石灰巖礦水土流失特點及治理措施研究

杜紅柳

（山西省長治市水利發展中心，山西 長治 046000）

0 引言

礦山開采行為必然造成劇烈的地表擾動，導致原地貌類型結構性改變，且易引發地質災害，這將造成當地水土資源和生態環境的顯著性破壞。因此，礦山開采必須做好水土流失治理和生態環境保護。

石灰巖礦的水土流失特點主要表現為水土流失面廣，時間長，極易秀發劇烈的風蝕、水蝕和重力侵蝕。水土流失重點防治區通常為露天采礦區、工業場地區、排土場區和尾礦庫區等。露天礦藏在投建和后期生產運行過程中均會產生大量的棄渣和尾礦，造成山體剝離，擾動的植被覆蓋面增大。同時由于采選一體化的特點，在建設運營期會產生大量的水土流失。

1 工程概況

1.1 礦區基本情況

長治市熔劑用石灰巖礦山開采項目，總占地面積17.4628 hm2。礦區整體自西向東布置于自然寬闊沖溝，地勢西高東低。礦山開采面積為0.0446 km2，開采礦種為熔劑用灰巖，生產規模為30 萬t/a。礦山設計開采方式為露天開采，設計開采標高1225 m～1140 m，劃分為9 個開采臺階，臺階高度10 m。采用潛孔鉆機鉆孔，中深孔爆破，挖掘機及裝載機采裝，自卸車運輸，開采順序為自上而下、由北西向南東推進、一面墻式開采。

1.2 水土流失預測

項目水土流失調查與預測范圍依據水土流失防治分區將調查預測單元劃分為：露天采場區、工業場地區、辦公生活區、廢石場區和交通道路區。根據工程實際與施工進度，現狀擾動區域作為調查單元，其后擾動區域作為預測單元。

經計算，項目可能產生的水土流失總量為1803.26 t（其中調查單元1305.16 t、預測單元498.10 t），其中新增水土流失量1624.25 t（其中調查單元為1182.01 t、預測單元為442.24 t）。項目調查單元、預測單元水土流失量計算表及水土流失量匯總統計表見表1。

表1 調查與預測水土流失量匯總表

2 水土保持措施設計

2.1 措施總體布局

本工程水土流失防治分區根據工程內容組成、水土流失特點、生產功能區劃和水土保持措施布設等情況，共分為5個防治區，分別為露天采場防治區、工業場地防治區、辦公生活防治區、廢石場防治區、交通道路防治區。露天采場防治區處于持續開采運輸狀態，工業場地防治區為灰巖礦破碎、篩分和堆儲的生產常態，擬建廢石區在建設初期處于接納廢石階段，交通道路區（含擬建道路）則長期承擔物料倒運和產品輸出的負荷狀態。因此本方案根據礦山開采生產特點，將各防治分區水土保持措施布設劃分為現狀防護情況、閉礦封場后主體計劃實施的地質環境保護與治理恢復、土地復墾工程（主體設計內容）措施，方案新增措施根據主體已有和計劃實施的工程內容，進行針對性地補充和完善，將項目區各防治分區形成科學有效的防治體系。本方案水保措施總體布局見圖1。

圖1 水土流失防治措施體系框圖

2.2 分區措施布局

2.2.1 露天采場防治區

露天采場是指用礦山設備進行剝離及采礦的場所，為開采所形成的采坑、臺階和露天溝道總稱，是金屬礦水土流失的防治重點區域[1]。露天采場是擾動破壞最為劇烈的防治分區。

（1）現狀防護情況：除開采準備期對裸露表土和邊坡表土進行臨時苫蓋保護外，主體未布置任何形式的水土保持工程、植物防護措施。

（2）開采終了主體設計：礦區邊界頂部邊緣布置漿砌石截排水溝；采坑平臺覆土后復墾為耕地，采場邊坡種植爬山虎進行陡坡防護，開采掘進平臺覆土后撒播紫花苜蓿和種植油松，恢復為有林地。

（3）方案新增防護措施：礦區現開采平臺標高為1140 m，在后續開采過程中會陸續以1220 m、1210 m、1200 m、1190 m、1180 m、1170 m、1160 m、1150 m、1140 m共9 個開采平臺，因此會在現采坑基礎上進行下切和上拓，現有采坑平臺將不復存在，因此方案新增措施結合封場閉礦后主體設計地質環境保護和恢復治理、土地復墾計劃，主要著眼于開采期臨時防護措施。因此方案新增開采平臺邊坡、礦山運輸道路邊坡、采坑裸露地表和場地堆料區布置密目網臨時苫蓋措施，既防止邊坡碎石順坡滑落的安全隱患，又可較好地防止徑流沖刷和抑制揚塵。

2.2.2 工業場地防治區

工業場地是主要的生產區域，主要布置有生產加工設備、棚蓋料場、傳送帶及筒倉等生產和輔助生產設施，大部為硬化場地和棚蓋區域，本區也是主體設計主要土地復墾區。

（1）現狀防護情況:場地沿溝道南側邊坡內側布置簡易排水溝槽，將上游匯水排至下游自然溝道；場地內露天堆料場有密目網苫蓋防護措施。

（2）開采終了主體設計：拆除所有構建筑物，覆土翻耕培肥，恢復為旱作耕地。

（3）方案新增措施：工業場地建筑布置緊湊，經現場調查，現有排水設施基本可滿足場地排水要求，空余區域均有堆料且無法替代，基本沒有可實施綠化區域，因此本方案不新增水土保持工程及植物措施；補充場地內裸露地表和堆料區進行苫蓋防護措施。

2.2.3 辦公生活防治區

辦公生活區主要布置有礦區管理辦公樓、職工宿舍、停車場地、食堂浴室、蓄水池、磅房等辦公生活及公輔設施。

（1）現狀防護情況:布置有場地排水設施，用以收集辦公樓、職工宿舍、食堂浴室等辦公生活設施生活污水及場地排水。

（2）開采終了主體設計：拆除清理原有建筑物，復墾為耕地。

（3）方案新增措施：現在設施可基本滿足防治區水土流失要求，本方案不增加新的水土保持工程。

2.2.4 廢石場防治區

廢石場位于礦區西部、露天采場山梁西北部約120 m的自然荒溝內，主體設計僅初步指定廢石場場址，未對廢石場進行專項設計，方案補充設計擬建廢石場及相應水土保持措施布設。設計廢石場占地面積1.2023 hm2，為永久占地，場地標高1113 m～1154 m。方案布置擋渣墻、邊坡及馬道截水溝、溝底盲溝、滲流消力池等設施；廢石場表面覆土，臺階坡面及馬道種植灌木，頂部平臺栽植喬木。

方案設計在標高1113.0 m砌筑M10 漿砌石擋墻36.3 m，擋墻總高3.0 m，基礎深度1.0 m，出露高度2.0 m，頂寬1.0 m，內邊坡坡比1∶0.5，外墻為直立，前趾后踵寬度均為0.5 m；擋墻基礎由0.2 m碎石墊層取平，擋墻布置2 層Φ100 PVC排水孔，層距1.0 m，孔距2.0 m，排水孔后靠近擋墻墻面布設反濾料；溝底設計漿砌石盲溝，盲溝下游穿越擋渣墻后出口連接滲流消力池，溝長154 m，盲溝內碼放塊石。擋墻下游6.0 m處設計漿砌石滲流消力池，用以收集溝內滲流和坡面匯集徑流，并兼具對坡面徑流的消能穩流作用。池內滲流和徑流主要為雨水，且廢石場堆放物成分為泥灰巖，無毒無害，可自流導引下游耕地實施灌溉。

廢石場剔排廢石分層堆放，每層堆放高5.0 m，用重型壓路機壓實，每層堆放達高后向內錯3.0 m寬馬道。方案設計最終實際堆高為39.0 m，堆積層數共為8 層，設計最大廢石場容量為9.081 萬m3，其中堆排泥灰巖廢石7.766 萬m3，表層覆土量1.183 萬m3（覆土厚度1.0 m），尚有0.133 萬m3余量可堆放其它無用渣石。設計廢石場邊坡和馬道經人工整地后種植藥用經濟灌木連翹，頂部平臺擬種植適宜當地生長的矮化核桃經濟林。

方案設計在廢石場兩側邊坡坡腳與場地結合處砌筑M10漿砌石截水溝，以排導兩側邊坡因降雨形成的徑流，避免對場地的沖刷而產生新的水土流失，出口接入下游滲流消力池。設計兩側截水溝總長為463.6 m；廢石場馬道內側布置M10漿砌石排水溝，對層間坡面和馬道徑流導引至兩側截水溝，設計馬道排水溝總長為450.1 m。

2.2.5 交通道路防治區交通道路防治區主體沒有布置排水溝和全線行道綠化。（1）現狀防護情況：連接辦公生活區和工業場地的礦區道路兩側種植有行道樹和灌木綠籬。

（2）開采終了主體設計：進場道路在閉礦封場后保留使用，礦區場內運輸道路封場閉礦后進行土地復墾。

（3）方案新增措施：進場道路東外側種植行道樹；擬建道路邊坡增設臨時苫蓋防護，避免徑流沖刷和大風揚塵。

3 結語

石灰巖礦的建設內容復雜，且不同區域情況差異很大，因此在設計水保措施的過程中應綜合考慮礦山開采方式、地形地貌、氣象因素等，分區域綜合采取工程措施、植物措施和臨時措施，確保礦山建設期和運行期均能將水土流失降到最低，最大程度減小礦山開采對環境的擾動。根據長治市熔劑用灰巖礦賦存礦山儲量、開采規模等因素，各防治分區水土保持措施布設在現狀防護基礎上，結合閉礦封場后主體設計地質環境保護和治理恢復、土地復墾工程，立足現有工程，與主體設計計劃實施的治理與復耕工程實現較好地銜接，方案新增防護措施，減少和避免了開采期建設生產活動造成的新的水土流失，同時還將在開采期完成后繼續發揮防護作用。