張志平 焦 菲

(1 忻州市水土保持科學(xué)研究所 2 中電投山西鋁業(yè)有限公司)

礦山排土場作為采礦企業(yè)固體廢棄物的主要排放場地，是由大量巖、土混合物堆積而成的松散再朔地貌，為礦區(qū)的主要污染源，也是巖土侵蝕的多發(fā)地段。排土場的安全直接關(guān)系到礦山企業(yè)的總體安全，影響著整個(gè)礦山的效益。礦山排土場一般多處在地形復(fù)雜的山區(qū)，具有排放量大、運(yùn)行周期長等特點(diǎn)。目前，有一部分礦山企業(yè)只注重經(jīng)濟(jì)效益，忽視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，對排土場設(shè)施缺乏科學(xué)化管理，預(yù)防與治理措施均不到位。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，盲目加快排土場推進(jìn)進(jìn)度，排放工藝不規(guī)范，強(qiáng)排、超排、亂排現(xiàn)象嚴(yán)重，造成排土場邊坡不穩(wěn)定，存在著嚴(yán)重的安全隱患，給水土保持與生態(tài)恢復(fù)帶來了較大困難。為此，我們選擇五臺天和鋁土礦區(qū)，開展了優(yōu)化排土場施工及排放工藝、綜合防護(hù)體系建設(shè)、安全運(yùn)行管理、生態(tài)恢復(fù)等方面探索，積累了一定經(jīng)驗(yàn)，取得了較好效果。

1 基本概況

五臺天和鋁土礦位于忻州市五臺縣城東南，屬灰?guī)r構(gòu)造的土石山侵蝕地貌類型區(qū)，為中電投山西鋁業(yè)有限公司100 萬t 氧化鋁工程配套自備礦山，生產(chǎn)能力為100 萬t/a，開采方式為露天開采，剝采比為8.04，于2009年開始剝離。礦區(qū)共設(shè)置3 處外排土場，均為山谷型排土場。其中，1#排土場為基建期和運(yùn)行初期(試運(yùn)行)棄土棄渣和露天采區(qū)剝離土石方排放場地，總庫容489.0 萬m3，堆高184 m，分段高度分別為18 m、36 m、65 m、65 m;2#排土場總庫容306.0 萬m3，堆高110 m;3#排土場總庫容30.5 萬m3，堆高53 m。目前，1#排土場達(dá)到設(shè)計(jì)容量要求，2#排土場正在運(yùn)行，3#排土場尚未啟用。

2 防護(hù)體系建設(shè)

2.1 工程防護(hù)體系建設(shè)

排土場產(chǎn)生滑坡和泥石流的主要影響因素是基底的軟弱巖層、松散土石排棄物以及地表雨水的匯集作用。針對天和礦區(qū)排土場特點(diǎn)，建立了以工程措施為主的防護(hù)體系建設(shè)。

2.1.1 基礎(chǔ)處理

溝底分布有松散層，為穩(wěn)定堆渣體，對溝底進(jìn)行處理。即在排土場下游底部100 -200 m 范圍內(nèi)，每隔20 m 設(shè)長20 m、寬2 m 的石籠底基，同時(shí)要求排土?xí)r做到排土場下部堆存大塊廢石，這樣既可攔擋土石，又利于場內(nèi)入滲水排出，可有效防止泥石流的發(fā)生，消除安全隱患。

2.1.2 攔擋工程

排土場溝口處設(shè)計(jì)11 m 高的干砌片石攔石透水壩，壩頂寬2.5 m，壩體上、下游邊坡1∶1，攔石透水壩上游設(shè)20 m 寬平臺?？紤]到排土場分階段平臺與工業(yè)場地、礦區(qū)道路關(guān)系密切，從廢石堆坡腳到工業(yè)場地邊緣或道路邊緣之間，除留出大塊石滾落安全距離外，每個(gè)臺階均設(shè)有5 m 高的攔石透水壩，壩頂寬2.5 m，壩體邊1∶1，保證廢石排放安全。

2.1.3 排洪設(shè)施

為防止坡面洪水直接進(jìn)入排土場，沿排土場外邊界5 -10 m 處設(shè)置漿砌石矩形截洪溝。1#排土場截洪溝3 474 m，斷面尺寸0.6 m×0.6 m-2.4 m×1.2 m。平臺內(nèi)側(cè)排水溝長650 m，斷面尺寸0.4 m×0.5 m，將坡面洪水分別匯集到排土場攔石壩外排出。排土場內(nèi)少量徑流則通過下滲由堆石透水壩下排出，從而有效地解除了坡面洪水徑流對排土場的威脅。

通過精心組織設(shè)計(jì)與施工建設(shè)，形成了礦區(qū)排土場廢石攔擋與洪水截、排、蓄設(shè)施較完善的綜合防護(hù)體系。

2.2 生態(tài)復(fù)墾措施

排土場形成了大面積無植被覆蓋、松散剝離土石組成的堆積物，改變了原地貌的性質(zhì)，在大風(fēng)和暴雨作用下，極易發(fā)生新的水土流失和環(huán)境危害。因此，對排土場進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)與重建尤為重要。

2.2.1 及時(shí)覆土

按照排土場排放工藝，邊排放邊整理。當(dāng)形成穩(wěn)定邊坡和完整平臺后，對邊坡和平臺進(jìn)行整理，使坡面規(guī)整，平臺平整，然后進(jìn)行表面覆土。覆土厚度為0.3 -0.8 m，覆土全部來自露天采區(qū)預(yù)留的剝離表土。

2.2.2 基質(zhì)改良

為建立一個(gè)穩(wěn)定健康的植物群落，恢復(fù)排土場的生態(tài)功能，首先進(jìn)行排土場基質(zhì)改良。排土場平臺采取深耕、施肥，種植豆科牧草，坡面雨季采取混播沙打旺、苜蓿等豆科牧草。通過生物改良措施，為后期營造喬灌混交防護(hù)林創(chuàng)造了條件。

2.2.3 植被恢復(fù)

通過近2年實(shí)施，排土場初期基質(zhì)改良、土壤培肥取得明顯效果，部分天然植物已自然正常生長，穩(wěn)定健康的植物群落正在初步形成，為排土場生態(tài)恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)。

3 運(yùn)行管理

3.1 優(yōu)化排放工藝

排土場排放工藝直接關(guān)系到渣體邊坡的安全穩(wěn)定。充分利用排土場空間，優(yōu)化排放工藝，實(shí)施合理堆置，是實(shí)現(xiàn)排土場邊坡穩(wěn)定的重要前提。為此，采取了以下措施。

3.1.1 先攔擋，后排放

排土場位于地形復(fù)雜的山溝內(nèi)，大量廢棄土石在排土場堆積，暴雨時(shí)極易形成泥石流。因此，采取先筑壩、后排放的施工程序，并在建設(shè)攔擋工程時(shí)按設(shè)計(jì)要求對溝底進(jìn)行基礎(chǔ)處理，設(shè)置防洪排水設(shè)施，防止水土流失或泥石流的發(fā)生。

3.1.2 分級分區(qū)堆放，多臺階排土

排土場排放時(shí)遵循溝內(nèi)排石、坡面排土，陡坡排石、緩坡排土，濕地不良地段排石、干地穩(wěn)定地層排土的原則。采用自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)自下而上分層碾壓，逐階堆排。共堆放4 個(gè)大的堆置平臺，分階段高度分別為18 m、36 m、65 m、65 m，共184 m。臺階坡度控制在32°以內(nèi)(渣體自然安息角35°)，堆積渣體綜合坡比控制在1∶3.0 -1∶6.0 之間。多臺階排土格局，不僅能有效地減少施工中的安全隱患，而且能極大地減少排土場地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為后期的生態(tài)復(fù)墾創(chuàng)造了必要條件。

3.1.3 控制推進(jìn)，有序排放

天和鋁土礦區(qū)日平均供礦石3 333 t，日平均排放廢石20 000 t，廢石排放量大，排放時(shí)間長。為了避免排放工作面局部推進(jìn)太快引起邊坡失穩(wěn)，在整個(gè)排土線上，采取分區(qū)間歇式排土，讓新排棄的巖土有充分的時(shí)間沉降和壓實(shí)。通過內(nèi)排與外排相結(jié)合、外排土場輪換交替排放等方式，嚴(yán)格控制排土推進(jìn)速度，為渣體壓實(shí)和控制邊坡坡度，提供了時(shí)間和空間保證，提高了邊坡穩(wěn)定性。渣體排放時(shí)采用底部排放大塊廢石，上部排放碎渣，邊排放邊壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)排土——壓實(shí)——排土循環(huán)有序進(jìn)行，提高了渣體壓實(shí)密度，有效防止了排土場塌陷、滑坡等事故發(fā)生。

3.2 安全管理與監(jiān)測

排土場安全排放及日常監(jiān)控是礦山排土場管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，直接關(guān)系到露天采礦的安全有序生產(chǎn)，建立健全排土場安全生產(chǎn)管理制度顯得尤為重要。根據(jù)礦區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，制定了排土場安全生產(chǎn)規(guī)程，成立了礦區(qū)排土場管理組織機(jī)構(gòu)，全面負(fù)責(zé)組織建立排土場各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)觀測點(diǎn)、觀測規(guī)程，編制排土場作業(yè)規(guī)程和排土場施工整改方案，并組織質(zhì)量、進(jìn)度的監(jiān)督檢查。負(fù)責(zé)審核排土場安全檢查制度和應(yīng)急預(yù)案，組織協(xié)調(diào)排土場各項(xiàng)工作，組織實(shí)施排土場復(fù)墾，實(shí)現(xiàn)排土場安全管理總目標(biāo)，嚴(yán)防潰壩發(fā)生泥石流災(zāi)害。

礦區(qū)排土場管理組織機(jī)構(gòu)下設(shè)技術(shù)、現(xiàn)場管理、安全檢查和復(fù)墾4 個(gè)小組，明確職責(zé)，分工協(xié)作。

3.2.1 技術(shù)小組

負(fù)責(zé)排土場觀測點(diǎn)的設(shè)立，并對觀測點(diǎn)以及沉降、裂縫等進(jìn)行觀測、記錄。對排土場有關(guān)參數(shù)按照規(guī)程進(jìn)行觀測記錄，每月不少于1 次，雨季每月不少于2 次。發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)向上級部門報(bào)告，并進(jìn)行穩(wěn)固狀態(tài)分析，拿出解決方案。對排土場施工、整改工作制定方案，并進(jìn)行質(zhì)量、進(jìn)度監(jiān)督檢查。

3.2.2 現(xiàn)場管理小組

負(fù)責(zé)排土場作業(yè)規(guī)程的嚴(yán)格執(zhí)行，按照現(xiàn)場作業(yè)規(guī)程及安全要求具體組織管理現(xiàn)場作業(yè)，并進(jìn)行每日例行檢查。負(fù)責(zé)突發(fā)情況通報(bào)、處置，備齊備足防洪搶險(xiǎn)物資。

3.2.3 安全檢查小組

負(fù)責(zé)制定排土場安全檢查制度，組織現(xiàn)場安全檢查，每周不少于1 次，特殊氣候時(shí)及時(shí)檢查，檢查內(nèi)容包括現(xiàn)場車擋、警示標(biāo)志、指揮用品等現(xiàn)場安全設(shè)備設(shè)施。按照作業(yè)規(guī)程具體組織對現(xiàn)場作業(yè)、指揮及排土場隆起、裂縫和可能的滑坡等能夠肉眼觀測到的變形進(jìn)行檢查、記錄，并拿出處理意見。定期檢查突發(fā)事件應(yīng)急物資和防洪搶險(xiǎn)物資的儲備情況，隨時(shí)了解天氣變化情況，及時(shí)向現(xiàn)場管理小組和領(lǐng)導(dǎo)組通報(bào)。制定應(yīng)急措施預(yù)案，建立應(yīng)急搶險(xiǎn)制度、隊(duì)伍及通訊、報(bào)警、疏散、警戒體系，并進(jìn)行定期培訓(xùn)檢查。

3.2.4 復(fù)墾小組

根據(jù)復(fù)墾方案和規(guī)范組織復(fù)墾工作。未經(jīng)技術(shù)論證和安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門批準(zhǔn)，不得隨意變更排土場設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)推薦的有關(guān)參數(shù)。排土場滾石區(qū)應(yīng)設(shè)置醒目的安全警示標(biāo)志，嚴(yán)禁在排土場作業(yè)區(qū)或排土場邊坡面撿礦石和其他石材。下部鋪墊透水石籠基底，排土場最終境界按設(shè)計(jì)修筑石籠壩，以確保排土場結(jié)束后的安全穩(wěn)定。

3.3 科研與探索

礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)長期而艱巨過程，為進(jìn)一步搞好天和鋁土礦礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)工作，全面提升礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)技術(shù)水平，中電投山西鋁業(yè)有限公司五臺山天和礦區(qū)公司與忻州市水土保持科學(xué)研究所合作，將礦山生產(chǎn)實(shí)踐與科研有機(jī)相結(jié)合，采取試驗(yàn)、示范、推廣相結(jié)合技術(shù)路線，依據(jù)礦區(qū)氣候、海拔、坡向、坡度、坡型、地表物質(zhì)性狀等立地條件環(huán)境因素，針對露天采礦區(qū)、排土場跡地引起的土地功能退化、生態(tài)結(jié)構(gòu)缺損、生態(tài)功能失調(diào)等問題，開展了“基質(zhì)改良土壤培肥技術(shù)措施”、“不同立地類型植物種選擇技術(shù)”，“排土場植被配置模式及生態(tài)恢復(fù)技術(shù)”、“露天采區(qū)植被配置模式及生態(tài)恢復(fù)技術(shù)”等方面內(nèi)容的研究，以探索中小型礦山排土場生態(tài)恢復(fù)與重建的技術(shù)途徑。

4 結(jié)語

針對中小型礦山排土場無序排放，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境破壞等問題，天和鋁土礦在采取因地制宜建設(shè)排土場工程防護(hù)體系，科學(xué)合理地控制有序排放，分層碾壓逐階堆排，嚴(yán)格監(jiān)控排土場安全運(yùn)營保障體系，以生態(tài)恢復(fù)為目標(biāo)開展科學(xué)研究等方面，進(jìn)行了積極有益的探索，積累了豐富的試驗(yàn)資料，取得較好效果，為中小型礦山排土場安全運(yùn)營和生態(tài)恢復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。