大尖山石灰岩矿水土流失防治探讨

刘卓玛姐

【摘要】大尖山石灰岩矿为大型露天矿，开采过程中扰动和破坏原地貌，损坏植被易造成产生水土流失。本文通过分析项目区水土流失形成的原因、水土流失引起的危害，结合项目特点，确定了水土流失防治分区，通过水土保持工程措施、植物措施和临时措施的有机结合和合理布局，形成完整的水土保持措施防治体系，使工程运行期可能造成的水土流失得到有效控制，确保工程建设及运行安全，保护、改善和合理利用土地资源，使损毁的林草植被得以恢复，重建新的更好的生态环境。

【关键词】矿山；水土流失；防治措施；水土保持

1、项目基本概况

大尖山石灰岩矿为大型露天矿山，位于巢湖市半汤街道大尖山山脊的东侧（见图1），录属于安徽皖维高新材料股份有限公司（以下简称“皖维公司”），大尖山矿山采出的石灰岩矿运至皖维公司水泥厂作为水泥生产原料。矿山采用自上而下、水平分台阶的山坡露天机械化采矿，即采用潜孔钻机钻孔、深孔爆破，液压挖掘机装车、矿用自卸汽车运输工艺。矿区面积0.519km2，开采高程为+100m～+266m。2004年开始建矿，至2016年开采量达到100万t/a，累计采出矿石量约为1233.31万t。矿山目前剩余保有资源储量2579.49万t（包含合福高铁压覆矿量），扣除合福高铁压覆矿量后保有资源储量为2148.22万t，生产规模为年开采石灰岩矿260万t，矿山服务年限为8.08年[1]。

项目区属于技改、建设生产类项目[2]，矿区经多年开采，最低开采标高已开采至+100m，形成+250m～+115m共10个开采平台，台阶高度15m。矿山技改扩能后设计新开拓北侧+220m、+205m及南侧+235m标高3个开采工作面，继续开采+250m～+115m共10个开采平台至矿区界限，并对采区北侧和南侧+250m平台的上游开采边坡进行削坡降坡和护坡处理；充分利用已建成的采区内部开拓道路、外部运矿道路和辅助道路，并对开拓道路的局部路段进行修整。

依据施工工艺及水土流失特点等，将本项目水土流失防治分区划分为：治理工程区、露天采区、矿山道路区、工业场地区和表土堆场区。项目总占地54.23hm2，均为永久占地，建设期土石方总挖方10.09万m3，总填方1.06万m3，弃方9.03万m3。

项目区位于江淮丘陵，矿区原始山体基岩裸露，山体边坡坡角在20°～30°之间，原始高程在90m-310m之间，山体较浑圆；属北亚热带湿润季风气候区，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），年均气温16.5℃，年平均风速3.2m/s，导风向为东，最大冻土深度10cm；土壤主要以黄棕壤土为主；植被类型属于北亚热带常绿阔叶林带，现状林草覆盖率为17.2%；项目区属南方红壤丘陵区，土壤侵蚀以水力侵蚀为主，容许土壤流失量为500t/km2·a。

2、水土流失影响因素

2.1自然因素

项目区内影响水土流失的自然因素主要有雨水、地形地貌、土壤、植被等。矿区位于大尖山山坡，山体边坡坡角在20°～30°之间，原始高程在90m-310m之间，高差达220m，这种高陡山坡在降水作用下易产生水土流失；项目区土壤以黄棕壤土为主，自然植被类型繁多，但部分区域由于基岩裸露较多，加之人为的开发，使得林草覆盖率不高，不利于水土流失的控制。矿山开采使原生地貌和地表植被遭受破坏，基岩和土层裸露，土壤结构疏松，表土抗蚀能力减弱，在雨水冲刷等外力作用下易产生水土流失。项目区多年平均降雨量1132mm，降水集中在6～9月，降水集中，强度大，对土壤的侵蚀力大；雨季裸露地表抗侵蚀能力较差，遇暴雨会引起严重的土壤侵蚀，侵蚀以面蚀、溅蚀、沟蚀为主。

2.2人为因素

大尖山矿山在建设和生产运行过程中，由于道路修整和拓寬、表土剥离、矿山开采等活动，严重扰动和破坏了原地貌和地表植被，造成水土流失。

（1）施工期

本项目治理工程区（合福高铁压覆区）已在前期进行矿山治理恢复，基本无水土流失产生，本次不扰动；工业场地区前期已建成，被建筑物、硬化所覆盖，无水土流失产生，本次只利用，不扰动。因此，本项目施工期的人为扰动主要表现在：矿山局部路段修整和开拓、剥离表土，露天采区地表附着物的清除、表土剥离、开采平台的开拓、已达终极开采平台的边坡的削坡降坡，表土的临时堆放等，易产生新增水土流失。

（2）自然恢复期

自然恢复期阶段，各区域对地表的扰动基本结束，因施工而引发水土流失的各种因素逐渐消失，地表植被逐渐发挥水土保持效果，被破坏的生态环境逐步得到恢复和改善，水土流失量逐渐减少并达到容许水土流失量以下，地表形成新的稳定状态。

（3）生产运行期

主体工程施工期结束后，矿山道路和内部开拓道路已停止扰动，并对道路边坡采取植被恢复措施，露天采区已达终极开采平台的边坡已削坡降坡和植被恢复措施。露天采区、矿山道路区和表土堆场区一直处于扰动状态，易产生水土流失。

3、水土流失危害

项目施工建设过程中，由于扰动和破坏了原地貌，加剧了建设区水土流失，预测建设期水土流失总量为439t，其中新增水土流失量为399t。有可能发生的水土流失危害主要在施工期及运行期的矿山道路区、表土堆场区和露天采区，若不采取有效水土保持措施，将对工程及周边的水土资源及生态环境带来不利影响，其危害主要表现在：

3.1对周边微生态环境的影响

大尖山石灰岩矿为大型露天开采区，对岩土扰动不仅在地表而且深入地层数百米，层序扰乱，植被和土壤几乎不复存在，基岩和土层裸露。由于地面失去保护，生态环境变得脆弱，开采坡面遇雨水尤其是暴雨将会形成大量的侵蚀沟，其损坏的植被短期内难以恢复到原有的水平，水土流失十分剧烈。露天采区开采中的爆破，破碎，采石运输过程中的散落等活动，产生了大量碎石屑、粉尘，并附着在采场各处，暴雨冲刷会把泥沙搬移至下坡采坑；表土裸露堆放，暴雨冲刷会导致大量泥沙外排，导致大量泥沙淤堵下游沟道，严重影响沟道的排洪能力。随着生产的进行，会形成大量靠帮高边坡，可能会引发崩坍、滑坡等地质灾害。

3.2对下游水系的影响

项目区东侧300m外为力寺水库（小2型），项目区产生的泥水顺地势汇流至下游沟道，最终易进入下游的力寺水库，影响水库水质。同时地表径流携带进入水体的悬浮物及其它有机物、无机物污染物质的数量增加，也会加重下游力寺水库水体污染，使下游水库水环境服务功能下降。

3.3对周边空气的影响

在大风作用下，车辆运输过程中粉尘碎石粒散逸跌落，产生扬尘；露天采区、表土堆场会产生大量飞尘，污染环境，空气质量下降，影响了周边人民群众的生活。

4、水土流失防治措施

4.1治理工程区

治理工程区为合福高铁压覆大尖山矿山区域，目前治理工程区范围内已禁止开采，并对治理工程区进行削坡降坡26843.23m2，布设平台挡土墙3490.5m、平台排水沟3599m、坡脚排水沟304m、坡面纵向排水沟894m、挂网客土喷播67228.37m2、种植苗木10820株。目前治理区内截、排水沟运行良好，未出现质量问题；栽植的雪松（Cedrus deodara （Roxb.） G. Don）、狗牙根（Cynodondactylon（Linn.）Pers.）、高杆女贞（Ligustrum lucidum Aiton）等生长良好，林草覆盖率约55%，治理工程区水土流失为微度侵蚀，因此，治理工程区无需实施水土保持措施。

4.2露天采区

（1）施工期水土保持措施设计

工程措施：开采期间为防止汇水对采区造成水土流失，在采区西侧和南侧沿着矿区界限内侧布设浆砌石截水沟，根据（GB 50433-2008）《开发建设项目水土保持技术规范》[3]，截水沟防御标准采用20年一遇24h最大降雨量进行过水能力校核，校核最大洪峰流量1.86m3/s，设计洪峰流量2.18 m3/s，截水沟采用浆砌石矩形断面，底宽80cm，深70cm，底坡不小于4%，采用M7.5浆砌石砌筑，内衬砌厚度30cm， M10砂浆抹面2cm厚，截水沟较陡处布设跌水坎和消力池，跌水坎宽0.8m，深0.4m，M7.5浆砌石砌筑，M10砂浆抹面3cm厚，截水沟遇到矿山开拓道路时布设过路涵，截水沟末端设置沉沙池，尺寸为3m×2m×1.2m，池壁采用30cm厚M10浆砌石衬砌，底板C20混凝土浇筑10cm。

临时措施：为防止雨季露天采区内的水土流失，根据采区地形及开采情况，在开采平台内侧布设土质排水沟，为梯形断面，顶宽70cm，底宽40cm，深60cm，边坡1：0.5，排水沟末端及顺接处布设土质沉沙池，按简易单厢沉沙池设计，断面尺寸为长1m，宽1m，深1m，池内泥沙需定期处理。采区的汇水通过开采平台内侧的排水沟汇入矿山内部开拓道路的排水沟，最终排出场外。露天采区开采边坡破碎较严重，雨季增加临时彩条布遮盖。

（2）生产运行期水土保持措施设计

工程措施：生产运行期间，需对能剥离表土的区域进行表土剥离。

（3）开采终期水土保持措施设计

工程措施：采矿工程结束后，需在采区西侧+205m平台内侧新建浆砌石排水沟顺接上游边坡的截水沟，截水沟和新建排水沟顺接处新建沉沙池。

植物措施：露天采区开采结束后，+100m～+235m平台及开采边坡裸露地面立地条件差，植被恢复应选择适应能力强、根系发达，生长快、成活率高的植物，在回覆表土、土地整治后，进行植被恢复，开采平台采取乔、灌、草绿化，开采边坡栽植藤本和撒播草籽，株间距2m，行间距2m，乔木选用侧柏（Platycladus orientalis （L.） Franco），灌木选用大叶黄杨（Buxus megistophylla Levl.）、紫叶李（Prunus cerasifera Ehrhar f.），藤本选用爬山虎（Parthenocissus tricuspidata），草籽选用狗牙根（Cynodondactylon（Linn.）Pers.），撒播密度80kg/hm2。春节种植，注意管护，1年后用同龄苗进行人工补植，实现植被快速修复。

4.3 矿山道路区

（1）施工区水土保持措施设计

工程措施：对运矿道路和辅助道路的部分开拓路段剥离表土，为疏导坡面来水和路面集水，在运矿道路和辅助道路两侧布设浆砌石排水沟。运矿道路和辅助道路最大坡面汇水面積约0.063km2，排水沟防御标准采用20年一遇24h最大降雨量进行过水能力校核，校核最大洪峰流量1.95m3/s，设计洪峰流量2.18 m3/s，截水沟采用浆砌石矩形断面，底宽80cm，深70cm，底坡不小于4%，采用M7.5浆砌石砌筑，内衬砌厚度为30cm， M10砂浆抹面2cm厚，排水沟需穿越道路时设路涵，涵洞与路基同宽，采用φ800 C25钢筋砼圆涵。排水沟末端设置沉沙池，尺寸为3m×2m×1.2m，池壁采用30cm厚M10浆砌石衬砌，底板C20混凝土浇筑10cm。

植物措施：辅助道路和运矿道路运行多年，道路两侧边坡自然生长杂草和灌木，局部存在裸露的边坡进行狗牙根草籽撒播，撒播密度80kg/hm2。

临时措施：采区内部开拓道路两侧布设土质排水沟，用来汇集和疏导开采平台内侧的排水和采区上游边坡汇集的雨水，土质排水沟出口处和顺接处设置土质沉沙池，最终将水排入矿区东侧的下游沟道中。土质排水沟为梯形断面，顶宽70cm，底宽40cm，深60cm，边坡1：0.5；土质沉沙池按简易单厢沉沙池设计，断面尺寸为长1m，宽1m，深1m，池内泥沙需定期处理。

（2）开采终期水土保持措施设计

采矿结束后，运矿道路及辅助道路保留，采区内部开拓道路结合终期开采平台进行植被恢复。

4.4工业场地区

工业场地区前期已建成，有办公楼、食堂、维修车间、水池等，目前工业场地设施运行良好，满足矿山生活需求不需扩建。根据现场调查，工业场地东侧和北侧开挖边坡坡脚修建了浆砌砖排水沟165m，矩形断面，宽40cm，深30cm，沟壁采用24cm厚M7.5浆砌砖衬砌。排水沟已运行多年，未出现质量问题，满足过水能力；东侧外的开挖边坡撒播狗牙根草籽和栽植爬山虎，现植被生长良好，覆盖度大约97%左右，现状基本无裸露区域，水土保持效果良好。因此，工业场地区无需实施水土保持措施。

4.5表土堆场区

（1）施工期水土保持措施设计

工程措施：表土堆场使用时间较长，为防止雨季表土堆场上游汇水对表土堆场造成的水土流失，在表土堆场四周布设浆砌石截水沟960m。该区汇水面积0.04km2，设计截水沟断面为矩形，通过截水沟过水能力计算，排水沟底宽40cm，深40cm，沟壁采用30cm厚M7.5浆砌石衬砌。截水沟末端和顺接处共布设沉沙池，尺寸为1m×1m×1m，池壁采用30cm厚M10浆砌石衬砌，底板C20混凝土浇筑10cm。

（2）运行期及终期水土保持措施设计

矿山运行期，表土堆场持续堆存表土，矿山开采结束后，堆存的表土全部用于采区植被恢复覆土，表土堆场迹地清理后作为采空区（已含在露天采区终期植被恢复中）。

5、结语

大尖山石灰岩矿为大型露天矿，项目区内影响水土流失的因素主要为自然因素和人为因素，其中人为因素是影响水土流失最主要的因素。本文通过针对其水土流失形成的原因、水土流失引起的危害，结合项目特点，确定了水土流失防治分区，通过水土保持工程措施、植物措施和临时措施的有机结合，合理布局，形成完整的水土保持措施防治体系，使工程运行期可能造成的水土流失得到有效控制，确保工程建设及运行安全，保护、改善和合理利用土地资源，使损毁的林草植被得以恢复，重建新的更好的生态环境。

参考文献：

[1]安徽省水利水电勘测设计院.安徽皖维高新材料股份有限公司大尖山水泥用灰岩矿260万吨/年技改扩建工程水土保持方案报告书 [D].2016.

[2]GB50434-2008《开发建设项目水土流失防治标准》[D].北京：中国计划出版社，2008；4.

[3]GB50433-2008《开发建设项目水土保持技术规范》[D].北京：中国计划出版社，2008；122.