石灰岩矿水土流失特点及治理措施研究

杜红柳

（山西省长治市水利发展中心，山西 长治 046000）

0 引言

矿山开采行为必然造成剧烈的地表扰动，导致原地貌类型结构性改变，且易引发地质灾害，这将造成当地水土资源和生态环境的显著性破坏。因此，矿山开采必须做好水土流失治理和生态环境保护。

石灰岩矿的水土流失特点主要表现为水土流失面广，时间长，极易秀发剧烈的风蚀、水蚀和重力侵蚀。水土流失重点防治区通常为露天采矿区、工业场地区、排土场区和尾矿库区等。露天矿藏在投建和后期生产运行过程中均会产生大量的弃渣和尾矿，造成山体剥离，扰动的植被覆盖面增大。同时由于采选一体化的特点，在建设运营期会产生大量的水土流失。

1 工程概况

1.1 矿区基本情况

长治市熔剂用石灰岩矿山开采项目，总占地面积17.4628 hm2。矿区整体自西向东布置于自然宽阔冲沟，地势西高东低。矿山开采面积为0.0446 km2，开采矿种为熔剂用灰岩，生产规模为30 万t/a。矿山设计开采方式为露天开采，设计开采标高1225 m～1140 m，划分为9 个开采台阶，台阶高度10 m。采用潜孔钻机钻孔，中深孔爆破，挖掘机及装载机采装，自卸车运输，开采顺序为自上而下、由北西向南东推进、一面墙式开采。

1.2 水土流失预测

项目水土流失调查与预测范围依据水土流失防治分区将调查预测单元划分为：露天采场区、工业场地区、办公生活区、废石场区和交通道路区。根据工程实际与施工进度，现状扰动区域作为调查单元，其后扰动区域作为预测单元。

经计算，项目可能产生的水土流失总量为1803.26 t（其中调查单元1305.16 t、预测单元498.10 t），其中新增水土流失量1624.25 t（其中调查单元为1182.01 t、预测单元为442.24 t）。项目调查单元、预测单元水土流失量计算表及水土流失量汇总统计表见表1。

表1 调查与预测水土流失量汇总表

2 水土保持措施设计

2.1 措施总体布局

本工程水土流失防治分区根据工程内容组成、水土流失特点、生产功能区划和水土保持措施布设等情况，共分为5个防治区，分别为露天采场防治区、工业场地防治区、办公生活防治区、废石场防治区、交通道路防治区。露天采场防治区处于持续开采运输状态，工业场地防治区为灰岩矿破碎、筛分和堆储的生产常态，拟建废石区在建设初期处于接纳废石阶段，交通道路区（含拟建道路）则长期承担物料倒运和产品输出的负荷状态。因此本方案根据矿山开采生产特点，将各防治分区水土保持措施布设划分为现状防护情况、闭矿封场后主体计划实施的地质环境保护与治理恢复、土地复垦工程（主体设计内容）措施，方案新增措施根据主体已有和计划实施的工程内容，进行针对性地补充和完善，将项目区各防治分区形成科学有效的防治体系。本方案水保措施总体布局见图1。

图1 水土流失防治措施体系框图

2.2 分区措施布局

2.2.1 露天采场防治区

露天采场是指用矿山设备进行剥离及采矿的场所，为开采所形成的采坑、台阶和露天沟道总称，是金属矿水土流失的防治重点区域[1]。露天采场是扰动破坏最为剧烈的防治分区。

（1）现状防护情况：除开采准备期对裸露表土和边坡表土进行临时苫盖保护外，主体未布置任何形式的水土保持工程、植物防护措施。

（2）开采终了主体设计：矿区边界顶部边缘布置浆砌石截排水沟；采坑平台覆土后复垦为耕地，采场边坡种植爬山虎进行陡坡防护，开采掘进平台覆土后撒播紫花苜蓿和种植油松，恢复为有林地。

（3）方案新增防护措施：矿区现开采平台标高为1140 m，在后续开采过程中会陆续以1220 m、1210 m、1200 m、1190 m、1180 m、1170 m、1160 m、1150 m、1140 m共9 个开采平台，因此会在现采坑基础上进行下切和上拓，现有采坑平台将不复存在，因此方案新增措施结合封场闭矿后主体设计地质环境保护和恢复治理、土地复垦计划，主要着眼于开采期临时防护措施。因此方案新增开采平台边坡、矿山运输道路边坡、采坑裸露地表和场地堆料区布置密目网临时苫盖措施，既防止边坡碎石顺坡滑落的安全隐患，又可较好地防止径流冲刷和抑制扬尘。

2.2.2 工业场地防治区

工业场地是主要的生产区域，主要布置有生产加工设备、棚盖料场、传送带及筒仓等生产和辅助生产设施，大部为硬化场地和棚盖区域，本区也是主体设计主要土地复垦区。

（1）现状防护情况:场地沿沟道南侧边坡内侧布置简易排水沟槽，将上游汇水排至下游自然沟道；场地内露天堆料场有密目网苫盖防护措施。

（2）开采终了主体设计：拆除所有构建筑物，覆土翻耕培肥，恢复为旱作耕地。

（3）方案新增措施：工业场地建筑布置紧凑，经现场调查，现有排水设施基本可满足场地排水要求，空余区域均有堆料且无法替代，基本没有可实施绿化区域，因此本方案不新增水土保持工程及植物措施；补充场地内裸露地表和堆料区进行苫盖防护措施。

2.2.3 办公生活防治区

办公生活区主要布置有矿区管理办公楼、职工宿舍、停车场地、食堂浴室、蓄水池、磅房等办公生活及公辅设施。

（1）现状防护情况:布置有场地排水设施，用以收集办公楼、职工宿舍、食堂浴室等办公生活设施生活污水及场地排水。

（2）开采终了主体设计：拆除清理原有建筑物，复垦为耕地。

（3）方案新增措施：现在设施可基本满足防治区水土流失要求，本方案不增加新的水土保持工程。

2.2.4 废石场防治区

废石场位于矿区西部、露天采场山梁西北部约120 m的自然荒沟内，主体设计仅初步指定废石场场址，未对废石场进行专项设计，方案补充设计拟建废石场及相应水土保持措施布设。设计废石场占地面积1.2023 hm2，为永久占地，场地标高1113 m～1154 m。方案布置挡渣墙、边坡及马道截水沟、沟底盲沟、渗流消力池等设施；废石场表面覆土，台阶坡面及马道种植灌木，顶部平台栽植乔木。

方案设计在标高1113.0 m砌筑M10 浆砌石挡墙36.3 m，挡墙总高3.0 m，基础深度1.0 m，出露高度2.0 m，顶宽1.0 m，内边坡坡比1∶0.5，外墙为直立，前趾后踵宽度均为0.5 m；挡墙基础由0.2 m碎石垫层取平，挡墙布置2 层Φ100 PVC排水孔，层距1.0 m，孔距2.0 m，排水孔后靠近挡墙墙面布设反滤料；沟底设计浆砌石盲沟，盲沟下游穿越挡渣墙后出口连接渗流消力池，沟长154 m，盲沟内码放块石。挡墙下游6.0 m处设计浆砌石渗流消力池，用以收集沟内渗流和坡面汇集径流，并兼具对坡面径流的消能稳流作用。池内渗流和径流主要为雨水，且废石场堆放物成分为泥灰岩，无毒无害，可自流导引下游耕地实施灌溉。

废石场剔排废石分层堆放，每层堆放高5.0 m，用重型压路机压实，每层堆放达高后向内错3.0 m宽马道。方案设计最终实际堆高为39.0 m，堆积层数共为8 层，设计最大废石场容量为9.081 万m3，其中堆排泥灰岩废石7.766 万m3，表层覆土量1.183 万m3（覆土厚度1.0 m），尚有0.133 万m3余量可堆放其它无用渣石。设计废石场边坡和马道经人工整地后种植药用经济灌木连翘，顶部平台拟种植适宜当地生长的矮化核桃经济林。

方案设计在废石场两侧边坡坡脚与场地结合处砌筑M10浆砌石截水沟，以排导两侧边坡因降雨形成的径流，避免对场地的冲刷而产生新的水土流失，出口接入下游渗流消力池。设计两侧截水沟总长为463.6 m；废石场马道内侧布置M10浆砌石排水沟，对层间坡面和马道径流导引至两侧截水沟，设计马道排水沟总长为450.1 m。

2.2.5 交通道路防治区交通道路防治区主体没有布置排水沟和全线行道绿化。（1）现状防护情况：连接办公生活区和工业场地的矿区道路两侧种植有行道树和灌木绿篱。

（2）开采终了主体设计：进场道路在闭矿封场后保留使用，矿区场内运输道路封场闭矿后进行土地复垦。

（3）方案新增措施：进场道路东外侧种植行道树；拟建道路边坡增设临时苫盖防护，避免径流冲刷和大风扬尘。

3 结语

石灰岩矿的建设内容复杂，且不同区域情况差异很大，因此在设计水保措施的过程中应综合考虑矿山开采方式、地形地貌、气象因素等，分区域综合采取工程措施、植物措施和临时措施，确保矿山建设期和运行期均能将水土流失降到最低，最大程度减小矿山开采对环境的扰动。根据长治市熔剂用灰岩矿赋存矿山储量、开采规模等因素，各防治分区水土保持措施布设在现状防护基础上，结合闭矿封场后主体设计地质环境保护和治理恢复、土地复垦工程，立足现有工程，与主体设计计划实施的治理与复耕工程实现较好地衔接，方案新增防护措施，减少和避免了开采期建设生产活动造成的新的水土流失，同时还将在开采期完成后继续发挥防护作用。