浅析高海拔、高寒环境对青海木里煤田露天矿区开采的影响

张大春，刘晓雪，唐小容

浅析高海拔、高寒环境对青海木里煤田露天矿区开采的影响

张大春1，刘晓雪1，唐小容2

（1.四川省冶金地质勘查局六〇四大队，四川 广元 628017；2.四川省冶金地质勘查院，成都 610051）

青海省木里煤田地处高海拔、高寒环境地区，煤田在露天开采生产过程中会受到高海拔、高寒环境等恶劣气候的影响。青海省木里煤田聚乎更矿区二井田露天开采，在生产过程中易遇到冻土开挖难度大，爆破成本高，冻土消融形成蠕动滑坡、路基冻胀变形，破坏运输线路，大气降水导致剥岩进度缓慢，积水影响穿孔爆破，以及强降雨天气极易形成山洪，冲垮河道危及矿区安全等影响。矿区要合理有效地利用资源、保护矿山环境、加强监测与信息化管理，利用更好的技术手段减小高寒、高海拔坏境对露天开采的影响，实现矿业的可持续发展。

露天煤矿；滑坡；崩塌；生态恢复；设备降效；防治措施

矿区处于高海拔、高寒地区，地质条件异常复杂，自然生态环境脆弱，极为恶劣的气候环境、特殊复杂的冻土条件，使矿区安全稳定性成为历次整治、改建工作的难点及核心内容。随着煤矿露天开采的规模不断加大，高海拔、高寒坏境对生产的影响越来越突出，越来越明显，造成了一定的经济损失，带来了很大的施工难度。本文就木里地区高海拔、高寒环境对露天矿开采的影响进行分析，提出防治措施建议。

1 矿区基本情况及滑坡区域地质概况

1.1 交通位置

木里煤田聚乎更矿区二井田位于青海省天峻县木里乡境内。地理座标：东经99°07′32″～99°07′22″；北纬38°07′22″～38°08′28″。矿区地处祁连与刚察两县交界处的大通河上游地带，以低山丘陵及广阔的沼泽草甸地貌为主。天峻县城至木里矿区有三级公路可通，距离152km。在天峻至木里的公路间，有一条岔道可通疏勒河上游的雪霍立乡，经此翻越托莱南山，在托莱牧场与湟（源）嘉（峪关）公路相接。这条路线是目前木里通往嘉峪关的唯一通道，直线距离200km，行程约380km，全部为便道，仅能季节性通车。矿区附近没有铁路，天峻站为青藏铁路西（宁）―格（尔木）段的一个三级站，该线目前已完成电气化改造，热—木铁路建成运营。

1.2 地形、地貌

木里煤田聚乎更矿区地貌宏观显示为起伏不大的高平原，海拔3 700～4 100m，一般比高60～200m，矿区南依大通山，北靠托赖山，结合构造及相对高度将该区划分为下列地貌单元。

1）侵蚀构造地形区：

中高山区：分布于矿区以南的大通山，笔架山最高地段，山坡陡峻，有冰川和冰川谷分布，相对高差300～500m。

中低山区：由抬升和强烈的侵蚀切割作用形成，分布在矿区北部，现代沟谷发育，地形相对高差200～400m。

2）剥蚀堆积地形区：由于地壳上升，风化堆积物被剥蚀，形成丘陵，其特点是山顶平坦，地形坡度较小，相对高差50～100m。

3）堆积地形区：分布于矿区周边地带，以冰川堆积为主，其上覆有第四系洪冲积砂砾石层，相对高差较小，地势平缓。

1.3 水文、水系

矿区海拔较高，年平均气温在0℃以下，为常年冻土带，区内水文地质条件完全为常年冻土所控制。煤层产于中下侏罗纪地层中，地层为含水贫乏的页岩、砂质页岩及含水的砂岩、砾岩所组成，岩性及含水性变化很大，隔水层与含水层不易划分。

1.3.1 水系

矿区主要河流为上哆嗦河，源于大通山，向东至弧山、努日寺等地汇入大通河。该河流在19勘探线-F3断层间通过本矿田，其水源来源于降水及融雪补给，流量随季节而变化，8月流量最大，最大流量为2.47m3/s，10月开始冻结至翌年4月开始解冻。

1.3.2 湖泊

矿区西部有约2km2的草格木日湖，在矿区及周边的低凹平原地带，还有面积较小的湖泊存在。

1.4 气象、地震

根据木里气象站多年观测资料，当地最高气温17.8℃（1959年8月），最低气温-35.6℃（1958年1月），年平均气温-5℃。区内年平均降水量477.1mm，年最大降水量579.1mm（1958年），降雨多数集中在6、7、8月份，冬季降雪大多集中在每年10、11、12月份。年平均水面蒸发量1 049.9mm。由于地处高原地带，一年四季均多风，每年1～4月份风力最大，风向多呈正西或西南，最大风速大于40m/s，平均2.9m/s。

综上所述，矿区海拔高，气温低，降雪量较多，存在永久冻土带。因此，本区应属高山严寒地区。

根据国家地震烈度区划图，本区地震动峰加速度为0.1g,抗震设防烈度为7度。

1.5 岩组特征

1）第四系（Q）

分布于整个矿区，厚0.1～30m之间，顶部0.5m多为植物根系，1m以下为泥沙夹小卵石层透镜体，其下为漂石与泥沙互层，夹有不稳定的冰层。漂石与泥沙互层厚度无一定规律。

2）侏罗系（J）

粉砂岩层为主，分布于矿区煤系最底部岩层，其下部以灰色细砂岩夹不稳定的灰黑色砂质页岩或页岩组成，底部为极不稳定之灰白色砾岩透镜体，上部为渐变之灰白色中细粒砂岩、页岩并夹有菱铁矿结核。沿走向至矿区西部，基本上为粗砂到中砂岩，并夹灰分较高薄煤层。

3）三叠系（T）

分布于矿区的东北与西北等地，因露头不良而厚度不详，其岩性为赭红色粘土和具有棱角的复杂砾石，局部还见有很薄的石膏层。

1.6 构造地质情况

大地构造上，木里煤田属大通河谷中生代坳陷带，由于盆地空间的控制，煤系地层沉积后受大通、托赖两山脉横向褶皱变形的影响，矿区构造轴向与祁连山脉相一致。整体呈一复式褶皱，由北、中、南三个向斜组成，与走向平行或斜交的断裂发育。

1.6.1 褶皱

本井田位于北向斜中部，轴向N45°～50°W。因南北受力不均的结果，使井田内两翼倾角都较陡，南翼更甚，15勘探线以西由直立到倒转，呈一由东向西不对称狭窄轴面向南西倾的倒转向斜。

1.6.2 断层

根据断裂性质，井田内断层基本分为二组，即走向断层与横张断层。

F1走向断层，为一走向NW的正断层，倾向SW，倾角70°，此断层从下1煤层间通过，造成19-22勘探线下1煤层顶板剥蚀，下1煤层合并，并向SW倾伏。断层角砾以煤屑、砂、泥岩碎块组成，其断层由东往西断距逐渐减小，断距100m左右。

F3断层，为一NE向横切正断层，倾向SE、倾角50°，此断层从下2、下1二煤层中通过，并斜切F1走向断层，断层接触面岩石破碎，并有断层角砾，断距170m。

F4断层为NW走向之正断层，倾向SW、倾角70°，此断层切下1、下2二层煤，由18.5勘探线到19勘探线之间通过，断距60m。

F5断层，位于22勘探线附近，为一NE走向的正断层，倾向NW，倾角75°，为二、三井田之分界线。断层角砾由砂岩、泥岩碎块组成，个别地段煤屑占主要成分，据钻孔资料推断，其上盘落差约200m。

2 坏境因素对露天开采带来的影响

2.1 大气降水增加了施工设备作业困难，导致剥岩进度缓慢，原煤接续受阻

夏季雨水较多，使道路变得异常泥泞，排岩车辆行驶困难，常出现原地打滑的现象，交通事故也明显增加。作业面大量积水，淹没煤层，给矿区防排水带来很大压力。煤层常被积水淹没，无法采掘。冬季降雪后经车辆碾压后形成光滑的冰层，出入沟坡度陡的区域会形成大面积结冰，车辆行驶时易造成失控发生事故。一定程度上阻碍了生产力，也加大了设备损耗，增加了成本。

2.2 路基冻胀变形，破坏运输线路

矿区路基为季节性冻土层，冬天坚硬，进入雨季以后，出现冻胀和融沉现象，冻胀是因膨胀的冰块将土顶上来形成大土包；亦称为底鼓现象。矿区主干道，出入沟严重变形，需要派专门的人力设备进行不断维修，保证运输线路畅通。对矿山开采运输造成不良影响。

2.3 冻土消融形成蠕动滑坡

矿区第一水平全为季节性冻土层，气温升高后冻土容易消融，受自身重力作用泥石流状蠕滑。当大片区域消融后会造成大面积滑坡，破坏矿区运输线路，阻碍运输，也对施工设备和人员的生命安全带来安全隐患。

2.4 冻土开挖难度大，爆破成本高

夏季冻土消融形成湿地施工设备易陷入其中，遇水之后又会变成稀泥状，装车时挖掘机不能满斗，运输时容易外溢。施工效率非常低。冬季坚硬柔韧，与岩石比较无层理，脆性低，相同当量火工品进行爆破，冻土层破碎、爆松效果太低。只能增加爆破孔密度和火工品装药量才能达到预期目标。

2.5 积水影响穿孔爆破，增加了爆破成本

工作面积水后，爆破孔内也会有大量的水渗入，价格较低的乳化炸药容易受潮，只能使用价格较高的铵油炸药。在一定程度上也增加了爆破成本。

2.6 人畜生活用水困难

每年10月份后木里地区已进入寒冷的冬季，最低气温在零下30℃以下。河水结冰，水源枯竭。地下水埋藏很深，浅井出水量又非常少，接近干枯。饮水常找不到水源地，给矿区施工人员生活上带来很大困难。

2.7 积水浸泡煤层，降低了原煤经济指标，也造成了原煤浪费

经积水浸泡之后煤层上部近0.5m的原煤与泥土混合，需清理后再开采。此部分原煤难符合销售标准，常当矸石处理。不仅损失了原煤还需投入人力设备进行清理。另有一部分原煤经水浸泡后经济指标降低，只能低价对外销售。

2.8 极易形成山洪，冲垮河道

矿区地形中间低两侧高，雨季8月、9月降水量较多，再加上冻土融化自身含水量丰富，下渗水量非常少。遇到强降雨天气，极易形成地表径流，汇集河道。陡然间河道流水量剧增，河堤冲刷加剧，发生坍塌，形成堰塞湖，危及矿区安全。

2.9 生态环境脆弱、植被易遭破坏，环境保护和生态恢复困难重重

高海拔地区生态相当脆弱，主要植被为高原草甸，木本植物不易存活。由于受坏境、气候因素制约人工种植牧草不易成活且投入高效果低。破坏之后很难恢复，主要依靠草皮移植，但是草皮移植不能从根本上解决生态矿山开采给生态坏境带来的影响，只能是“拆东墙补西墙”。

3 防治措施

3.1 防排水措施

1）截导地表水。修筑地面沿帮固定水沟，尽最大可能将地面水在顶部实施拦截。截水沟根据地质地形条件的不同分区设立，有条件的尽可能将水排到矿场之外，不具备外排条件的放入矿坑浅部的排水系统，做到浅水浅排。采场内不同地段，不同水平修筑水沟、蓄水消能池、抽水泵站等，使水流有序，排放合理，消除和减少其对边坡的不良影响。地面截水沟是防止地面水对边坡造成破坏的最重要工程措施。

2）疏排、截堵地下水。水平放水孔工程是在采场平台上分水平向岩体打水平放水孔，降低边坡内部水压，改善边坡稳定状况。帷幕截流：在局部地下水丰富，范围不太大的地段，实施注浆帷幕，对地下水进行截流。

3.2 修筑预备水源

1）在矿区找较好的水源地，修筑蓄水池，在水源充足时进行蓄水，当水源枯竭了做为预备水源，为矿区供水。

2）在经济条件预算合理的情况下，进行矿区水文地质调查，勘探地下水资源，打深水井利用地下水供给矿区生活用水。

3.3 健全防洪组织机构，加大危险源排查与监管

1）成立了以矿长长任组长，班子成员和矿属各科室、单位负责人为成员的防汛指挥部，负责指挥、组织、指导全镇防汛工作；成立防汛抢险小分队，负责矿区抢险救灾工作，确保防汛工作组织领导机构到位。

2）完善应急预案。针对防汛工作出现的新情况和新要求，及时完善防汛应急抢险救援预案，针对重点区域，制定相应的防、抢、撤等应急救援措施，一旦发生险情，确保有组织、及时、安全地撤离人员和抢险、排险。

3）强化隐患整改。矿防汛指挥部成员，要深入矿区实地督查，摸排隐患。

4）夯实监测责任。对摸排出隐患落实专人负责、限期整改，对一时难以整改到位的危险区域分别落实了监测责任人，明确了监测人职责，夯实监测人员责任。

5）备足防汛物资，并落实专人进行了管理，做到了组织、工具、物料、技术、人员五落实。

6）加强值班带班。实行领导带班、值班制度，要坚守岗位，严守纪律，认真负责，兢兢业业，细致工作，做到下情及时上传，上情及时下达，确保信息畅通。

7）严格责任追究。为了确保防汛工作各项措施和制度落到实处，对落实整改任务措施不力、整改不到位、监测工作不认真的负责人员，一旦发现将严格实行严格责任追究。确保各项工作措施和制度落到实处。

3.4 对冻土层进行隔热保护，防止消融导致大面积滑坡，并做好滑坡监测和采取治理措施

1）对采区两帮冻土区域铺盖石渣进行隔热保护，或修筑水泥网格移植草皮，作为隔热层减小冻土消融。

2）地面位移监测。在矿坑周边地面建立地面岩移观测点，实施定期观测，及时掌握边坡动态。对重点部位设置临时观测点，按周期进行观测，监视局部变形，及时做出变形或滑坡预报。并安排专业人员分区域进行巡视，查看地表裂隙、变形状况，以便随时发现变形异常情况，并及时采取对策。

3）冻土滑坡治理措施：对于滑坡规模较小，有滑坡征兆的地段，在下部修筑刚性抗滑挡墙，对滑体进行支挡加固。对于规模较大的滑坡和变形体，在滑移段实施钢轨抗滑桩或工字钢混凝土抗滑桩，增加滑移段的抗滑移变形能力。也可通过在上部减重，改变滑体外形，减少下滑力，使滑体重心向下部转移，来改善边坡稳定状况。

4）技术措施：对岩质边坡根据岩性、构造、岩石力学强度参数等确定合理稳定的工作帮坡角和最终帮坡角。通过边坡稳定分析计算，使采区安排科学合理。

3.5 做好坏境保护工作，尽量不破坏，破坏后尽快恢复

做好草皮移植和牧草种植工作。为防止水土流失和恢复植被保护生态，禁止开采弃渣隨意堆放，必须统一堆放到开采境界线以外的排渣场内。弃渣场经处理后再敷盖表土、植草。

3.6 合理设计矿区运输系统，对冻胀变形的运输道路及时养护

1）露天煤矿内部运输道路，最大纵坡不宜超过下列规定：生产干线8％；生产支线9％；联络线10％；重车下坡地段，按上述规定相应减少1％。

2）对冻胀变形的运输道路进行分段，落实责任人，经常巡查并及时调派设备、人员进行修整，以免引起交通事故。

4 结语

高海拔地区煤矿露天开采生产能力大、效率高、成本低、安全程度高、机械化程度高发展前景乐观。要在生产中不断克服、解决坏境带来困难，也要尽量避免或减少开采对环境的破坏；要成为高水平、可持续系统，追求整体协调、共生协调和发展协调；要进行长远综合规划、评价、整治和管理；与矿山生产协调有序发展，越来越多的吸纳先进成果和技术手段，促使相关学科交叉融合，催生新技术手段，这些成果又不断推动矿区生产、生态环境重建提高层次。优化露天采场的作业环境。合理有效地利用资源、保护矿山环境、加强监测与信息化管理，利用更好的技术手段减小高寒、高海拔坏境对露天开采的影响，实现矿业的可持续发展。

[1] 杨起，韩德馨．中国煤田地质学[M]．煤炭工业出版社，1979．

[2] 木里煤田聚乎更矿区二井田详查报告[R]．（煤田地质局105地质队），1970．

[3] 张健．浅谈煤矿地下开采对地质环境的影响及灾害治理[J]．四川地质学报，2009，S2：219-221．

[4] 徐开礼，朱志澄．构造地质学[M]．地质出版社，1989．

[5] 杨孟，达等．煤矿·煤地质学[M]．煤炭工业出版社，2000．

[6] 李东林，覃伟，李北平．我国煤矿地质灾害与防治技术[J]．四川地质学报，2015.38（4）：578-582．

Simple Analysis of Influence of Alpine Cold Environment on Open-pit Mining of the Muli Coal Field in Qinghai

ZHANG Da-chun1LIU Xiao-xue1TANG Xiao-rong2

(1. No. 604 Geological Party, Sichuan Bureau of Metallurgical Geological Exploration, Guangyuan, Sichuan 628017；2. Sichuan Metallurgical Geological Exploration Institute, Chengdu Sichuan 610051)

The Muli Coal Field in Qinghai is a coal field lying in alpine cold environment. The second mine field of its Juhugeng minig district is open-pit mining. It is difficult to excavate frozen soil and its blasting cost is high. The creep landslide caused by the thawing of frozen soil, the frost heaving deformation of the roadbed, and the mountain torrents caused by heavy rain exert tremendous influence on the mining safety. The protection of mine environment, strengthening monitoring and information management and geohazard control in alpine cold environment are of great importance to sustainable development of the coal mining.

open coal mine; landslide; collapse; ecological restoration; control measure

2019-01-02

张大春（1985—），女，四川富顺人，助理工程师，主要从事地质调查与矿产勘查工作

[P66]

A

1006-0995（2020）01-0075-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.016