煤礦采后礦區(qū)環(huán)境的修復技術(shù)研究

楊晉澤

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團有限責任公司，山西 臨汾 042100）

1 礦區(qū)地質(zhì)情況分析

元寶山礦的治理采區(qū)包括了一個巨大的礦坑以及兩個煤矸石堆，礦坑的面積達到了110 700 m2，煤矸堆1 的面積為31 023 m2，煤矸堆2 的面積為43 173 m2。根據(jù)勘探可知，該礦區(qū)地下含水層為富水層，水位的標高是1028 m，井下的單位最大涌水量為0.2 L/（s.m）.進一步對涌水的礦化度進行分析，其礦化度為2.9 g/L，涌水的pH 值為7.4，為中性咸水，水質(zhì)情況較差。該采區(qū)的地質(zhì)巖層組成主要是粉質(zhì)砂巖、砂礫巖、煤層，這些巖層均勻地分布在整個采區(qū)內(nèi)，表層巖性為黃土，平均厚度為7.8 m，整個區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件較差。

其中礦坑是在開采露天煤礦時產(chǎn)生的，礦坑的南北長度約為270 m，東西長度約410 m，礦坑總面積約110 700 m2，礦坑深度約為33 m。礦坑的東側(cè)和南側(cè)坡度較大，最大坡度約為64°，邊坡的巖層構(gòu)成是泥巖和礫巖。煤矸石堆1 在礦坑的北側(cè)約160 m 的位置，煤矸石的最大堆積高度約為16 m，煤矸石堆主要是煤渣和碎石塊構(gòu)成，風化程度較大。煤矸石堆2 位于礦坑東側(cè)約70 m 處，煤矸石的最大堆積高度約為12 m，煤矸石堆同樣是煤渣和碎石塊，風化程度較大。礦坑及煤矸石堆的分布如圖1，圖1 中CK26 表示礦坑，F(xiàn)1 和F2 表示煤矸石堆。

2 礦區(qū)生態(tài)情況分析

該區(qū)域最初地表完整性較高，覆蓋著大量的草本植物和灌木，在長期開采過程中造成了礦區(qū)內(nèi)的草本植物和地表原生土壤都遭到了嚴重的破壞，使礦坑和周邊環(huán)境極為不協(xié)調(diào)。而且露天堆積的煤矸石在經(jīng)過雨淋后會產(chǎn)生大量的酸性水等有害元素，給礦區(qū)周圍環(huán)境造成了嚴重的污染。

礦坑邊坡的坡度大，地質(zhì)松軟，在強降雨或者下雪的情況下，會使表層松軟的土壤沿著邊坡垮落，形成泥石流或者落石沖擊[1-2]，給礦區(qū)正常作業(yè)及生產(chǎn)造成了嚴重的安全隱患。

3 礦區(qū)環(huán)境生態(tài)修復方案

3.1 礦區(qū)修復區(qū)域劃分

為了實現(xiàn)對礦區(qū)環(huán)境的生態(tài)修復，滿足當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境標準，在對礦區(qū)地質(zhì)條件進行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了分區(qū)、分級治理方案[3]。將整個礦區(qū)劃分為5 個區(qū)域，分別為回填區(qū)（A 區(qū)）、削坡區(qū)（B 區(qū)）、筑坡區(qū)（C 區(qū)）、煤矸石堆及礦坑回填區(qū)（D 區(qū)）、火燒區(qū)（E 區(qū)）。

A 區(qū)位于礦坑西側(cè)，是評估需要先進行回填的區(qū)域；B 區(qū)位于礦坑周邊，是邊坡坡度較大需進行削坡提高邊坡穩(wěn)定性的區(qū)域；C 區(qū)在礦坑的西南位置，需要筑坡提高邊坡穩(wěn)定性的區(qū)域；D 區(qū)是位于礦坑東部和北部的煤矸石堆及礦坑底部已經(jīng)被回填的區(qū)域；E 區(qū)位于礦坑的西北側(cè)。如圖2。

根據(jù)礦區(qū)的實際情況及礦區(qū)生態(tài)治理要求，確定了該區(qū)域的礦區(qū)修復治理方案如下：

1）A 區(qū)治理方案。把與之相鄰的B2 區(qū)內(nèi)的廢料轉(zhuǎn)運到該區(qū)域內(nèi)直接進行回填和壓實，同時還可以把與之相鄰的B1 區(qū)域內(nèi)削坡產(chǎn)生的土方就近轉(zhuǎn)運到A區(qū)內(nèi)回填?；靥顣r將B2區(qū)域的肥料放在下側(cè)，將B1 區(qū)域削坡產(chǎn)生的土方放到上側(cè)壓實。

2）B 區(qū)治理方案。根據(jù)分布的位置不同，將B區(qū)分為了B1 區(qū)、B2 區(qū)、B3 區(qū)。將B1 區(qū)域削坡產(chǎn)生的土方轉(zhuǎn)運到A 區(qū)進行回填，轉(zhuǎn)運到C 區(qū)用于筑坡；把B2 區(qū)域內(nèi)的廢料轉(zhuǎn)運到A 區(qū)進行回填處理；把B3 區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的切削料轉(zhuǎn)運到C 區(qū)用于筑坡。

3）C 區(qū)治理方案。C 區(qū)主要是筑坡，防止出現(xiàn)邊坡下滑等，筑坡料可以從B 區(qū)進行轉(zhuǎn)運。

4）D 區(qū)治理方案。該區(qū)域主要是平整修飾區(qū)，將區(qū)域內(nèi)不平整的地質(zhì)區(qū)域進行平整作業(yè)。

5）E 區(qū)治理方案。主要是對火燒區(qū)域采用黃土壓實覆蓋[4]，并進行封閉滅火。所覆蓋黃土的厚度不低于1000 mm，覆土接收后在四周設(shè)置鐵絲圍欄進行防火并設(shè)置警告牌。

3.2 礦區(qū)土石方調(diào)運方案

根據(jù)所制定的礦坑修復方案，需要從不同的位置進行土方調(diào)運[5]，在實際工作中可能會出現(xiàn)土方量不夠的情況。因此結(jié)合礦坑的實際地質(zhì)情況及考慮調(diào)運的經(jīng)濟性，對土石方的調(diào)運方案進行了規(guī)劃。其整體調(diào)運計劃如圖3。

由圖3 可知，區(qū)域A 回填所需的土石方可以由B1 區(qū)域的X1 和X2 削方段進行提供，若還是存在土方不足的情況，則可以再從X6 區(qū)域進行土方轉(zhuǎn)運。

在Z1 段筑坡所需的土方量可以從X1 區(qū)域轉(zhuǎn)運（此時應(yīng)是在轉(zhuǎn)運到A 區(qū)域的土方還有剩余的情況下再轉(zhuǎn)運）；Z2 段筑坡所需的土方量可以從X2 區(qū)域轉(zhuǎn)運（此時應(yīng)是在轉(zhuǎn)運到A 區(qū)域的土方還有剩余的情況下再轉(zhuǎn)運），若土方量不夠，則可以再從X6 和X4 區(qū)域拉運；Z3 段筑坡所需的土方量可以由X2 區(qū)域的削方推運回填，若出現(xiàn)土方量不足的情況，則可以從X3 區(qū)域、X4 區(qū)域、X5 區(qū)域靈活轉(zhuǎn)運，進而滿足回填和筑坡的需求。

4 礦坑綠植修復

礦坑地質(zhì)條件修復完成后，需進行綠植修復，包括種樹、種草等。樹和草的品種需根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，選擇能夠適應(yīng)當?shù)丨h(huán)境的綠色植被。

一般選擇根系發(fā)達、抗旱、抗?jié)衬芰姷臉浞N，包括刺槐、梭梭樹等[6]，能夠很好地起到固定邊坡泥土的作用。經(jīng)過評估后在元寶山礦選擇了梭梭樹作為修復植被。在種植時首先進行培植坑修筑，坑深不小于500 mm，直徑不小于600 mm，所選擇的梭梭樹苗要求長勢良好，在栽種前利用浸根粉及保濕劑對樹苗根部進行浸泡[6]，提高樹苗的抗病性和成活率。栽種后在種植坑內(nèi)加入不少于10 L 的水，使其徹底浸濕樹苗根部。在栽種后的第1 天、第3 天、第5 天、第10 天均需要進行澆水。

草本植物可以采用禾本科和豆科植物相結(jié)合的方式。禾本科植被具有發(fā)達的根系，不僅能夠固定土壤，而且能夠提高土壤的通透性。豆科植物則具有固氮、聚水的作用，不僅能夠改變土壤的機質(zhì)而且能夠為禾本科植物提供養(yǎng)分。二者相互依存，能夠更好地保持礦坑區(qū)域的固土效果。禾本科植被選擇了白茅，豆科植物選擇了紫花苜蓿。草籽播種時采用了噴播方式，草籽的埋深為20～30 mm。在撒播完成后對撒播區(qū)域進行噴水，以水能浸透草籽埋深為宜。噴播時所使用的設(shè)備為噴播機[7]，將噴播機放在移動小車上便于快速移動，噴播效率高。

種樹和種草要進行合理的布置，一般將樹種植在砌筑的平臺上，每棵樹之間的間距設(shè)置為2 m；種草采用噴播的方式，撒播量按70 g/m2確定。在種完后需要進行定期養(yǎng)護和補栽，提高綠植的成活率。

5 治理效果分析

該礦坑修復技術(shù)已經(jīng)在多個廢棄礦坑投入了應(yīng)用。通過土石方回填的方案解決了部分區(qū)域邊坡坡度大、礦坑深度大導致的安全隱患；通過筑坡解決了過大邊坡坡度導致的邊坡垮落、泥石流等地質(zhì)問題，在筑坡形成的平臺上能夠提供植樹所需要的平整空間，為綠植的種植和養(yǎng)護提供了基礎(chǔ)。通過近1 年的應(yīng)用，目前廢舊礦區(qū)已完成了改造，綠植覆蓋率達到了76.4%，徹底解決了滑坡、泥石流、粉塵等問題，取得了極好的應(yīng)用效果，具有推廣價值。

6 結(jié)論

針對露天礦坑所存在的地表破壞嚴重、粉塵、滑坡、泥石流等災(zāi)害頻發(fā)，嚴重影響礦區(qū)正常生產(chǎn)的情況，提出了采用廢棄礦坑回填、地表綠植恢復的修復方案。將整個礦區(qū)劃分為5 個區(qū)域，對不同區(qū)域采取不同的處理方案，且通過精確計算土石方的量，實現(xiàn)了礦山修復過程中土石方的平衡消耗，提高了礦坑修復的效率和經(jīng)濟性。通過在表面設(shè)置綠植，實現(xiàn)了對表面破壞地表的修復，解決了滑坡、泥石流等災(zāi)害。