露天煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)技術(shù)研究

（甘肅省有色工程勘察設(shè)計(jì)研究院 甘肅蘭州730000）

（甘肅省有色工程勘察設(shè)計(jì)研究院 甘肅蘭州730000）

通過對位于祁連山國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)肅南裕固族自治縣西大口煤礦礦山開采引起的礦山地質(zhì)環(huán)境破壞進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)存在不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，水土流失劇烈，自然景觀破壞嚴(yán)重，影響了自然保護(hù)區(qū)建設(shè)的發(fā)展，須進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理，方案采取工程措施和生物措施相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合治理，以消除礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患，恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)地貌景觀。

肅南裕固族自治縣煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理

1 礦區(qū)基本情況

肅南裕固族自治縣西大口煤礦原為開采多年的羅其生煤礦和大河煤礦整合而成的礦山。由于開采技術(shù)落后形成露天采場，各開采面均無安全開采平臺，為自上而下一面坡，由于巖石裂隙發(fā)育，危巖體隨處可見，對居民生命財(cái)產(chǎn)和人身安全存在極大的隱患，自然生態(tài)破壞及其嚴(yán)重。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

2.1 氣象水文

礦區(qū)位于河西冷溫帶干旱和祁連山高寒半干旱氣候區(qū)的過渡地帶，具有典型的大陸性氣候特征。區(qū)內(nèi)年平均氣溫3.6℃，年平均降水量250～350mm，最大冰結(jié)深度可達(dá)0.95m，一般0.4～0.7m；區(qū)內(nèi)常年多風(fēng)，風(fēng)向一般為東南或西北，風(fēng)力2～4級，最大6～8級。

礦區(qū)無長流地表水系，有西大口溝及兩條支溝南岔溝和雁坎溝，均為季節(jié)性洪溝，僅在降雨時(shí)節(jié)有水流，其余時(shí)段為干溝，除此之外，區(qū)內(nèi)小型沖溝發(fā)育，溝短、坡降較大是其主要特點(diǎn)，剖面形態(tài)多呈“V”型。

2.2 地形地貌

礦區(qū)位于肅南縣大河鄉(xiāng)西大口一帶，為祁連山與河西走廊交接地帶，區(qū)內(nèi)高程2220～3134m，，地貌類型為構(gòu)造侵蝕中山區(qū)和侵蝕堆積溝谷區(qū)。

2.3 地層巖性

肅南裕固族自治縣西大口煤礦礦區(qū)第四系廣泛分布，分布于山體中下部的殘坡積層和溝道內(nèi)的洪積物，均以結(jié)構(gòu)松散的碎石土為主。礦區(qū)主要含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)龍鳳山組（J1-2l），上部為灰～灰黑色石英粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖；下部為灰白色中、粗粒砂巖、砂礫巖，地層總厚為478.54m，煤層總厚為1.05～6.86m，平均4.4m，含煤系數(shù)0.9%。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

通過多該礦山實(shí)地調(diào)查，該區(qū)主要存在以下地質(zhì)災(zāi)害隱患：

3.1 礦山開采導(dǎo)致地面塌陷

煤礦被采出后，開采區(qū)域周圍的巖體的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞。上覆地層位于2個(gè)壓扭性逆斷層之間，巖石在構(gòu)造營力作用下，結(jié)構(gòu)破碎，完整性差，煤層頂板冒落帶直通基巖面，至上部松散覆蓋層向下塌落，形成塌陷坑，地層的傾斜位移在地面形成地裂縫。現(xiàn)狀條件下，礦區(qū)內(nèi)分布3個(gè)塌陷坑和4條地裂縫。塌陷坑地面形態(tài)呈不規(guī)則橢圓形，長軸直徑13～40m，短軸直徑10～15m，坑壁直立，深度5～8m，坑壁巖性為第四系全新統(tǒng)洪積碎石土，碎石含量大于60%，呈棱角狀，磨圓度差，碎石土呈粗細(xì)顆粒物質(zhì)互層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中密，坑壁局部滑塌溜土，堆積于坑底，上游坑壁有水流沖刷痕跡。地面塌陷區(qū)出現(xiàn)4條地裂縫，其中1條延伸長度50～70m，裂縫寬度5～10cm，裂縫錯(cuò)落距最大8cm。

3.2 礦渣堆置產(chǎn)生泥石流災(zāi)害

區(qū)內(nèi)有兩條泥石流溝，即雁坎溝（N1）和南岔溝（N2），兩條泥石流溝類型、特征相似，流域形態(tài)呈扇形，流域溝谷深切，呈“V”型，按照流域形態(tài)劃分，為溝谷型泥石流，可劃分形成區(qū)和流通區(qū)，無明顯堆積區(qū)。溝道堆積物為碎石土，按泥石流物質(zhì)組成劃分，屬稀性泥石流。

礦區(qū)有4個(gè)礦渣堆棄到坡腳河道內(nèi)，擠占溝道較為嚴(yán)重，堆棄位置使溝道明顯變窄，由于坡腳未設(shè)置有效的攔擋，雨季來臨時(shí)，成為新的泥石流物源，從而加劇泥石流災(zāi)害的強(qiáng)度。溝內(nèi)水量劇增，在沖刷搬運(yùn)等作用下，礦渣堆積體很容易失穩(wěn)，進(jìn)而形成礦渣滑塌及泥石流災(zāi)害。

3.3 露天采場開挖及礦渣堆置形成不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害

礦區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡主要為廢棄的渣堆邊坡和采坑邊緣斜坡。典型X1不穩(wěn)定斜坡為人工開挖形成的露天采坑邊緣不穩(wěn)定斜坡，斜坡巖體位于西大口向斜軸部，在擠壓作用下，巖體破碎，完整性差，巖性為侏羅系中下統(tǒng)龍鳳山組砂礫巖、粉砂巖，斜坡巖體結(jié)構(gòu)破碎，常見局部掉塊，巖體崩落的可能性較大。

不穩(wěn)定斜坡X2為廢棄的渣堆形成的邊坡位于露天采場廢石棄渣排棄的過程中，沿山梁兩側(cè)順坡溜土至坡腳溝道內(nèi)，未經(jīng)碾壓夯實(shí)，斜坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散；坡肩裂縫發(fā)育，裂縫寬5～20cm，沿坡緣展布，斜坡處于蠕滑變形階段；坡腳為雁坎溝溝口位置，因渣堆擠占溝道至溝道變窄，在暴雨條件下溝內(nèi)泥石流沖積物沖刷坡腳至坡體失穩(wěn)發(fā)生滑坡災(zāi)害的可能性大。

3.4 礦山開采導(dǎo)致含水層結(jié)構(gòu)的破壞

西大口煤礦主要含水巖組為侏羅系中下統(tǒng)龍鳳山組，由砂礫巖，粗中、細(xì)砂巖及砂質(zhì)泥巖組成，富水性弱。但區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要以壓扭性斷裂為主的逆斷層，斷層帶兩盤巖石破碎，孔隙發(fā)育，透水性強(qiáng)，往往成為賦水區(qū)域，不僅破壞了含水巖組的空間完整性，還阻斷了含水層的水力聯(lián)系。

礦山在露天開采過程中由于亂挖亂采以及開挖后未進(jìn)行支護(hù)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力失去平衡，產(chǎn)生一系列裂隙，礦山開采將不可避免的破壞該區(qū)域的含水層結(jié)構(gòu)。

3.5 礦渣堆放對地貌景觀破壞

該礦區(qū)位于祁連山區(qū)，為國家級自然保護(hù)區(qū)。該煤礦已開采多年，原有地貌已遭到破壞，地表植被已消耗殆盡，僅生長少量植被，基巖裸露，廢石棄渣無規(guī)律堆放，對山體自然景觀破壞極大，使自然生態(tài)環(huán)境極度惡化，與祁連山自然保護(hù)區(qū)極不相稱。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境治理方案

4.1 泥石流排導(dǎo)工程

該工程分溝道段導(dǎo)流堤和山體開挖排導(dǎo)槽工程兩部分。設(shè)計(jì)在原大河煤礦副井井口以西440m處為導(dǎo)流堤起始端，以108°方向延伸385m，再開挖排導(dǎo)槽起始端接至導(dǎo)流堤終止段，以108°方向延伸440m接至另一沖溝內(nèi)。設(shè)計(jì)排導(dǎo)槽斷面為梯形，設(shè)計(jì)開挖排導(dǎo)槽底寬2m，坡比1:0.2，排導(dǎo)槽深度就地形變化而定，溝床坡比1: 17.6，開挖排導(dǎo)槽剝離廢石選擇合適地段就地堆放，礦山開采結(jié)束后回填采坑。

溝道段導(dǎo)流堤頂寬0.5m，底寬1.44m，高3.2m，地面以下埋深1.2m，地面以上2.0m，

面坡比1：0.2，背坡直立，砂漿強(qiáng)度M10，塊石強(qiáng)度M30，表面采用M10水泥砂漿勾凸縫，頂部采用C25混凝土壓頂，厚度20cm，間隔10m設(shè)置伸縮縫，縫寬2.0cm，縫內(nèi)填塞浸瀝青木板條。

4.2 塌陷坑、地裂縫回填工程

采礦塌陷區(qū)4處塌陷坑，塌陷坑坑壁直立，深度5～8m。礦區(qū)形成三處渣堆，渣堆土方能夠滿足回填塌陷坑及裂縫所需土方，剩余方量可就地整平。回填時(shí)，采用逐級回填的方法進(jìn)行施工，即先回填塌陷區(qū)底部，采用開采時(shí)產(chǎn)生的粒徑較大的廢石對其進(jìn)行回填，然后回填其中心區(qū)和上部，采用粒徑較小的廢石對其表層進(jìn)行回填。

4.3 排土場壓實(shí)、逐級放坡

生產(chǎn)期將產(chǎn)生廢石剝離量，主要為工業(yè)場地建設(shè)多余廢石棄渣、渣堆清理回填塌陷坑和地裂縫剩余量和削方量，均拉運(yùn)至排土場堆放。排土場廢石棄渣堆棄的過程中，要逐層碾壓并按照1:1坡率逐級放坡，每級坡高4m，頂部平臺寬1m。

4.4 邊坡危巖清理工程

生產(chǎn)期間對露天采坑邊坡及工業(yè)場地后緣邊坡危巖、活石進(jìn)行及時(shí)清理，保護(hù)場地作業(yè)人員和設(shè)備安全，預(yù)計(jì)五年內(nèi)共需清理危巖方量7000m3，清理石渣運(yùn)至擬建排土場堆放。

4.5 不穩(wěn)定斜坡?lián)踉鼔?、坡體切削工程

對不穩(wěn)定斜坡坡腳修筑擋渣墻，坡體分5級放坡，每一級高4m，坡比1:1，中間平臺寬度1m，斜坡放坡削方量拉至擬建排土場。擋渣墻高3.2m（其中基礎(chǔ)埋深1.2m，地面以上墻高2.0m），墻頂寬0.5m，墻底寬1.14m，胸坡比1：0.2，背坡直立。墻體砌筑材料采用M10漿砌塊石，頂部采用C25混凝土壓頂，每隔10m設(shè)一道伸縮縫，距地面30cm以上設(shè)置兩排泄水孔，兩排泄水孔的間距為1.0m，呈梅花型布置，內(nèi)置φ110PVC管，排水管坡率5%，進(jìn)水口用反濾土工布包裹，泄水孔進(jìn)水端以下填筑厚30cm的粘土（壓實(shí)），墻背填筑厚30cm，直徑2～5mm的礫石反濾層。

4.6 土地復(fù)墾與植被重建

為了與該地區(qū)生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，治理區(qū)后期植被重建過程中，植物體系主要選擇喬灌木類、草本類植物。植物體系的選擇主要遵循以下原則[1]：

（1）首先對礦區(qū)及周邊的植物種類進(jìn)行調(diào)查，通過觀測篩選出適應(yīng)性較好的種類；

（2）采集初選植物的種子，選定不同場地條件進(jìn)行播植試驗(yàn)，通過評價(jià)成活率、生長表現(xiàn)等指標(biāo)，篩選出復(fù)選植物種類；

（3）用復(fù)選植物體系進(jìn)行治理區(qū)的綠化施工，評價(jià)施工效果，確定可應(yīng)用推廣的植物種類，并大量繁殖推廣。

5 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害隱患的解決是礦山地質(zhì)環(huán)境治理的基礎(chǔ)，必須要首先消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，才能保障礦山生產(chǎn)的安全；恢復(fù)土地、植被資源、營造礦區(qū)良好的生態(tài)環(huán)境是礦山地質(zhì)環(huán)境治理的最終目的。通過以上工程措施以及植被重建等生態(tài)措施治理后，不僅消除了礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患，恢復(fù)了土地利用類型，提高了土地利用率，而且還改善了礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了礦山與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)，從根本上解決礦山對當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的影響。

[1]李秀峰，等.淺談露天煤礦土地復(fù)墾技術(shù) [J]內(nèi)蒙古林業(yè)科技2010，36（4）84-85.

[2]陳殿勇，等.淺談露天煤礦環(huán)境問題與對策 [J]露天采礦技術(shù)2010，78-79.

露天煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)技術(shù)研究

■鄒麓 陳建國

X936[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-362-1