江华县稀土矿开采工程水土流失特点及防治措施对策

李程

（湖南省水利水电勘测设计研究总院　　长沙市　410007）

江华县稀土矿开采工程水土流失特点及防治措施对策

李程

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

文章对拟建的江华县稀土矿开采工程可能产生的水土流失影响因素进行了分析，总结了稀土矿开采过程产生的水土流失特点，并根据工程特性结合项目区自然地理条件开展了水土流失防治措施的研究。

稀土矿开采工程水土流失防治措施

1 研究的意义及国内研究现状

稀土是不可再生的重要战略资源，在新能源、新材料、节能环保、航空航天、电子信息等领域的应用日益广泛。有效保护和合理利用稀土资源，对于保护环境，加快培育发展战略性新兴产业，改造提升传统产业，促进稀土行业持续健康发展，具有十分重要的意义。江华瑶族自治县稀土矿开采工程即在行业政策的指引下，以大型国企牵头联合地方力量共同整合已有稀土矿并提升规模及工艺水平，合理有效的利用宝贵的稀土资源。项目的实施，有利于稀土产业规范化进程，并对稀土开采特别是离子型稀土开采有较好的示范及带动作用。

我国已探明的稀土资源量约6588万t。国务院新闻办2012年发布的《中国的稀土状况与政策》白皮书显示，我国稀土储量约占世界总储量的23%，主要富含在南方离子型稀土矿中。近年，随着稀土用途的日益广泛，国内外的需求量不断增加，加之山区经济发展、脱贫致富的需要，稀土矿山的开采得到了迅速的发展，但也由此带来了一系列的生态环境问题，如森林破坏、水土流失和环境污染等等。

我国离子型稀土矿的生产开发，先后经历了三种不同的工艺即池浸、堆浸和原地浸矿工艺。造成的水土流失以及水土流失的危害各不相同，其中以原地浸矿工艺的水土流失最小，危害也最轻。

21世纪初，水土流失的治理理念开始发生转变，已由单纯的生态防护型转向综合开发型，从单纯的治理转向开发与治理相结合。稀土矿的开采也从粗放式向集约式转变，同时越来越重视开采过程中对环境的影响以及水土流失的影响问题。

总体来看，针对稀土矿开采对周围土壤、植被、水土流失方面影响的研究，我国已经取得了一定的成果，主要表现在以下几个方面：高志强（2011）等人对南方离子吸附型稀土矿露天开采进行研究，发现了稀土矿开采对周边植物、水土流失的影响［1］。刘毅（2002）通过对稀土矿开采工艺的分析，提出了针对新工艺的水土保持对策［2］。许炼烽（1999）等对广东省平远县稀土矿开采对土地资源的影响进行了初步的调查和分析，评价了恢复措施对水土流失和土壤理化性质的影响，并据此提出了比较适合的植被恢复措施［3］。张建华（2012）结合矿山实例系统论述不同设计场地应采取的相应措施，以有效保护环境，防止水土流失［4］。彭冬水（2005）研究了赣南稀土矿可能造成的水土流失特点及危害，提出了水土流失防治重点区域为采矿迹地，防治技术以工程措施、土地整治工程和林草措施为主［5］。

2 工程施工和运行对水土流失影响因素分析

2.1工程施工对水土流失影响因素分析

江华县稀土开采工程采用了目前较为先进的原地浸矿工艺，依据矿区资源储量情况、设计的生产能力和矿山的现状情况，母液处理车间制备的硫酸铵溶液由水泵通过管道扬送至矿山的高位分液池，再由管道输送至各注液孔。矿山脚各收液洞口集液池内浸出的稀土母液由管道送至母液处理车间进行处理。浸矿工艺流程见附图。

附图　　原地浸矿工艺流程图

根据本工程施工特点，类比国内同类工程，经研究，工程建设对项目区水土流失影响属于人为活动的影响，施工过程中，人为活动将使地表结构被破坏，在降雨、地表径流等自然因子的综合影响下，导致项目区水土流失剧烈增加，主要表现如下：

（1）采场区：注液孔、高位分液池、集液巷道、集液沟的开挖土石方工程量较大，大量的扰动使土壤结构改变，抗蚀力显著降低，极易产生土壤流失。

（2）基建工程区：母液处理车间场平过程中开挖扰动以及人为践踏等改变土体结构，使得表层土壤抗蚀力显著降低，极易产生土壤流失。施工中临时堆置的表土以及基础开挖过程中产生的临时堆土，其裸露边坡土体松散、稳定性差，易发生片蚀、沟蚀等。场内公路开挖、填筑过程中产生大量的土石方，原有表土与植被之间的平衡关系失调，表土层抗蚀能力减弱，在雨滴打击和水流冲刷以及风蚀作用下易产生水土流失。管路工程施工中的水土流失主要为人为践踏，使得表层土壤抗蚀力显著降低，造成水土流失。

（3）弃渣场区：弃渣场一般为石质和土石混合质，以坡面或填凹方式堆置，上表面一般比较平整或有一定斜坡，自然形成的松散边坡，稳定性差，坡度较陡，为30°～40°，抗蚀性极差，易造成面蚀或沟蚀。

（4）施工生产生活区：场平过程中开挖扰动以及人为践踏等改变土体结构，使得表层土壤抗蚀力显著降低，极易产生土壤流失。施工中临时堆置的表土，其裸露边坡土体松散、稳定性差，易发生片蚀、沟蚀等。

（5）施工道路区：在道路施工过程中，因开挖扰动使得表土层抗蚀能力减弱，在雨滴打击和水流冲刷作用下易产生水土流失。填方路段的边坡表层结构比较松散，易发生片蚀、浅沟蚀等形式的水土流失。

根据本项目各区域建设特点、施工工艺以及各区域水土流失特点和现状，工程建设水土流失影响因素的识别见附表。

附表　　工程建设水土流失影响因素表

2.2工程运行对水土流失的影响因素分析

本工程运行期间，参照其他省份同类工程的水土流失监测数据，水土流失主要集中在基建工程区中的管路工程和采场区，主要为注液孔、集液巷道开挖、同时管线的布设也将产生一定的水土流失，因此，要注意运行期的水土流失防治，通过采用合理科学的水土保持措施使水土流失得到有效控制。

3 重点防治区域水土保持措施对策

通过对同类项目的施工现场的查勘情况及监测数据分析，结合稀土矿工程水土流失的特点，可确定稀土矿工程建设水土流失防治的重点在于采场区和弃渣场区，同时基建工程区和施工道路区的水土流失也不能忽视。

3.1采场区防治措施对策

在工程建设期应在采场区的坡顶修建土质避水沟，防止雨水的冲刷。注液孔施工过程中开挖出的土方，就地压实环形堆置注液孔四周，待注液完成后回填。高位分液池开挖的土方则集中堆置在附近，并用袋装土拦挡，雨季防尘网覆盖，待使用完毕后回填。集液巷道一般选择地势平缓的山脚，因此集液巷道掘进产生的土方临时堆置于巷道口，并用袋装土拦挡，雨季防尘网覆盖，待巷道使用完毕后回填。集液沟为土质沟渠，采用半填半挖的方式，开挖的土方形成挡土坎堆置在沟的一侧，待使用完毕后回填。集液池的临时防护措施参照高位分液池。辅助设施区观察井、环保井开挖出的土方量不大，可就近堆放，便于后期回填，同时应注意雨季的防尘网覆盖。水泵房为简易小棚，运行期结束后应及时拆除，迹地恢复。

采场区运行期将对注液工程区、集液工程区、辅助设施区内已经完成生产的施工迹地进行平整，并播撒草籽；至运行期结束后，采场区将全部恢复水保林草地。其中采场区的注液工程区利用开挖的注液孔种植紫穗槐进行植被的恢复。

3.2基建工程区防治措施对策

母液处理车间场地平整施工前将场内原有的表土剥离并集中堆置，堆置于母液处理车间一角，紧靠车间内排水系统，雨季防尘网覆盖，在堆置区四周设袋装土拦挡。对于建筑物基础开挖产生的临时堆土也应采取相同的防护措施。场内道路表土则分散放置于就近的车间，结合车间表土一起堆置。本着永临结合的原则在场内按纵横间距200m布设排水土沟（梯形断面，底宽0.3m、顶宽0.75m、深0.3m、边坡1∶0.75），在排水沟转弯和交汇处附近设置土质沉沙池，其尺寸为：1.5m×3m×1m，以沉降径流泥沙，降低径流流速，施工期沉沙池中的淤泥应定期清运。土建施工完毕后，应立即对空隙地进行平整，对场内道路边坡进行绿化，铺设草皮。

基建工程区运行期结束后车间全部场平，管线全部拆除，同时对地表播撒草籽进行植被恢复。

3.3弃渣场区防治措施对策

工程弃渣场以选择四周高、中间低，排水条件好，有一定容积的山坳为宜。弃渣水土流失主要发生在坡面上，经常发生的水土流失形式有沟蚀、滑坡和坍塌。弃渣场水土保持措施主要包括拦渣及护坡工程、排水工程、弃土场改造三个方面。

（1）弃渣场应在沟口用挡渣墙拦蓄，挡渣墙布设应尽量选择“口小”地段，并避开不良地形地质地段，在保证弃渣场安全的前提下尽量减少挡渣墙的高度和断面尺寸，挡渣墙结构型式按俯斜式重力式浆砌石挡渣墙考虑，内侧面竖直或设墙趾，外侧面坡比1∶0.4，基础埋深＞1.0m。挡渣墙外侧地面应保持5‰的排水坡度以免雨季挡渣墙基础被水浸泡。渣场挡渣墙的稳定可通过“理正岩土计算”软件进行验算。

（2）弃渣场周边应修建排水设施，拦截坡面上方来水及引排周边集水。为防止坡面洪水直接排入弃渣场，导致堆积较松散的渣场失事，在渣场周边布设排洪沟与原排水系统连接。

（3）弃渣前先将区内表土层剥离，集中堆放在渣场内，并采取防尘网覆盖进行防护，以便弃渣完成后将渣场表面覆盖表土，使之达到可恢复利用状态，充分利用土地资源。

（4）弃渣作业阶段，应对弃渣面分层压实。弃渣结束后，应利用废弃的土石方进行凹坑回填，弃渣平推处理，渣场内排水设施采用浆砌石排水沟（纵横间距200m）及浆砌石双孔沉沙池。

（5）弃渣场外坡面应进行整治，改造后的坡比控制在在1∶2～1∶2.5之间，整坡后进行边坡防护，以植物措施为主，一方面固土保水，另一方面起到恢复地力的作用。

（6）考虑稀土矿的工程施工的特点及场地的分布，施工完毕后渣场主要恢复为水保林草地。在渣场改造前，先用20cm厚粘土层压实，形成隔水层，再覆盖表土（50～60）cm，迹地造林应根据土壤酸碱度，相应选用生长快、耐旱、耐瘠薄、抗高温、根系发达、固土作用大的树种。为了尽快覆盖地表，造林密度应采用中密度或高密度造林（如2.5m×2.5m、2m×2m等）并播撒草籽，灌木栽植间距0.5m×0.5m。

3.4施工道路区防治措施对策

矿区的道路建设一般采取半挖半填等形式。施工前，应将道路用地范围内的表土进行剥离，选取地势平缓的地段堆放，堆置的坡脚采用袋装土拦挡，表面用防尘网临时覆盖，路堤的坡脚应布置临时拦挡和排水措施，排水措施要与地表水系相连。挖方路段的坡脚应开挖临时排水沟，每300m设置土质沉沙池沉降泥沙。施工结束后应及时恢复为水保林草地。

4 结　语

通过对江华县稀土矿工程水土流失因素及特点的分析，可确定稀土矿开采过程中水土流失防治的重点为采场区和弃渣场区，但也应重视基建工程区和施工道路区的水土流失防治。根据工程不同水土流失防治分区的具体情况，研究提出了各分区截流及排水工程、护坡工程、沉砂池、土地整地、回填表土、道路两侧坡面或边坡草皮防护、土质边坡表面防尘网防护、坡面绿化、植物措施防护等水土流失防治措施的综合防治体系。为建设单位保护水土资源、防治项目建设过程中可能造成的水土流失提供技术依据。也为今后同类型项目的水土流失防治提供一些借鉴的经验。

［1］高志强.稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环境的影响［J］.生态学杂志，2011，30（12）：2915-2922.

［2］刘毅.稀土开采工艺改进后的水土流失现状和水土保持对策［J］.水利发展研究，2002，2（2）：30-32.

［3］许炼烽.稀土矿开采对土地资源的影响及植被恢复［J］.农村生态环境，1999，15（1）：14-17.

［4］张建华.矿山设计中应采取的环境保护和水土保持措施［J］.中国矿山工程，2012，41（6）：56-58.

［5］彭冬水.赣南稀土矿水土流失特点及防治技术［J］.亚热带水土保持，2005，17（3）：13-15.

李程（1983-），男，湖南新化人，硕士研究生，工程师，目前从事水土保持规划、生态建设规划及水土保持方案编制工作，手机：18607316086。

（2016-08-12）