吉林省磐石市姚財白灰廠石灰巖礦礦山環境治理設計

劉夢奇，馮 曲

吉林省第二地質調查所，吉林 吉林市，132013

1 治理區環境地質概況

1.1 地理位置及交通

治理區位于磐石市明城鎮北1.5 km處磐石—吉林公路旁。地理座標：東經：126°00′05″；北緯：43°12′45″。

該區距磐石市約33 km，距吉林市約105 km，有磐石—吉林公路相連，交通方便。（見圖1）。

1.2 地形地貌及氣候

本區為低山丘陵區，最高處海拔303.5m，最低處270m，高差33m。山坡坡度在10°～17°之間。

本區屬北寒溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱少雨，夏季濕熱多雨，秋季涼爽，天氣晴朗，冬季寒冷漫長。多年平均氣溫在3.5 ℃左右。一月份氣溫最低，極端最低氣溫為-40.4 ℃（2001年1月13日）；七月份氣溫最高，極端最高氣溫37.8 ℃（1997年7月24日）；多年平均降水量677.4mm，年最大降水量918.8mm（2005年），日最大降水量142.0mm（1989年7月22日）；降水多集中在6～8月份，占全年降水量60%以上；多年平均蒸發量1 362.4mm；最大凍土深度1.70m；常年主導風向為東北風和西南風，最大風速8m/s。

本區地震基本烈度為Ⅵ度區。

1.3 治理區地質概況

（1）地層：本區及其附近出露的地層為石炭系下統鹿圈屯組碎屑巖段。由灰黃色粉砂巖、頁巖、長石石英砂巖夾灰巖透鏡體組成。巖層近南北走向，向西傾，傾角40°左右。

（2）礦體：礦體為含硅質結核灰巖，在區內出露長190m，寬120m。現礦體已基本開采完畢，剩余部分屬風化強烈、質量達不到要求的圍巖。

（3）區域構造特點：本區位于內蒙—大興安嶺褶皺系；吉林褶皺帶；吉林復向斜南西翼。

圖1 吉林省磐石市姚財白灰廠石灰巖礦礦山地形地質圖Fig.1 Topographic and geologicmap of Yaocai lime factory limestonemine in Panshi City, Jilin Province

區域構造以北東向及北西向褶皺及斷裂為主。受區域構造作用影響，區內巖石中節理裂隙非常發育，破壞了基巖的穩定性。

（4）水文地質條件：該礦為露天開采礦山，最低開采標高高于當地侵蝕基準面，含水層為基巖裂隙水，富水性弱，采場充水來源主要為大氣降水。可以自然疏干。礦山雖然位于黃河水庫邊，如開采深度不低于侵蝕基準面以下，水庫對礦山無影響。礦山水文地質條件屬簡單型。

（5）工程地質條件：該礦所采礦石為石灰巖，屬較堅硬巖石，區內沒有較大斷裂通過，巖石中節理、裂隙不發育，巖石穩固性較好。礦體頂部腐植土層和殘坡積層厚約2m，屬松散巖土類，穩固性差，易出現土質滑坡，應進行剝離。礦山工程地質條件屬簡單型。

1.4 治理區主要環境地質問題

（1）該石場于2007年閉坑停采。現留有兩個采場，西側采場緊靠公路，采場南北長130m，東西寬55～75m，占地面積約9 000m2。南側采場面臨黃河水庫，東西長270m，南北寬30～70m，占地約14 850m2。西側采場有一處開采殘留下的強風化灰巖山包，該山包與周圍自然景觀極不協調。南側采場有一個采深超過黃河水庫最低水位線的采坑，采坑內最深處達4～5m，現坑內全部為積水。

（2）西側采場掌子面最高處達25m，南側采場掌子面最高處達26m，兩側采場邊坡角均大于70°，隨時有出現崩塌的可能。

2 境整治設計要點

依據有關部門要求，對姚財白灰廠石灰巖礦進行環境治理，將其重建成一個與當地自然環境相和諧的生態系統。其設計要點如下：

（1）治理與復綠相結合，邊治理、邊復綠。

（2）將西側采場殘留的山包全部撤掉。

（3）對南側采場內深坑采取回填方式將其墊平。

（4）對兩個采場高陡邊進行撤坡治理，治理順序由上至下分水平臺階式安全剝離。

（5）治理地段為西側采場和南側采場。

2.1 環境治理要素

（1）場地平整：西側采場將開采殘留下的山包撤平至275m標高。將南側采場位于黃河水庫邊，黃河水庫最高水位為270～271m標高，擬將南側采場回填至273～274m標高。

（2）邊坡治理：①臺階高度：10m；②臺階邊坡角：50°；臺階寬：5m；最終邊坡角：34°

2.2 復綠方案

場地平整后可做為工業、商業或農業用地。撤坡后的臺階設置植生槽，回填腐殖土，種植一些灌木和藤科植物。平臺邊部種植灌木，內側種植上爬類植物。

2.3 排水系統

邊坡坡頂設截水溝，坡底設排洪溝，各平臺設排水溝，截水溝和各平臺排水溝的雨水通過急流槽流入排洪溝，導入黃河水庫中。

3 治理實施方案

3.1 治理方法

姚財石場位于磐石—吉林公路邊，過往行人和車輛均可看到殘缺的山體和人工破壞跡象。為改善環境現狀擬對本區采用剝離和回填等方法進行環境重建。

（1）剝離境界：①為了達到與周圍環境和諧，設計西側采場進行殘留山包和邊坡剝離。剝離范圍南北長130m，東西寬120m，面積12 800m2。②南側采場進行邊坡剝離和采坑回填。剝離和回填范圍東西長280m，南北寬80m，面積18 200m2。

（2）臺階高度的確定：本區巖石內摩檫角大約在60°～65°之間，巖石堅固系數f=5～6左右。軟化系數在0.8～1.0左右。根據巖石內摩角，將臺階邊坡角定為50°，將臺階高度確定為10m是穩定的。

（3）臺階寬度的確定：由于采場掌子面最大高度只有26m，所以西側采場只剝離一個臺階。南側采場西段設計剝離兩個臺階，東段設計剝離一個臺階。

（4）最終邊坡角的確定：根據巖石堅固系數和內摩擦角，確定各臺階邊坡角為50°。治理后的最終邊坡角以不大于34°為宜。

3.2 剝離量估算

為了求算全區剝離量及回填量，在全區設計了8條剖面，這些剖面除第8剖面以外，全部平行排列。所以采用平行斷面法進行剝離量和回填量估算。估算結果見下表：（見表1）

全區總剝離量為73 924m3，回填量56 787m3。在剝離過程中可以回收約15%的普通建筑毛石，總計約1.1萬立方米。這些毛石可以用作砌筑排水溝渠。

3.3 施工方案

本區地層巖性為石灰巖，屬較硬巖層，在治理施工過程中，需穿孔爆破。先由測量單位，測出場地剝離標高位置和回填標高位置及邊坡臺階的具體位置，之后進行爆破由上向下逐臺階剝離。

4 水土保持設計

4.1 水土流失預測

本區屬丘陵區，比高33m，地形坡度10°～17°，地形較平緩。本區匯水面積約0.08 km2，暴雨頻率1/10左右。裸露的臺階及斜坡水平投影面積達0.03 km2，這些裸露面極易被水流沖蝕，尤其是表土層被破壞后，泥土被雨水沖刷外流，形成水土流失，按土壤侵蝕模數40 000 t/km2計算，每年流失量預計可達1 200 t。

4.2 水土流失防治的設計原則

（1）采取措施，確保邊坡穩定，尤其是處于風化層及表層中的永久性邊坡穩定，不被雨水沖刷。做到邊治理，邊綠化，治理與水土保持同步進行的原則。

（2）工程措施與生物措施相結合的原則。

（3）因地制宜，因害設防，盡量減少治理復綠過程中可能造成的水土流失影響。

4.3 水土流失防治措施

（1）工程措施：①沿剝離區邊緣2～5m 布置截水溝，防止山坡水流向坡面。截水溝斷面為0.5m×0.5m ，梯形漿砌片石結構。②剝離完畢后，在各臺階上沿巖面坡底布置排水溝。排水溝斷面為0.5m× 0.5m，矩形漿砌片石結構。③每隔50～100m修建一條坡面泄水溝（急流槽），急流槽斷面為0.8m×0.8m，梯形漿砌片石結構。④最終坡底布置排洪溝，排洪溝斷面為1.0m× 1.0m，梯形漿形漿砌片石結構。

（2）生物措施：①植物槽，每完成一個臺階，在平臺上修建植生槽，外側修建漿砌毛石擋堤（堤高1.20m）槽內回填0.8～1.2m厚的腐植土，營建植物生態環境。②噴混植生，臺階邊坡處用噴混植生技術進行強制綠化。該技術是利用特制噴混機械將土壤有機質、肥料、保水劑、植物種子、粘合劑等混合干料攪拌均勻后加水噴射到巖面上，形成一層即保障植物生長發育、 而種植基質又不被沖刷的多孔穩定結構層，從而達到快速恢復地表植被。③植物品種配置在臺階平臺以種植灌木為主，在有條件的情況下可種植一些果樹。臺階邊坡易種植一些爬藤植物，如爬山虎類。

表1 剝離量、回填量計算表Table 1 Calculation table of stripping and back fi ll amount

5 治理成本預算

本次環境治理，包括撤坡、平整場地、復綠及水土保持4個方面，其治理成本預算如下：

（1）撤土石方73 924m3（單價15元/m3）110.88萬元；

（2）回填土石方56 787m3（單價15元/m3）85.18萬元；

（3）修筑0.5×0.3×0.3m 排水溝450m（單價180元/m ） ,共計8.10萬元；

（4）修筑0.5×0.4×0.3m 急流槽150m（單價240元/m ） ,共計3.60萬元；

（5）修0.8×0.6×0.5m 排洪溝 600m（單價270元 /m） ,共計16.20萬元；

（6）涵洞200m(單位5000元 /m) ,共計100.00 萬元；

（7）撒播草子9 000m2（7.2元/m2） ,共計6.48萬元；

（8）植樹1200棵（5元 /棵） ,共計0.60萬元。總計： 331.04萬元。

[1] 吉林省地質礦產局.吉林省區域地質志[M]．北京：地質出版社，1989．

[2] 吉林省第二地質調查所. 吉林省磐石市姚財白灰廠石灰巖礦儲量核實報告[R].2002

[3] 中冶集團長沙冶金設計研究總院深圳分院.羅定第五石場整治復綠工程整治復綠設計[R].2004