采石場水土保持方案設計研究

牛艷秋

(海城市水利事務服務中心，遼寧 海城 114200)

一般地，礦區(qū)周圍地質條件良好，礦巖穩(wěn)固，不易形成地質災害。然而，從水土保持的角度上，采礦形成的邊坡若不實行防護，不僅影響礦山的正常生產，而且會出現(xiàn)滑坡等危險，排巖場排巖的堆放和表土堆放若攔擋不當，將會引起水土流失，對周邊環(huán)境造成影響。此外，作業(yè)路徑流若不能及時導走，也會造成水土流失，影響礦石的運輸。因此，為保證工程建設完全滿足水土保持的要求，有必要對采場設計邊坡防護、對排巖場設計攔擋、對作業(yè)路補充補充種植和臨時排水措施，并輔以植物措施等[1-3]。

1 工程背景

采石場位于海城市南西19km處，礦區(qū)范圍13.07hm2，地質儲量：建筑石礦(白云石大理巖)1709.894萬t(633.294萬m3)，綠泥石礦82.393萬t(34.33萬m3)，設計生產能力白云石大理巖2萬m3/a，綠泥石4萬t/a；預計服務年限1號露采區(qū)8a，2號露采區(qū)為14a，地下采區(qū)8a，開采標高195-110m。

按照礦石儲量規(guī)模，該礦是一個小型礦山，露天開采服務年限為8-14a，地下礦山服務年限為8a，露天和地下開采綜合，礦山服務年限取14a。工程占地9.12hm2，其中采場占地4.02hm2，排巖場占地0.66hm2，作業(yè)路占地0.78hm2，洞采及辦公生產區(qū)占地1.92hm2，料場占地1.74hm2。水土保持防治責任范圍共9.26hm2，其中項目建設區(qū)9.12hm2，直接影響區(qū)0.14hm2。

項目所在地屬于國家級和省級水土流失重點監(jiān)督區(qū)，根據(jù)相關要求在此區(qū)域內一切生產建設項目必須編報、實施水土保持方案，并對局部原生水土流失較嚴重的地方要加強治理[4-5]。

2 水土流失預測

2.1 預測范圍、單元、內容與時段

1)預測范圍。根據(jù)地表受擾動程度、工程特點、施工進度、水土流失現(xiàn)狀以及項目區(qū)環(huán)境，確定 預測范圍為整個項目占用區(qū)域。工程占地共9.12hm2，因此水土流失預測面積為9.12hm2。

2)預測單元。依據(jù)工程組成、施工擾動特點、水土流失影響程度及地貌特征，將水土流失區(qū)劃分為采場、排巖場、作業(yè)路、洞采及辦公生產區(qū)、料場5個預測單元。

3)預測內容。依據(jù)技術規(guī)范相關要求，確定水土流失預測內容如下：①土地損壞、原地貌和植被擾動面積；②水保設施損壞面積、數(shù)量；③建設中棄土、棄渣量；④項目造成的水土流失量。

4)預測時段。該項目為改擴建建設生產類項目，基建工程只有2號采場與2號排巖場，基建工程量小且時間短，故預測時段分為運行期和自然恢復期2個時段，詳見表1。

表1 水土流失預測時段

2.2 預測方法

1)土地損壞、原地貌、植被擾動面積預測。根據(jù)主體工程的設計資料和現(xiàn)場調查勘測，對工程建設地表擾動、林草植被損壞、土地亞展面積利用計算法進行預測。

2)水保設施損壞面積、數(shù)量預測。將圖上測量與實地調查法相結合，以地貌損壞程度、數(shù)量和各單元占地類型為基礎，根據(jù)遼寧省關于水土保持設施的界定預測工程可能損壞的水土保持設施的情況。

3)棄渣量預測。根據(jù)主體工程土石方平衡情況預測項目建設期的棄土量，結合主體工程開采工藝中提供的剝采情況、采場年生產能力和采場使用年限預測廢石量[6]。

4)水土流失量預測。項目運行期和自然恢復期采用《遼寧省第三次土壤侵蝕遙感調查報告》中的經(jīng)驗公式、遼寧省水土保持研究所關于采石排渣場土壤侵蝕試驗研究得出的經(jīng)驗公式進行計算。依據(jù)不同的地貌條件選擇相應的經(jīng)驗公式或參數(shù)取值，工程建設擾動地表前后土壤流失量可利用下述公式計算：

(1)

式中：Wsi為土壤侵蝕量，t；Fi、Mi、Ti為預測區(qū)i的侵蝕模數(shù)，t/km2·a、面積km2和預測時間a；n為預測區(qū)個數(shù)。

2.2 預測成果

1)土地損壞、原地貌和植擾動面積。通過現(xiàn)場勘察和主體工程分析，建設期和運行期共土地損壞、原地貌和植被擾動面積共9.12hm2，詳見表2。

表2 工程擾動地表面積

2)水保設施損壞面積、數(shù)量。依據(jù)有關規(guī)定要求，對工程建設區(qū)占地類型進行統(tǒng)計，項目占地類型為疏林地、跡地和荒地，其中地下采區(qū)采用井采方式，不會損壞原地貌，故項目水保設施損壞面積9.12hm2。

3)棄渣量。根據(jù)主體設計礦山開采境界內露采區(qū)開拓巖土總量為2.4萬m3，洞采區(qū)運行期后因市場需要及企業(yè)自用基本上無排巖，綜上運行期共產生永久棄渣2.4萬m3。項目料場、作業(yè)路、洞采及辦公生產區(qū)為原有設施，基本建設已完成，無棄渣。2號露天采場區(qū)共剝離表土0.5萬m3，1號采場區(qū)、料場區(qū)、2號排巖場區(qū)、洞采及辦公生產區(qū)、作業(yè)路區(qū)剝離表土已經(jīng)完成，故臨時堆放表土計0.5萬m3。剝離的表土臨時堆存于礦區(qū)內的2號排巖場內，礦區(qū)綠化時用于覆土。

4)水土流失量。該項目為礦山已建項目，生產建設期已過，因此只對運行期、自然恢復期進行水土流失預測，即預測采場區(qū)、排巖場區(qū)、料場區(qū)、洞采區(qū)及辦公生活區(qū)、作業(yè)路區(qū)均可能產生水土流失，結果見表3。

表3 運行期新增水土流失量

在自然恢復期，各項水保措施特別是植物措施尚不能完全發(fā)揮水保功能，水土流失雖然較建設期有一定程度的緩解，但是仍然有一定量的發(fā)生。植物措施由于要兩年時間才能完全發(fā)揮其水保功能，故自然恢復期預測時間以2a計算。礦山開采終止后，辦公生產區(qū)、料場區(qū)以及部分作業(yè)路仍將長期存在下去，故上述不能恢復的區(qū)域不作預測，各功能區(qū)在自然恢復期水土流失量見表4。

表4 自然恢復期水土流失量

因此，運行期水土流失增量為2544.95t，自然恢復期水土流失增量為-258.68t，該項目水土流失增量合計2286.27t。

3 水土保持方案設計

3.1 防治目標

結合項目區(qū)自然條件和水土流失防治標準，該工程為一級防治標準。由于礦區(qū)不同功能區(qū)域的建設、運行性質差別很大，所以礦區(qū)不同功能區(qū)域分別制定防治標準，各項定量指標如表5。

表5 生產運行期水土流失防治目標

3.2 整體布局

根據(jù)水土流失預測結論和分區(qū)防治特點，結合施工區(qū)自然環(huán)境狀況，確定各區(qū)的措施布置，措施配置中以臨時防護措施控制集中的水土流失，同時為植物措施的實施創(chuàng)造條件[7]。

3.2.1 采場防治措施

露天采場區(qū)占地面積4.02hm2，占地類型為荒地，水土保持防治措施如下：

1)運行期防治措施。①截水溝工程：在采場邊緣應修筑漿砌石截水溝，以攔截徑流，避免徑流沖刷加劇侵蝕，并保證場內徑流順暢排走，使采場下游不致造成沖刷侵蝕。截水溝選用矩形斷面，通過水力演算，截水溝寬b=0.5m，水深h=0.6m時，過流量為0.67m3/s>0.57m3/s，截水溝斷面滿足設計要求。采場截水溝長360m，漿砌厚度20cm，挖方260m3，漿砌石152m3，漿砌石截水溝典型設計如圖1所示。

圖1 截水溝設計圖

2)表土剝離：2號采場在開采前，一次性剝離表土，剝離面積1.8hm2，平均剝離厚度30cm，運行期間共剝離表土5000m3。剝離的表土臨時堆存于排巖場內，用于自然恢復期覆土綠化，平均運距500m。

3)邊坡噴固化劑：隨著采礦場臺階的形成，為有效防止揚塵及水土流失，在固定邊坡處采取噴固化劑的方法，噴灑面積1.1hm2。

4)削坡設平臺：針對1號露天采場形成的近30m的高陡邊坡，原方案設計進行緩坡處理，方式如下：按10m一個臺階，60°坡面角進行處理，形成3個臺階，3個平臺高程為140m、150m、160m，面積3200m2。

5)自然恢復期防治措施。恢復植被：采場開采結束后，在采礦場平臺上及采場底部進行土地平整，然后覆土，植苗栽植刺槐，有效防治水土流失。先對場地進行平整，平整場地2.92hm2，平整后覆土，厚度40cm，覆土面積2.92hm2，共需覆土11680m3，平均運距500m；穴狀整地種植刺槐以恢復植被，整地規(guī)格50cm×50cm×50cm，刺槐株行距1×1，共需2.92萬株。

3.2.2 排巖場防治措施

設置排巖場2個，每采場設1個排巖場，面積0.66hm2，標高160m，可容納巖石3萬m3。運行期產生永久棄渣2.9萬m3，因此排巖場可滿足礦山的排巖要求。排巖場占地類型為荒地，地勢較平緩。

1)運行期排巖場防治措施。

a)臨時防護編織袋擋土墻：運行期間對于排巖場臨時形成的邊坡在堆體底部用裝土編織袋臨時擋護(見圖2)，以減少水土流失，長度200m，高1.2m，共需編織袋8000個，裝土240m3。

圖2 排巖場運行期編織袋擋墻措施圖

b)2號排巖場種草：因2號排巖堆放有剝離的表土近5000 m3，為了減少降雨擊激引起堆放過程中的水土流失，進一步提高防治效果和植被覆蓋度，可在堆體表面撒播草籽。撒播草籽量為15kg/hm2，草種應為無病蟲害、生活力強、籽粒飽滿、成熟好和無霉變的新種子，設計以選擇紫花苜蓿，共撒播草籽1.5kg。

2)自然恢復期防治措施。排巖結束后，在排巖場平臺和邊坡上進行場地平整覆土種植刺槐，有效防治水土流失。場地平整0.66hm2，覆土厚度40cm，覆土面積0.66hm2，共需覆土2640m3，平均運距500m；穴狀整地種植刺槐以恢復植被，規(guī)格50×50×50cm，刺槐株行距1×1，共需6600株。

3)排棄過程中應注意的問題。排棄前將山坡上的雜草清除，并挖成內傾2%-3%的臺階形式；遇坡度較大地段或者光滑體時，采取棋盤布點爆破增強基地粗糙度；在排棄過程中，除留有巖土自然沉降量外，使各排棄平臺形成2%-3%內向坡度，以防止地表水匯流沖刷邊坡而引起細溝侵蝕及瀉溜等[8]。

3.2.3 作業(yè)路防治措施

1)運行期防治措施。

a)臨時排水溝：在作業(yè)路靠山一側修建土質排水溝，根據(jù)礦區(qū)以往經(jīng)驗，選擇排水溝為梯形斷面，底寬30cm，深30cm，邊坡1:1，上口寬90cm。經(jīng)校核完全符合排水要求，總長660m，挖方396m3。挖出的土方就地整平。

圖3 排水溝設計斷面

b)行道樹：在采場外、礦區(qū)內的作業(yè)路單側栽植行道樹，樹種選擇抗塵性能強的刺槐，株距1m，共需刺槐500株。

2)自然恢復期防治措施：在采場開采完畢后，覆土栽植刺槐以恢復植被。先進行土地平整，面積0.12hm2，覆土厚度40cm，共需覆土480m3，平均運距500m；穴狀整地種植刺槐以恢復植被，規(guī)格50cm×50cm×50cm，刺槐株行距1×1，共需1200株。

3.2.4 料場區(qū)防治措施

運行期間對于料場臨時形成的邊坡在堆體底部用裝土編織袋臨時擋護，以減少水土流失，長度50m，高1.2m，共需編織袋2000個，裝土60m3。同時，為了減少料場中的粉質性原料發(fā)生風蝕的現(xiàn)象，設計利用苫布2000 m2覆蓋料粉，防止風蝕水蝕(主體工程已有)，另外，為盡可能的減少水土流失，對場面實施硬化措施，面積9000 m2。

3.2.5 洞采及辦公生產區(qū)防治措施

該區(qū)的主要措施是對不穩(wěn)定的坡面修建漿砌石擋土墻，長度為80m；同時，實施場面硬化措施2600 m2。

3.2.6 直接影響區(qū)防治措施

礦山車輛運輸過程中會產生揚塵或是掉落碎石，從而對道路正常運輸和周邊環(huán)境造成影響。因此，建議在作業(yè)路影響區(qū)內安排專人定期清理區(qū)內散落的碎石，定期灑水以減少塵土污染。

4 結 論

文章以海城市英落鎮(zhèn)采石場為例，通過劃分項目區(qū)水土流失預測范圍、單元、內容以及時段，預測分析了各分區(qū)可能產生的水土流失量，在此基礎上提出采場場、排巖場、作業(yè)路面、料場區(qū)、洞采及辦公生產區(qū)、直接影響區(qū)的水土保持措施。研究成果有利于降低對生態(tài)環(huán)境的破壞效應，提高水土保持的穩(wěn)定性，可為其他類似工程水土保持治理和環(huán)境保護提供參考。