露天煤矿矿山地质环境治理恢复技术研究

（甘肃省有色工程勘察设计研究院 甘肃兰州730000）

（甘肃省有色工程勘察设计研究院 甘肃兰州730000）

通过对位于祁连山国家自然保护区内肃南裕固族自治县西大口煤矿矿山开采引起的矿山地质环境破坏进行调查，发现矿区存在不稳定斜坡、地面塌陷及泥石流等地质灾害，水土流失剧烈，自然景观破坏严重，影响了自然保护区建设的发展，须进行矿山地质环境恢复治理，方案采取工程措施和生物措施相结合的方式进行综合治理，以消除矿区地质灾害隐患，恢复矿区生态地貌景观。

肃南裕固族自治县煤矿矿山地质环境恢复治理

1 矿区基本情况

肃南裕固族自治县西大口煤矿原为开采多年的罗其生煤矿和大河煤矿整合而成的矿山。由于开采技术落后形成露天采场，各开采面均无安全开采平台，为自上而下一面坡，由于岩石裂隙发育，危岩体随处可见，对居民生命财产和人身安全存在极大的隐患，自然生态破坏及其严重。

2 矿山地质环境现状

2.1 气象水文

矿区位于河西冷温带干旱和祁连山高寒半干旱气候区的过渡地带，具有典型的大陆性气候特征。区内年平均气温3.6℃，年平均降水量250～350mm，最大冰结深度可达0.95m，一般0.4～0.7m；区内常年多风，风向一般为东南或西北，风力2～4级，最大6～8级。

矿区无长流地表水系，有西大口沟及两条支沟南岔沟和雁坎沟，均为季节性洪沟，仅在降雨时节有水流，其余时段为干沟，除此之外，区内小型冲沟发育，沟短、坡降较大是其主要特点，剖面形态多呈“V”型。

2.2 地形地貌

矿区位于肃南县大河乡西大口一带，为祁连山与河西走廊交接地带，区内高程2220～3134m，，地貌类型为构造侵蚀中山区和侵蚀堆积沟谷区。

2.3 地层岩性

肃南裕固族自治县西大口煤矿矿区第四系广泛分布，分布于山体中下部的残坡积层和沟道内的洪积物，均以结构松散的碎石土为主。矿区主要含煤地层为侏罗系中下统龙凤山组（J1-2l），上部为灰～灰黑色石英粗砂岩、细砂岩、粉砂岩；下部为灰白色中、粗粒砂岩、砂砾岩，地层总厚为478.54m，煤层总厚为1.05～6.86m，平均4.4m，含煤系数0.9%。

3 矿山地质环境现状

通过多该矿山实地调查，该区主要存在以下地质灾害隐患：

3.1 矿山开采导致地面塌陷

煤矿被采出后，开采区域周围的岩体的原始应力平衡状态被破坏。上覆地层位于2个压扭性逆断层之间，岩石在构造营力作用下，结构破碎，完整性差，煤层顶板冒落带直通基岩面，至上部松散覆盖层向下塌落，形成塌陷坑，地层的倾斜位移在地面形成地裂缝。现状条件下，矿区内分布3个塌陷坑和4条地裂缝。塌陷坑地面形态呈不规则椭圆形，长轴直径13～40m，短轴直径10～15m，坑壁直立，深度5～8m，坑壁岩性为第四系全新统洪积碎石土，碎石含量大于60%，呈棱角状，磨圆度差，碎石土呈粗细颗粒物质互层结构，结构中密，坑壁局部滑塌溜土，堆积于坑底，上游坑壁有水流冲刷痕迹。地面塌陷区出现4条地裂缝，其中1条延伸长度50～70m，裂缝宽度5～10cm，裂缝错落距最大8cm。

3.2 矿渣堆置产生泥石流灾害

区内有两条泥石流沟，即雁坎沟（N1）和南岔沟（N2），两条泥石流沟类型、特征相似，流域形态呈扇形，流域沟谷深切，呈“V”型，按照流域形态划分，为沟谷型泥石流，可划分形成区和流通区，无明显堆积区。沟道堆积物为碎石土，按泥石流物质组成划分，属稀性泥石流。

矿区有4个矿渣堆弃到坡脚河道内，挤占沟道较为严重，堆弃位置使沟道明显变窄，由于坡脚未设置有效的拦挡，雨季来临时，成为新的泥石流物源，从而加剧泥石流灾害的强度。沟内水量剧增，在冲刷搬运等作用下，矿渣堆积体很容易失稳，进而形成矿渣滑塌及泥石流灾害。

3.3 露天采场开挖及矿渣堆置形成不稳定斜坡地质灾害

矿区内不稳定斜坡主要为废弃的渣堆边坡和采坑边缘斜坡。典型X1不稳定斜坡为人工开挖形成的露天采坑边缘不稳定斜坡，斜坡岩体位于西大口向斜轴部，在挤压作用下，岩体破碎，完整性差，岩性为侏罗系中下统龙凤山组砂砾岩、粉砂岩，斜坡岩体结构破碎，常见局部掉块，岩体崩落的可能性较大。

不稳定斜坡X2为废弃的渣堆形成的边坡位于露天采场废石弃渣排弃的过程中，沿山梁两侧顺坡溜土至坡脚沟道内，未经碾压夯实，斜坡物质结构松散；坡肩裂缝发育，裂缝宽5～20cm，沿坡缘展布，斜坡处于蠕滑变形阶段；坡脚为雁坎沟沟口位置，因渣堆挤占沟道至沟道变窄，在暴雨条件下沟内泥石流冲积物冲刷坡脚至坡体失稳发生滑坡灾害的可能性大。

3.4 矿山开采导致含水层结构的破坏

西大口煤矿主要含水岩组为侏罗系中下统龙凤山组，由砂砾岩，粗中、细砂岩及砂质泥岩组成，富水性弱。但区内断裂构造发育，主要以压扭性断裂为主的逆断层，断层带两盘岩石破碎，孔隙发育，透水性强，往往成为赋水区域，不仅破坏了含水岩组的空间完整性，还阻断了含水层的水力联系。

矿山在露天开采过程中由于乱挖乱采以及开挖后未进行支护，导致围岩应力失去平衡，产生一系列裂隙，矿山开采将不可避免的破坏该区域的含水层结构。

3.5 矿渣堆放对地貌景观破坏

该矿区位于祁连山区，为国家级自然保护区。该煤矿已开采多年，原有地貌已遭到破坏，地表植被已消耗殆尽，仅生长少量植被，基岩裸露，废石弃渣无规律堆放，对山体自然景观破坏极大，使自然生态环境极度恶化，与祁连山自然保护区极不相称。

4 矿山地质环境治理方案

4.1 泥石流排导工程

该工程分沟道段导流堤和山体开挖排导槽工程两部分。设计在原大河煤矿副井井口以西440m处为导流堤起始端，以108°方向延伸385m，再开挖排导槽起始端接至导流堤终止段，以108°方向延伸440m接至另一冲沟内。设计排导槽断面为梯形，设计开挖排导槽底宽2m，坡比1:0.2，排导槽深度就地形变化而定，沟床坡比1: 17.6，开挖排导槽剥离废石选择合适地段就地堆放，矿山开采结束后回填采坑。

沟道段导流堤顶宽0.5m，底宽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，砂浆强度M10，块石强度M30，表面采用M10水泥砂浆勾凸缝，顶部采用C25混凝土压顶，厚度20cm，间隔10m设置伸缩缝，缝宽2.0cm，缝内填塞浸沥青木板条。

4.2 塌陷坑、地裂缝回填工程

采矿塌陷区4处塌陷坑，塌陷坑坑壁直立，深度5～8m。矿区形成三处渣堆，渣堆土方能够满足回填塌陷坑及裂缝所需土方，剩余方量可就地整平。回填时，采用逐级回填的方法进行施工，即先回填塌陷区底部，采用开采时产生的粒径较大的废石对其进行回填，然后回填其中心区和上部，采用粒径较小的废石对其表层进行回填。

4.3 排土场压实、逐级放坡

生产期将产生废石剥离量，主要为工业场地建设多余废石弃渣、渣堆清理回填塌陷坑和地裂缝剩余量和削方量，均拉运至排土场堆放。排土场废石弃渣堆弃的过程中，要逐层碾压并按照1:1坡率逐级放坡，每级坡高4m，顶部平台宽1m。

4.4 边坡危岩清理工程

生产期间对露天采坑边坡及工业场地后缘边坡危岩、活石进行及时清理，保护场地作业人员和设备安全，预计五年内共需清理危岩方量7000m3，清理石渣运至拟建排土场堆放。

4.5 不稳定斜坡挡渣墙、坡体切削工程

对不稳定斜坡坡脚修筑挡渣墙，坡体分5级放坡，每一级高4m，坡比1:1，中间平台宽度1m，斜坡放坡削方量拉至拟建排土场。挡渣墙高3.2m（其中基础埋深1.2m，地面以上墙高2.0m），墙顶宽0.5m，墙底宽1.14m，胸坡比1：0.2，背坡直立。墙体砌筑材料采用M10浆砌块石，顶部采用C25混凝土压顶，每隔10m设一道伸缩缝，距地面30cm以上设置两排泄水孔，两排泄水孔的间距为1.0m，呈梅花型布置，内置φ110PVC管，排水管坡率5%，进水口用反滤土工布包裹，泄水孔进水端以下填筑厚30cm的粘土（压实），墙背填筑厚30cm，直径2～5mm的砾石反滤层。

4.6 土地复垦与植被重建

为了与该地区生态环境相协调，治理区后期植被重建过程中，植物体系主要选择乔灌木类、草本类植物。植物体系的选择主要遵循以下原则[1]：

（1）首先对矿区及周边的植物种类进行调查，通过观测筛选出适应性较好的种类；

（2）采集初选植物的种子，选定不同场地条件进行播植试验，通过评价成活率、生长表现等指标，筛选出复选植物种类；

（3）用复选植物体系进行治理区的绿化施工，评价施工效果，确定可应用推广的植物种类，并大量繁殖推广。

5 结语

地质灾害隐患的解决是矿山地质环境治理的基础，必须要首先消除地质灾害隐患，才能保障矿山生产的安全；恢复土地、植被资源、营造矿区良好的生态环境是矿山地质环境治理的最终目的。通过以上工程措施以及植被重建等生态措施治理后，不仅消除了矿区地质灾害隐患，恢复了土地利用类型，提高了土地利用率，而且还改善了矿区的地质环境，实现了矿山与当地生态环境之间的协调，从根本上解决矿山对当地建设的影响。

[1]李秀峰，等.浅谈露天煤矿土地复垦技术 [J]内蒙古林业科技2010，36（4）84-85.

[2]陈殿勇，等.浅谈露天煤矿环境问题与对策 [J]露天采矿技术2010，78-79.

露天煤矿矿山地质环境治理恢复技术研究

■邹麓 陈建国

X936[文献码]B

1000-405X（2016）-10-362-1