郴州市玛瑙山矿山地质环境治理方案.pdf

Serial No．549 January．2015 现代矿业 MODEＲN MINING 总 第549 期 2015年 1 月第 1 期 *国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 编 号 41271517， 41171221， 41101257 ; 广东省水利厅委托项目 编号 GPCGD112197FT141F1， GPCGD122197FD096F ;广 东 省 自 然 科 学 基 金 项 目 编 号 S2011020005896 。 谢真越 1988 ， 男， 助理研究员， 510650 广东省广州市天源路 808 号。 郴州市玛瑙山矿山地质环境治理方案 谢真越李俊杰卓慕宁郭太龙廖义善张思毅李定强 广东省生态环境与土壤研究所 摘要矿山地质环境已成为制约我国矿区可持续发展的重要生态环境问题。以郴州市玛瑙 山矿山为研究对象， 针对该矿山存在的地质环境问题， 依据相关规范和矿山环境特点， 提出了矿山 地质环境治理治理方案。该方案实施后产生了良好的社会、 经济与环境效益， 有利于矿区的可持续 发展， 对于该区域进一步开展地质环境治理工作具有一定的参考作用。 关键词矿山地质环境治理方案可持续发展 Treatment Scheme of Mine Geological Environment of Agate Mountain Mine in Chenzhou City Xie ZhenyueLi JunjieZhuo MuningGuo TailongLiao YishanZhang SiyiLi Dingqiang Guangdong Institute of Eco- environment and Soil Sciences AbstractMine geological environment is becoming the important ecological environment problem for the sustainable development of mining area in China． Taking the Agate mountain in Chenzhou city as the research example， in order to solve the geological environment problem in the mining area， the treat- ment scheme of the mine geological environment is proposed based on some relevant specification and the mine environment characteristics． Good social， economic and environmental benefits are obtained through the implementation of the scheme， it is conducive to the long- term sustainable development of the mining area， besides that， it also can provide some reference for the further expansion of the regional geological environmental work． KeywordsMine geological environment，Treatment scheme，Sustainable development 长期以来， 由于我国矿产资源开采缺乏有效管 理和规划， 矿山地质环境缺乏有效治理， 因而导致了 较为严重的矿山生态环境问题。随着我国经济的快 速发展， 矿山地质环境治理逐步到得到了重视［1- 3 ］。 矿山地质环境保护与治理是矿山企业生产中所面临 的主题之一， 也是当今社会、 政府主管部门、 矿山企 业以及科研院所关注的热点问题［4- 8 ］。以郴州市玛 瑙山金属矿山为例， 针对该矿山的废弃矿场与周边 露采区， 提出了详细的矿山地质环境治理方案。 1区域概况 郴州市位于湖南省东南部， 是湖南对接粤港澳， 走向世界的 “南大门” ， 地处南岭山脉中段与罗霄山 脉南段交汇地带， 地理坐标为东经 11213 ～ 114 14， 北纬 2453 ～ 2650。东临江西省， 南连广东 省， 西接永州市， 北邻衡阳、 株洲两市， 属中亚热带季 风性湿润气候区。全市境内有色金属矿品种齐全， 享有 “中国有色金属之乡” 的美誉。现已探明的矿 产资源有 7 类 70 多种， 其中铋、 钼、 微晶石墨的储量 居全国之首， 钨、 铅、 锌的储量分别居全国第三、 第四 位， 矿产资源潜在价值 2 656 亿元， 人均占有量位居 全省第一。全市煤炭储量 11 亿 t， 是华南能源的重 要供应地， 水能蕴藏量 170 万 kW， 是联合国小水电 基地之一。 位于郴州市境内的玛瑙山金属矿区被誉为“世 界有色金属博物馆” ， 属于南岭成矿带北麓， 是国家 矿山地质公园和国家矿产资源节约与综合利用示范 基地， 该区金属矿开采已有上百年历史。由于以往 对矿山地质环境治理不够重视， 区内废弃矿场占用 731 大片耕地， 废石堆、 尾砂库、 露采场占用大量耕地、 林 地， 使得大面积植被破坏， 地面塌陷， 形成了泥石流 等地质灾害， 严重影响了当地的生态环境［9- 11 ］。 2治理目标与依据 2． 1治理目标 ①对废弃矿场压占损毁土地进行恢复， 并采取 土壤培肥措施， 保护耕地; ②通过规划， 有效改善区 内自然条件， 合理配置区内各种资源， 对露采区被破 坏的林地进行植被恢复， 为下一步更大范围实施林 地恢复工程起到示范作用; ③在尾砂库周边设置截 排水沟， 降低周边汇水对尾砂库的影响， 确保尾砂库 下游居民的生命财产安全。 2． 2治理依据 方案按照建筑地基基础设计规范 、 砌体结 构设计规范 、 混凝土结构设计规范 、 湖南省土 地开发整理项目建设标准 、 灌溉与排水工程设计 规范 、 公路水泥混凝土路面设计规范 、 苗木栽 植技术规范 等现行相关标准与规范执行。方案设 计主要依据 土地复垦方案编制规程 ［12 ］ 、 湖南 郴州某区金属矿区矿山地质环境治理示范工程具体 实施方案 、 湖南郴州某区金属矿区矿山地质环境 治理示范工程 土地复垦工程设计方案 等相关 资料。 3治理方案 3． 1废弃矿场土地复垦 首先拆除废弃矿场， 实施土地复垦， 拆除的建筑 垃圾运往尾砂库附近的低洼地段; 其次平整拆除矿 场后的土地， 依据地形条件， 将场地从东至西规划成 8 个田块， 田块形状为长方形， 长、 宽均为 50 ～ 150 m。平整以田块为单元进行挖填平衡， 平整后 取客土进行覆土作为耕作层， 覆土厚度 30 cm。采 用 CASS 软件计算土方量， 可较为方便地计算出挖 填量及其分界线， 为土方的挖填平衡提供依据。 对平整的土地进行表层覆土， 客土拟定在下述 4 个土源点 ①甲地土源位于区内西南角， 运距最 远， 约 250 m， 该土源区土壤肥力属贫瘠土， 其中铅、 锌金属含量过高， 不宜作为耕作土层; ②乙地土源位 于尾砂矿东南侧， 距露采区约 1 600 m， 距废弃矿场 耕地复垦区约 1 200 m， 该土源区土壤肥力属贫瘠 土， 所测重金属元素未超标， 可以用于耕地复垦工 程， 初步估算可采土层厚度 4． 0 m， 可 采 面 积 10 170 m2， 远景采量约 40 680 m3; ③丙地土源位于 尾砂矿南侧， 距西北侧露采林地恢复区约 900 m， 该 土源区土壤肥力属贫瘠土， 所测的重金属元素未超 标， 可用于耕地复垦工程， 初步估算可采土层厚度 3． 0 m， 可采面积 3 700 m2， 远景储量约 11 100 m3; ④丁地土源位于尾砂矿东北侧， 该土源区土壤肥力 属贫瘠土， 所测重金属元素未超标， 可以用于耕地复 垦工程， 初步估算可采土层厚度 2． 0 m， 可采面积 8 788 m2， 远景储量约 17 576 m3。 综合以上分析， 乙地土源取土平均厚度 3． 5 m， 设计供土量 35 595 m3; 丙地土源取土厚度 0． 38 m， 设计供土量 1 391． 8 m3; 丁地土源取土平均厚度 0. 74 m， 设计供土量 6 495 m3。由于取土区土地较 为贫瘠， 用于耕作层难以达到种植要求， 需要对废弃 矿场地复垦区域进行土壤培肥。 3． 2露采场林地恢复 1 树种选择及种植密度。露采场林地恢复树 种的选择遵循因地制宜原则， 优先选择乡土树种， 以 当地生长良好的楠竹、 星柳为主， 绿化面积为 1． 3 106m2， 种植密度为 2． 5 m 2． 5 m。绿化种植换土 均从乙、 丙地土源点机械取土， 由人工送至种植坑穴 内。为了便于林区维护及改善周边居民交通运输条 件， 对至尾砂库长 1 408 m 的道路进行混凝土硬化， 道路两侧每隔 20 m 种植 1 株行道树 马褂木 ， 共 141 株， 两侧各布置 0． 5 m 宽的杜鹃绿化带。 2 林区道路工程。对至尾砂库长 1 408 m 的 道路 土路 进行混凝土硬化， 路面宽 6 m， 结构层自 下而上为 15 cm 厚的水泥稳定碎石层、 24 cm 厚的 C30 混凝土面层， 露面两侧路肩顶宽 0． 25 m， 底宽 0． 65 m， 填土培筑。 3 取土区生态防护工程。为了防止乙、 丙、 丁 土源点取土后产生水土流失， 选择当地宜种植生长 的黄竹， 种植密度为2． 5 m 2． 5 m， 种植点按0． 5 m 0． 5 m 0． 5 m 规格挖坑， 共栽植黄竹 3 625 株。 3． 3尾砂库截排水沟设计 沿尾砂库西北面简易便道布置 1 条长 255 m 截 水沟， 拦截西北坡面汇水， 出口伸入西侧尾砂坝下方 的天然冲沟， 在截水沟出口下方进行浆砌片石护坡， 厚 350 mm， 其下方布置长 26． 5 m 的护脚墙， 在尾砂 库东北面山坡上部修建 1 条长 341 m 截水沟， 以拦 截东北侧坡面汇水， 并通过设置集水井及跌水池， 将 水汇入已建排洪沟。 3． 3． 1截排水沟水力设计 3． 3． 1． 1地表汇水流量计算 当地表汇水面积小于 3 km2时， 地表汇水流量 831 总第 549 期现代矿业2015 年 1 月第 1 期 计算结果见表 1。 表 1地表汇水流量计算结果 沟道 号 分布 高程 /m 长度 /m 径流 系数 降雨强度 / mm/h 汇水 面积 /m2 设计 流量 / m3/s J1 458．9 ～475．22550． 868． 4250 0003．80 J2475 ～4773410． 868． 468 7001．044 3． 3． 1． 2流速计算 流速计算公式为 槡 V CＲi ， 1 式中， V 为平均流速， m/s; Ｒ 为水力半径， m; i 为沟 底纵坡降比， ; C 为流速系数。 3． 3． 1． 3截水沟过流量计算 流量计算公式为 槡 Q VW WCＲi ， 2 式中， W 为过水断面面积， m2; Ｒ 为水力半径， m。 对于梯形过水断面 Ｒ W b 2h1 m 槡 2 ， 3 式中， W 为过水断面面积， m2; b 为渠道底宽， m; h 为 水深， m; m 为边坡系数。 截水沟断面计算结果见表 2。 表 2截水沟断面计算结果 沟道号 设计流量 / m3/s 水力坡降比 / 糙率 边坡 系数 计算水深 /m 计算底宽 /m 设计流速 / m/s 设计底宽 /m 安全超高 /m 设计水深 /m 实际过流能力 / m3/s J1 3．800． 0640． 0250． 30．660．994．81．000．31．006．29 J21．0440． 0060． 0250． 30．640．951．41．000．31．001．86 3． 3． 2结构设计 尾矿 库 截 水 沟 J1采 用 梯 形 断 面，底 宽 1 000 mm， 高 1 000 mm， 侧壁及底板厚 350 mm; 截 排水沟 J2采用梯形断面， 底宽 1 000 mm， 高 1 000 mm， 靠山侧侧壁厚 500 mm， 外 侧 侧 壁 厚 350 mm， 底板厚 350 mm， 采用 MU7． 5 水泥砂浆、 MU30 片石砌筑， 截水沟边墙的超高按 0． 3 m 计， 边 墙顶及底面采用 1∶ 3 水泥砂浆抹面， 两侧面采用 M10 水泥砂浆勾缝。 J2截水沟根据地形情况在迎水面适当加高， 迎 水面设直径为 110 mm 的泄水孔， 泄水孔后设滤水 堆囊， 位于陡坡地段的排水沟， 为了控制水流速度， 采用台阶跌水消能措施， 台阶高度为 0. 25 ～0. 5 m。 为了防止产生温差效应， 截水沟每 12 m 设置1 道伸 缩缝， 沥青麻筋填塞， 分缝形式采用对接缝， 在分缝 底部两侧做成齿墙， 插入地基土内， 深度为 0. 2 m， 以增加结构的稳定性。集水井宽 2. 5 m， 深 2. 0 m， 边墙及底板采用 MU7. 5 水泥砂浆、 MU30 片石砌 筑， 厚 400 mm， 边墙顶及底面采用 1∶ 3 水泥砂浆抹 面， 边墙面用 M10 水泥砂浆勾缝。 4工程应用 4． 1治理结果 经 2013 年 39 月实施， 完成了预期的治理目 标， 减灾防灾效果明显， 各治理项目完成情况见表 3 ～ 表 5。 4． 2工程效益分析 通过对露采场进行植被恢复治理， 恢复林地面 表 3土地复垦完成情况 田块编号项目名称工程量/m2覆土厚度/cm备注 FK1 1田块6 533．66032 FK2 2田块6 500．32530 FK3 3田块6 633．66535 FK4 4田块6 566．99533 FK5 5田块6 466．99036 FK6 6田块6 520．32632 FK7 7田块6 573．66231 FK8 8田块6 540．32730 覆土作为 耕作层需 进 行 培 肥、整 平 翻耕 表 4生态工程治理完成情况 项目名称种植种类绿化面积/m2种植密度/m备注 林场绿化楠竹、 星柳1 403．5002．5 2．5 楠竹与星柳种 植比例为 6∶4 林区道路 两侧绿化 马褂木2 813．4741 20142 株 杜鹃花1 406．7370．5 0．5 取土区绿化黄竹22 647．7992．5 2．53 625 株 表 5尾砂库截水沟工程完成情况 沟道号 沟道坡降比/长度/m结构 备注 J10．065255．50M7．5 浆砌石 J20．007342．00M7．5 浆砌石 排出口部位 设消能池 积约 1． 3 106m2， 提高了植被覆盖率。矿区的生境 改善以后， 昔日的荒山野岭披上了绿装， 废弃的土地 恢复成耕地， 引进种植了优势植物， 增加了生物多样 性， 改变了矿区的小气候， 控制住水土流失， 土壤肥 力有所增强， 产生了显著的生态效益。 矿 山 复 垦 后 的 土 地，产 生 经 济 效 益 约 60 余万元/a，并且复垦地的木材蓄积量和干草量在 逐年增加［13 ］， 由于农林业生产得到发展， 生态环境 得到改善， 经济效益可持续性将会进入良性循环的 阶段。 931 谢真越李俊杰等 郴州市玛瑙山矿山地质环境治理方案2015 年 1 月第 1 期 通过矿山环境治理， 初期产生的社会效益主要 是减轻矿区下游洪涝灾害与泥沙淤积， 减轻滑坡、 泥 石流的危害 ［14 ］。长期的社会效益将体现在通过矿 山的清洁生产与环境治理为当地提供了较好的生产 与生活条件， 重建了比原生态更好的生态系统， 缓解 了人地矛盾， 重塑了矿山企业的形象， 改善了矿山和 地方政府、 矿山和农民的关系， 有利于地方经济的可 持续发展和当地社会的长期稳定［15 ］。 5结语 通过玛瑙山矿山地质环境治理工程设计的研究 与实践， 提出了适合于当地的矿山地质环境治理方 案， 达到了矿山地质环境治理工程的预期目标。随 着郴州市矿产资源的继续开发利用， 相伴生的环境 问题仍较为突出， 有必要加强相关矿山环境治理相 关法律体系建设， 落实环境治理工程设计和资金， 为 矿山地质环境治理提供有力保障。 参考文献 ［ 1］孙文武， 马金良． 金属矿山环境保护与安全［M］ ． 北京 冶金工 业出版社， 2012． ［ 2］古德生， 吴超． 我国金属矿山安全与环境科技发展前瞻研究 ［M］． 北京 冶金工业出版社， 2011． ［ 3］沈建新． 有色金属矿山生态修复工程设计与思考［J］． 有色冶 金设计与研究， 2009， 30 6 47- 52． ［ 4］武强， 陈奇． 矿山环境问题诱发的环境效应研究［J］． 水文 地质工程地质， 2008， 35 5 81- 85． ［ 5］祝启坤， 黄玉清， 宋征． 某矿山地质环境问题与综合治理对 策研究［J］． 地质灾害与环境保护， 2010， 21 1 21- 25 ［ 6］Liu H Y，Probst A，Liao B H． Metal contamination of soils and crops affected by the Chenzhou lead/zinc mine spill Hunan，Chi- na ［J］． Science of the Total Environment， 2005 1 153- 166． ［ 7］Shao Y H，Zhang W X，Shen J C，et al． Nematodes as indicators of soil recovery in tailings of a lead/zinc mine［J］． Soil Biology and Biochemistry， 2008， 40 8 2040- 2046． ［ 8］Probst A，Liu H Y，Fanjuld M，et al． Ｒesponse of vicia fabal to metal toxicity on mine tailing substrate Geochemical and morpho- logical changes in leaf and root［J］． Environmental and Experi- mental Botany， 2009， 66 2 297- 308． ［ 9］董华斌， 段建南， 黄卫常． 郴州市矿区生态环境状况与土地复 垦研究［J］． 热带农业科学， 2005， 25 4 48- 52． ［ 10］雷翻宇， 张志亮， 黄义钧． 浅议郴州市废弃矿山生态恢复途径 ［J］． 湖南省环境生物职业技术学院学报， 2011， 17 2 15- 17． ［ 11］任军旗， 郑群有， 方茜娟． 矿山地质环境治理［J］． 中国地质灾 害与防治学报， 2008， 19 3 160- 162． ［ 12］中华人民共和国国土资源部． TD/T 1031． 12011土地复 垦方案编制规程［S］． 北京 中国标准出版社， 2011． ［ 13］周亚军． 矿山土地复垦经济效益计算方法的探讨［J］． 冶金矿 山设计与建设， 1997， 29 3 61- 64． ［ 14］白中科， 赵景逵， 段永红， 等． 工矿区土地复垦与生态重建 ［M］． 北京 中国农业科技出版社， 2000． ［ 15］Gavin H． Pollution prevention and cleaner production in the min- ing industryan analysis of current issues［J］． Journal of Cleaner Production， 2000， 8 2 119- 126． 收稿日期 2014- 09- 11 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 上接第 125 页 表 7巴顿岩体质量 Q 围岩的分类表述 Q 值0．001 0．11410401004001 000 等级 评价 特别差极差 很差差一般好很好极好 特别好 表 8 ＲQD 平均值统计 项目上盘矿体下盘 红布 －300 m 中段384556 东季 －130 m 中段212637 东季 －170 m 中段262946 马塘 －260 m 中段333853 二采 －475 m 中段293551 二采 －500 m 中段303352 表 9巴顿岩体质量 Q 分类方法评价结果 测样Q 值岩体分级质量描述 红布 －300 m 中段5． 62Ⅲ很差 ～ 差 东季 －130 m 中段0． 43Ⅳ极差 ～ 很差 东季 －170 m 中段0． 48Ⅳ极差 ～ 很差 马塘 －260 m 中段3． 17Ⅲ很差 ～ 差 二采 －475 m 中段2． 92Ⅲ很差 ～ 差 二采 －500 m 中段2． 75Ⅲ很差 ～ 差 3结语 在对 Q 系统分类方法进行了详细分析的基础 上， 对天承矿业公司下辖的各矿区进行 Q 系统分 类。结果表明， Q 系统可以详细、 直观地反映出各矿 区岩体的分类情况， 有助于进行矿山的岩体稳定系 分析， 对于确保矿山支护系统的正常运行有一定的 作用。 参考文献 ［ 1］康小兵． 岩体质量 Q 系统分类法及其应［J］． 中国地质灾害与 防治学报， 2008 4 60- 66． ［ 2］景海涛． 基于贝叶斯网络的岩石隧道风险分析［D］． 南京 南 京理工大学， 2012． ［ 3］乔兰， 蔡美峰． 新城金矿深部节理裂隙调查及岩体质量分级 评价研究［J］． 中国矿业， 2000， 9 4 70- 74． ［ 4］王环玲， 余宏明， 晏鄂川． 结构面模拟分析在岩体质量研究中 的应用［J］． 勘察科学技术， 2002 4 25- 29， 34． ［ 5］张倬元， 王士天， 王兰生． 工程地质分析原理［M］． 北京 地质 出版社， 1994． 收稿日期 2014- 08- 11 041 总第 549 期现代矿业2015 年 1 月第 1 期