淺析高海拔、高寒環(huán)境對青海木里煤田露天礦區(qū)開采的影響

張大春，劉曉雪，唐小容

淺析高海拔、高寒環(huán)境對青海木里煤田露天礦區(qū)開采的影響

張大春1，劉曉雪1，唐小容2

（1.四川省冶金地質(zhì)勘查局六〇四大隊(duì)，四川 廣元 628017；2.四川省冶金地質(zhì)勘查院，成都 610051）

青海省木里煤田地處高海拔、高寒環(huán)境地區(qū)，煤田在露天開采生產(chǎn)過程中會受到高海拔、高寒環(huán)境等惡劣氣候的影響。青海省木里煤田聚乎更礦區(qū)二井田露天開采，在生產(chǎn)過程中易遇到凍土開挖難度大，爆破成本高，凍土消融形成蠕動(dòng)滑坡、路基凍脹變形，破壞運(yùn)輸線路，大氣降水導(dǎo)致剝巖進(jìn)度緩慢，積水影響穿孔爆破，以及強(qiáng)降雨天氣極易形成山洪，沖垮河道危及礦區(qū)安全等影響。礦區(qū)要合理有效地利用資源、保護(hù)礦山環(huán)境、加強(qiáng)監(jiān)測與信息化管理，利用更好的技術(shù)手段減小高寒、高海拔壞境對露天開采的影響，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

露天煤礦；滑坡；崩塌；生態(tài)恢復(fù)；設(shè)備降效；防治措施

礦區(qū)處于高海拔、高寒地區(qū)，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，自然生態(tài)環(huán)境脆弱，極為惡劣的氣候環(huán)境、特殊復(fù)雜的凍土條件，使礦區(qū)安全穩(wěn)定性成為歷次整治、改建工作的難點(diǎn)及核心內(nèi)容。隨著煤礦露天開采的規(guī)模不斷加大，高海拔、高寒壞境對生產(chǎn)的影響越來越突出，越來越明顯，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，帶來了很大的施工難度。本文就木里地區(qū)高海拔、高寒環(huán)境對露天礦開采的影響進(jìn)行分析，提出防治措施建議。

1 礦區(qū)基本情況及滑坡區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 交通位置

木里煤田聚乎更礦區(qū)二井田位于青海省天峻縣木里鄉(xiāng)境內(nèi)。地理座標(biāo)：東經(jīng)99°07′32″～99°07′22″；北緯38°07′22″～38°08′28″。礦區(qū)地處祁連與剛察兩縣交界處的大通河上游地帶，以低山丘陵及廣闊的沼澤草甸地貌為主。天峻縣城至木里礦區(qū)有三級公路可通，距離152km。在天峻至木里的公路間，有一條岔道可通疏勒河上游的雪霍立鄉(xiāng)，經(jīng)此翻越托萊南山，在托萊牧場與湟（源）嘉（峪關(guān)）公路相接。這條路線是目前木里通往嘉峪關(guān)的唯一通道，直線距離200km，行程約380km，全部為便道，僅能季節(jié)性通車。礦區(qū)附近沒有鐵路，天峻站為青藏鐵路西（寧）―格（爾木）段的一個(gè)三級站，該線目前已完成電氣化改造，熱—木鐵路建成運(yùn)營。

1.2 地形、地貌

木里煤田聚乎更礦區(qū)地貌宏觀顯示為起伏不大的高平原，海拔3 700～4 100m，一般比高60～200m，礦區(qū)南依大通山，北靠托賴山，結(jié)合構(gòu)造及相對高度將該區(qū)劃分為下列地貌單元。

1）侵蝕構(gòu)造地形區(qū)：

中高山區(qū)：分布于礦區(qū)以南的大通山，筆架山最高地段，山坡陡峻，有冰川和冰川谷分布，相對高差300～500m。

中低山區(qū)：由抬升和強(qiáng)烈的侵蝕切割作用形成，分布在礦區(qū)北部，現(xiàn)代溝谷發(fā)育，地形相對高差200～400m。

2）剝蝕堆積地形區(qū)：由于地殼上升，風(fēng)化堆積物被剝蝕，形成丘陵，其特點(diǎn)是山頂平坦，地形坡度較小，相對高差50～100m。

3）堆積地形區(qū)：分布于礦區(qū)周邊地帶，以冰川堆積為主，其上覆有第四系洪沖積砂礫石層，相對高差較小，地勢平緩。

1.3 水文、水系

礦區(qū)海拔較高，年平均氣溫在0℃以下，為常年凍土帶，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件完全為常年凍土所控制。煤層產(chǎn)于中下侏羅紀(jì)地層中，地層為含水貧乏的頁巖、砂質(zhì)頁巖及含水的砂巖、礫巖所組成，巖性及含水性變化很大，隔水層與含水層不易劃分。

1.3.1 水系

礦區(qū)主要河流為上哆嗦河，源于大通山，向東至弧山、努日寺等地匯入大通河。該河流在19勘探線-F3斷層間通過本礦田，其水源來源于降水及融雪補(bǔ)給，流量隨季節(jié)而變化，8月流量最大，最大流量為2.47m3/s，10月開始凍結(jié)至翌年4月開始解凍。

1.3.2 湖泊

礦區(qū)西部有約2km2的草格木日湖，在礦區(qū)及周邊的低凹平原地帶，還有面積較小的湖泊存在。

1.4 氣象、地震

根據(jù)木里氣象站多年觀測資料，當(dāng)?shù)刈罡邭鉁?7.8℃（1959年8月），最低氣溫-35.6℃（1958年1月），年平均氣溫-5℃。區(qū)內(nèi)年平均降水量477.1mm，年最大降水量579.1mm（1958年），降雨多數(shù)集中在6、7、8月份，冬季降雪大多集中在每年10、11、12月份。年平均水面蒸發(fā)量1 049.9mm。由于地處高原地帶，一年四季均多風(fēng)，每年1～4月份風(fēng)力最大，風(fēng)向多呈正西或西南，最大風(fēng)速大于40m/s，平均2.9m/s。

綜上所述，礦區(qū)海拔高，氣溫低，降雪量較多，存在永久凍土帶。因此，本區(qū)應(yīng)屬高山嚴(yán)寒地區(qū)。

根據(jù)國家地震烈度區(qū)劃圖，本區(qū)地震動(dòng)峰加速度為0.1g,抗震設(shè)防烈度為7度。

1.5 巖組特征

1）第四系（Q）

分布于整個(gè)礦區(qū)，厚0.1～30m之間，頂部0.5m多為植物根系，1m以下為泥沙夾小卵石層透鏡體，其下為漂石與泥沙互層，夾有不穩(wěn)定的冰層。漂石與泥沙互層厚度無一定規(guī)律。

2）侏羅系（J）

粉砂巖層為主，分布于礦區(qū)煤系最底部巖層，其下部以灰色細(xì)砂巖夾不穩(wěn)定的灰黑色砂質(zhì)頁巖或頁巖組成，底部為極不穩(wěn)定之灰白色礫巖透鏡體，上部為漸變之灰白色中細(xì)粒砂巖、頁巖并夾有菱鐵礦結(jié)核。沿走向至礦區(qū)西部，基本上為粗砂到中砂巖，并夾灰分較高薄煤層。

3）三疊系（T）

分布于礦區(qū)的東北與西北等地，因露頭不良而厚度不詳，其巖性為赭紅色粘土和具有棱角的復(fù)雜礫石，局部還見有很薄的石膏層。

1.6 構(gòu)造地質(zhì)情況

大地構(gòu)造上，木里煤田屬大通河谷中生代坳陷帶，由于盆地空間的控制，煤系地層沉積后受大通、托賴兩山脈橫向褶皺變形的影響，礦區(qū)構(gòu)造軸向與祁連山脈相一致。整體呈一復(fù)式褶皺，由北、中、南三個(gè)向斜組成，與走向平行或斜交的斷裂發(fā)育。

1.6.1 褶皺

本井田位于北向斜中部，軸向N45°～50°W。因南北受力不均的結(jié)果，使井田內(nèi)兩翼傾角都較陡，南翼更甚，15勘探線以西由直立到倒轉(zhuǎn)，呈一由東向西不對稱狹窄軸面向南西傾的倒轉(zhuǎn)向斜。

1.6.2 斷層

根據(jù)斷裂性質(zhì)，井田內(nèi)斷層基本分為二組，即走向斷層與橫張斷層。

F1走向斷層，為一走向NW的正斷層，傾向SW，傾角70°，此斷層從下1煤層間通過，造成19-22勘探線下1煤層頂板剝蝕，下1煤層合并，并向SW傾伏。斷層角礫以煤屑、砂、泥巖碎塊組成，其斷層由東往西斷距逐漸減小，斷距100m左右。

F3斷層，為一NE向橫切正斷層，傾向SE、傾角50°，此斷層從下2、下1二煤層中通過，并斜切F1走向斷層，斷層接觸面巖石破碎，并有斷層角礫，斷距170m。

F4斷層為NW走向之正斷層，傾向SW、傾角70°，此斷層切下1、下2二層煤，由18.5勘探線到19勘探線之間通過，斷距60m。

F5斷層，位于22勘探線附近，為一NE走向的正斷層，傾向NW，傾角75°，為二、三井田之分界線。斷層角礫由砂巖、泥巖碎塊組成，個(gè)別地段煤屑占主要成分，據(jù)鉆孔資料推斷，其上盤落差約200m。

2 壞境因素對露天開采帶來的影響

2.1 大氣降水增加了施工設(shè)備作業(yè)困難，導(dǎo)致剝巖進(jìn)度緩慢，原煤接續(xù)受阻

夏季雨水較多，使道路變得異常泥濘，排巖車輛行駛困難，常出現(xiàn)原地打滑的現(xiàn)象，交通事故也明顯增加。作業(yè)面大量積水，淹沒煤層，給礦區(qū)防排水帶來很大壓力。煤層常被積水淹沒，無法采掘。冬季降雪后經(jīng)車輛碾壓后形成光滑的冰層，出入溝坡度陡的區(qū)域會形成大面積結(jié)冰，車輛行駛時(shí)易造成失控發(fā)生事故。一定程度上阻礙了生產(chǎn)力，也加大了設(shè)備損耗，增加了成本。

2.2 路基凍脹變形，破壞運(yùn)輸線路

礦區(qū)路基為季節(jié)性凍土層，冬天堅(jiān)硬，進(jìn)入雨季以后，出現(xiàn)凍脹和融沉現(xiàn)象，凍脹是因膨脹的冰塊將土頂上來形成大土包；亦稱為底鼓現(xiàn)象。礦區(qū)主干道，出入溝嚴(yán)重變形，需要派專門的人力設(shè)備進(jìn)行不斷維修，保證運(yùn)輸線路暢通。對礦山開采運(yùn)輸造成不良影響。

2.3 凍土消融形成蠕動(dòng)滑坡

礦區(qū)第一水平全為季節(jié)性凍土層，氣溫升高后凍土容易消融，受自身重力作用泥石流狀蠕滑。當(dāng)大片區(qū)域消融后會造成大面積滑坡，破壞礦區(qū)運(yùn)輸線路，阻礙運(yùn)輸，也對施工設(shè)備和人員的生命安全帶來安全隱患。

2.4 凍土開挖難度大，爆破成本高

夏季凍土消融形成濕地施工設(shè)備易陷入其中，遇水之后又會變成稀泥狀，裝車時(shí)挖掘機(jī)不能滿斗，運(yùn)輸時(shí)容易外溢。施工效率非常低。冬季堅(jiān)硬柔韌，與巖石比較無層理，脆性低，相同當(dāng)量火工品進(jìn)行爆破，凍土層破碎、爆松效果太低。只能增加爆破孔密度和火工品裝藥量才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.5 積水影響穿孔爆破，增加了爆破成本

工作面積水后，爆破孔內(nèi)也會有大量的水滲入，價(jià)格較低的乳化炸藥容易受潮，只能使用價(jià)格較高的銨油炸藥。在一定程度上也增加了爆破成本。

2.6 人畜生活用水困難

每年10月份后木里地區(qū)已進(jìn)入寒冷的冬季，最低氣溫在零下30℃以下。河水結(jié)冰，水源枯竭。地下水埋藏很深，淺井出水量又非常少，接近干枯。飲水常找不到水源地，給礦區(qū)施工人員生活上帶來很大困難。

2.7 積水浸泡煤層，降低了原煤經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也造成了原煤浪費(fèi)

經(jīng)積水浸泡之后煤層上部近0.5m的原煤與泥土混合，需清理后再開采。此部分原煤難符合銷售標(biāo)準(zhǔn)，常當(dāng)矸石處理。不僅損失了原煤還需投入人力設(shè)備進(jìn)行清理。另有一部分原煤經(jīng)水浸泡后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)降低，只能低價(jià)對外銷售。

2.8 極易形成山洪，沖垮河道

礦區(qū)地形中間低兩側(cè)高，雨季8月、9月降水量較多，再加上凍土融化自身含水量豐富，下滲水量非常少。遇到強(qiáng)降雨天氣，極易形成地表徑流，匯集河道。陡然間河道流水量劇增，河堤沖刷加劇，發(fā)生坍塌，形成堰塞湖，危及礦區(qū)安全。

2.9 生態(tài)環(huán)境脆弱、植被易遭破壞，環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)困難重重

高海拔地區(qū)生態(tài)相當(dāng)脆弱，主要植被為高原草甸，木本植物不易存活。由于受壞境、氣候因素制約人工種植牧草不易成活且投入高效果低。破壞之后很難恢復(fù)，主要依靠草皮移植，但是草皮移植不能從根本上解決生態(tài)礦山開采給生態(tài)壞境帶來的影響，只能是“拆東墻補(bǔ)西墻”。

3 防治措施

3.1 防排水措施

1）截導(dǎo)地表水。修筑地面沿幫固定水溝，盡最大可能將地面水在頂部實(shí)施攔截。截水溝根據(jù)地質(zhì)地形條件的不同分區(qū)設(shè)立，有條件的盡可能將水排到礦場之外，不具備外排條件的放入礦坑淺部的排水系統(tǒng)，做到淺水淺排。采場內(nèi)不同地段，不同水平修筑水溝、蓄水消能池、抽水泵站等，使水流有序，排放合理，消除和減少其對邊坡的不良影響。地面截水溝是防止地面水對邊坡造成破壞的最重要工程措施。

2）疏排、截堵地下水。水平放水孔工程是在采場平臺上分水平向巖體打水平放水孔，降低邊坡內(nèi)部水壓，改善邊坡穩(wěn)定狀況。帷幕截流：在局部地下水豐富，范圍不太大的地段，實(shí)施注漿帷幕，對地下水進(jìn)行截流。

3.2 修筑預(yù)備水源

1）在礦區(qū)找較好的水源地，修筑蓄水池，在水源充足時(shí)進(jìn)行蓄水，當(dāng)水源枯竭了做為預(yù)備水源，為礦區(qū)供水。

2）在經(jīng)濟(jì)條件預(yù)算合理的情況下，進(jìn)行礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查，勘探地下水資源，打深水井利用地下水供給礦區(qū)生活用水。

3.3 健全防洪組織機(jī)構(gòu)，加大危險(xiǎn)源排查與監(jiān)管

1）成立了以礦長長任組長，班子成員和礦屬各科室、單位負(fù)責(zé)人為成員的防汛指揮部，負(fù)責(zé)指揮、組織、指導(dǎo)全鎮(zhèn)防汛工作；成立防汛搶險(xiǎn)小分隊(duì)，負(fù)責(zé)礦區(qū)搶險(xiǎn)救災(zāi)工作，確保防汛工作組織領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)到位。

2）完善應(yīng)急預(yù)案。針對防汛工作出現(xiàn)的新情況和新要求，及時(shí)完善防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)救援預(yù)案，針對重點(diǎn)區(qū)域，制定相應(yīng)的防、搶、撤等應(yīng)急救援措施，一旦發(fā)生險(xiǎn)情，確保有組織、及時(shí)、安全地撤離人員和搶險(xiǎn)、排險(xiǎn)。

3）強(qiáng)化隱患整改。礦防汛指揮部成員，要深入礦區(qū)實(shí)地督查，摸排隱患。

4）夯實(shí)監(jiān)測責(zé)任。對摸排出隱患落實(shí)專人負(fù)責(zé)、限期整改，對一時(shí)難以整改到位的危險(xiǎn)區(qū)域分別落實(shí)了監(jiān)測責(zé)任人，明確了監(jiān)測人職責(zé)，夯實(shí)監(jiān)測人員責(zé)任。

5）備足防汛物資，并落實(shí)專人進(jìn)行了管理，做到了組織、工具、物料、技術(shù)、人員五落實(shí)。

6）加強(qiáng)值班帶班。實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)帶班、值班制度，要堅(jiān)守崗位，嚴(yán)守紀(jì)律，認(rèn)真負(fù)責(zé)，兢兢業(yè)業(yè)，細(xì)致工作，做到下情及時(shí)上傳，上情及時(shí)下達(dá)，確保信息暢通。

7）嚴(yán)格責(zé)任追究。為了確保防汛工作各項(xiàng)措施和制度落到實(shí)處，對落實(shí)整改任務(wù)措施不力、整改不到位、監(jiān)測工作不認(rèn)真的負(fù)責(zé)人員，一旦發(fā)現(xiàn)將嚴(yán)格實(shí)行嚴(yán)格責(zé)任追究。確保各項(xiàng)工作措施和制度落到實(shí)處。

3.4 對凍土層進(jìn)行隔熱保護(hù)，防止消融導(dǎo)致大面積滑坡，并做好滑坡監(jiān)測和采取治理措施

1）對采區(qū)兩幫凍土區(qū)域鋪蓋石渣進(jìn)行隔熱保護(hù)，或修筑水泥網(wǎng)格移植草皮，作為隔熱層減小凍土消融。

2）地面位移監(jiān)測。在礦坑周邊地面建立地面巖移觀測點(diǎn)，實(shí)施定期觀測，及時(shí)掌握邊坡動(dòng)態(tài)。對重點(diǎn)部位設(shè)置臨時(shí)觀測點(diǎn)，按周期進(jìn)行觀測，監(jiān)視局部變形，及時(shí)做出變形或滑坡預(yù)報(bào)。并安排專業(yè)人員分區(qū)域進(jìn)行巡視，查看地表裂隙、變形狀況，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)變形異常情況，并及時(shí)采取對策。

3）凍土滑坡治理措施：對于滑坡規(guī)模較小，有滑坡征兆的地段，在下部修筑剛性抗滑擋墻，對滑體進(jìn)行支擋加固。對于規(guī)模較大的滑坡和變形體，在滑移段實(shí)施鋼軌抗滑樁或工字鋼混凝土抗滑樁，增加滑移段的抗滑移變形能力。也可通過在上部減重，改變滑體外形，減少下滑力，使滑體重心向下部轉(zhuǎn)移，來改善邊坡穩(wěn)定狀況。

4）技術(shù)措施：對巖質(zhì)邊坡根據(jù)巖性、構(gòu)造、巖石力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)等確定合理穩(wěn)定的工作幫坡角和最終幫坡角。通過邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算，使采區(qū)安排科學(xué)合理。

3.5 做好壞境保護(hù)工作，盡量不破壞，破壞后盡快恢復(fù)

做好草皮移植和牧草種植工作。為防止水土流失和恢復(fù)植被保護(hù)生態(tài)，禁止開采棄渣隨意堆放，必須統(tǒng)一堆放到開采境界線以外的排渣場內(nèi)。棄渣場經(jīng)處理后再敷蓋表土、植草。

3.6 合理設(shè)計(jì)礦區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)，對凍脹變形的運(yùn)輸?shù)缆芳皶r(shí)養(yǎng)護(hù)

1）露天煤礦內(nèi)部運(yùn)輸?shù)缆?，最大縱坡不宜超過下列規(guī)定：生產(chǎn)干線8％；生產(chǎn)支線9％；聯(lián)絡(luò)線10％；重車下坡地段，按上述規(guī)定相應(yīng)減少1％。

2）對凍脹變形的運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行分段，落實(shí)責(zé)任人，經(jīng)常巡查并及時(shí)調(diào)派設(shè)備、人員進(jìn)行修整，以免引起交通事故。

4 結(jié)語

高海拔地區(qū)煤礦露天開采生產(chǎn)能力大、效率高、成本低、安全程度高、機(jī)械化程度高發(fā)展前景樂觀。要在生產(chǎn)中不斷克服、解決壞境帶來困難，也要盡量避免或減少開采對環(huán)境的破壞；要成為高水平、可持續(xù)系統(tǒng)，追求整體協(xié)調(diào)、共生協(xié)調(diào)和發(fā)展協(xié)調(diào)；要進(jìn)行長遠(yuǎn)綜合規(guī)劃、評價(jià)、整治和管理；與礦山生產(chǎn)協(xié)調(diào)有序發(fā)展，越來越多的吸納先進(jìn)成果和技術(shù)手段，促使相關(guān)學(xué)科交叉融合，催生新技術(shù)手段，這些成果又不斷推動(dòng)礦區(qū)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境重建提高層次。優(yōu)化露天采場的作業(yè)環(huán)境。合理有效地利用資源、保護(hù)礦山環(huán)境、加強(qiáng)監(jiān)測與信息化管理，利用更好的技術(shù)手段減小高寒、高海拔壞境對露天開采的影響，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 楊起，韓德馨．中國煤田地質(zhì)學(xué)[M]．煤炭工業(yè)出版社，1979．

[2] 木里煤田聚乎更礦區(qū)二井田詳查報(bào)告[R]．（煤田地質(zhì)局105地質(zhì)隊(duì)），1970．

[3] 張健．淺談煤礦地下開采對地質(zhì)環(huán)境的影響及災(zāi)害治理[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，S2：219-221．

[4] 徐開禮，朱志澄．構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M]．地質(zhì)出版社，1989．

[5] 楊孟，達(dá)等．煤礦·煤地質(zhì)學(xué)[M]．煤炭工業(yè)出版社，2000．

[6] 李東林，覃偉，李北平．我國煤礦地質(zhì)災(zāi)害與防治技術(shù)[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，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

張大春（1985—），女，四川富順人，助理工程師，主要從事地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查工作

[P66]

A

1006-0995（2020）01-0075-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.016