(沈阳市应急管理事务服务中心,辽宁 沈阳 110052)
党的十八大以来,明确提出大力推进生态文明建设,“绿水青山就是金山银山”理念深入人心,生态文明顶层设计和制度体系建设加快推进,我国矿山地质环境恢复治理工作进一步得到推进。 矿产资源的开采方式主要包括露天开采和井下开采。 露天开采方式需要疏干地下水,大量挖损土地,对水资源、土地资源造成极大的破坏,形成高陡边坡,诱发滑坡、泥石流等地质灾害,进而破坏矿区内及周边一定范围内的生态环境。 国内外学者针对矿产资源露天开采造成的高陡边坡以及地质环境修复展开了不懈的研究,为露天开采矿山生态环境修复提供了技术保障[1-6],同时也开展了治理工程的实践[7-9]。 结合多年的矿山地质环境治理修复设计与施工工作经验,矿山地质环境修复设计的关键在于消除或者降低由于矿山开采诱发的地质灾害,同时为植被生长提供可持续的物质条件。 无论采取以工程施工技术为主导的治理手段,还是采取以生态培植技术为主导的治理手段,核心都是为植被生长营造一个“保水”与“保土”的植被生境、一个可持续发展的绿色空间[10]。 本研究以某露天开采的非金属矿山为例,对工作区采矿活动形成的不稳定高陡边坡进行分级削坡整形处理,达到边坡稳定;对削坡整形后的边坡和平台进行客土覆盖、绿化、植树造林、林草结合,恢复矿山地质环境,以期为类似工程提供借鉴。
某在用非金属矿山地处北温带,属大陆性季风气候,年平均气温8.4 ℃,降雨多集中在6 月—8 月,年平均降水量为821.5 mm。 矿区处于构造剥蚀低山丘陵地貌单元上,地势北高南低,最高海拔461 m,最低海拔227 m,相对高差234 m,开采多年,已经形成露天采坑、松散堆积体等人工地貌。 露天采坑边坡角一般在70°左右。 露天开采形成人工边坡和人工堆积地貌相间的分布,人工地貌发育。 土壤主要为棕壤土类。 植被类型树种主要以刺槐、落叶松、油松、桦树、刺槐、小叶柞、榛子丛等乔木、灌木相杂生为主,辅以杂草。
1.2.1 水文地质条件
根据地下水的赋存条件,矿区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水及碳酸盐岩岩溶裂隙水。 (1)第四系松散岩类孔隙水,单位涌水量3.71 L/(s·m),渗透系数67 m/d;(2)基岩岩隙水,含水层岩性主要为大石桥组的变粒岩及片岩,流量小于0.8 L/s;(3)碳酸盐岩岩溶裂隙水,单位涌水量0.022 4 L/(s·m),渗透系数0.051 3 m/d。
1.2.2 工程地质条件
矿区出露地层为辽河群大石桥组三段和第四系。
大石桥组三段地层产状为走向NEE,倾向SSE,倾角20°～45°的舒缓、波状单斜层。 该段分为下、中、上三个岩带:下部岩带为方解石大理岩带,主要岩石为方解石大理岩夹薄层黑云变粒岩;中部岩带为白云石大理岩夹菱镁矿岩带,该岩带按其岩性不同又分为三个岩层,上、下两个岩层均为白云石大理岩,中部为菱镁矿夹白云石大理岩层,为主要含矿层;上部岩带为白云石大理岩夹方解石大理岩、黑云母片岩带,白云石大理岩中主要矿物有白云石、方解石。 第四系由腐殖土、亚粘土、砂砾石组成。
地质勘查工作中,对岩矿石做了系统的物理试验,试验结果:(1)岩、矿石的不同粒径块度堆放一起,初时测的安息角为45°,日久后测的安息角为35°～38°;(2)岩、矿石的抗压、抗剪强度测定,详见岩石力学性质试验结果(表1)。 按岩石抗压强度与定性划分标准,矿石及其顶底板大理岩均属坚硬的类别。
表1 岩石力学性质试验结果
工作区矿山地质环境问题主要为地形地貌景观破坏、土地资源破坏以及高陡边坡和松散堆积碎石(土)体可能引发的崩塌、滑坡地质灾害。
项目区露天采场规模较大,采场边坡较陡,采区北帮岩质边坡角多在43°以上,再加上岩体构造裂隙和风化裂隙发育,岩体质量较差,岩体破碎。 采场边坡多处存在崩塌地质灾害隐患,威胁生命、财产安全。 现场调查和地形测绘期间高陡边坡偶尔有碎石崩塌滑落,可能引发崩塌、滑坡地质灾害,威胁矿山生产以及过往居民。
削坡工程主要用于降低边坡坡度,使边坡稳定,为后期植被恢复提供必要地形条件。 削坡产生的弃土经筛选后用于植被恢复客土工程。
本次削坡工程施工主要对象为岩质边坡和废石堆置边坡,削坡后整体边坡坡度为29°,保证边坡稳定。 进行六级放坡,设置6 级平台,最上面平台设置在第6 级坡坡顶,以维护原有植被。 每级平台宽度3 m,平台台面修整呈微向内倾斜,平台外沿高于内沿,坡降比3%,以利水土保持。 每级边坡长度30 m,坡度30°。 A-A′剖面标高232.51～322.51 m(图1),B-B′剖面标高227.11～317.11 m(图2)。
图1 A-A′剖面削坡整形剖面图
图2 B-B′剖面削坡整形剖面图
边坡削坡整形后,对其进行平整以便进行后续客土工程施工,以保证边坡和平台稳定性及平整程度,利于客土。
为达到较好的恢复治理效果,结合工作区实际地形条件,本次恢复治理工程采用穴状客土辅以穴间客土方式客土。
平台和边坡种植穴规格0.5 m×0.5 m×0.5 m,穴间距离1.5 m。 平台两排刺槐间距1.0 m,边坡每排间距1.5 m(坡面距离)。 平台和边坡穴间客土厚度(沉实)0.2 m。
平台台面沿内侧边线设置排水沟排水,排水沟中心线距离外沿边2.45 m,排水沟断面呈矩形,M10 浆砌石结构,砌石强度MU30,净断面尺寸为0.5 m×0.5 m(宽×深),壁厚0.3 m,并用M10 水泥砂浆磨面,沟槽平整部分抹面厚度不小于20 mm。排水沟走向顺延平台呈近东西向,东高西低,坡降比3%,保证排水顺畅。
在6 个边坡坡面设置纵向排水沟,每个坡面设置两道纵向排水沟,纵向排水沟沿着A-A′剖面、B-B′剖面位置设置。A-A′剖面纵向排水沟长度176 m;B-B′剖面纵向排水沟长度182 m。 排水沟起止点位置在具体施工过程中可能根据削坡整形有所调整。每个坡面的纵向排水沟在一条纵向线上(图3)。
图3 纵排水沟示意图
纵排水沟采用浆砌块石砌筑,并用M10 水泥砂浆磨面,沟槽平整部分抹面厚度不小于20 mm。平台排水沟和纵向排水沟应相互联通,平台纵向排水沟坡底面向外倾,坡降比3%。
本次治理工程植被恢复共分为两个部分,分别为平台和边坡。
树种主要选择生长快、适应性强、抗逆性好、耐瘠薄的当地品种或先锋品种。 通过对治理区环境调查及周边区域以往治理经验总结,确定本项目绿化选择适应当地生长的刺槐作为恢复平台植被的树种,紫穗槐作为恢复边坡植被的树种。
3.4.1 平台栽植刺槐
平台栽植两排刺槐,刺槐选择两年生以上苗木,第一排距离坡底内沿1.5 m,与第二排水平间距1.0 m,株距1.5 m,呈“品”字形栽植。 种植穴规格0.5 m×0.5 m×0.5 m,穴间距离1.5 m(图4、图5、图6)。
图4 A-A′剖面植树工程设计规划图
图5 B-B′剖面植树工程设计规划图
图6 平台、边坡植被以及平台排水沟大样图
采用优质壮苗移植技术,造林前利用“浸根粉”“保湿剂”处理苗木,然后沾泥浆栽植,穴坑内置水分缓施剂;造林连续抚育期两年,以提高树林的成活率及保存率。 为尽快发挥绿化效果,达到改善环境的目的,栽植两年生较粗壮的刺槐,常规浇水管理,造林后及时进行一次培土踩实,确保成活率。
测量人员进行植树点位的放样,严格按照株行距放样,测量后做明显标记。 种植穴规格符合设计要求,坑壁光滑,上下面口径基本一致。 树干挺直,没有明显弯曲,无蛀干害虫和未愈合的机械损伤;树冠丰满,枝条分布均匀,无严重病虫危害,树叶正常;根系发育良好,无严重病虫危害。 树木入穴后,树干直立,根系舒展,填土后在树木四周筑成高5～10 cm 的灌水土堰,方便浇水;新植树木24 h 内浇第一遍水,3 d 内浇第二遍水,10 d 浇上第三遍水,三遍水后转入后期养护;每次浇水后均整堰、堵漏、培土、扶直树干,第三遍水后封堰。
3.4.2 边坡栽植紫穗槐
在已穴状客土的边坡,栽种紫穗槐,紫穗槐选择两年生以上苗木。 株距1.5 m,行间距1.5 m,均指坡面距离。 排种植穴规格0.5 m×0.5 m×0.5 m。在树坑周围用土筑成高于根颈10～15 cm 的浇水堰,筑实、底平,不应漏水,并及时进行浇水,浇水应缓浇慢渗,而且一定要浇透,使土壤吸足水分。如果出现漏水、土壤下陷和树木倾斜,要及时扶正、培土。 在无雨的天气,第一次浇水不能隔夜。
3.4.3 种草工程
种草工程布置在所有客土的边坡及平台,采用撒播方式种植,草种选用紫花苜蓿,撒播,用耙覆土,草籽用量为80 kg/hm2。 紫花苜蓿生长年限长,根瘤根系发达,能够固定空气中的氮素,是一种很好的水土保持、改土培肥植物。
播种前需对种子进行处理。 种子要经过清选、晒干,使种子的净度达到90%;播前可将农药、除草剂、根瘤菌和肥料按比例配置拌种,避免苗期病虫害。 用根瘤菌等细菌肥料拌种(1 kg 根瘤菌可拌10 kg 种子)。
苜蓿种子甚小,播深视客土种类而定,湿土浅播,干土稍深。 一般为2～3 cm,沙质土3～4 cm,黏土为2 cm。 播种时随时调整。
若土壤疏松,播前先镇压一遍,便于掌握深度;播种后再镇压一遍,有利于保墒。
植被管护是矿山生态环境修复治理的最后一个环节,也是巩固和实现治理效果的重要环节,实施治理主体单位必须做好保水、保土,病虫害防治工作,并在在管护期内应做好补植工作,确保植被成活率达标。
露天开采矿山会大量挖损土地,形成露天采坑和高陡边坡,造成的地质环境问题主要为地形地貌景观破坏、土地资源破坏以及高陡边坡和松散堆积碎石(土)体可能引发的崩塌、滑坡地质灾害。
通过对工作区采矿活动形成的不稳定高陡边坡进行分级削坡整形处理,达到边坡稳定,为后期植被恢复提供必要地形条件。 设置排水沟,排除坡面水,防止覆土冲刷流失,以保证边坡和平台稳定性及平整程度,为植被恢复保水、保土提供可持续平台。 本项目绿化选择适应当地生长的刺槐作为恢复平台植被的树种,紫穗槐作为恢复边坡植被的树种,为类似露天开采高陡边坡治理提供借鉴。