謝真越 李俊杰 卓慕寧 郭太龍 廖義善 張思毅 李定強(qiáng)

(廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所)

郴州市瑪瑙山礦山地質(zhì)環(huán)境治理方案

謝真越 李俊杰 卓慕寧 郭太龍 廖義善 張思毅 李定強(qiáng)

(廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所)

礦山地質(zhì)環(huán)境已成為制約我國礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)環(huán)境問題。以郴州市瑪瑙山礦山為研究對象，針對該礦山存在的地質(zhì)環(huán)境問題，依據(jù)相關(guān)規(guī)范和礦山環(huán)境特點，提出了礦山地質(zhì)環(huán)境治理治理方案。該方案實施后產(chǎn)生了良好的社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，有利于礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，對于該區(qū)域進(jìn)一步開展地質(zhì)環(huán)境治理工作具有一定的參考作用。

礦山地質(zhì)環(huán)境 治理方案 可持續(xù)發(fā)展

長期以來，由于我國礦產(chǎn)資源開采缺乏有效管理和規(guī)劃，礦山地質(zhì)環(huán)境缺乏有效治理，因而導(dǎo)致了較為嚴(yán)重的礦山生態(tài)環(huán)境問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦山地質(zhì)環(huán)境治理逐步到得到了重視[1-3]。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理是礦山企業(yè)生產(chǎn)中所面臨的主題之一，也是當(dāng)今社會、政府主管部門、礦山企業(yè)以及科研院所關(guān)注的熱點問題[4-8]。以郴州市瑪瑙山金屬礦山為例，針對該礦山的廢棄礦場與周邊露采區(qū)，提出了詳細(xì)的礦山地質(zhì)環(huán)境治理方案。

1 區(qū)域概況

郴州市位于湖南省東南部，是湖南對接粵港澳，走向世界的“南大門”，地處南嶺山脈中段與羅霄山脈南段交匯地帶，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°13′～114°14′，北緯24°53′～26°50′。東臨江西省，南連廣東省，西接永州市，北鄰衡陽、株洲兩市，屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)。全市境內(nèi)有色金屬礦品種齊全，享有“中國有色金屬之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。現(xiàn)已探明的礦產(chǎn)資源有7類70多種，其中鉍、鉬、微晶石墨的儲量居全國之首，鎢、鉛、鋅的儲量分別居全國第三、第四位，礦產(chǎn)資源潛在價值2 656億元，人均占有量位居全省第一。全市煤炭儲量11億t，是華南能源的重要供應(yīng)地，水能蘊藏量170萬kW，是聯(lián)合國小水電基地之一。

位于郴州市境內(nèi)的瑪瑙山金屬礦區(qū)被譽(yù)為“世界有色金屬博物館”，屬于南嶺成礦帶北麓，是國家礦山地質(zhì)公園和國家礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用示范基地，該區(qū)金屬礦開采已有上百年歷史。由于以往對礦山地質(zhì)環(huán)境治理不夠重視，區(qū)內(nèi)廢棄礦場占用大片耕地，廢石堆、尾砂庫、露采場占用大量耕地、林地，使得大面積植被破壞，地面塌陷，形成了泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[9-11]。

2 治理目標(biāo)與依據(jù)

2.1 治理目標(biāo)

①對廢棄礦場壓占損毀土地進(jìn)行恢復(fù)，并采取土壤培肥措施，保護(hù)耕地；②通過規(guī)劃，有效改善區(qū)內(nèi)自然條件，合理配置區(qū)內(nèi)各種資源，對露采區(qū)被破壞的林地進(jìn)行植被恢復(fù)，為下一步更大范圍實施林地恢復(fù)工程起到示范作用；③在尾砂庫周邊設(shè)置截排水溝，降低周邊匯水對尾砂庫的影響，確保尾砂庫下游居民的生命財產(chǎn)安全。

2.2 治理依據(jù)

方案按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《湖南省土地開發(fā)整理項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》、《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》、《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》、《苗木栽植技術(shù)規(guī)范》等現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范執(zhí)行。方案設(shè)計主要依據(jù)：《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》[12]、《湖南郴州某區(qū)金屬礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程具體實施方案》、《湖南郴州某區(qū)金屬礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程——土地復(fù)墾工程設(shè)計方案》等相關(guān)資料。

3 治理方案

3.1 廢棄礦場土地復(fù)墾

首先拆除廢棄礦場，實施土地復(fù)墾，拆除的建筑垃圾運往尾砂庫附近的低洼地段；其次平整拆除礦場后的土地，依據(jù)地形條件，將場地從東至西規(guī)劃成8個田塊，田塊形狀為長方形，長、寬均為50～150 m。平整以田塊為單元進(jìn)行挖填平衡，平整后取客土進(jìn)行覆土作為耕作層，覆土厚度30 cm。采用CASS軟件計算土方量，可較為方便地計算出挖填量及其分界線，為土方的挖填平衡提供依據(jù)。

對平整的土地進(jìn)行表層覆土，客土擬定在下述4個土源點：①甲地土源位于區(qū)內(nèi)西南角，運距最遠(yuǎn)，約250 m，該土源區(qū)土壤肥力屬貧瘠土，其中鉛、鋅金屬含量過高，不宜作為耕作土層；②乙地土源位于尾砂礦東南側(cè)，距露采區(qū)約 1 600 m，距廢棄礦場耕地復(fù)墾區(qū)約1 200 m，該土源區(qū)土壤肥力屬貧瘠土，所測重金屬元素未超標(biāo)，可以用于耕地復(fù)墾工程，初步估算可采土層厚度4.0 m，可采面積10 170 m2，遠(yuǎn)景采量約40 680 m3；③丙地土源位于尾砂礦南側(cè)，距西北側(cè)露采林地恢復(fù)區(qū)約900 m，該土源區(qū)土壤肥力屬貧瘠土，所測的重金屬元素未超標(biāo)，可用于耕地復(fù)墾工程，初步估算可采土層厚度3.0 m，可采面積3 700 m2，遠(yuǎn)景儲量約 11 100 m3；④丁地土源位于尾砂礦東北側(cè)，該土源區(qū)土壤肥力屬貧瘠土，所測重金屬元素未超標(biāo)，可以用于耕地復(fù)墾工程，初步估算可采土層厚度2.0 m，可采面積8 788 m2，遠(yuǎn)景儲量約17 576 m3。

綜合以上分析，乙地土源取土平均厚度3.5 m，設(shè)計供土量35 595 m3；丙地土源取土厚度0.38 m，設(shè)計供土量1 391.8 m3；丁地土源取土平均厚度0.74 m，設(shè)計供土量6 495 m3。由于取土區(qū)土地較為貧瘠，用于耕作層難以達(dá)到種植要求，需要對廢棄礦場地復(fù)墾區(qū)域進(jìn)行土壤培肥。

3.2 露采場林地恢復(fù)

(1)樹種選擇及種植密度。露采場林地恢復(fù)樹種的選擇遵循因地制宜原則，優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種，以當(dāng)?shù)厣L良好的楠竹、星柳為主，綠化面積為1.3×106m2，種植密度為2.5 m×2.5 m。綠化種植換土均從乙、丙地土源點機(jī)械取土，由人工送至種植坑穴內(nèi)。為了便于林區(qū)維護(hù)及改善周邊居民交通運輸條件，對至尾砂庫長1 408 m的道路進(jìn)行混凝土硬化，道路兩側(cè)每隔20 m種植1株行道樹(馬褂木)，共141株，兩側(cè)各布置0.5 m寬的杜鵑綠化帶。

(2)林區(qū)道路工程。對至尾砂庫長1 408 m的道路(土路)進(jìn)行混凝土硬化，路面寬6 m，結(jié)構(gòu)層自下而上為15 cm厚的水泥穩(wěn)定碎石層、24 cm厚的C30混凝土面層，露面兩側(cè)路肩頂寬0.25 m，底寬0.65 m，填土培筑。

(3)取土區(qū)生態(tài)防護(hù)工程。為了防止乙、丙、丁土源點取土后產(chǎn)生水土流失，選擇當(dāng)?shù)匾朔N植生長的黃竹，種植密度為2.5 m×2.5 m，種植點按0.5 m×0.5 m×0.5 m規(guī)格挖坑，共栽植黃竹3 625株。

3.3 尾砂庫截排水溝設(shè)計

沿尾砂庫西北面簡易便道布置1條長255 m截水溝，攔截西北坡面匯水，出口伸入西側(cè)尾砂壩下方的天然沖溝，在截水溝出口下方進(jìn)行漿砌片石護(hù)坡，厚350 mm，其下方布置長26.5 m的護(hù)腳墻，在尾砂庫東北面山坡上部修建1條長341 m截水溝，以攔截東北側(cè)坡面匯水，并通過設(shè)置集水井及跌水池，將水匯入已建排洪溝。

3.3.1 截排水溝水力設(shè)計

3.3.1.1 地表匯水流量計算

當(dāng)?shù)乇韰R水面積小于3 km2時，地表匯水流量計算結(jié)果見表1。

表1 地表匯水流量計算結(jié)果

3.3.1.2 流速計算

流速計算公式為

(1)

式中，V為平均流速，m/s；R為水力半徑，m；i為溝底縱坡降比，%；C為流速系數(shù)。

3.3.1.3 截水溝過流量計算

流量計算公式為

(2)

式中，W為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；R為水力半徑，m。

對于梯形過水?dāng)嗝?/p>

(3)

式中，W為過水?dāng)嗝婷娣e,m2;b為渠道底寬，m；h為水深，m；m為邊坡系數(shù)。

截水溝斷面計算結(jié)果見表2。

表2 截水溝斷面計算結(jié)果

3.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

尾礦庫截水溝(J1)采用梯形斷面，底寬 1 000 mm，高1 000 mm，側(cè)壁及底板厚350 mm；截排水溝(J2)采用梯形斷面，底寬1 000 mm，高 1 000 mm，靠山側(cè)側(cè)壁厚500 mm，外側(cè)側(cè)壁厚 350 mm，底板厚350 mm，采用MU7.5水泥砂漿、MU30片石砌筑，截水溝邊墻的超高按0.3 m計，邊墻頂及底面采用1∶3水泥砂漿抹面，兩側(cè)面采用M10水泥砂漿勾縫。

J2截水溝根據(jù)地形情況在迎水面適當(dāng)加高，迎水面設(shè)直徑為110 mm的泄水孔，泄水孔后設(shè)濾水堆囊，位于陡坡地段的排水溝，為了控制水流速度，采用臺階跌水消能措施，臺階高度為0.25～0.5 m。為了防止產(chǎn)生溫差效應(yīng)，截水溝每12 m設(shè)置1道伸縮縫，瀝青麻筋填塞，分縫形式采用對接縫，在分縫底部兩側(cè)做成齒墻，插入地基土內(nèi)，深度為0.2 m，以增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。集水井寬2.5 m，深2.0 m，邊墻及底板采用MU7.5水泥砂漿、MU30片石砌筑，厚400 mm，邊墻頂及底面采用1∶3水泥砂漿抹面，邊墻面用M10水泥砂漿勾縫。

4 工程應(yīng)用

4.1 治理結(jié)果

經(jīng)2013年3—9月實施，完成了預(yù)期的治理目標(biāo)，減災(zāi)防災(zāi)效果明顯，各治理項目完成情況見表3～表5。

4.2 工程效益分析

通過對露采場進(jìn)行植被恢復(fù)治理，恢復(fù)林地面積約1.3×106m2，提高了植被覆蓋率。礦區(qū)的生境改善以后，昔日的荒山野嶺披上了綠裝，廢棄的土地恢復(fù)成耕地，引進(jìn)種植了優(yōu)勢植物，增加了生物多樣性，改變了礦區(qū)的小氣候，控制住水土流失，土壤肥力有所增強(qiáng)，產(chǎn)生了顯著的生態(tài)效益。

表3 土地復(fù)墾完成情況

表4 生態(tài)工程治理完成情況

表5 尾砂庫截水溝工程完成情況

礦山復(fù)墾后的土地，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約 60余萬元/a, 并且復(fù)墾地的木材蓄積量和干草量在逐年增加[13]，由于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)得到發(fā)展，生態(tài)環(huán)境得到改善，經(jīng)濟(jì)效益可持續(xù)性將會進(jìn)入良性循環(huán)的階段。

通過礦山環(huán)境治理，初期產(chǎn)生的社會效益主要是減輕礦區(qū)下游洪澇災(zāi)害與泥沙淤積，減輕滑坡、泥石流的危害[14]。長期的社會效益將體現(xiàn)在通過礦山的清潔生產(chǎn)與環(huán)境治理為當(dāng)?shù)靥峁┝溯^好的生產(chǎn)與生活條件，重建了比原生態(tài)更好的生態(tài)系統(tǒng)，緩解了人地矛盾，重塑了礦山企業(yè)的形象，改善了礦山和地方政府、礦山和農(nóng)民的關(guān)系，有利于地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和當(dāng)?shù)厣鐣拈L期穩(wěn)定[15]。

5 結(jié) 語

通過瑪瑙山礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程設(shè)計的研究與實踐，提出了適合于當(dāng)?shù)氐牡V山地質(zhì)環(huán)境治理方案，達(dá)到了礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程的預(yù)期目標(biāo)。隨著郴州市礦產(chǎn)資源的繼續(xù)開發(fā)利用，相伴生的環(huán)境問題仍較為突出,有必要加強(qiáng)相關(guān)礦山環(huán)境治理相關(guān)法律體系建設(shè)，落實環(huán)境治理工程設(shè)計和資金,為礦山地質(zhì)環(huán)境治理提供有力保障。

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Treatment Scheme of Mine Geological Environment of Agate Mountain Mine in Chenzhou City

Xie Zhenyue Li Junjie Zhuo Muning Guo Tailong Liao Yishan Zhang Siyi Li Dingqiang

(Guangdong Institute of Eco-environment and Soil Sciences)

Mine geological environment is becoming the important ecological environment problem for the sustainable development of mining area in China. Taking the Agate mountain in Chenzhou city as the research example,in order to solve the geological environment problem in the mining area,the treatment scheme of the mine geological environment is proposed based on some relevant specification and the mine environment characteristics.Good social,economic and environmental benefits are obtained through the implementation of the scheme,it is conducive to the long-term sustainable development of the mining area,besides that,it also can provide some reference for the further expansion of the regional geological environmental work.

Mine geological environment, Treatment scheme, Sustainable development

*國家自然科學(xué)基金項目(編號：41271517,41171221,41101257)；廣東省水利廳委托項目(編號：GPCGD112197FT141F1,GPCGD122197FD096F);廣東省自然科學(xué)基金項目(編號：S2011020005896)。

2014-09-11)

謝真越(1988—)，男，助理研究員，510650 廣東省廣州市天源路808號。