露天煤礦陡坡治理及生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究

裴常心

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 042100）

霍林河露天煤礦在開采中需要破壞地表、抽干作業(yè)區(qū)域的地下水、大量開挖土地，在采區(qū)內(nèi)形成巨大的裸露礦坑，形成大量陡坡、邊坡，極易誘發(fā)滑坡、泥石流等事故。而且在開采時(shí)會(huì)對(duì)周圍環(huán)境形成巨大的破壞，因此需要對(duì)霍林河露天煤礦作業(yè)區(qū)域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。

礦山生態(tài)修復(fù)的核心在于消除礦山開采過程中可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，且通過修復(fù)生態(tài)滿足綠色植被的生長需求，從而保持露天礦山區(qū)域形成一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的“生態(tài)圈”[1]。針對(duì)露天煤礦邊坡陡峭度大的特殊地質(zhì)情況，首次提出了分級(jí)削坡的處理方案，提高邊坡穩(wěn)定性，然后再在各分級(jí)平臺(tái)上進(jìn)行綠化，從而提高大邊坡露天礦生態(tài)修復(fù)的效率和穩(wěn)定性。

1 露天礦區(qū)概況分析

1.1 地質(zhì)概況分析

霍林河露天煤礦處于丘陵地貌位置，采區(qū)的海拔落差達(dá)到261 m，整體呈現(xiàn)南低北高的狀況，其年平均降水量超過1000 mm。經(jīng)過多年的開采，礦區(qū)已經(jīng)形成了大面積的露天采坑，坑深約44.7 m，邊坡的角度約為62.4°，采區(qū)周圍的土質(zhì)較為松軟，屬于人工地貌發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)勘探，在采區(qū)內(nèi)的地下水屬于基巖裂隙水和第四系松散巖類孔隙水，其單位涌水量約4.2 L/s，滲透系數(shù)為66.4 m/d。

該礦區(qū)裸露的地層為遼河群大石橋組第四段第三系，巖層的傾角為19°～44°，共分為上巖帶、中巖帶和下巖帶三個(gè)部分。上部巖帶屬于白云石大理巖夾黑云母片巖帶，中巖帶屬于白云石大理巖夾菱鎂礦巖帶，下巖帶則為典型的白云石夾方解石大理石巖帶。通過對(duì)地層中巖石巖性的分析，白云石大理巖的堅(jiān)固性系數(shù)在16～20，垂直內(nèi)聚力約為240～290 kg/cm2。黑云母片巖層的堅(jiān)固性系數(shù)為18～24，垂直內(nèi)聚力為280～340 kg/cm2。方解石巖層的堅(jiān)固性系數(shù)為17～21，垂直內(nèi)聚力為210～250 kg/cm2。各巖層均屬于堅(jiān)硬巖層。

1.2 環(huán)境概況分析

經(jīng)過多年的開采，該礦區(qū)遺留了較多的地質(zhì)問題，包括地表植被破壞、地表完整性被破壞、高陡坡易垮落、滑坡、泥石流等。由于該礦的開采規(guī)模極大而且采用了大深度、高陡坡礦坑結(jié)構(gòu)，巖層的穩(wěn)定性被破壞后，在長期風(fēng)化、綜采擾動(dòng)和外界擾動(dòng)的情況下很容易出現(xiàn)崩坍，給礦山的正常開采帶來了嚴(yán)重的安全隱患。

2 礦山邊坡治理方案

2.1 分級(jí)削坡

由于礦坑深度大、坡度高、陡峭，直接進(jìn)行綠植的方案無法實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡的可靠固定，因此結(jié)合礦坑的實(shí)際情況，提出了分級(jí)削坡的方案。在削坡后將邊坡的整體坡度由62.4°降低到了約30°，提高了邊坡的穩(wěn)定性。在礦坑邊坡上共設(shè)置了6 組分級(jí)平臺(tái)，每一級(jí)平臺(tái)寬度在3～5 m，而且平臺(tái)的平面略微向著邊坡側(cè)傾斜，使外側(cè)臺(tái)面高于內(nèi)側(cè)臺(tái)面，傾斜角約為3°，當(dāng)降水時(shí)能夠使雨水向內(nèi)聚集，起到涵養(yǎng)水土的作用。分級(jí)削坡后的礦坑邊坡剖面結(jié)構(gòu)如圖1[2]。

圖1 分級(jí)削坡結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 客土工程

為了保證綠植的成活率，提高邊坡治理效果，結(jié)合礦坑邊坡的實(shí)際條件，在邊坡上采用了穴狀客土方式[3]。在平臺(tái)上設(shè)置的種植穴的尺寸為500 mm×500 mm×500 mm，每個(gè)種植穴之間的距離為1500 mm，平臺(tái)兩側(cè)刺槐的距離按1000 mm 布置，邊坡每排的坡面間距設(shè)置為1500 mm，且平臺(tái)和邊坡穴之間的客土鋪設(shè)的高度統(tǒng)一為600 mm。

2.3 排水渠設(shè)置

為了防止雨季大量積水導(dǎo)致邊坡垮落，在邊坡分級(jí)平臺(tái)的內(nèi)側(cè)設(shè)置專門的排水渠。排水渠的中心線和外側(cè)邊緣的距離為2000 mm，排水渠的截面為矩形，采用砌石構(gòu)成，截面寬和高均為500 mm，排水渠的壁厚為300 mm。砌完后在排水渠內(nèi)采用水泥砂漿包覆溝渠的表面[4]，防止出現(xiàn)滲水。排水渠的走向沿著平臺(tái)從東向西延伸，坡度為3%，保證在各種工況下水流的順暢性。

在每一個(gè)邊坡上都有兩條縱向的排水溝，縱向排水渠的方向沿著邊坡的切面設(shè)置，其具體設(shè)置結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 排水渠設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖（m）

2.4 邊坡綠植修復(fù)

邊坡完成基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建后，需重點(diǎn)進(jìn)行綠植修復(fù)工程。根據(jù)邊坡治理需求，將綠植修復(fù)分為了平臺(tái)綠植修復(fù)和邊坡綠植修復(fù)兩個(gè)部分。在綠植選擇上主要選擇耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)的本地綠植，提高綠植的成活率。根據(jù)對(duì)礦區(qū)綠植情況的調(diào)研，最終選擇了當(dāng)?shù)赝辽灵L的刺槐作為平臺(tái)上的綠植植物，將小灌木（紫穗槐）作為邊坡修復(fù)時(shí)的綠植植被[5]。綠植種植分布如圖3。

圖3 綠植種植分布圖

2.5 平臺(tái)綠植修復(fù)

在平臺(tái)上共設(shè)置了兩排刺槐，選擇2 年生的茁壯樹苗。第一排設(shè)置到離坡地約1500 mm 處，兩排綠植的間距為1000 mm，每個(gè)綠植之間的距離為1500 mm，保證能夠吸收到充足的陽光。綠植種植時(shí)種植穴的尺寸為500 mm×500 mm×500 mm。

在種植前需要將刺槐先過一遍“浸根粉”[6]，提高所栽種樹苗的抗病性，提高成活率。在栽種時(shí)需要嚴(yán)格按照規(guī)定的株距進(jìn)行放置，種植坑應(yīng)上下口徑一致，刺槐放入后還存有一定的空間。對(duì)刺槐苗進(jìn)行檢查，要求樹苗應(yīng)枝冠豐滿，根系發(fā)育良好，無嚴(yán)重的病蟲害。填土后要求樹苗周圍設(shè)置一個(gè)高80 mm 的蓄水槽，便于及時(shí)進(jìn)行澆灌。種植完成后需按標(biāo)準(zhǔn)管理要求定期進(jìn)行施肥、除草、驅(qū)蟲。在種植24 h 內(nèi)澆一次水，種植72 h 內(nèi)澆灌第二次水，種植240 h 內(nèi)澆灌第三次水，澆灌完成后轉(zhuǎn)入定期養(yǎng)護(hù)。

2.6 邊坡綠植修復(fù)

在邊坡上設(shè)置紫穗槐，所用的紫穗槐要求選用兩年以上的健康苗木。每個(gè)紫穗槐之間的距離設(shè)置為1500 mm，種植時(shí)的種植穴的尺寸為500 mm×500 mm×500 mm。栽種后在樹苗周圍同樣設(shè)置一個(gè)高度為80 mm 的蓄水槽，便于及時(shí)進(jìn)行澆灌。

2.7 種草綠化

在平臺(tái)和邊坡完成綠植種植后，在整個(gè)邊坡區(qū)域利用撒播的方式進(jìn)行種草工程。所選的草籽為適應(yīng)性強(qiáng)、耐旱的苜蓿[7]，播撒的密度按70 kg/hm2。在播撒前需要對(duì)草籽進(jìn)行處理，將其和除草劑、根瘤菌、肥料按一定的比例進(jìn)行混合后再一起播種。播種深度按20～40 mm。若邊坡的土質(zhì)較為松軟，在播種前需要先鎮(zhèn)壓一遍，然后再進(jìn)行播種，提高草籽播種后的存活率。露天煤礦邊坡綠植及排水渠分布結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。

圖4 綠植及排水渠分布結(jié)構(gòu)示意圖（m）

在完成所有綠植和草的種植后，需要對(duì)綠植和草籽的成活情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和維護(hù)，提高綠植和草籽的成活率。需要長期進(jìn)行補(bǔ)植工作，直到該區(qū)域內(nèi)達(dá)到生態(tài)自平衡后可以慢慢減少人工干預(yù)，提高邊坡修復(fù)的可靠性。

3 結(jié)論

露天煤礦在開采過程中會(huì)嚴(yán)重破壞采區(qū)內(nèi)的地表和生態(tài)，造成邊坡垮落、滑坡、泥石流等，給露天煤礦的作業(yè)帶來了嚴(yán)重的安全隱患，而且也無法滿足新時(shí)期“綠水青山”的要求。以霍林河露天煤礦為實(shí)際研究對(duì)象，根據(jù)其邊坡坡度大的情況，提出了分級(jí)削坡、分區(qū)綠化的治理模式，對(duì)分級(jí)削坡方案、分區(qū)綠化方案進(jìn)行了論述。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，該技術(shù)有效解決了大坡度邊坡治理難度大、效率低、可靠性差的不足。