李 振

(安徽省核工业勘查技术总院,安徽 芜湖 241003)

1 项目概况

矿区位于泾县城区350°方向,直距约8 km,地貌属侵蚀剥蚀低山丘陵。矿山开采方式、方法采用露天开采方式,开采方法为分台阶自上而下开采。矿山工程布局见图1,包括露采场、排土场、工业场地、办公生活区和矿山道路。经过多年开采,矿山开采破坏占用了大量的土地,造成植被和地貌景观严重破坏,现状地质环境恶劣。根据现状调查,矿区形成了一较大的露天采坑,目前矿山处于停产状态。

图1 矿山工程布局图

2 矿山地质环境问题分析

2.1 矿山地质环境现状

治理区现状见图2,矿山开采破坏占用了大量的土地,造成植被和地貌景观严重破坏,现状地质环境恶劣。根据现状调查,经过多年开采,矿区形成了一较大的露天采坑,采坑上盘长约535 m,宽约180 m,下盘长约428 m,宽约100 m。采坑顶部最高标高+164.08 m,底部最低标高+90.08 m。区内东北部现已形成+140 m、+128 m、+125 m、+123 m、+115 m五个平台。

图2 治理区影像图

2.2 矿山地质环境问题

2.2.1 地貌景观、生态环境破坏

治理区位于丘陵区,区内山峦起伏,绿树盈盈,由于早期开矿活动,使原有地形地貌遭到严重破坏。矿业活动造成地貌景观、生态环境的破坏与周边优美的自然景观极不协调[1-2]。

2.2.2 破坏土地资源

治理区采矿方式为露天开采,对土地资源产生挖损、压占等破坏是不可避免的。露采场区域土壤、植被毁坏严重,丧失了种植的基本功能,土壤流失严重,容易发生冲沟、洪流灾害。结合现场调查结果,治理工程区共挖损、压占用的土地面积约7.564 7 hm2,损坏土地类型为灌木林地。

2.2.3 危岩体

区内东北采坑有2处危岩体,1号危岩体位于矿区东侧,面积约55 m2,需清除平均厚度1 m左右。2号危岩体矿区西侧面积188 m2,需清除平均厚度0.5 m左右。

2.3 边坡稳定性分析

2.3.1 自然边坡稳定性现状分析与预测

组成矿区内自然斜坡的岩性主要为薄～厚层状石灰岩岩组,岩石坚硬～较坚硬,力学强度较高。矿区内岩石风化中等,节理裂隙较发育,区域稳定性总体较好。自然斜坡坡度一般在15°～25°,矿区内未发现自然边坡失稳现象,自然边坡较稳定。

2.3.2 露采场边坡稳定性分析

矿山开采已形成8个开采平台。采场边坡角一般55°～60°,局部大于60°,单边坡高5～20 m。组成边坡岩石为石灰岩。采场边坡近地表岩石较破碎,局部节理裂隙较发育,采场边坡倾向与地层倾向多为斜交,少部分为顺向和逆向。采场边坡均落于灰岩层位中,采用赤平投影法,分析各段边坡的稳定性。根据边坡特点,对东北和西南两处采坑分别选取一段进行边坡稳定性分析。

东北段边坡(调查中心点坐标:X=3 402 727.89,Y=39 634 292.44)坡向为349°、坡度70°;岩层产状倾向289°,倾角16°,节理产状倾向270°,倾角33°;边坡为顺向坡,由于边坡产状较为平缓,岩性为中厚层灰岩,通过赤平投影图分析得出层面稳定,节理稳定,交割线方向稳定,边坡稳定。

西北段边坡(调查中心点坐标:X=3 402 389.62,Y=39 634 065.12)坡向为160°、坡度55°;岩层产状倾向289°,倾角16°,节理产状倾向60°,倾角25°;边坡为逆向坡,由于边坡产状较为平缓,岩性为中厚层灰岩,通过赤平投影图分析得出层面稳定,节理稳定,交割线方向基本稳定,边坡基本稳定(见图3)。

图3 赤平投影图

矿区无复杂的地质构造,没有大的断裂及地层软弱面,没有异常的水文条件及地表水体等不利因素。第四系覆盖层薄,结合边坡稳定性分析结果,综上矿区不会发生崩塌、滑坡等地质灾害。

3 治理工程设计

3.1 危岩清理工程

对高陡边坡上的浮石、危岩等进行清除,采用手持风镐、千斤顶、撬杠等工具,人工清除坡面浮石及危岩。清除作业自上而下进行,危岩块破碎后,全部用于宕口平整回填。1号危岩体面积55 m2,需清除平均厚度1 m,清除方量约55 m3。2号危岩体面积188 m2,需清除平均厚度0.5 m,清除方量约94 m3,合计清除方量144 m3。

3.2 平整工程

依据现存台阶现状,对开采台阶、边坡和露采场进行修整,采用人工清理各平台和边坡,机械作业平整露采场零散块石,清理出的废渣全部用于低洼区平整。

3.3 排水工程

为防止降雨作用导致坡面水土流失,在平台布设截排水沟,底盘场地碎石清除完成后修建排水沟,一端通过矿区外低地势自然排水,另一端引入矿区最低底盘,通过自然渗透排出。设计排水沟长603 m,坡率为5‰。具体排水系统工程设计如下:

排水沟规格根据《灌溉与排水工程设计规范》进行设计。本项目区地面排水标准为1日暴雨1日排出,按一日暴雨量分析计算,该地区10 a一遇,一日最大降雨量为204.0 mm。排水沟尺寸计算如下:

1)排水沟流量具体计算公式为:

Q=qwF

(1)

qw=(P-h1)/(86.4T)

(2)

式中:Q为为排涝流量,m3/s;F为排涝面积,km2;qw为设计排涝模数,m3/(s·km2);T为设计排涝天数,1 d;P为设计暴雨量,204.0 mm;h1为滞蓄水深,m。

根据上述公式,根据排水沟控制面积,算出排水沟设计流量,详见表1。

表1 排水沟设计流量计算表

表2 排水沟断面积计算表

2)水沟断面尺寸计算公式如下式:

(3)

式中:Q为水沟设计排水流量(m3/s);ω为过水断面积(m2);v为渠道平均流速(m/s);i为水沟比降;R为水力半径(m);C为流速系数(谢才系数)。

矩形断面各变量的计算公式如下:

ω=(b+mh)×h

(4)

(5)

(6)

(7)

式中:b为底宽(m);h为水深(m);χ为湿周(m);m为边坡系数;为渠床糙率。排水沟设计详见下表计算过程。

根据公式,拟采用几何参数带入公式中计算,当参数取值为:b取0.4 m;

h取0.4 m;i取0.01;n取0.025,安全超高h1为0.2 m。

计算可得Q=0.106 3(m3/s)>0.094 9(m3/s)

此断面满足设计流量。

3)排水沟工程设计

根据上述断面测算,排水沟断面参数见表3,排水沟做法见图4。

表3 排水沟断面参数表

图4 排水沟大样图

图5 植被种植示意图

图6 监测点做法大样图

3.4 复绿工程

3.4.1 台阶绿化

台阶碎石人工清理完成后,在台阶外侧堆码植生袋,植生袋装土前尺寸:60 cm×40 cm,装满土后尺寸:55×35×14 cm。平台挡土墙高0.7 m,厚0.55 m。

挡土墙修建完成后,平台人工覆土,覆土厚度0.6 m,在此基础上种植复绿效果较好的女贞和播撒固土能力强且美化视野的黑麦草、百日葵、黄秋英和四季青草坪草籽混合进行绿化。种植间距按照株距2 m、行距2 m进行,选择全冠苗,根系包裹土球尺寸不小于40 cm。栽植后首次要浇透水,以后要适时补水,并做好养护。同时在苗木空隙中按600 kg/hm2播种草籽。

3.4.2 边坡绿化

边坡两侧种植攀藤植物,采用上爬下吊的方式对边坡进行掩盖式覆绿,一方面有利于减小雨水对边坡的冲蚀,增加边坡的稳定性;另一方面可以美化环境、净化空气,以达到改善生态环境的目的。边坡外侧种植葛藤,边坡内侧和底盘四周种植爬山虎。根据《生态公益林建设技术规范》(GB/T18337.3-2001),爬山虎和葛藤种植密度0.5～1.0 m/株,葛藤和爬山虎长度均不低于1 m,本次选择种植间距为1 m,在边坡内侧每棵爬山虎根部人工扦插竹竿和牵引爬山虎生长,扦插间距1.5 m,牵引竹竿需带枝条,长度不得小于2.5 m。

3.4.3 露采场底盘绿化工程

底盘场地平整后,进行覆土,覆土厚度0.6 m。覆土完成后宕穴植树进行绿化,树穴规格0.8 m×0.8 m×0.5 m。鉴于当地气候和经济效益,树种选择桃树。种植间距按照株距2 m、行距2 m进行,选择苗木胸径不小于4 cm,高度不低于2 m的全冠苗,根系包裹土球尺寸不小于40 cm。栽植后首次要浇透水,适时补水,并做好养护。统计底盘面积为18 055 m2,覆土10 833 m3,栽植桃树4 514株。

3.4.4 土壤改良

覆土后采用施复合肥的办法提高土壤肥力。据现场走访当地村民,复垦后的土地面积每亩地按10 kg的定额施复合肥,复垦土地每年施用两次,连续施肥一年,提高土壤肥力,台阶和底盘共施肥面积2.479 9 hm2,化肥量为744 kg。

3.5 监测设计

为及时掌握治理区内边坡的变形发展规律,预测边坡发展趋势,需要建立长期监测预警系统,以便采取相应的处理措施。根据防灾预警及治理效果的要求,需要对边坡治理工程进行监测。监测工作分施工安全监测、治理效果监测和长期监测三阶段,监测等级为Ⅳ级,在汛期、雨季及有异常情况出现时加密监测[3-4]。

根据边坡防治内容,监测内容为治理区的边坡坡顶位移和坡面变形。对本区域坡面视实际情况进行重点监测,出现险情时需及时向上级部门汇报。监测点布设时可结合实际地形调整,共设置2个监测点。监测点埋桩采用M10砂浆浇筑,大样图见图8。

4 结论与建议

4.1 结论

龙应山采石场在采矿活动过程中破坏了该地区的地质环境。大量裸露边坡及植被破坏,存在地质灾害隐患,破坏了区域自然景观,与周边绿荫成群的绿水青山极不协调,造成了视觉污染,大面积的土地资源浪费,影响附近村庄居民生活环境及生命财产安全。通过治理工程调查,确定矿山存在的安全问题和地质环境问题。开展生态治理工程和土地恢复措施,将破坏的土地恢复成灌木林地,后期加强监测和养护措施,为治理后的效果进行维护,达到工程治理的目的。

4.2 建议

(1)由于本次治理工程的现状条件,施工过程中“治理工程设计”将随着场地条件的变化、施工监测的反馈信息,应及时对“原设计”做校核、调整和补充。

(2)设置边坡位移监测点,加强治理工程施工期间及矿山地质环境治理工程施工期间的监测工作,发现问题及时预警、预报及处理,确保治理工程的安全实施。