露天采礦坑回填施工技術研究

賀亞琴

（山西機械化建設集團有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

傳統露天開采對原地形地貌破壞嚴重，這是露天開采后土地治理的一大難題。對于露天采礦坑的治理方法，目前可分兩個方向。一種為針對大型、超大型規范開采的露天采礦坑，由于開采面積大且為有序開采，主要采取的方法是：開挖下一個采礦坑的礦渣回填上一個采礦坑，回填方式多采用拋填。回填形成的場地不能作為工業用地或建筑用地，通常采取恢復植被、復墾為林的處理方法。另一種為原有小型、中小型非規范開采的露天采礦坑，大多坑深壁陡、恢復植被困難且復綠成本高，形成棄置深谷，且因礦山環境治理大多采取“誰開采誰負責”的原則，而小型、中小型露天采礦開采企業大多屬于上世紀無證開采階段形成的，尚無有效治理的方法[1-4]。對此，本文專題研究露天采礦坑回填施工技術，以期為露天開采礦坑的治理提供借鑒。

1 工程實例概況

本文依托項目為典型的露天采礦坑治理項目。該項目位于山西省陽泉市，選址區域位于私企露天采礦坑區域，采礦坑最大深度48m，面積約6.5 萬m2。該場地因露天開采煤炭形成巨大的采礦坑，后采用開采后形成的碎石土進行一定深度的回填處理，回填土堆積時間短，變形大，地基強度不能滿足建設要求。

1.1 場地條件

場地地形起伏較大，整體為西高東低，擬建場地地貌單元屬侵蝕性中低山區。場地區域地基土自上而下分為3 層：第1 層為填土，回填方式為傾倒，未經處理，回填時間約2 年；第2 層為泥巖，巖石質量等級為V級；第3 層為泥巖，巖石質量等級為IV 級。

1.2 水文條件

勘察報告顯示，勘察深度范圍內未揭露地下水。

1.3 場區工程地質問題

露天采礦后將采煤所棄碎石土拋填至采礦坑內，拋填料成分復雜，含泥巖塊、砂巖塊、頁巖塊、灰巖塊、煤矸石塊、粉土、碎石等，拋填后場地未經任何處理，堆積時間短，地基強度及變形不能滿足建設要求。

1.4 場區氣象條件

場址區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，整體冬夏長，春秋短，四季分明；日照比較充足，晝夜溫差較大，年降水量450～550mm。

2 治理方法的選擇

鑒于該場地情況的復雜性，根據現有采礦坑地貌條件、作業面積和工后沉降穩定要求，整體處理方案擬采取挖除場地雜填土至基巖，再以分層回填、分層強夯的方法進行治理，具體將從礦坑開挖、地基處理、回填材料利用與選擇、回填工藝及回填技術、回填加固技術、整體隔水防水技術幾個角度進行研究。

3 回填施工流程

回填流程為：清除表層土→挖除無序回填土→坑壁整治→回填加固技術試驗及總結→大面積工程實施→檢測及監測。

3.1 清除表層土

對采礦坑、全塌陷采空區在長期暴露過程中形成的已生長的植物、植物根系以及生長形成的植物土進行清理，厚度標準為20～30cm，視其根系生長情況，以徹底清理至非植物土層為準。

3.2 無序回填土處理及坑壁整治

由于原有露天采礦坑為無序雜填，厚度較大，原回填土必須考慮全部或局部挖除后，重新進行地基處理。

該露天采礦坑回填后上部結構物為高層住宅，荷載大、安全要求高，須一次性挖除原無序回填土，并清理至原采礦坑底。

至坑底全部清理完成后，進行坑壁處理，即對采礦坑坑壁進行階梯狀整修，具體措施為：當坑壁坡度陡于1：5 時，進行階梯狀整修，臺階坡度滿足坡度高寬比在1：0.5～1：2 之間，并與回填土層同步進行同樣能級強夯加固。如坑壁陡于1：0.5 時，在每層回填土回填前進行坑壁整修，每3m 高設置不小于3m 的卸荷平臺，邊坡整體坡度不小于1：1。

3.3 露天采礦坑回填加固試驗

3.3.1 填料選擇和回填方法

（1）填料選擇。回填土采用露天采礦坑開挖形成的碎石土，必須保證用于場內回填的碎石類土粒徑小于30cm，大于30cm 的石塊應破碎，含水量過大的碎石土需進行晾曬，含水量過小的碎石土需進行灑水增濕至最優含水量。

（2）回填方法。強夯分層厚度6m，回填方法采用分層堆填的方式進行，分層堆填厚度2m 左右。當碎石土中煤矸石含量較大時，作為填料攤鋪應采取防止自燃的措施。具體為：采用煤矸石與粉質黏土互層方式回填，煤矸石位于起夯面4m 以下。即先攤鋪一層0.5m 厚粉質黏土，再攤鋪1m 厚的煤矸石，煤矸石攤鋪采用分層攤鋪，及時灑水至最佳含水量的±（1%～3%），然后再攤鋪一層0.5m 厚粉質黏土。6m 強夯分層厚度（從下往上回填順序）=0.5m 厚粉質黏土+1m 厚的煤矸石+0.5m厚粉質黏土+2m 厚碎石土+2m 厚碎石土。

3.3.2 填筑體加固試驗

（1）試驗區確定。鑒于工程地質條件復雜，回填厚度大，此次試驗共布置了兩個試夯區進行試驗，試夯區1 和試夯區2，均為30m×40m。

（2）試驗指標。強夯后地基承載力特征值不應小于180kPa，變形模量不小于10MPa，加固深度范圍內填土的壓實系數不小于0.95。

（3）試驗區參數確定。試夯區1 挖至基巖面處后回填7m 土層，進行5000kN·m 試夯。試夯區2 挖至基巖面處后回填5m 土層，進行3000kN·m 試夯。試驗參數見表1。

表1 各個試驗區強夯試驗參數表

（4）試夯試驗施工。試夯區1，該地段回填7.0m 填土，要求填料粒徑不得大于300mm。主夯能級為5000kN·m，夯錘直徑2.52m，重量為350kN，落距14.30m。夯點呈正三角形布置，間距5.5m，施工順序隔排逐點分兩遍進行。停錘標準：最后兩擊平均夯沉量≤100mm，夯擊次數為16～19 擊。主夯結束后進行滿夯，能級為2000kN·m，錘印搭接1/4，擊數為4 擊。該試夯區起夯面標高731.733m，終夯面標高為730.529m，夯沉量為1.204m。

試夯區2，該地段回填5.0m 填土，要求填料最大粒徑不得大于300mm。主夯能級為3000kN·m，夯錘直徑2.52m，重量為180kN，落距16.67m。夯點呈正三角形布置，間距4.5m，施工順序隔排逐點分兩遍進行。停錘標準：最后兩擊平均夯沉量≤50mm，夯擊次數為12～14擊。主夯結束后進行滿夯，能級為2000kN·m，錘印搭接1/4，擊數為3 擊。該試夯區起夯面標高729.765m，終夯面標高為729.210m，夯沉量為0.555m。

3.4 試驗區檢測

在強夯試驗施工完成后，進行相關試驗檢測。檢測項目見表2。

表2 試驗檢測項目

試夯檢測結果如下：

（1）試夯區1。地基承載力特征值均為200kPa，＞180kPa，地基土變形模量介于22.93～28.40MPa 之間，平均25.93MPa＞10MPa，地基土的干密度介于1.99～2.04g/cm3之間，平均為2.01g/cm3。根據瑞利面波測試結果結合重型圓錐動力觸探試驗結果，試夯區1 強夯影響深度自起夯面算起為7.0m。

（2）試夯區2。地基承載力特征值均為200kPa＞180kPa，地基土變形模量介于20.18～25.90MPa 之間，平均23.27MPa＞10MPa，地基土的干密度介于1.97～2.01g/cm3之間，平均1.99g/cm3。根據瑞利面波測試結合重型圓錐動力觸探試驗結果，試夯區2 強夯影響深度自起夯面算起為5.0m。

（3）試驗小結。通過此次試夯成果綜合分析，試夯結果均滿足要求，且測試結果均高于設計要求，處理后的地基承載力均大于180kPa。試夯區1（5000kN·m）經檢測后合格，各項指標均滿足試驗要求，且經濟合理。試夯區2（3000kN·m）經檢測后也合格，適用于頂層或接近頂層的回填調整層。

3.5 隔水層方案實施

待回填至場地標高下2m 時，采用振動式壓路機分層碾壓粉質黏土至場地設計標高之上100～200mm 處。

3.6 大面積實施

具體參照試夯區1 的技術方案和參數實施，5000kN·m 能級進行強夯加固，每層回填厚度6.5m，每層再分3 層進行堆填。如上部結構為安全要求較高的建（構）筑物，當分層回填、分層強夯至擬作為建筑用場地標高以下2m 時，設置表層黏性土隔水層，具體要求包括：分層攤鋪厚度在30cm 左右、最佳含水量控制在±2%、振動碾壓4～6 遍、壓實度不小于96%。

4 檢測及監測

經山西省勘察設計研究院檢測機構進行檢測，地基承載力特征值均不小于180kPa 的設計要求，變形模量均大于10MPa 的設計要求，地基土密實度較高。場地頂層粉質黏土分層回填碾壓壓實度均不小于0.95。

沉降觀測委托山西華冶勘測工程技術有限公司進行觀測，每月觀測1 次，最后一次沉降觀測最大變化量為2.33mm，變化速率最大為0.05mm/d，變形曲線已經收斂，沉降已經穩定。

5 結束語

該露天采礦坑分層分步回填強夯施工技術，不僅可以滿足露天采礦坑處理后作為建設、生活用地的要求；還解決城市擴容發展過程中，因露天采礦坑對城市發展形成的人為分割問題、城市土地緊缺前提下相對低成本造地問題，而且處理方式簡單、造價低廉、效果顯著，可為同類工程提供借鑒。