采石场水土保持方案设计研究

牛艳秋

(海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

一般地，矿区周围地质条件良好，矿岩稳固，不易形成地质灾害。然而，从水土保持的角度上，采矿形成的边坡若不实行防护，不仅影响矿山的正常生产，而且会出现滑坡等危险，排岩场排岩的堆放和表土堆放若拦挡不当，将会引起水土流失，对周边环境造成影响。此外，作业路径流若不能及时导走，也会造成水土流失，影响矿石的运输。因此，为保证工程建设完全满足水土保持的要求，有必要对采场设计边坡防护、对排岩场设计拦挡、对作业路补充补充种植和临时排水措施，并辅以植物措施等[1-3]。

1 工程背景

采石场位于海城市南西19km处，矿区范围13.07hm2，地质储量：建筑石矿(白云石大理岩)1709.894万t(633.294万m3)，绿泥石矿82.393万t(34.33万m3)，设计生产能力白云石大理岩2万m3/a，绿泥石4万t/a；预计服务年限1号露采区8a，2号露采区为14a，地下采区8a，开采标高195-110m。

按照矿石储量规模，该矿是一个小型矿山，露天开采服务年限为8-14a，地下矿山服务年限为8a，露天和地下开采综合，矿山服务年限取14a。工程占地9.12hm2，其中采场占地4.02hm2，排岩场占地0.66hm2，作业路占地0.78hm2，洞采及办公生产区占地1.92hm2，料场占地1.74hm2。水土保持防治责任范围共9.26hm2，其中项目建设区9.12hm2，直接影响区0.14hm2。

项目所在地属于国家级和省级水土流失重点监督区，根据相关要求在此区域内一切生产建设项目必须编报、实施水土保持方案，并对局部原生水土流失较严重的地方要加强治理[4-5]。

2 水土流失预测

2.1 预测范围、单元、内容与时段

1)预测范围。根据地表受扰动程度、工程特点、施工进度、水土流失现状以及项目区环境，确定 预测范围为整个项目占用区域。工程占地共9.12hm2，因此水土流失预测面积为9.12hm2。

2)预测单元。依据工程组成、施工扰动特点、水土流失影响程度及地貌特征，将水土流失区划分为采场、排岩场、作业路、洞采及办公生产区、料场5个预测单元。

3)预测内容。依据技术规范相关要求，确定水土流失预测内容如下：①土地损坏、原地貌和植被扰动面积；②水保设施损坏面积、数量；③建设中弃土、弃渣量；④项目造成的水土流失量。

4)预测时段。该项目为改扩建建设生产类项目，基建工程只有2号采场与2号排岩场，基建工程量小且时间短，故预测时段分为运行期和自然恢复期2个时段，详见表1。

表1 水土流失预测时段

2.2 预测方法

1)土地损坏、原地貌、植被扰动面积预测。根据主体工程的设计资料和现场调查勘测，对工程建设地表扰动、林草植被损坏、土地亚展面积利用计算法进行预测。

2)水保设施损坏面积、数量预测。将图上测量与实地调查法相结合，以地貌损坏程度、数量和各单元占地类型为基础，根据辽宁省关于水土保持设施的界定预测工程可能损坏的水土保持设施的情况。

3)弃渣量预测。根据主体工程土石方平衡情况预测项目建设期的弃土量，结合主体工程开采工艺中提供的剥采情况、采场年生产能力和采场使用年限预测废石量[6]。

4)水土流失量预测。项目运行期和自然恢复期采用《辽宁省第三次土壤侵蚀遥感调查报告》中的经验公式、辽宁省水土保持研究所关于采石排渣场土壤侵蚀试验研究得出的经验公式进行计算。依据不同的地貌条件选择相应的经验公式或参数取值，工程建设扰动地表前后土壤流失量可利用下述公式计算：

(1)

式中：Wsi为土壤侵蚀量，t；Fi、Mi、Ti为预测区i的侵蚀模数，t/km2·a、面积km2和预测时间a；n为预测区个数。

2.2 预测成果

1)土地损坏、原地貌和植扰动面积。通过现场勘察和主体工程分析，建设期和运行期共土地损坏、原地貌和植被扰动面积共9.12hm2，详见表2。

表2 工程扰动地表面积

2)水保设施损坏面积、数量。依据有关规定要求，对工程建设区占地类型进行统计，项目占地类型为疏林地、迹地和荒地，其中地下采区采用井采方式，不会损坏原地貌，故项目水保设施损坏面积9.12hm2。

3)弃渣量。根据主体设计矿山开采境界内露采区开拓岩土总量为2.4万m3，洞采区运行期后因市场需要及企业自用基本上无排岩，综上运行期共产生永久弃渣2.4万m3。项目料场、作业路、洞采及办公生产区为原有设施，基本建设已完成，无弃渣。2号露天采场区共剥离表土0.5万m3，1号采场区、料场区、2号排岩场区、洞采及办公生产区、作业路区剥离表土已经完成，故临时堆放表土计0.5万m3。剥离的表土临时堆存于矿区内的2号排岩场内，矿区绿化时用于覆土。

4)水土流失量。该项目为矿山已建项目，生产建设期已过，因此只对运行期、自然恢复期进行水土流失预测，即预测采场区、排岩场区、料场区、洞采区及办公生活区、作业路区均可能产生水土流失，结果见表3。

表3 运行期新增水土流失量

在自然恢复期，各项水保措施特别是植物措施尚不能完全发挥水保功能，水土流失虽然较建设期有一定程度的缓解，但是仍然有一定量的发生。植物措施由于要两年时间才能完全发挥其水保功能，故自然恢复期预测时间以2a计算。矿山开采终止后，办公生产区、料场区以及部分作业路仍将长期存在下去，故上述不能恢复的区域不作预测，各功能区在自然恢复期水土流失量见表4。

表4 自然恢复期水土流失量

因此，运行期水土流失增量为2544.95t，自然恢复期水土流失增量为-258.68t，该项目水土流失增量合计2286.27t。

3 水土保持方案设计

3.1 防治目标

结合项目区自然条件和水土流失防治标准，该工程为一级防治标准。由于矿区不同功能区域的建设、运行性质差别很大，所以矿区不同功能区域分别制定防治标准，各项定量指标如表5。

表5 生产运行期水土流失防治目标

3.2 整体布局

根据水土流失预测结论和分区防治特点，结合施工区自然环境状况，确定各区的措施布置，措施配置中以临时防护措施控制集中的水土流失，同时为植物措施的实施创造条件[7]。

3.2.1 采场防治措施

露天采场区占地面积4.02hm2，占地类型为荒地，水土保持防治措施如下：

1)运行期防治措施。①截水沟工程：在采场边缘应修筑浆砌石截水沟，以拦截径流，避免径流冲刷加剧侵蚀，并保证场内径流顺畅排走，使采场下游不致造成冲刷侵蚀。截水沟选用矩形断面，通过水力演算，截水沟宽b=0.5m，水深h=0.6m时，过流量为0.67m3/s>0.57m3/s，截水沟断面满足设计要求。采场截水沟长360m，浆砌厚度20cm，挖方260m3，浆砌石152m3，浆砌石截水沟典型设计如图1所示。

图1 截水沟设计图

2)表土剥离：2号采场在开采前，一次性剥离表土，剥离面积1.8hm2，平均剥离厚度30cm，运行期间共剥离表土5000m3。剥离的表土临时堆存于排岩场内，用于自然恢复期覆土绿化，平均运距500m。

3)边坡喷固化剂：随着采矿场台阶的形成，为有效防止扬尘及水土流失，在固定边坡处采取喷固化剂的方法，喷洒面积1.1hm2。

4)削坡设平台：针对1号露天采场形成的近30m的高陡边坡，原方案设计进行缓坡处理，方式如下：按10m一个台阶，60°坡面角进行处理，形成3个台阶，3个平台高程为140m、150m、160m，面积3200m2。

5)自然恢复期防治措施。恢复植被：采场开采结束后，在采矿场平台上及采场底部进行土地平整，然后覆土，植苗栽植刺槐，有效防治水土流失。先对场地进行平整，平整场地2.92hm2，平整后覆土，厚度40cm，覆土面积2.92hm2，共需覆土11680m3，平均运距500m；穴状整地种植刺槐以恢复植被，整地规格50cm×50cm×50cm，刺槐株行距1×1，共需2.92万株。

3.2.2 排岩场防治措施

设置排岩场2个，每采场设1个排岩场，面积0.66hm2，标高160m，可容纳岩石3万m3。运行期产生永久弃渣2.9万m3，因此排岩场可满足矿山的排岩要求。排岩场占地类型为荒地，地势较平缓。

1)运行期排岩场防治措施。

a)临时防护编织袋挡土墙：运行期间对于排岩场临时形成的边坡在堆体底部用装土编织袋临时挡护(见图2)，以减少水土流失，长度200m，高1.2m，共需编织袋8000个，装土240m3。

图2 排岩场运行期编织袋挡墙措施图

b)2号排岩场种草：因2号排岩堆放有剥离的表土近5000 m3，为了减少降雨击激引起堆放过程中的水土流失，进一步提高防治效果和植被覆盖度，可在堆体表面撒播草籽。撒播草籽量为15kg/hm2，草种应为无病虫害、生活力强、籽粒饱满、成熟好和无霉变的新种子，设计以选择紫花苜蓿，共撒播草籽1.5kg。

2)自然恢复期防治措施。排岩结束后，在排岩场平台和边坡上进行场地平整覆土种植刺槐，有效防治水土流失。场地平整0.66hm2，覆土厚度40cm，覆土面积0.66hm2，共需覆土2640m3，平均运距500m；穴状整地种植刺槐以恢复植被，规格50×50×50cm，刺槐株行距1×1，共需6600株。

3)排弃过程中应注意的问题。排弃前将山坡上的杂草清除，并挖成内倾2%-3%的台阶形式；遇坡度较大地段或者光滑体时，采取棋盘布点爆破增强基地粗糙度；在排弃过程中，除留有岩土自然沉降量外，使各排弃平台形成2%-3%内向坡度，以防止地表水汇流冲刷边坡而引起细沟侵蚀及泻溜等[8]。

3.2.3 作业路防治措施

1)运行期防治措施。

a)临时排水沟：在作业路靠山一侧修建土质排水沟，根据矿区以往经验，选择排水沟为梯形断面，底宽30cm，深30cm，边坡1:1，上口宽90cm。经校核完全符合排水要求，总长660m，挖方396m3。挖出的土方就地整平。

图3 排水沟设计断面

b)行道树：在采场外、矿区内的作业路单侧栽植行道树，树种选择抗尘性能强的刺槐，株距1m，共需刺槐500株。

2)自然恢复期防治措施：在采场开采完毕后，覆土栽植刺槐以恢复植被。先进行土地平整，面积0.12hm2，覆土厚度40cm，共需覆土480m3，平均运距500m；穴状整地种植刺槐以恢复植被，规格50cm×50cm×50cm，刺槐株行距1×1，共需1200株。

3.2.4 料场区防治措施

运行期间对于料场临时形成的边坡在堆体底部用装土编织袋临时挡护，以减少水土流失，长度50m，高1.2m，共需编织袋2000个，装土60m3。同时，为了减少料场中的粉质性原料发生风蚀的现象，设计利用苫布2000 m2覆盖料粉，防止风蚀水蚀(主体工程已有)，另外，为尽可能的减少水土流失，对场面实施硬化措施，面积9000 m2。

3.2.5 洞采及办公生产区防治措施

该区的主要措施是对不稳定的坡面修建浆砌石挡土墙，长度为80m；同时，实施场面硬化措施2600 m2。

3.2.6 直接影响区防治措施

矿山车辆运输过程中会产生扬尘或是掉落碎石，从而对道路正常运输和周边环境造成影响。因此，建议在作业路影响区内安排专人定期清理区内散落的碎石，定期洒水以减少尘土污染。

4 结 论

文章以海城市英落镇采石场为例，通过划分项目区水土流失预测范围、单元、内容以及时段，预测分析了各分区可能产生的水土流失量，在此基础上提出采场场、排岩场、作业路面、料场区、洞采及办公生产区、直接影响区的水土保持措施。研究成果有利于降低对生态环境的破坏效应，提高水土保持的稳定性，可为其他类似工程水土保持治理和环境保护提供参考。