贵州省遵义长沟锰矿排渣场边坡环境治理

童建国

(贵州遵义汇兴铁合金有限责任公司，贵州 遵义 563000)

0 前 言

矿产资源综合开发利用在国民经济发展中占有举足轻重的战略地位，同时为国家的经济建设发挥着重大作用。但是，我国对矿产资源的不断开发利用，以及矿山企业在环境治理保护过程中的严重滞后，致使矿区安全生产、生态环境等相关问题十分突出，导致矿区地质灾害形势恶化、环境污染现象严峻。遵义长沟锰矿沙坝矿段从1958年到现在，已开采了60多年，由于矿山建设初期处于边试验边设计边施工状态，加之后期的严重投入不足，矿山在采空区治理、生态环境保护等方面落后，矿区地质灾害频发，生态破坏严重。长沟锰矿为贵州遵义汇兴铁合金有限责任公司下属的大型锰矿山，要维护矿山今后的生存与发展，就必须加大对矿区生态环境的治理，牢固树立“生态优先、绿色发展”理念，守好发展和生态两条底线，特别是要提升地表工业场地和排渣场的综合治理水平，从而真正实现矿山绿色低耗高质量发展。

1 菜子湾渣场边坡现状及治理目标

1.1 矿山渣场边坡现状

菜子湾渣场是利用菜子湾硐口及以外凹陷地域，依沟势而建成的自然滚落式渣场，渣场位于矿山东侧，渣场最高点在硐口附近，标高为866.55 m，最低点位于南侧堆渣场边坡底部，标高为803.31 m，最大相对高差63.24 m。该区域为矿山主要工业场地，地形总体上较平缓，南侧边坡堆渣边坡坡度较陡，边坡最大垂直高度约为58 m，坡度40°～58°，边坡上方由多年废弃矿渣堆积而成，渣场下部挡土墙紧邻湘江河。由于矿山南侧存在高陡堆渣边坡，边坡由松散渣石构成，高度较高，坡度较陡，在降雨、暴晒等不利因素影响下存在发生滑坡、溃坝等地质灾害，且该边坡下方为公路及湘江河支流，故渣场边坡对公路及河流构成安全隐患。同时该渣场北侧下方存在采空区，采空区也可能引发地面塌陷等地质灾害，而菜子湾渣场已使用约60年，故对土地压占及自然景观影响较为严重。

因此，根据该区域地质环境问题和特点，制定不同治理方案。①根据渣坡堆放地点不同，有的在峡谷较低处，极易形成泥石流，对此类渣坡须进行疏干排水并清理，同时加固挡渣坝体，确保渣坡的稳定性；②对于坡度较大、坡面有滑坡现象的渣坡，必须进行削坡减压处理，形成多个台阶，以增加其边坡稳定性；③对于比较松软的渣坡，由于渣石较软，渣坡易在风吹雨淋下滑坡，须通过外排多余矿渣的办法减小坡度，再在低处用挡土墙支挡，确保渣坡的稳定性；④对于坡度较大的易滚石伤人的渣坡，应根据实际情况在坡面上撬掉较大的危险石块，结合坡面绿化，铺设金属网或塑料格栅网，挡住废石滑落。

1.2 菜子湾渣场边坡治理目标

继续保留矿山菜子湾排渣硐口、排渣设施及附件工业建筑物，保留附近居民居住的房屋、道路及水塘，对治理区内不再使用的土地进行复绿。对保留的道路两侧栽种乔木，美化环境。对南侧堆渣边坡分为南侧及西侧处理，堆渣边坡南侧进行梯级放坡后运走弃渣，拉网防护后喷土使其适合植被生长，最后在边坡顶部栽种藤蔓植物，边坡上播撒草籽。渣场西侧将继续使用，作为未来临时堆渣区，堆积一定渣量后立即运至附近弃土场统一堆放。

图1 治理前菜子湾渣场现状

2 菜子湾渣场地质环境现状

2.1 菜子湾渣场治理区自然地理情况

2.1.1 治理区域气象

遵义市属中亚热带温润季风气候，冬无严寒，夏无酷暑。各月平均气温最低出现在1月，最高出现在7月；年平均气温15.1 ℃，极端最高气温为38.7 ℃，时间短暂；年平均风速1.5～2.62 m/s，最大风速13.0～23.0 m/s；年蒸发量828.2～1 749.0 mm；多年平均相对湿度79%～80%；最大积雪深10～22 cm；多年平均日照时数843.5～1 239.4 h。

2.1.2 治理区域水文

矿区范围大体被湘江和次一级溪沟所环绕,南湘江于矿区南部边界通过, 河床标高728.5～798 m。主要溪沟则呈放射状切穿各地层后注入湘江。

大气降水对本区地下水的形成起着决定性作用，是矿床充水的主要因素，根据有关部门的统计,历年平均降水量1 093 mm，雨季多集中在4～10月，降水量占全年降水总量的85%～95%。至矿山建厂以来,分别在1969、1981、1991年发生过3次大暴雨,日最大降水量为132.9 mm。

2.1.3 治理区域地形地貌

本区位于大娄山脉南西段,地形起伏受区域地质构造和岩性控制,山脉走向与地层走向一致,其标高最大值为1 135.6 m，一般标高850～950 m,地形起伏小。在地貌单元上,石灰岩分布区多形成岩溶地貌景观；砂页岩区则以侵蚀、剥蚀丘陵地貌为特点，属中低山山地地貌，一般为缓坡及凹地[1]。

2.1.4 治理区域地层岩性

矿区内主要出露地层包括二叠系中统茅口组(P2m)、上统龙潭组(P3l)和长兴组(P3c)，三叠系下统夜郎组(T1y)和茅草铺组(T1m)及第四系(Q)等地层。

1)二叠系中统茅口组(P2m)：下部为灰、浅灰色厚层至块状生物灰岩、偶夹钙质白云岩含稀疏燧石结核；上部为深灰、灰、黑色薄至中厚层状含炭、硅质，局部含锰质灰岩，间夹薄层硅质岩，厚度大于145 m。

2)二叠系上统龙潭组(P3l)

地层厚度和岩性较稳定，厚度一般为105～120 m，根据岩性组合及标志层特征划分为3个岩性段。

一段(P3l1)：为灰、灰绿色、深灰色水云母黏土岩、泥岩、粉砂质泥岩、硅质灰岩、硅质岩，中下部夹一层灰、黑灰色夹褐、棕红色等碳酸盐锰矿。与下伏地层呈不整合接触。厚度12.50～30.84 m。矿石中含Mn 30%～35%，平均品位31.23%。该区锰矿厚度一般约2 m，个别地段达3.5 m。

二段(P3l2)：下部为深灰、灰色中厚层状含硅质灰岩，局部夹泥质灰岩和泥岩；上部为灰、深灰色泥岩及不稳定的薄煤层、菱铁矿结核或透镜体。厚度42.28～83.96 m。

三段(P3l3)：灰、深灰色泥岩、粉沙质泥岩及泥质灰岩夹煤线。厚度25.67～39.51 m。

3)二叠系上统长兴组(P3c)

灰、深灰色中厚层至厚层状燧石灰岩，局部夹钙质、沥青质泥岩。厚度48.18～75.50 m。

4)三叠系下统夜郎组(T1y)

一般厚度大于343 m，根据地层结构、岩性可分为3段：①沙堡湾段(T1y1)为灰、黄灰、灰绿色含钙质泥岩夹薄层泥质灰岩，与下伏地层呈不整合接触，厚度5.21～11.0 m；②玉龙山段(T1y2)为灰、浅灰色薄至中厚层状灰岩，厚度196～234 m；③九级滩段(T1y3)为暗紫色泥岩夹薄层泥质灰岩，厚度约120 m。

5)三叠系下统茅草铺组(T1m)

为灰、浅灰色薄至中厚层灰岩、白云质灰岩夹薄层白云岩，区内出露厚度大于250 m。

6)第四系(Q)

由残、坡积物及人工堆积物组成，分布于沟槽和锰矿开采区一带。主要为黏土、黏土质砂、砾及荒渣等。不整合于其他地层之上。厚度小于10 m。

2.1.5 治理区域地质构造

长沟锰矿矿区处于四级构造单元-铜锣井背斜南东翼并转折端及北西翼南段，以背斜轴线为界，铜锣井矿段区域NE向褶皱和逆冲断层发育，常见地层重复，构造属于复杂类型；长沟矿段及沙坝矿段为单斜构造，断层不发育，构造类型简单。此次复绿区域均位于沙坝矿段，属单斜构造，倾向170°～188°，倾角平均35°[1]。

2.2 菜子湾渣场环境地质现状

2.2.1 区域环境稳定性

区内无新构造活动。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震基本烈度为Ⅵ度。综合分析认为矿区属较稳定区域。

2.2.2 区域地质灾害

根据矿山最新井上下对照图，划定矿区范围内采空区为面积0.37 km2；参照《采矿设计手册》对矿山采空区影响范围进行划定，采空区影响范围0.50 km2。根据采空区影响范围进行调查，区域内发现局部存在地面塌陷、滑坡现象。未发现崩塌、泥石流等现状。但矿山采矿层距地面距离短，在长期降雨等因素下，发生地面塌陷、崩塌、泥石流的可能性较大。

2.2.3 地表水、地下水污染现状

矿区内存在有老硐，从周边实际调查的情况来看，老硐及溪沟水中均含有硫化物，其流经之地均见锈蚀现象，故对地表水及地下水已具有一定的污染作用。

2.2.4 大气污染现状

矿山目前处于生产状态，目前的污染源主要为矿山开采产生的废渣土的堆放点，对原有土地、植被造成了一定的污染，必须对废弃物堆放点应进行处理、绿化。

2.2.5 自然景观破坏

菜子湾渣场对区域内自然环境造成破坏，压占损毁土地，破坏植被及地形地貌。此次治理的区域面积为3.11 hm2。

治理区域内的地质环境问题主要为堆渣边坡、工业场地、生产道路等对土地资源压占和挖损破坏及自然景观的损害，且破坏程度严重。

虽治理区域内未见滑坡、泥石流等地质灾害；但渣场南侧存在高陡堆渣边坡，边坡由松散渣石构成，高度较高，坡度较陡，在降雨、暴晒等不利因素影响下存在发生滑坡等地质灾害，该边坡下方为公路及湘江河支流，弃渣边坡对公路及河流构成安全隐患。同时北侧下方存在采空区，采空区可能引发地面塌陷等地质灾害。

3 菜子湾渣场边坡治理工程实施方案

3.1 菜子湾渣场边坡治理工程分项实施方案

3.1.1 拆除工程

对治理区域内废弃建筑物，采用手动工具进行人工拆除废弃建筑物，施工程序从上至下，分层拆除，依照先非承重结构后承重结构原则进行拆除。对拆除的废弃物进行清理、堆放、再利用。堆放应有序进行，避免乱堆乱放引发次生地质灾害。拆除废弃建筑面积372 m2，合计约100 m3建筑垃圾。

3.1.2 场地平整

对治理区域内废弃建筑物进行拆除后，将可以复绿的区域进行土地平整，平整采用机械施工，原地推平，无须外运土石方，平整后的土地无较大起伏，适合植被生长，平整场地面积共计10 394.1 m2。

3.1.3 边坡防护工程

菜子湾渣场南侧有一废渣堆积形成的堆积体边坡，该边坡根据未来使用情况分为南侧及西侧，南侧边坡下方已建有挡墙，但边坡上废渣呈松散状态，在雨季有发生滑坡的可能，因此，首先对边坡进行分台阶削坡，预计削坡方量15 000 m3，削坡弃渣运至附近弃土场统一堆放，然后进行拉网防护。合计拉网防护面积4 910 m2。西侧边坡未来将继续使用作为未来堆渣区，未来堆渣均为临时性堆放，堆积一定量后立即运至附近弃土场统一堆放，设计在该边坡下方新建一挡墙，保证边坡安全[2]。

1)边坡稳定性分析

对堆渣边坡西侧进行现状稳定性分析，采用圆弧法边坡稳定性分析。选择的边坡为堆渣边坡西侧最大边坡处。部分计算参数的确定：废渣堆积体天然重度为γ=19.00 kN/m3，渣石体的抗剪强度值为：C=8.50 kPa，φ=36.00°。

2)钢筋护坡网施工方案

护坡由于现有坡面是经过长时间自然堆叠而成，稳定性较好，故在斜坡50 m以下保持原始坡面进行护坡处理，50 m以上按30°坡度往上收确保渣场有更大的面积空间，有利于今后使用，只有把坡脚段提高，挖方量才会整体减少。

施工方法：第一次开挖坡顶口向后开挖5 m宽水平长度，斜坡长度取4.5 m, 因挖机的工作半径只有4.5 m, 平均开挖垂直宽度顶口边为5 m，在4.5 m段坡度系数为1∶0.077，深度为3.67 m, 开挖宽5 m, 原因是考虑第二次挖机作业工作面,便于挖机在第一次开挖底面退台作业，挖机工作半径取4.5 m。

钢筋护坡网(见图2)：采用中25三级螺纹钢人工打锚杆， 外露8 cm, 网采用经久耐用的金属网， 网眼选用50 mm×50 mm，网径选用1 mm, 采用铜丝扎紧，防止生锈。草籽土配合比为±70%, 五眼砂30%, 土为种植土，人工翻二次，第二次掺加马尼拉草籽，中25二级钢筋为1 000 mm×1 000 mm 设置。

图2 钢筋布网现场

3)挡土墙设计

开挖挡土墙基槽，清理覆土，采用M7.5重力式浆砌石挡墙。挡土墙分段长度为10 m，两段间设伸缩缝，在地形地质变化、墙高变化及转折处，应设沉降缝，缝宽为2 cm，采用沥青麻丝填筑，填筑深度大于0.15 m。从墙底地面以上20 cm开始布置排水孔，孔径为φ=100 mm，排水孔纵横间距为2 m，共设置2排排水孔，外倾坡比不小于5%，墙后排水孔长30 cm，采用PVC管制作。回填段先采用黏性土夯填作隔水层，厚20 cm，并在其上部设置50 cm高的卵砾石层，砾径由粗至细堆填。为防止地表水顺挡土墙墙面排放下渗浸泡基础，挡土墙前修筑浆砌石排水沟，该排水沟为矩形，高0.4 m，宽0.4 m，沟邦厚0.2 m，沟底加固0.2 m，排水沟用M7.5浆砌石筑，沟内用水泥砂浆抹面，抹面厚度20 mm，沟外用M7.5水泥砂浆勾缝。设计挡土墙总长116 m， 墙身总高3.0 m，墙体高出地面2.5 m，基础埋深0.5 m，墙顶宽0.8 m。

对挡土墙稳定性进行验算，分为抗倾覆稳定性及抗滑移稳定性。设计挡土墙总长116 m，高3 m，需M7.5浆砌石545.2 m3，基础土方开挖77.7 m3，基础开挖土方全部用以墙后回填，挡墙砌筑前应清除基槽内虚土以及杂物，采用“人工+机械”对基槽进行夯实，预埋泄水孔布置PVC泄水管。

3.1.4 绿化工程

1)覆土

覆土方式以整个场地客土覆盖结合局部客土改良进行(见图3)，对场地平整后的区域，覆土厚度不低于0.5 m，对渣场南侧堆渣边坡南侧采用喷土机喷土，喷土厚度不低于0.1 m。共需覆土5 688 m3。由于矿山开采过程中无表土剥离，此次覆土工程所需客土可从附近建设项目中获取，运距小于3 km。

图3 覆土现场

首先结合地面实际面积情况，将坡面翻上挖来的矿破用推土机分层碾压推平，推平顶面负500 mm, 负50 mm到顶面用种植土履盖,盖种植土可将多余矿渣进行外运，树间距离2.5 m，土球不得小于Φ500 mm, 栽树坑大于等于800 mm×800 mm×800 mm, 人工开挖，进行换土,改良坑内土质, 堆渣边坡顶栽种藤蔓植物，栽种间距1 m/株，共需藤蔓植物80株。植树选用Φ60 mm树径桂花树。树间空隙地根据实际情况现场确定种什么植物。树坑铺 100 mm厚碎石浇水，种植土内掺20%五眼砂、施肥[2]。

2)生态恢复

绿化工程植物措施宜采用草地、林地结合的植物体系。植物措施的布置，严格按照宜耕则耕、宜林则林的基本原则设计。对平整后的地面覆土，栽种乔木，植被种植间距按3 m×3 m，共需乔木1 351株。

治理区内的生产道路两侧及工业广场围墙外围均需植树复绿，种植间距按3 m/株栽种，共需乔木793株，由于生产道路两侧及工业广场四周均已硬化，无法直接栽种植物，可人工挖掘0.5 m×0.5 m×0.5 m基坑再进行栽种。对治理区南侧堆渣边坡南侧喷土后播撒草籽，根据《2012土地开发整理项目预算定额标准》定额编号90031，草籽按80 kg/hm2进行播撒，共需草籽39.3 kg；堆渣边坡顶部栽种藤蔓植物，栽种间距1 m/株，共需藤蔓植物80株。乔木可选择水柏杨、桂花或刺槐，草籽可选择黑麦草，藤蔓植物可选择苦葛藤、爬山虎等[2]。

对进场的树木首先检查树跟土球的完整性，不得有松隙裂缝，草绳栓牢固，对枝进行修剪，修剪完后对枝杆进行伤口液处理。栽植前要对土壤和土球进行消毒，栽植完后当天要进行浇溉生根水，生根水必须要浇透，部分坏叶进行修剪。栽植时注意保护土球，检查树皮是否划伤和树皮是否开口，如树皮开口用伤口液进行涂抹然后胶带绕紧。风大要设置三角支撑进行固定，注意养护。吊车下车采用布带，不得用钢丝绳下车，防止损坏树皮。治理后菜子湾渣场现状见图4。

图4 治理后菜子湾渣场

4 结 语

长沟锰矿区经历多年开采，对周边环境产生了一定影响与破坏，生态环境破坏容易修复难，因此，通过对矿山渣坡的治理，采用削坡、钢筋护坡、加固挡土墙、改善排水系统及植被生态恢复等方式，解决了渣场边坡稳定性问题，消除了安全隐患，改善了生态环境。“环境就是民生，青山就是美丽”。今后，我们将加大矿山生态环境问题的排查和修复力度，助力生态文明建设，共建美丽多彩矿区。