露天煤矿陡坡治理及生态恢复技术研究

裴常心

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西 临汾 042100）

霍林河露天煤矿在开采中需要破坏地表、抽干作业区域的地下水、大量开挖土地，在采区内形成巨大的裸露矿坑，形成大量陡坡、边坡，极易诱发滑坡、泥石流等事故。而且在开采时会对周围环境形成巨大的破坏，因此需要对霍林河露天煤矿作业区域进行生态修复，减少对周围环境的影响。

矿山生态修复的核心在于消除矿山开采过程中可能诱发的地质灾害，且通过修复生态满足绿色植被的生长需求，从而保持露天矿山区域形成一个可持续发展的“生态圈”[1]。针对露天煤矿边坡陡峭度大的特殊地质情况，首次提出了分级削坡的处理方案，提高边坡稳定性，然后再在各分级平台上进行绿化，从而提高大边坡露天矿生态修复的效率和稳定性。

1 露天矿区概况分析

1.1 地质概况分析

霍林河露天煤矿处于丘陵地貌位置，采区的海拔落差达到261 m，整体呈现南低北高的状况，其年平均降水量超过1000 mm。经过多年的开采，矿区已经形成了大面积的露天采坑，坑深约44.7 m，边坡的角度约为62.4°，采区周围的土质较为松软，属于人工地貌发育。根据地质勘探，在采区内的地下水属于基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水，其单位涌水量约4.2 L/s，渗透系数为66.4 m/d。

该矿区裸露的地层为辽河群大石桥组第四段第三系，岩层的倾角为19°～44°，共分为上岩带、中岩带和下岩带三个部分。上部岩带属于白云石大理岩夹黑云母片岩带，中岩带属于白云石大理岩夹菱镁矿岩带，下岩带则为典型的白云石夹方解石大理石岩带。通过对地层中岩石岩性的分析，白云石大理岩的坚固性系数在16～20，垂直内聚力约为240～290 kg/cm2。黑云母片岩层的坚固性系数为18～24，垂直内聚力为280～340 kg/cm2。方解石岩层的坚固性系数为17～21，垂直内聚力为210～250 kg/cm2。各岩层均属于坚硬岩层。

1.2 环境概况分析

经过多年的开采，该矿区遗留了较多的地质问题，包括地表植被破坏、地表完整性被破坏、高陡坡易垮落、滑坡、泥石流等。由于该矿的开采规模极大而且采用了大深度、高陡坡矿坑结构，岩层的稳定性被破坏后，在长期风化、综采扰动和外界扰动的情况下很容易出现崩坍，给矿山的正常开采带来了严重的安全隐患。

2 矿山边坡治理方案

2.1 分级削坡

由于矿坑深度大、坡度高、陡峭，直接进行绿植的方案无法实现对边坡的可靠固定，因此结合矿坑的实际情况，提出了分级削坡的方案。在削坡后将边坡的整体坡度由62.4°降低到了约30°，提高了边坡的稳定性。在矿坑边坡上共设置了6 组分级平台，每一级平台宽度在3～5 m，而且平台的平面略微向着边坡侧倾斜，使外侧台面高于内侧台面，倾斜角约为3°，当降水时能够使雨水向内聚集，起到涵养水土的作用。分级削坡后的矿坑边坡剖面结构如图1[2]。

图1 分级削坡结构示意图

2.2 客土工程

为了保证绿植的成活率，提高边坡治理效果，结合矿坑边坡的实际条件，在边坡上采用了穴状客土方式[3]。在平台上设置的种植穴的尺寸为500 mm×500 mm×500 mm，每个种植穴之间的距离为1500 mm，平台两侧刺槐的距离按1000 mm 布置，边坡每排的坡面间距设置为1500 mm，且平台和边坡穴之间的客土铺设的高度统一为600 mm。

2.3 排水渠设置

为了防止雨季大量积水导致边坡垮落，在边坡分级平台的内侧设置专门的排水渠。排水渠的中心线和外侧边缘的距离为2000 mm，排水渠的截面为矩形，采用砌石构成，截面宽和高均为500 mm，排水渠的壁厚为300 mm。砌完后在排水渠内采用水泥砂浆包覆沟渠的表面[4]，防止出现渗水。排水渠的走向沿着平台从东向西延伸，坡度为3%，保证在各种工况下水流的顺畅性。

在每一个边坡上都有两条纵向的排水沟，纵向排水渠的方向沿着边坡的切面设置，其具体设置结构如图2。

图2 排水渠设置结构示意图（m）

2.4 边坡绿植修复

边坡完成基础设施构建后，需重点进行绿植修复工程。根据边坡治理需求，将绿植修复分为了平台绿植修复和边坡绿植修复两个部分。在绿植选择上主要选择耐旱、适应性强的本地绿植，提高绿植的成活率。根据对矿区绿植情况的调研，最终选择了当地土生土长的刺槐作为平台上的绿植植物，将小灌木（紫穗槐）作为边坡修复时的绿植植被[5]。绿植种植分布如图3。

图3 绿植种植分布图

2.5 平台绿植修复

在平台上共设置了两排刺槐，选择2 年生的茁壮树苗。第一排设置到离坡地约1500 mm 处，两排绿植的间距为1000 mm，每个绿植之间的距离为1500 mm，保证能够吸收到充足的阳光。绿植种植时种植穴的尺寸为500 mm×500 mm×500 mm。

在种植前需要将刺槐先过一遍“浸根粉”[6]，提高所栽种树苗的抗病性，提高成活率。在栽种时需要严格按照规定的株距进行放置，种植坑应上下口径一致，刺槐放入后还存有一定的空间。对刺槐苗进行检查，要求树苗应枝冠丰满，根系发育良好，无严重的病虫害。填土后要求树苗周围设置一个高80 mm 的蓄水槽，便于及时进行浇灌。种植完成后需按标准管理要求定期进行施肥、除草、驱虫。在种植24 h 内浇一次水，种植72 h 内浇灌第二次水，种植240 h 内浇灌第三次水，浇灌完成后转入定期养护。

2.6 边坡绿植修复

在边坡上设置紫穗槐，所用的紫穗槐要求选用两年以上的健康苗木。每个紫穗槐之间的距离设置为1500 mm，种植时的种植穴的尺寸为500 mm×500 mm×500 mm。栽种后在树苗周围同样设置一个高度为80 mm 的蓄水槽，便于及时进行浇灌。

2.7 种草绿化

在平台和边坡完成绿植种植后，在整个边坡区域利用撒播的方式进行种草工程。所选的草籽为适应性强、耐旱的苜蓿[7]，播撒的密度按70 kg/hm2。在播撒前需要对草籽进行处理，将其和除草剂、根瘤菌、肥料按一定的比例进行混合后再一起播种。播种深度按20～40 mm。若边坡的土质较为松软，在播种前需要先镇压一遍，然后再进行播种，提高草籽播种后的存活率。露天煤矿边坡绿植及排水渠分布结构示意图如图4。

图4 绿植及排水渠分布结构示意图（m）

在完成所有绿植和草的种植后，需要对绿植和草籽的成活情况进行实时检查和维护，提高绿植和草籽的成活率。需要长期进行补植工作，直到该区域内达到生态自平衡后可以慢慢减少人工干预，提高边坡修复的可靠性。

3 结论

露天煤矿在开采过程中会严重破坏采区内的地表和生态，造成边坡垮落、滑坡、泥石流等，给露天煤矿的作业带来了严重的安全隐患，而且也无法满足新时期“绿水青山”的要求。以霍林河露天煤矿为实际研究对象，根据其边坡坡度大的情况，提出了分级削坡、分区绿化的治理模式，对分级削坡方案、分区绿化方案进行了论述。根据实际应用表明，该技术有效解决了大坡度边坡治理难度大、效率低、可靠性差的不足。