露天煤礦礦山地質環境治理恢復技術研究

（甘肅省有色工程勘察設計研究院 甘肅蘭州730000）

（甘肅省有色工程勘察設計研究院 甘肅蘭州730000）

通過對位于祁連山國家自然保護區內肅南裕固族自治縣西大口煤礦礦山開采引起的礦山地質環境破壞進行調查，發現礦區存在不穩定斜坡、地面塌陷及泥石流等地質災害，水土流失劇烈，自然景觀破壞嚴重，影響了自然保護區建設的發展，須進行礦山地質環境恢復治理，方案采取工程措施和生物措施相結合的方式進行綜合治理，以消除礦區地質災害隱患，恢復礦區生態地貌景觀。

肅南裕固族自治縣煤礦礦山地質環境恢復治理

1 礦區基本情況

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，由于巖石裂隙發育，危巖體隨處可見，對居民生命財產和人身安全存在極大的隱患，自然生態破壞及其嚴重。

2 礦山地質環境現狀

2.1 氣象水文

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

礦區無長流地表水系，有西大口溝及兩條支溝南岔溝和雁坎溝，均為季節性洪溝，僅在降雨時節有水流，其余時段為干溝，除此之外，區內小型沖溝發育，溝短、坡降較大是其主要特點，剖面形態多呈“V”型。

2.2 地形地貌

礦區位于肅南縣大河鄉西大口一帶，為祁連山與河西走廊交接地帶，區內高程2220～3134m，，地貌類型為構造侵蝕中山區和侵蝕堆積溝谷區。

2.3 地層巖性

肅南裕固族自治縣西大口煤礦礦區第四系廣泛分布，分布于山體中下部的殘坡積層和溝道內的洪積物，均以結構松散的碎石土為主。礦區主要含煤地層為侏羅系中下統龍鳳山組（J1-2l），上部為灰～灰黑色石英粗砂巖、細砂巖、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0.9%。

3 礦山地質環境現狀

通過多該礦山實地調查，該區主要存在以下地質災害隱患：

3.1 礦山開采導致地面塌陷

煤礦被采出后，開采區域周圍的巖體的原始應力平衡狀態被破壞。上覆地層位于2個壓扭性逆斷層之間，巖石在構造營力作用下，結構破碎，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。現狀條件下，礦區內分布3個塌陷坑和4條地裂縫。塌陷坑地面形態呈不規則橢圓形，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，碎石土呈粗細顆粒物質互層結構，結構中密，坑壁局部滑塌溜土，堆積于坑底，上游坑壁有水流沖刷痕跡。地面塌陷區出現4條地裂縫，其中1條延伸長度50～70m，裂縫寬度5～10cm，裂縫錯落距最大8cm。

3.2 礦渣堆置產生泥石流災害

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

礦區有4個礦渣堆棄到坡腳河道內，擠占溝道較為嚴重，堆棄位置使溝道明顯變窄，由于坡腳未設置有效的攔擋，雨季來臨時，成為新的泥石流物源，從而加劇泥石流災害的強度。溝內水量劇增，在沖刷搬運等作用下，礦渣堆積體很容易失穩，進而形成礦渣滑塌及泥石流災害。

3.3 露天采場開挖及礦渣堆置形成不穩定斜坡地質災害

礦區內不穩定斜坡主要為廢棄的渣堆邊坡和采坑邊緣斜坡。典型X1不穩定斜坡為人工開挖形成的露天采坑邊緣不穩定斜坡，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龍鳳山組砂礫巖、粉砂巖，斜坡巖體結構破碎，常見局部掉塊，巖體崩落的可能性較大。

不穩定斜坡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，沿山梁兩側順坡溜土至坡腳溝道內，未經碾壓夯實，斜坡物質結構松散；坡肩裂縫發育，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，在暴雨條件下溝內泥石流沖積物沖刷坡腳至坡體失穩發生滑坡災害的可能性大。

3.4 礦山開采導致含水層結構的破壞

西大口煤礦主要含水巖組為侏羅系中下統龍鳳山組，由砂礫巖，粗中、細砂巖及砂質泥巖組成，富水性弱。但區內斷裂構造發育，主要以壓扭性斷裂為主的逆斷層，斷層帶兩盤巖石破碎，孔隙發育，透水性強，往往成為賦水區域，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系。

礦山在露天開采過程中由于亂挖亂采以及開挖后未進行支護，導致圍巖應力失去平衡，產生一系列裂隙，礦山開采將不可避免的破壞該區域的含水層結構。

3.5 礦渣堆放對地貌景觀破壞

該礦區位于祁連山區，為國家級自然保護區。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，廢石棄渣無規律堆放，對山體自然景觀破壞極大，使自然生態環境極度惡化，與祁連山自然保護區極不相稱。

4 礦山地質環境治理方案

4.1 泥石流排導工程

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

溝道段導流堤頂寬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，砂漿強度M10，塊石強度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設置伸縮縫，縫寬2.0cm，縫內填塞浸瀝青木板條。

4.2 塌陷坑、地裂縫回填工程

采礦塌陷區4處塌陷坑，塌陷坑坑壁直立，深度5～8m。礦區形成三處渣堆，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，采用逐級回填的方法進行施工，即先回填塌陷區底部，采用開采時產生的粒徑較大的廢石對其進行回填，然后回填其中心區和上部，采用粒徑較小的廢石對其表層進行回填。

4.3 排土場壓實、逐級放坡

生產期將產生廢石剝離量，主要為工業場地建設多余廢石棄渣、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

生產期間對露天采坑邊坡及工業場地后緣邊坡危巖、活石進行及時清理，保護場地作業人員和設備安全，預計五年內共需清理危巖方量7000m3，清理石渣運至擬建排土場堆放。

4.5 不穩定斜坡擋渣墻、坡體切削工程

對不穩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設一道伸縮縫，距地面30cm以上設置兩排泄水孔，兩排泄水孔的間距為1.0m，呈梅花型布置，內置φ110PVC管，排水管坡率5%，進水口用反濾土工布包裹，泄水孔進水端以下填筑厚30cm的粘土（壓實），墻背填筑厚30cm，直徑2～5mm的礫石反濾層。

4.6 土地復墾與植被重建

為了與該地區生態環境相協調，治理區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）首先對礦區及周邊的植物種類進行調查，通過觀測篩選出適應性較好的種類；

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

（3）用復選植物體系進行治理區的綠化施工，評價施工效果，確定可應用推廣的植物種類，并大量繁殖推廣。

5 結語

地質災害隱患的解決是礦山地質環境治理的基礎，必須要首先消除地質災害隱患，才能保障礦山生產的安全；恢復土地、植被資源、營造礦區良好的生態環境是礦山地質環境治理的最終目的。通過以上工程措施以及植被重建等生態措施治理后，不僅消除了礦區地質災害隱患，恢復了土地利用類型，提高了土地利用率，而且還改善了礦區的地質環境，實現了礦山與當地生態環境之間的協調，從根本上解決礦山對當地建設的影響。

[1]李秀峰，等.淺談露天煤礦土地復墾技術 [J]內蒙古林業科技2010，36（4）84-85.

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

露天煤礦礦山地質環境治理恢復技術研究

■鄒麓 陳建國

X936[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-362-1