大冶铜山口露天开采矿山地质环境问题及修复治理措施

易露

(新疆汇祥永金矿业有限公司, 新疆 克孜勒苏柯尔克孜自治州 845450)

0 前言

为了科学、合理开发利用矿区内矿产资源,进一步推进可持续发展战略,需要完善生态文明领域协调机制,构建生态文明体系,实现矿业与生态建设的一体化发展[1]。按照“边开采,边治理”的发展思路,大力推进绿色矿山建设,是铜山口铜矿当前的紧要任务[2]。为此,以大冶铜山口铜矿露天坑为研究对象,对废弃矿山的生态环境问题进行了研究,提出了适合研究区的矿山环境修复治理的措施及对策[3]。

1 露天开采现状

铜山口铜矿是在产几十年的老矿山,上部采用露天开采。露采坑边坡为南高北低的台阶式,台阶高度为12 m,主要有+158 m、+146 m、+134 m、+122 m、+110 m、+98 m、+86 m、+74 m、+62 m、+50 m、+38 m、+26 m、+14 m、+2 m、-10 m、-22 m、-34 m、-46 m、-58 m,共19个台阶,其中标高从+50～+154.63 m 为地平以上山坡,露天凹陷采坑标高-58～+50 m。下部每两个台阶进行并段,并段高度为24 m,为山坡露天转凹陷露天开采,开采终了形成+158 m、+146 m、+134 m、+110 m、+86 m、+62 m、+38 m、+14 m、-10 m、-34 m、-58 m,共10个台阶。露天开采进入深部后,由于采场小,难以进入-46 m 台阶,并有部分矿石压在上盘,同时因上部接近地表的一部分被选厂占据,另一部分为铜山口河及农田,征地及地表附着物处理困难,因而未剥到开采境界,未能揭露矿体并形成接替生产能力。现露天境界外还存在表内资源储量160万t,低品位矿280万t,总矿量为440万t,平均品位0.54%,金属量为23 760 t。2019年11月,大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿委托中国恩菲工程技术有限公司编制了《大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿露天南部境界优化项目初步设计书》。优化后的北侧采区底盘平台、掌子面已停采,为本次修复治理范围,优化后的南侧采区为边采边治区,是目前正在生产的范围。如图1所示。

图1 露采坑全貌

2 主要矿山地质环境问题

露采坑早期山体植被发育,结构稳定,随着矿山生产活动的推进,矿山地质和环境问题日益显现,露采坑边坡地质灾害隐患以及土地植被破坏、含水层破坏等是目前最主要的矿山地质环境问题[45]。

2.1 矿山地质灾害隐患

铜山口铜矿露天边坡岩体主要为碳酸盐岩和岩浆岩,目前露天采坑边坡处于基本稳定状态[6]。由于高陡边坡的存在,矿山生产的爆破震动有可能诱发边坡崩塌或垮塌。主要危害性有:

(1) 随着卸荷裂隙进一步发育,形成危岩体,若发生崩塌、掉块,会对矿山安全生产构成威胁;

(2) 崩塌发生所产生的灰尘,对矿山空气质量产生影响;

(3) 崩塌产生的堆积物破坏自然景观;

(4) 在后续地质环境生态修复治理过程中,危岩对现场工作人员和设备造成安全隐患;

(5) 矿山边坡坡脚堆积的废渣在降雨作用下,如不及时进行清理,存在发生小型滑坡的可能性。

2.2 土地、植被及景观环境破坏

矿山采用露天与地下联合开采的方式,经过长期开采,露天采坑、永久性生产生活设施、排土场、尾矿库等挖损和压占了土地资源以及采矿引起的岩溶塌陷、冒落塌陷破坏土地资源,也改变了土地利用现状,并可能引起地下水环境变化,破坏整个矿山的生态环境[78]。

项目实地踏勘结果表明,露天开采共破坏土地49.57 hm2,其中破坏地类有林地0.127 hm2、灌木林地0.87 hm2、其他草地0.167 hm2、建镇制用地为5.677 hm2、采矿用地42.817 hm2,土地破坏方式为挖损和压占。

2.3 含水层破坏

水文资料显示,露天坑-58 m 标高以上正常涌水量为7206 m3/d,最大涌水量为24 920 m3/d。矿山排水对降落漏斗范围内地下水起到一定程度的疏干作用,改变了地下水流动方向,破坏了矿区地下水均衡。

3 修复治理原则

(1) 综合性与针对性相结合。矿山开采及废渣排放对地质环境的破坏类型多样,治理时需针对地质环境问题形成的内在结构,有针对性地选择治理方法[9]。

(2) 经济性和实用性相结合。治理工程布置要结合铜山口铜矿开采规划及场地现状情况,因地制宜,重点突出,经济合理。同时要确保治理工程技术可行、施工简便。

(3) 环境和谐和经济协调相结合。根据矿山周边环境、生态条件的特点,环境整治采用工程措施与生物措施相结合,对矿区地质环境进行整治。配合当地的建设规划,充分考虑整体美观和视觉安全,兼顾经济效益、社会效益及环境效益,力求综合效益最大化。

4 修复治理措施及建议

4.1 坡面清方

清方工程主要是对露采坑边帮范围内的活石,以及边帮坡面上的浮石进行人工剥离,对露采坑边帮顶部边缘的一些由于节理裂隙、卸荷裂隙、溶沟或溶槽等自然因素切割,以及由于人工采石爆破引起松动而形成的孤立活石、危石进行清除,清方厚度按每平米0.3 m 进行计算。同时,对现有马道进行找平,满足后续绿化工程需要。

坡面清方可采取人力与机械相结合的措施,施工时自上而下削离。对于人力和机械无法清除的变形体可以采用静态爆破或小药量爆破,结合应用预裂爆破或光面爆破技术,避免超爆。

4.2 排水工程

为防止地表径流水渗入加固边坡内和坡脚外侧的岩层中,影响边坡的稳定,在露采坑边坡顶部布设排水沟。

4.3 封边墙工程

在露采Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ区原有马道和平台外侧布设一道封边墙,主要用于马道和平台覆土植树绿化。封边墙外边线距马道边缘不得小于0.5 m,混凝土封边墙尺寸为1000 mm×300 mm(高× 宽),HRB400Φ16竖筋入基岩不得小于40 cm;封边墙采用C25混凝土浇筑,纵筋HRB400Φ16@300钢筋,横筋Φ8@200钢筋,主筋插入完整基岩深度不小于0.4 m,钢筋保护层厚度不低于5 cm,浇筑封边墙混凝土时应将基岩面打毛冲洗干净,封边墙每15 m 布设一道伸缩缝,自墙顶布设至基底,缝宽20 mm,缝内采用沥青麻筋或沥青木板充填。插筋孔孔径不小于4 cm,全孔M10水泥砂浆灌注,与封边墙接触处钢筋采用阻锈剂或沥青等防锈措施[10]。

沿封边墙在距地面0.2 m 处布设一排Φ50PVC泄水管泄水孔,泄水孔倾角为5°,倾向墙外采用Φ50 mm PVC排水管,孔内保护PVC 管外包无纺土工布,孔距2.0 m。

4.4 主动柔性防护网+植生孔

漏采正东侧+86 m 以上高陡边坡在进行坡面危岩、危石清除后,随着时间的推移,在大气降水、风化等多种自然因素影响下,边坡会发生新的危岩、崩塌等地质灾害,对下方坑底威胁较大。为了确保后期边坡稳定,采用STG-50型主动防护系统对削清方后的高陡边坡进行防护[9]。由于该段边坡较陡且高程较大,客土喷播绿化效果受限,根据现场地质条件及地形地貌特征,采用植生孔进行复绿,植生孔的孔径为90 mm,孔深1000 mm,植生孔横向间距为3 m,纵向间距为3 m,种植油麻藤,悬挂主动防护网,坡底栽植油麻藤,油麻藤栽植间距为3 株/m。主动柔性防护网覆盖正东侧(+86～+120 m)整个裸露坡面,上部至崖顶,下部至坡脚处。

4.5 绿化工程

4.5.1 地面覆土绿化地面Ⅰ-1区、Ⅰ-2区、Ⅰ-3区、Ⅰ-4区已经采取覆土植树和铺草皮绿化措施。

4.5.2 平台覆土绿化

对于矿区已有的马道进行简易找平后覆土绿化,拟对采坑进行简易场地平整后覆种植土0.5 m厚,可直接覆土植树,间排种植刺槐和夹竹桃,间距3 m,种植坑穴为0.8 m×0.8 m×0.8 m(长×宽×深),采用坑植法种植,植树完成后播撒花草籽绿化,花草种为狗牙根、三叶草、结缕草、波斯菊、非洲菊等。种植前应在穴内回填土壤,土壤p H 值为6.5～8.0,以红壤土为主,施基肥,肥料应满足植物的生长需求,并添加适量保护剂,就近在排土场寻找合适客土土源,运距在10 km 范围内[10]。

栽植时先沿行距划好行定位线,然后再沿行定位线按株距确定株定位点。树苗的栽植可与穴状客土回填同步实施。采用“三埋两踩一提苗”栽植方式[11]。

4.5.3 坡面土喷播绿化

对露天坑岩石暴露的地区采用特制人工土壤加入植物种子对目标区域进行喷洒[12]。在种子发芽、植物生长后,能有效实现目标区域绿化,保持水土[8]。

4.5.4 坡面爬藤(植生孔)绿化

对于露采坑Ⅰ区和Ⅲ区,由于坡面较陡,根据现场实地调查无法进行放坡,且直接进行坡面土喷播绿化效果不好。设计拟将Ⅰ区坡面危岩、危石清除后,在坡面悬挂植物攀爬网,在坡顶和坡脚处栽植油麻藤等攀岩类植物绿化坡体,油麻藤种植间距为3株/m;Ⅲ区边面危岩、危石清除后,根据现场地质条件及地形地貌特征,采用植生孔进行复绿,在坡面悬挂植物攀爬网。植生孔的孔径为90 mm,孔深1000 mm,植生孔横向间距为3 m,纵向间距为3 m,种植油麻藤(攀援类)、紫慧槐种子(灌木)。

4.6 养护系统

在露天坑底新建蓄水池,外界养护用水通过管道自流到蓄水池内,使用扬程160 m 的高扬程水泵输水到坡顶,供水主管采用DN60 mm 管,分管采用DN50 mm 管,支管采用DN32 mm 管,采用旋转式喷头对部分植被进行全面覆盖,定时定量喷洒,并设置专人巡视,由选厂机修班负责维护坏损设备,同时对部分喷洒不到位的植被,采用人工浇水或使用洒水车洒水。

5 结论

经现场检查,本修复治理工程项目按照治理工程设计内容,完成了各项施工任务,压顶墙、高次团粒喷播绿化等实物与设计施工图纸、工程合同相符,工程实体外观质量总体完好;工程边坡按设计要求进行危岩清理施工,清理后坡面无危石、松石,坡度符合设计要求;压顶墙混凝土强度达到设计要求,表面平顺、光滑,无蜂窝麻面及起泡现象;坡面高次团粒喷播绿化效果显著,植被长势良好。修复治理工程总体效果良好,达到了设计要求。