煤矿采后矿区环境的修复技术研究

杨晋泽

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西 临汾 042100）

1 矿区地质情况分析

元宝山矿的治理采区包括了一个巨大的矿坑以及两个煤矸石堆，矿坑的面积达到了110 700 m2，煤矸堆1 的面积为31 023 m2，煤矸堆2 的面积为43 173 m2。根据勘探可知，该矿区地下含水层为富水层，水位的标高是1028 m，井下的单位最大涌水量为0.2 L/（s.m）.进一步对涌水的矿化度进行分析，其矿化度为2.9 g/L，涌水的pH 值为7.4，为中性咸水，水质情况较差。该采区的地质岩层组成主要是粉质砂岩、砂砾岩、煤层，这些岩层均匀地分布在整个采区内，表层岩性为黄土，平均厚度为7.8 m，整个区域内的工程地质条件较差。

其中矿坑是在开采露天煤矿时产生的，矿坑的南北长度约为270 m，东西长度约410 m，矿坑总面积约110 700 m2，矿坑深度约为33 m。矿坑的东侧和南侧坡度较大，最大坡度约为64°，边坡的岩层构成是泥岩和砾岩。煤矸石堆1 在矿坑的北侧约160 m 的位置，煤矸石的最大堆积高度约为16 m，煤矸石堆主要是煤渣和碎石块构成，风化程度较大。煤矸石堆2 位于矿坑东侧约70 m 处，煤矸石的最大堆积高度约为12 m，煤矸石堆同样是煤渣和碎石块，风化程度较大。矿坑及煤矸石堆的分布如图1，图1 中CK26 表示矿坑，F1 和F2 表示煤矸石堆。

2 矿区生态情况分析

该区域最初地表完整性较高，覆盖着大量的草本植物和灌木，在长期开采过程中造成了矿区内的草本植物和地表原生土壤都遭到了严重的破坏，使矿坑和周边环境极为不协调。而且露天堆积的煤矸石在经过雨淋后会产生大量的酸性水等有害元素，给矿区周围环境造成了严重的污染。

矿坑边坡的坡度大，地质松软，在强降雨或者下雪的情况下，会使表层松软的土壤沿着边坡垮落，形成泥石流或者落石冲击[1-2]，给矿区正常作业及生产造成了严重的安全隐患。

3 矿区环境生态修复方案

3.1 矿区修复区域划分

为了实现对矿区环境的生态修复，满足当地的生态环境标准，在对矿区地质条件进行深入分析的基础上，提出了分区、分级治理方案[3]。将整个矿区划分为5 个区域，分别为回填区（A 区）、削坡区（B 区）、筑坡区（C 区）、煤矸石堆及矿坑回填区（D 区）、火烧区（E 区）。

A 区位于矿坑西侧，是评估需要先进行回填的区域；B 区位于矿坑周边，是边坡坡度较大需进行削坡提高边坡稳定性的区域；C 区在矿坑的西南位置，需要筑坡提高边坡稳定性的区域；D 区是位于矿坑东部和北部的煤矸石堆及矿坑底部已经被回填的区域；E 区位于矿坑的西北侧。如图2。

根据矿区的实际情况及矿区生态治理要求，确定了该区域的矿区修复治理方案如下：

1）A 区治理方案。把与之相邻的B2 区内的废料转运到该区域内直接进行回填和压实，同时还可以把与之相邻的B1 区域内削坡产生的土方就近转运到A区内回填。回填时将B2区域的肥料放在下侧，将B1 区域削坡产生的土方放到上侧压实。

2）B 区治理方案。根据分布的位置不同，将B区分为了B1 区、B2 区、B3 区。将B1 区域削坡产生的土方转运到A 区进行回填，转运到C 区用于筑坡；把B2 区域内的废料转运到A 区进行回填处理；把B3 区域内产生的切削料转运到C 区用于筑坡。

3）C 区治理方案。C 区主要是筑坡，防止出现边坡下滑等，筑坡料可以从B 区进行转运。

4）D 区治理方案。该区域主要是平整修饰区，将区域内不平整的地质区域进行平整作业。

5）E 区治理方案。主要是对火烧区域采用黄土压实覆盖[4]，并进行封闭灭火。所覆盖黄土的厚度不低于1000 mm，覆土接收后在四周设置铁丝围栏进行防火并设置警告牌。

3.2 矿区土石方调运方案

根据所制定的矿坑修复方案，需要从不同的位置进行土方调运[5]，在实际工作中可能会出现土方量不够的情况。因此结合矿坑的实际地质情况及考虑调运的经济性，对土石方的调运方案进行了规划。其整体调运计划如图3。

由图3 可知，区域A 回填所需的土石方可以由B1 区域的X1 和X2 削方段进行提供，若还是存在土方不足的情况，则可以再从X6 区域进行土方转运。

在Z1 段筑坡所需的土方量可以从X1 区域转运（此时应是在转运到A 区域的土方还有剩余的情况下再转运）；Z2 段筑坡所需的土方量可以从X2 区域转运（此时应是在转运到A 区域的土方还有剩余的情况下再转运），若土方量不够，则可以再从X6 和X4 区域拉运；Z3 段筑坡所需的土方量可以由X2 区域的削方推运回填，若出现土方量不足的情况，则可以从X3 区域、X4 区域、X5 区域灵活转运，进而满足回填和筑坡的需求。

4 矿坑绿植修复

矿坑地质条件修复完成后，需进行绿植修复，包括种树、种草等。树和草的品种需根据当地的实际情况，选择能够适应当地环境的绿色植被。

一般选择根系发达、抗旱、抗涝能力强的树种，包括刺槐、梭梭树等[6]，能够很好地起到固定边坡泥土的作用。经过评估后在元宝山矿选择了梭梭树作为修复植被。在种植时首先进行培植坑修筑，坑深不小于500 mm，直径不小于600 mm，所选择的梭梭树苗要求长势良好，在栽种前利用浸根粉及保湿剂对树苗根部进行浸泡[6]，提高树苗的抗病性和成活率。栽种后在种植坑内加入不少于10 L 的水，使其彻底浸湿树苗根部。在栽种后的第1 天、第3 天、第5 天、第10 天均需要进行浇水。

草本植物可以采用禾本科和豆科植物相结合的方式。禾本科植被具有发达的根系，不仅能够固定土壤，而且能够提高土壤的通透性。豆科植物则具有固氮、聚水的作用，不仅能够改变土壤的机质而且能够为禾本科植物提供养分。二者相互依存，能够更好地保持矿坑区域的固土效果。禾本科植被选择了白茅，豆科植物选择了紫花苜蓿。草籽播种时采用了喷播方式，草籽的埋深为20～30 mm。在撒播完成后对撒播区域进行喷水，以水能浸透草籽埋深为宜。喷播时所使用的设备为喷播机[7]，将喷播机放在移动小车上便于快速移动，喷播效率高。

种树和种草要进行合理的布置，一般将树种植在砌筑的平台上，每棵树之间的间距设置为2 m；种草采用喷播的方式，撒播量按70 g/m2确定。在种完后需要进行定期养护和补栽，提高绿植的成活率。

5 治理效果分析

该矿坑修复技术已经在多个废弃矿坑投入了应用。通过土石方回填的方案解决了部分区域边坡坡度大、矿坑深度大导致的安全隐患；通过筑坡解决了过大边坡坡度导致的边坡垮落、泥石流等地质问题，在筑坡形成的平台上能够提供植树所需要的平整空间，为绿植的种植和养护提供了基础。通过近1 年的应用，目前废旧矿区已完成了改造，绿植覆盖率达到了76.4%，彻底解决了滑坡、泥石流、粉尘等问题，取得了极好的应用效果，具有推广价值。

6 结论

针对露天矿坑所存在的地表破坏严重、粉尘、滑坡、泥石流等灾害频发，严重影响矿区正常生产的情况，提出了采用废弃矿坑回填、地表绿植恢复的修复方案。将整个矿区划分为5 个区域，对不同区域采取不同的处理方案，且通过精确计算土石方的量，实现了矿山修复过程中土石方的平衡消耗，提高了矿坑修复的效率和经济性。通过在表面设置绿植，实现了对表面破坏地表的修复，解决了滑坡、泥石流等灾害。