行修整,合理設(shè)置矸石道路的坡度,便于雨水通過(guò)坡度流入排水溝中,因此設(shè)計(jì)矸石道路的坡度為2%,且外高內(nèi)低。
2.5.2 覆土平整
邊坡整形過(guò)后需采取覆土平整措施,新設(shè)計(jì)的平臺(tái)和斜坡的坡面存在高低不平的現(xiàn)象,利用黃土覆蓋使臺(tái)面和坡面平整,便于后期種植綠化植物。由于黃土的覆蓋會(huì)造成整個(gè)坡面的黃土層密度不均勻,因此可采取多次覆蓋壓實(shí)的方法使黃土層的壓實(shí)度達(dá)到85%。
矸石場(chǎng)原是荒地時(shí)主要生長(zhǎng)雜草,因此在建設(shè)完工后需采取復(fù)耕措施。矸石場(chǎng)必須遵循下述的原則執(zhí)行生態(tài)防護(hù)工作:可除去雜草,但對(duì)于原有的林木盡量不去毀壞;因地制宜,選擇最適合場(chǎng)地的環(huán)境治理防護(hù)措施,使綠化帶經(jīng)濟(jì)、美觀且實(shí)用,不僅可改善矸石場(chǎng)地的面貌,也具有穩(wěn)固生態(tài)環(huán)境的作用;綠化樹(shù)種盡量選用最生命力頑強(qiáng)的樹(shù)木進(jìn)行種植,以保障樹(shù)木的存活率,同時(shí)也降低了綠化成本。詳細(xì)生態(tài)防護(hù)措施如下:
2.6.1 水土保持工程
矸石場(chǎng)由于地質(zhì)特性,具有優(yōu)良的通透性,因此降水不會(huì)在地表形成徑流。但若有外來(lái)的水源,則會(huì)導(dǎo)致矸石場(chǎng)上的水量增大,造成邊坡出現(xiàn)塌方或滑坡的現(xiàn)象,因此必須格外注重矸石場(chǎng)的排水措施。若降雨強(qiáng)度較大時(shí),降雨的沖擊力會(huì)使矸石場(chǎng)的地表出現(xiàn)面蝕現(xiàn)象,降雨結(jié)束后則會(huì)出現(xiàn)深淺的水溝。因此,此必須將水土保持措施落實(shí)到位。
2.6.2 植物種類和栽種技術(shù)
通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn),了解并掌握在矸石區(qū)具有較強(qiáng)生長(zhǎng)力的植物,并根據(jù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)能力選擇適宜的鄉(xiāng)土植物種植于矸石場(chǎng),盡量選擇多種混種的模式,可提高植物的耐受力。
矸石溝水土流失現(xiàn)象主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是傾倒矸石使矸石的堆積并不密集,存在一定的空隙,稍有松動(dòng)就會(huì)造成滑坡、坍塌的現(xiàn)象,同時(shí)若遇到雨季,也會(huì)因雨水的沖刷帶走泥土,造成嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象;二是矸石堆的堆積會(huì)改變地形面貌,阻斷原有的水流,改變水流的流徑,使原流徑生長(zhǎng)的植物造成破壞,同時(shí)也影響現(xiàn)流徑的植物的生長(zhǎng)。因此,對(duì)于矸石溝水土流失問(wèn)題必須從上述方面入手,制定科學(xué)合理的水土保持方案:通過(guò)有效的矸石堆放提高穩(wěn)定性;避免雨水和水流沖刷地表;進(jìn)一步擴(kuò)大矸石場(chǎng)的綠化面積;不將矸石堆積于水流流徑處。
矸石堆積完成后需在坡面種植適宜生長(zhǎng)的植物,最終選擇紫穗槐和拔堿草,按照各自的種植標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行種植。按照混合種植的方式使坡面和矸石溝平臺(tái)恢復(fù)綠植狀態(tài)。
對(duì)削坡平整后形成的坡面、平臺(tái)進(jìn)行覆土,為確保坡體穩(wěn)定,對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行封場(chǎng)治理,主要作用是使矸石地盡快進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),改善當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境。種植灌木需覆土0.8~1.0 m,種植草需覆土0.5~0.8 m,斜坡處覆蓋0.3~0.5 m。
場(chǎng)地平整覆土后,為防止水土流失,恢復(fù)生態(tài)環(huán)境,種植適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的樹(shù)種,根系發(fā)達(dá)的植物可有效穩(wěn)固水土,減少水土流失和自然災(zāi)害,為保證綠化和樹(shù)木成活率,要定時(shí)灑水。
3.1.1 圖紙會(huì)審
由技術(shù)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)測(cè)量員及其他人員認(rèn)真學(xué)習(xí)、熟悉和審核圖紙。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)與建設(shè)單位和監(jiān)理單位溝通,確保數(shù)據(jù)無(wú)誤。
3.1.2 定位儀器準(zhǔn)備
本項(xiàng)目占地范圍廣,施測(cè)目標(biāo)多,施測(cè)頻率高,測(cè)量任務(wù)大。為確保工程測(cè)量滿足相關(guān)技術(shù)要求,以全站儀和水準(zhǔn)儀作為主要測(cè)量?jī)x器。主要測(cè)量?jī)x器配置如圖2 所示。
圖2 測(cè)量主要測(cè)量?jī)x器
3.2.1 控制測(cè)量
1)交接樁開(kāi)工前,依據(jù)建設(shè)單位和測(cè)繪單位對(duì)本工程平面控制點(diǎn)和高程點(diǎn)的交樁,由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人主持,由項(xiàng)目測(cè)量員進(jìn)行復(fù)核,如發(fā)現(xiàn)有不合格點(diǎn)位,應(yīng)及時(shí)上報(bào)建設(shè)單位、監(jiān)理及測(cè)繪單位,重新交樁,以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
2)建立控制網(wǎng)。依據(jù)建設(shè)單位提供的控制點(diǎn)進(jìn)行引測(cè)及加密,并建立施工測(cè)量控制網(wǎng)。因本項(xiàng)目場(chǎng)地較大,所以本工程采用導(dǎo)線平面控制網(wǎng)。采用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量。每個(gè)點(diǎn)位測(cè)2 個(gè)測(cè)回,距離和角度取平均值,兩次測(cè)回之差不超過(guò)規(guī)定限值。導(dǎo)線測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算采用近似平差,其結(jié)果符合二級(jí)導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求。
3.2.2 高程測(cè)量
如圖3 所示,高程測(cè)量采用S3 光學(xué)水準(zhǔn)儀,測(cè)量時(shí)前后視線長(zhǎng)度≤80 m,前后視距差≤5 m,其閉合差符合四等高程控制測(cè)量技術(shù)要求。各加密控制點(diǎn)的布設(shè)依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定,應(yīng)確保相鄰兩點(diǎn)間能夠相互通視,盡量不受旁折光影響,并且布設(shè)在對(duì)施工無(wú)礙且便于尋找、保護(hù)的地點(diǎn)。在選點(diǎn)處挖50 cm深的土坑以作為測(cè)量控制點(diǎn)的標(biāo)識(shí),澆筑一個(gè)上口寬15 cm、下口寬35 cm、高50 cm 的正棱臺(tái)混凝土墩,然后插入1 根直徑20 mm、長(zhǎng)為40 cm 的鋼筋,頂端鋸“十”字標(biāo)記,在距離底部5 cm 處做成90°彎鉤狀,最后將墩臺(tái)周邊覆土回填。設(shè)置在硬化地面的控制樁采用水泥釘作為標(biāo)記,周邊設(shè)置標(biāo)識(shí)牌。標(biāo)識(shí)完成后需等最少24 h 后方可使用??刂茰y(cè)量完成后請(qǐng)監(jiān)理單位和建設(shè)單位對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行檢查驗(yàn)收并履行相關(guān)手續(xù)。
圖3 控制點(diǎn)情況
人類的生產(chǎn)離不開(kāi)土地,土地為我們帶來(lái)各類資源,由于我國(guó)科技的進(jìn)步,造成我國(guó)參與農(nóng)作的農(nóng)民數(shù)量迅速降低,可耕地面積也逐漸縮小。因此在執(zhí)行矸石溝的環(huán)境治理時(shí),也可恢復(fù)原有的耕地,為農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
通過(guò)對(duì)矸石場(chǎng)的治理,有效降低矸石場(chǎng)產(chǎn)生的有害氣體以及粉塵,對(duì)周邊環(huán)境的污染和破壞程度較低,可通過(guò)環(huán)境的自凈能力恢復(fù)正常生產(chǎn),為農(nóng)業(yè)提供有效用地,減少工農(nóng)間的糾紛,也為周邊居民提供穩(wěn)定的生存環(huán)境。因此采取環(huán)境治理工程對(duì)矸石場(chǎng)的可持續(xù)生產(chǎn)發(fā)展具有積極作用,也可推進(jìn)當(dāng)?shù)谿DP的增長(zhǎng),促進(jìn)城鎮(zhèn)一體化發(fā)展。矸石場(chǎng)的生態(tài)保護(hù)建設(shè)實(shí)際效果是非常明顯的,將因矸石場(chǎng)建設(shè)和生產(chǎn)而破壞的區(qū)域恢復(fù)到最初狀態(tài)。
以洪洞縣趙城鎮(zhèn)礦山矸石場(chǎng)作為實(shí)踐對(duì)象,驗(yàn)證了提出的采用地貌重塑、土壤重構(gòu)和植被恢復(fù)三大礦山修復(fù)核心技術(shù)修復(fù)方案是具有顯著成效的,可為其他矸石場(chǎng)的環(huán)境治理所借鑒。本次實(shí)踐證明該方案不僅可推進(jìn)矸石場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展,也為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。在自然災(zāi)害防治方面,降低了邊坡坍塌、泥石流發(fā)生的機(jī)率,減少了矸石場(chǎng)的安全隱患,起到防災(zāi)的目的;在土地資源方面,不僅盡可能地恢復(fù)原有的土地功能,提高生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性,通過(guò)種植大量的綠化植物,提高了矸石場(chǎng)的美觀程度,也體現(xiàn)了工廠和生態(tài)共同發(fā)展的局面;在土地利用方面,矸石場(chǎng)的建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中充分利用周邊的環(huán)境資源,也根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)制定合理的矸石場(chǎng)生產(chǎn)方案,充分體現(xiàn)了區(qū)域生態(tài)環(huán)境資源的利用價(jià)值。實(shí)施該修復(fù)方案后,一方面實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)的綠化帶美觀建設(shè),另一方面也充分發(fā)揮生態(tài)環(huán)境的功能,為矸石場(chǎng)帶來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇。