大尖山石灰巖礦水土流失防治探討

劉卓瑪姐

【摘要】大尖山石灰巖礦為大型露天礦，開采過程中擾動和破壞原地貌，損壞植被易造成產生水土流失。本文通過分析項目區水土流失形成的原因、水土流失引起的危害，結合項目特點，確定了水土流失防治分區，通過水土保持工程措施、植物措施和臨時措施的有機結合和合理布局，形成完整的水土保持措施防治體系，使工程運行期可能造成的水土流失得到有效控制，確保工程建設及運行安全，保護、改善和合理利用土地資源，使損毀的林草植被得以恢復，重建新的更好的生態環境。

【關鍵詞】礦山；水土流失；防治措施；水土保持

1、項目基本概況

大尖山石灰巖礦為大型露天礦山，位于巢湖市半湯街道大尖山山脊的東側（見圖1），錄屬于安徽皖維高新材料股份有限公司（以下簡稱“皖維公司”），大尖山礦山采出的石灰巖礦運至皖維公司水泥廠作為水泥生產原料。礦山采用自上而下、水平分臺階的山坡露天機械化采礦，即采用潛孔鉆機鉆孔、深孔爆破，液壓挖掘機裝車、礦用自卸汽車運輸工藝。礦區面積0.519km2，開采高程為+100m～+266m。2004年開始建礦，至2016年開采量達到100萬t/a，累計采出礦石量約為1233.31萬t。礦山目前剩余保有資源儲量2579.49萬t（包含合福高鐵壓覆礦量），扣除合福高鐵壓覆礦量后保有資源儲量為2148.22萬t，生產規模為年開采石灰巖礦260萬t，礦山服務年限為8.08年[1]。

項目區屬于技改、建設生產類項目[2]，礦區經多年開采，最低開采標高已開采至+100m，形成+250m～+115m共10個開采平臺，臺階高度15m。礦山技改擴能后設計新開拓北側+220m、+205m及南側+235m標高3個開采工作面，繼續開采+250m～+115m共10個開采平臺至礦區界限，并對采區北側和南側+250m平臺的上游開采邊坡進行削坡降坡和護坡處理；充分利用已建成的采區內部開拓道路、外部運礦道路和輔助道路，并對開拓道路的局部路段進行修整。

依據施工工藝及水土流失特點等，將本項目水土流失防治分區劃分為：治理工程區、露天采區、礦山道路區、工業場地區和表土堆場區。項目總占地54.23hm2，均為永久占地，建設期土石方總挖方10.09萬m3，總填方1.06萬m3，棄方9.03萬m3。

項目區位于江淮丘陵，礦區原始山體基巖裸露，山體邊坡坡角在20°～30°之間，原始高程在90m-310m之間，山體較渾圓；屬北亞熱帶濕潤季風氣候區，年均降雨量1132mm，10年一遇24h最大降雨量178mm，20年一遇24h最大降雨量223mm，降水集中在汛期（6～9月），年均氣溫16.5℃，年平均風速3.2m/s，導風向為東，最大凍土深度10cm；土壤主要以黃棕壤土為主；植被類型屬于北亞熱帶常綠闊葉林帶，現狀林草覆蓋率為17.2%；項目區屬南方紅壤丘陵區，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500t/km2·a。

2、水土流失影響因素

2.1自然因素

項目區內影響水土流失的自然因素主要有雨水、地形地貌、土壤、植被等。礦區位于大尖山山坡，山體邊坡坡角在20°～30°之間，原始高程在90m-310m之間，高差達220m，這種高陡山坡在降水作用下易產生水土流失；項目區土壤以黃棕壤土為主，自然植被類型繁多，但部分區域由于基巖裸露較多，加之人為的開發，使得林草覆蓋率不高，不利于水土流失的控制。礦山開采使原生地貌和地表植被遭受破壞，基巖和土層裸露，土壤結構疏松，表土抗蝕能力減弱，在雨水沖刷等外力作用下易產生水土流失。項目區多年平均降雨量1132mm，降水集中在6～9月，降水集中，強度大，對土壤的侵蝕力大；雨季裸露地表抗侵蝕能力較差，遇暴雨會引起嚴重的土壤侵蝕，侵蝕以面蝕、濺蝕、溝蝕為主。

2.2人為因素

大尖山礦山在建設和生產運行過程中，由于道路修整和拓寬、表土剝離、礦山開采等活動，嚴重擾動和破壞了原地貌和地表植被，造成水土流失。

（1）施工期

本項目治理工程區（合福高鐵壓覆區）已在前期進行礦山治理恢復，基本無水土流失產生，本次不擾動；工業場地區前期已建成，被建筑物、硬化所覆蓋，無水土流失產生，本次只利用，不擾動。因此，本項目施工期的人為擾動主要表現在：礦山局部路段修整和開拓、剝離表土，露天采區地表附著物的清除、表土剝離、開采平臺的開拓、已達終極開采平臺的邊坡的削坡降坡，表土的臨時堆放等，易產生新增水土流失。

（2）自然恢復期

自然恢復期階段，各區域對地表的擾動基本結束，因施工而引發水土流失的各種因素逐漸消失，地表植被逐漸發揮水土保持效果，被破壞的生態環境逐步得到恢復和改善，水土流失量逐漸減少并達到容許水土流失量以下，地表形成新的穩定狀態。

（3）生產運行期

主體工程施工期結束后，礦山道路和內部開拓道路已停止擾動，并對道路邊坡采取植被恢復措施，露天采區已達終極開采平臺的邊坡已削坡降坡和植被恢復措施。露天采區、礦山道路區和表土堆場區一直處于擾動狀態，易產生水土流失。

3、水土流失危害

項目施工建設過程中，由于擾動和破壞了原地貌，加劇了建設區水土流失，預測建設期水土流失總量為439t，其中新增水土流失量為399t。有可能發生的水土流失危害主要在施工期及運行期的礦山道路區、表土堆場區和露天采區，若不采取有效水土保持措施，將對工程及周邊的水土資源及生態環境帶來不利影響，其危害主要表現在：

3.1對周邊微生態環境的影響

大尖山石灰巖礦為大型露天開采區，對巖土擾動不僅在地表而且深入地層數百米，層序擾亂，植被和土壤幾乎不復存在，基巖和土層裸露。由于地面失去保護，生態環境變得脆弱，開采坡面遇雨水尤其是暴雨將會形成大量的侵蝕溝，其損壞的植被短期內難以恢復到原有的水平，水土流失十分劇烈。露天采區開采中的爆破，破碎，采石運輸過程中的散落等活動，產生了大量碎石屑、粉塵，并附著在采場各處，暴雨沖刷會把泥沙搬移至下坡采坑；表土裸露堆放，暴雨沖刷會導致大量泥沙外排，導致大量泥沙淤堵下游溝道，嚴重影響溝道的排洪能力。隨著生產的進行，會形成大量靠幫高邊坡，可能會引發崩坍、滑坡等地質災害。

3.2對下游水系的影響

項目區東側300m外為力寺水庫（小2型），項目區產生的泥水順地勢匯流至下游溝道，最終易進入下游的力寺水庫，影響水庫水質。同時地表徑流攜帶進入水體的懸浮物及其它有機物、無機物污染物質的數量增加，也會加重下游力寺水庫水體污染，使下游水庫水環境服務功能下降。

3.3對周邊空氣的影響

在大風作用下，車輛運輸過程中粉塵碎石粒散逸跌落，產生揚塵；露天采區、表土堆場會產生大量飛塵，污染環境，空氣質量下降，影響了周邊人民群眾的生活。

4、水土流失防治措施

4.1治理工程區

治理工程區為合福高鐵壓覆大尖山礦山區域，目前治理工程區范圍內已禁止開采，并對治理工程區進行削坡降坡26843.23m2，布設平臺擋土墻3490.5m、平臺排水溝3599m、坡腳排水溝304m、坡面縱向排水溝894m、掛網客土噴播67228.37m2、種植苗木10820株。目前治理區內截、排水溝運行良好，未出現質量問題；栽植的雪松（Cedrus deodara （Roxb.） G. Don）、狗牙根（Cynodondactylon（Linn.）Pers.）、高桿女貞（Ligustrum lucidum Aiton）等生長良好，林草覆蓋率約55%，治理工程區水土流失為微度侵蝕，因此，治理工程區無需實施水土保持措施。

4.2露天采區

（1）施工期水土保持措施設計

工程措施：開采期間為防止匯水對采區造成水土流失，在采區西側和南側沿著礦區界限內側布設漿砌石截水溝，根據（GB 50433-2008）《開發建設項目水土保持技術規范》[3]，截水溝防御標準采用20年一遇24h最大降雨量進行過水能力校核，校核最大洪峰流量1.86m3/s，設計洪峰流量2.18 m3/s，截水溝采用漿砌石矩形斷面，底寬80cm，深70cm，底坡不小于4%，采用M7.5漿砌石砌筑，內襯砌厚度30cm， M10砂漿抹面2cm厚，截水溝較陡處布設跌水坎和消力池，跌水坎寬0.8m，深0.4m，M7.5漿砌石砌筑，M10砂漿抹面3cm厚，截水溝遇到礦山開拓道路時布設過路涵，截水溝末端設置沉沙池，尺寸為3m×2m×1.2m，池壁采用30cm厚M10漿砌石襯砌，底板C20混凝土澆筑10cm。

臨時措施：為防止雨季露天采區內的水土流失，根據采區地形及開采情況，在開采平臺內側布設土質排水溝，為梯形斷面，頂寬70cm，底寬40cm，深60cm，邊坡1：0.5，排水溝末端及順接處布設土質沉沙池，按簡易單廂沉沙池設計，斷面尺寸為長1m，寬1m，深1m，池內泥沙需定期處理。采區的匯水通過開采平臺內側的排水溝匯入礦山內部開拓道路的排水溝，最終排出場外。露天采區開采邊坡破碎較嚴重，雨季增加臨時彩條布遮蓋。

（2）生產運行期水土保持措施設計

工程措施：生產運行期間，需對能剝離表土的區域進行表土剝離。

（3）開采終期水土保持措施設計

工程措施：采礦工程結束后，需在采區西側+205m平臺內側新建漿砌石排水溝順接上游邊坡的截水溝，截水溝和新建排水溝順接處新建沉沙池。

植物措施：露天采區開采結束后，+100m～+235m平臺及開采邊坡裸露地面立地條件差，植被恢復應選擇適應能力強、根系發達，生長快、成活率高的植物，在回覆表土、土地整治后，進行植被恢復，開采平臺采取喬、灌、草綠化，開采邊坡栽植藤本和撒播草籽，株間距2m，行間距2m，喬木選用側柏（Platycladus orientalis （L.） Franco），灌木選用大葉黃楊（Buxus megistophylla Levl.）、紫葉李（Prunus cerasifera Ehrhar f.），藤本選用爬山虎（Parthenocissus tricuspidata），草籽選用狗牙根（Cynodondactylon（Linn.）Pers.），撒播密度80kg/hm2。春節種植，注意管護，1年后用同齡苗進行人工補植，實現植被快速修復。

4.3 礦山道路區

（1）施工區水土保持措施設計

工程措施：對運礦道路和輔助道路的部分開拓路段剝離表土，為疏導坡面來水和路面集水，在運礦道路和輔助道路兩側布設漿砌石排水溝。運礦道路和輔助道路最大坡面匯水面積約0.063km2，排水溝防御標準采用20年一遇24h最大降雨量進行過水能力校核，校核最大洪峰流量1.95m3/s，設計洪峰流量2.18 m3/s，截水溝采用漿砌石矩形斷面，底寬80cm，深70cm，底坡不小于4%，采用M7.5漿砌石砌筑，內襯砌厚度為30cm， M10砂漿抹面2cm厚，排水溝需穿越道路時設路涵，涵洞與路基同寬，采用φ800 C25鋼筋砼圓涵。排水溝末端設置沉沙池，尺寸為3m×2m×1.2m，池壁采用30cm厚M10漿砌石襯砌，底板C20混凝土澆筑10cm。

植物措施：輔助道路和運礦道路運行多年，道路兩側邊坡自然生長雜草和灌木，局部存在裸露的邊坡進行狗牙根草籽撒播，撒播密度80kg/hm2。

臨時措施：采區內部開拓道路兩側布設土質排水溝，用來匯集和疏導開采平臺內側的排水和采區上游邊坡匯集的雨水，土質排水溝出口處和順接處設置土質沉沙池，最終將水排入礦區東側的下游溝道中。土質排水溝為梯形斷面，頂寬70cm，底寬40cm，深60cm，邊坡1：0.5；土質沉沙池按簡易單廂沉沙池設計，斷面尺寸為長1m，寬1m，深1m，池內泥沙需定期處理。

（2）開采終期水土保持措施設計

采礦結束后，運礦道路及輔助道路保留，采區內部開拓道路結合終期開采平臺進行植被恢復。

4.4工業場地區

工業場地區前期已建成，有辦公樓、食堂、維修車間、水池等，目前工業場地設施運行良好，滿足礦山生活需求不需擴建。根據現場調查，工業場地東側和北側開挖邊坡坡腳修建了漿砌磚排水溝165m，矩形斷面，寬40cm，深30cm，溝壁采用24cm厚M7.5漿砌磚襯砌。排水溝已運行多年，未出現質量問題，滿足過水能力；東側外的開挖邊坡撒播狗牙根草籽和栽植爬山虎，現植被生長良好，覆蓋度大約97%左右，現狀基本無裸露區域，水土保持效果良好。因此，工業場地區無需實施水土保持措施。

4.5表土堆場區

（1）施工期水土保持措施設計

工程措施：表土堆場使用時間較長，為防止雨季表土堆場上游匯水對表土堆場造成的水土流失，在表土堆場四周布設漿砌石截水溝960m。該區匯水面積0.04km2，設計截水溝斷面為矩形，通過截水溝過水能力計算，排水溝底寬40cm，深40cm，溝壁采用30cm厚M7.5漿砌石襯砌。截水溝末端和順接處共布設沉沙池，尺寸為1m×1m×1m，池壁采用30cm厚M10漿砌石襯砌，底板C20混凝土澆筑10cm。

（2）運行期及終期水土保持措施設計

礦山運行期，表土堆場持續堆存表土，礦山開采結束后，堆存的表土全部用于采區植被恢復覆土，表土堆場跡地清理后作為采空區（已含在露天采區終期植被恢復中）。

5、結語

大尖山石灰巖礦為大型露天礦，項目區內影響水土流失的因素主要為自然因素和人為因素，其中人為因素是影響水土流失最主要的因素。本文通過針對其水土流失形成的原因、水土流失引起的危害，結合項目特點，確定了水土流失防治分區，通過水土保持工程措施、植物措施和臨時措施的有機結合，合理布局，形成完整的水土保持措施防治體系，使工程運行期可能造成的水土流失得到有效控制，確保工程建設及運行安全，保護、改善和合理利用土地資源，使損毀的林草植被得以恢復，重建新的更好的生態環境。

參考文獻：

[1]安徽省水利水電勘測設計院.安徽皖維高新材料股份有限公司大尖山水泥用灰巖礦260萬噸/年技改擴建工程水土保持方案報告書 [D].2016.

[2]GB50434-2008《開發建設項目水土流失防治標準》[D].北京：中國計劃出版社，2008；4.

[3]GB50433-2008《開發建設項目水土保持技術規范》[D].北京：中國計劃出版社，2008；122.