礦山采空區地質環境恢復治理模式創新研究

石增紅，郝曉宇

（1.中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003；2.西安地質礦產勘查開發院有限公司，陜西 西安 710100）

我國礦產資源開發為工業發展和城市建設提供了有力保障，對經濟發展做出巨大貢獻。但是在帶來經濟效益的同時，也引發了礦山和周邊地區地質環境問題。礦山勘探和開采中破壞了原生地形地貌，隨著開采程度和開發深度的不斷增加，在礦山地表下面形成采空區，采空區不僅會導致地面塌陷影響礦山安全生產，還會破壞地下水資源平衡和土壤植被環境，對礦山和周邊地區人民財產安全和生活質量造成損害，因此需要對采空區地質環境進行恢復治理，在追求資源經濟效益的同時，必須注重地質環境的保護與治理，追求礦產開發與環境的協調發展[1]。基于此本文對礦山采空區地質環境恢復治理進行研究，提出創新恢復治理模式，還原礦山采空區原有生態功能，為礦產資源開發活動的可持續發展提供理論指導，促進綠色礦山行業發展。

1 礦山采空區地質環境現狀

1.1 誘發地質災害

因礦山采空區地質環境被破壞而導致的首要問題就是誘發不穩定邊坡、崩塌和地面塌陷等地質災害問題。大部分采空區頂板都沒有支撐和防護措施，頂板與底板的間距很大，空區內基本沒有填充物，因此很容易出現礦區地面塌陷的問題，采空區塌陷見圖1，容易造成礦山工作人員被困和傷亡情況。

不穩定邊坡是在修建礦山道路過程中，挖開的巖體沿坡堆放形成的滑動面，由碎石和基巖接觸形成坡體，因此較為不穩定，容易出現滑塌，發生安全事故；崩塌主要是由于人工開采形成的大量垂直邊坡，坡面整體表現為上緩下陡，常發育有節理，節理與巖層相交形成危巖，垂直于裂隙的部位容易造成崩塌隱患，整體穩定性很差，崩塌巖風化后形成大小不一的石塊，浮石墜落會產生安全風險。

圖1 采空區塌陷

1.2 破壞礦山地下水環境

礦山采空區直接影響地下水環境，打破水循環的自然平衡，導致水量下降和水質惡化。礦山地區由于地層覆蓋厚度較小，基巖發育裂隙構造較多，因此是大氣降雨的地下水補給區。首先造成水資源量的損失，由于采空區的開采沉陷導致地面變形和疏水排水工作打亂了地表和地下水循環平衡，引起大面積的干涸或泄漏，影響礦區生態環境。其次是對水質造成污染，礦產采空區開采出的固體和液體廢棄物會對污染水質，同時還影響土壤的凈化能力，由于地表植被被破壞進一步加劇了水分蒸發[2]。采空區附近的水文環境遭到破壞后，隨著水循環的流動作用，污染物隨著地下水流動擴散到更大的范圍，進而對當地水資源造成一定程度的負面影響。

1.3 破壞土地資源與生態平衡

礦山開采形成采空區，挖掘出的固體廢棄物，主要是廢棄礦渣和巖體隨意堆積在礦區內，以及采礦工作的各種設施設備占用了大量的土地，造成礦區大量土地植被和森林耕地被破壞。采空區對土地資源的破壞主要表現為物理和化學損害兩方面，物理損害是地下采礦引起的地面開裂、塌陷和大范圍沉降等問題，化學損害是礦產開發產生的有害物質對土地的污染，導致礦區附近土地肥力下降。采空區巖體裸露和崩塌使自然景觀遭到嚴重破壞，尤其是地面塌陷對生態平衡的影響更加不容忽視。因此必須采取相應措施，治理采空區沉陷造成的水土流失和荒漠化等生態環境破壞問題。

2 地質環境恢復治理創新模式

為了改善礦山采空區地質環境，需要進行生態恢復治理工作。采空區恢復治理的首要目標是消除災害隱患，保證治理區安全；其次是防止生態環境進一步惡化，改善周邊環境；最后是保護土地資源，確保礦山后續開發工作正常進行。因此為恢復治理礦山采空區地質環境，本文提出以下創新治理模式。

2.1 設計采空區底部圍巖保護層

采空區由于長時間反復受到爆破震動的影響，在未經處理的情況下抽取礦柱，會進一步增大暴露面積，經過長時間地壓活動，會造成安全事故，因此設計采空區底部圍巖保護層。采空區底部保護層主要是利用爆破崩落周圍圍巖和礦柱，對采空區底部進行填充，形成緩沖保護，防止地壓活動造成的巖體突然掉落和氣浪傷害。使用圍巖爆破填充的恢復治理方式成本較低，操作方法相對簡單，可以有效消除采空區安全隱患；對于大量礦柱支撐的采空區，可以有效回收礦柱，節約了回收成本。

2.2 實施采空區內部物料填充

礦山采空區內巖體破壞嚴重，形成復雜的空間結構，會形成透水和地壓性質的災害隱患，可以采用礦石開采后的尾砂和廢石等廢棄物流進行填充，減少礦區災害。在內部物料回填的過程中，首先將大塊石料放置于底部，按土質含量高低依次向上進行填充。通過尾砂和廢石對采空區進行回填，可以減少圍巖的移動，防止巖體大面積脫落，減少地表的沉陷[3]。在回填過程中，采用混凝土構建底部層，尾砂廢石結合水泥砂漿一同進行填充，有利于礦區的穩定和安全。使用這種治理方式不但提升了采空區的穩定性，還對礦山固體廢棄物進行回收，減少了施工成本。經過物料回填的采空區圍巖應力變化不大，并且無明顯的地壓活動，有利于礦山環境的穩定。

2.3 留設礦柱支撐采空區

如果礦山采空區地表上部存在后續工程設備或其他建筑物，采空區內圍巖較為穩固、采礦規模不大的情況下，則可留設合適尺寸礦柱或人工假柱用于支撐采空區，維持采空區域整體穩定。這種恢復治理方式還使用于礦石回采，可以保證殘礦回采安全。為了永久消除采空區安全隱患，則可采用水泥砂漿人工堆砌石垛，結合錨桿聯合支撐采空區，可以達到良好的恢復治理效果。

2.4 隔離并封閉采空區

隨著采礦工程的逐年進行，采空區體積不斷增大，周圍礦巖的塑形變形越來越強烈，如果已經引起地面下陷、開裂和位移的情況，為防止誘發大范圍的采空區坍塌對周圍地區環境和人身安全造成危害，需要對采空區采取隔離和封閉措施。主要是對采空區和井下巷道、采場之間的通道進行封閉，避免采空區塌陷產生巖體下落和沖擊氣浪對礦山井下工作人員造成傷害和機械設備造成損毀。首先需要在地表圈定可能出現大規模陷落的區域范圍，增加防護圍欄和警示牌，起到預警作用；對正在進行采礦工程的采空區，在頂板暴露面積大的危險區域，安裝人工礦柱和支架；對于不再使用的采空區，需要進行永久的封閉，留設一定厚度的隔離層，構造混凝土墻隔絕主要相連通道，利用廢石封閉采空區出口，間斷與采礦工作區域的聯系，保證開采施工正常進行。

2.5 生態環境修復治理

針對礦山采空區水資源污染的問題，可采用物理法、化學法和生物方法等改善水質。物理方法主要為利用金屬吸附和還原能力去除廢水中的污染化合物，減少重金屬在水中遷移，避免在生物體內富集；化學方法主要是利用化學物質對廢水中的有害離子進行沉淀和點解；生物方法是利用動植物和微生物的代謝作用來改善水質，其中微生物吸附和絮凝被廣泛使用，操作方便簡潔，不會產生二次污染，適合工業化生產使用。除此之外，還可以使用集成技術，回收水中有用的重金屬，提升資源的利用價值。對于礦山采空區出現的土地資源污染問題，根據污染的嚴重程度，分別進行恢復治理。污染較輕的土壤采用深耕翻土的方式，依靠土壤自行修復能力完成土質恢復；污染較為嚴重的土壤則可采用化學修復和生物修復實現土質的恢復。其中化學修復方式是添加土壤改良劑，提高生物有效性；生物方法是利用植物和微生物的作用，來改善土壤現狀。種植植被還可以預防水土流失，對恢復礦山采空區生態系統具有促進作用，因此可被廣泛使用與生態環境的恢復治理中。

由于礦山開采情況不同，因而采空區規模也有所差別。在實際對地質環境進行恢復治理時，需要因地制宜，考慮具體環境特征和地質構造結構，綜合利用各種恢復治理手段，從而取得更好的恢復治理效果。

3 結語

本文通過對礦山采空區地質環境現狀進行分析，提出恢復治理的創新模式，以促進礦產資源開發活動的可持續發展。本文雖然提出了治理模式，但研究和分析的內容并不全面，還存在很多不足的地方。礦山采空區地質環境的恢復治理具有社會、經濟和環境效益三方面的內涵，因此在未來研究中，可從社會、經濟和環境三方面對恢復治理模式進行創新，以提高環境恢復治理的可靠性和可行性，促進礦山地區的經濟和環境共同發展。