吉林省磐石市姚财白灰厂石灰岩矿矿山环境治理设计

刘梦奇，冯 曲

吉林省第二地质调查所，吉林 吉林市，132013

1 治理区环境地质概况

1.1 地理位置及交通

治理区位于磐石市明城镇北1.5 km处磐石—吉林公路旁。地理座标：东经：126°00′05″；北纬：43°12′45″。

该区距磐石市约33 km，距吉林市约105 km，有磐石—吉林公路相连，交通方便。（见图1）。

1.2 地形地貌及气候

本区为低山丘陵区，最高处海拔303.5m，最低处270m，高差33m。山坡坡度在10°～17°之间。

本区属北寒温带大陆性季风气候，四季分明，春季干旱少雨，夏季湿热多雨，秋季凉爽，天气晴朗，冬季寒冷漫长。多年平均气温在3.5 ℃左右。一月份气温最低，极端最低气温为-40.4 ℃（2001年1月13日）；七月份气温最高，极端最高气温37.8 ℃（1997年7月24日）；多年平均降水量677.4mm，年最大降水量918.8mm（2005年），日最大降水量142.0mm（1989年7月22日）；降水多集中在6～8月份，占全年降水量60%以上；多年平均蒸发量1 362.4mm；最大冻土深度1.70m；常年主导风向为东北风和西南风，最大风速8m/s。

本区地震基本烈度为Ⅵ度区。

1.3 治理区地质概况

（1）地层：本区及其附近出露的地层为石炭系下统鹿圈屯组碎屑岩段。由灰黄色粉砂岩、页岩、长石石英砂岩夹灰岩透镜体组成。岩层近南北走向，向西倾，倾角40°左右。

（2）矿体：矿体为含硅质结核灰岩，在区内出露长190m，宽120m。现矿体已基本开采完毕，剩余部分属风化强烈、质量达不到要求的围岩。

（3）区域构造特点：本区位于内蒙—大兴安岭褶皱系；吉林褶皱带；吉林复向斜南西翼。

图1 吉林省磐石市姚财白灰厂石灰岩矿矿山地形地质图Fig.1 Topographic and geologicmap of Yaocai lime factory limestonemine in Panshi City, Jilin Province

区域构造以北东向及北西向褶皱及断裂为主。受区域构造作用影响，区内岩石中节理裂隙非常发育，破坏了基岩的稳定性。

（4）水文地质条件：该矿为露天开采矿山，最低开采标高高于当地侵蚀基准面，含水层为基岩裂隙水，富水性弱，采场充水来源主要为大气降水。可以自然疏干。矿山虽然位于黄河水库边，如开采深度不低于侵蚀基准面以下，水库对矿山无影响。矿山水文地质条件属简单型。

（5）工程地质条件：该矿所采矿石为石灰岩，属较坚硬岩石，区内没有较大断裂通过，岩石中节理、裂隙不发育，岩石稳固性较好。矿体顶部腐植土层和残坡积层厚约2m，属松散岩土类，稳固性差，易出现土质滑坡，应进行剥离。矿山工程地质条件属简单型。

1.4 治理区主要环境地质问题

（1）该石场于2007年闭坑停采。现留有两个采场，西侧采场紧靠公路，采场南北长130m，东西宽55～75m，占地面积约9 000m2。南侧采场面临黄河水库，东西长270m，南北宽30～70m，占地约14 850m2。西侧采场有一处开采残留下的强风化灰岩山包，该山包与周围自然景观极不协调。南侧采场有一个采深超过黄河水库最低水位线的采坑，采坑内最深处达4～5m，现坑内全部为积水。

（2）西侧采场掌子面最高处达25m，南侧采场掌子面最高处达26m，两侧采场边坡角均大于70°，随时有出现崩塌的可能。

2 境整治设计要点

依据有关部门要求，对姚财白灰厂石灰岩矿进行环境治理，将其重建成一个与当地自然环境相和谐的生态系统。其设计要点如下：

（1）治理与复绿相结合，边治理、边复绿。

（2）将西侧采场残留的山包全部撤掉。

（3）对南侧采场内深坑采取回填方式将其垫平。

（4）对两个采场高陡边进行撤坡治理，治理顺序由上至下分水平台阶式安全剥离。

（5）治理地段为西侧采场和南侧采场。

2.1 环境治理要素

（1）场地平整：西侧采场将开采残留下的山包撤平至275m标高。将南侧采场位于黄河水库边，黄河水库最高水位为270～271m标高，拟将南侧采场回填至273～274m标高。

（2）边坡治理：①台阶高度：10m；②台阶边坡角：50°；台阶宽：5m；最终边坡角：34°

2.2 复绿方案

场地平整后可做为工业、商业或农业用地。撤坡后的台阶设置植生槽，回填腐殖土，种植一些灌木和藤科植物。平台边部种植灌木，内侧种植上爬类植物。

2.3 排水系统

边坡坡顶设截水沟，坡底设排洪沟，各平台设排水沟，截水沟和各平台排水沟的雨水通过急流槽流入排洪沟，导入黄河水库中。

3 治理实施方案

3.1 治理方法

姚财石场位于磐石—吉林公路边，过往行人和车辆均可看到残缺的山体和人工破坏迹象。为改善环境现状拟对本区采用剥离和回填等方法进行环境重建。

（1）剥离境界：①为了达到与周围环境和谐，设计西侧采场进行残留山包和边坡剥离。剥离范围南北长130m，东西宽120m，面积12 800m2。②南侧采场进行边坡剥离和采坑回填。剥离和回填范围东西长280m，南北宽80m，面积18 200m2。

（2）台阶高度的确定：本区岩石内摩檫角大约在60°～65°之间，岩石坚固系数f=5～6左右。软化系数在0.8～1.0左右。根据岩石内摩角，将台阶边坡角定为50°，将台阶高度确定为10m是稳定的。

（3）台阶宽度的确定：由于采场掌子面最大高度只有26m，所以西侧采场只剥离一个台阶。南侧采场西段设计剥离两个台阶，东段设计剥离一个台阶。

（4）最终边坡角的确定：根据岩石坚固系数和内摩擦角，确定各台阶边坡角为50°。治理后的最终边坡角以不大于34°为宜。

3.2 剥离量估算

为了求算全区剥离量及回填量，在全区设计了8条剖面，这些剖面除第8剖面以外，全部平行排列。所以采用平行断面法进行剥离量和回填量估算。估算结果见下表：（见表1）

全区总剥离量为73 924m3，回填量56 787m3。在剥离过程中可以回收约15%的普通建筑毛石，总计约1.1万立方米。这些毛石可以用作砌筑排水沟渠。

3.3 施工方案

本区地层岩性为石灰岩，属较硬岩层，在治理施工过程中，需穿孔爆破。先由测量单位，测出场地剥离标高位置和回填标高位置及边坡台阶的具体位置，之后进行爆破由上向下逐台阶剥离。

4 水土保持设计

4.1 水土流失预测

本区属丘陵区，比高33m，地形坡度10°～17°，地形较平缓。本区汇水面积约0.08 km2，暴雨频率1/10左右。裸露的台阶及斜坡水平投影面积达0.03 km2，这些裸露面极易被水流冲蚀，尤其是表土层被破坏后，泥土被雨水冲刷外流，形成水土流失，按土壤侵蚀模数40 000 t/km2计算，每年流失量预计可达1 200 t。

4.2 水土流失防治的设计原则

（1）采取措施，确保边坡稳定，尤其是处于风化层及表层中的永久性边坡稳定，不被雨水冲刷。做到边治理，边绿化，治理与水土保持同步进行的原则。

（2）工程措施与生物措施相结合的原则。

（3）因地制宜，因害设防，尽量减少治理复绿过程中可能造成的水土流失影响。

4.3 水土流失防治措施

（1）工程措施：①沿剥离区边缘2～5m 布置截水沟，防止山坡水流向坡面。截水沟断面为0.5m×0.5m ，梯形浆砌片石结构。②剥离完毕后，在各台阶上沿岩面坡底布置排水沟。排水沟断面为0.5m× 0.5m，矩形浆砌片石结构。③每隔50～100m修建一条坡面泄水沟（急流槽），急流槽断面为0.8m×0.8m，梯形浆砌片石结构。④最终坡底布置排洪沟，排洪沟断面为1.0m× 1.0m，梯形浆形浆砌片石结构。

（2）生物措施：①植物槽，每完成一个台阶，在平台上修建植生槽，外侧修建浆砌毛石挡堤（堤高1.20m）槽内回填0.8～1.2m厚的腐植土，营建植物生态环境。②喷混植生，台阶边坡处用喷混植生技术进行强制绿化。该技术是利用特制喷混机械将土壤有机质、肥料、保水剂、植物种子、粘合剂等混合干料搅拌均匀后加水喷射到岩面上，形成一层即保障植物生长发育、 而种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构层，从而达到快速恢复地表植被。③植物品种配置在台阶平台以种植灌木为主，在有条件的情况下可种植一些果树。台阶边坡易种植一些爬藤植物，如爬山虎类。

表1 剥离量、回填量计算表Table 1 Calculation table of stripping and back fi ll amount

5 治理成本预算

本次环境治理，包括撤坡、平整场地、复绿及水土保持4个方面，其治理成本预算如下：

（1）撤土石方73 924m3（单价15元/m3）110.88万元；

（2）回填土石方56 787m3（单价15元/m3）85.18万元；

（3）修筑0.5×0.3×0.3m 排水沟450m（单价180元/m ） ,共计8.10万元；

（4）修筑0.5×0.4×0.3m 急流槽150m（单价240元/m ） ,共计3.60万元；

（5）修0.8×0.6×0.5m 排洪沟 600m（单价270元 /m） ,共计16.20万元；

（6）涵洞200m(单位5000元 /m) ,共计100.00 万元；

（7）撒播草子9 000m2（7.2元/m2） ,共计6.48万元；

（8）植树1200棵（5元 /棵） ,共计0.60万元。总计： 331.04万元。

[1] 吉林省地质矿产局.吉林省区域地质志[M]．北京：地质出版社，1989．

[2] 吉林省第二地质调查所. 吉林省磐石市姚财白灰厂石灰岩矿储量核实报告[R].2002

[3] 中冶集团长沙冶金设计研究总院深圳分院.罗定第五石场整治复绿工程整治复绿设计[R].2004