廢棄礦井環境綜合治理技術應用研究

郝迎賓

（邯鄲市生態環境局 邯鄲市環境保護宣傳教育中心，河北 邯鄲 056002）

0 引 言

礦產資源是國民經濟發展和進步的重要保障，伴隨煤炭礦井開采和新型礦井建設的需要，綠色礦山、智慧礦山成為發展趨勢和理念[1-2]，也是踐行“綠水青山就是金山銀山”的必經之路。結合我國不同煤炭礦井開采條件，通過對多種礦山環境與恢復治理技術融合的研究，提出多種開采模式下的生態開采，形成以環境恢復治理為主的技術并應用到礦井中[3-4]。

“十四五”規劃要求以綠色礦井、生態礦井開發開采為主，因此對城市周邊廢棄礦井的綜合利用和治理問題越來越迫切，需要結合成功礦山環境恢復治理效果明顯的案例，深度挖掘有利的礦山環境地質災害的動態監測和治理技術，特別是礦山生態環境的恢復治理。

1 礦井開采帶來的地質環境問題

煤礦開采以露天開采和井工開采為主，不同的開采方式造成的環境地質問題各有不同，需要采用不同的環境綜合治理措施。京津冀地區的煤炭開采主要以井工開采方式為主，突出的環境地質問題為開采后形成地表破壞、地面沉陷以及強抽排造成的地表和一定地下含水層的破壞。

煤炭資源井工開采造成嚴重的地面沉陷，主要表現為采區范圍內形成的巖土體變形地質災害—地面沉降、地表開裂和地表建筑物的不均勻沉降造成的失穩等災害[5-6]。礦井開采中形成的大量廢氣、廢水和廢棄物等形成的礦山環境污染問題，礦山開采活動形成的地表矸石堆放對周邊生態環境形成的污染和破壞[7-8]，形成周邊生態環境和水環境的破壞和有害物質的遷移。

2 廢棄礦井綜合地質災害綜合探測技術

2.1 地表地貌綜合遙測技術

為充分掌握和評價井工礦井地表破壞區域和程度，在現狀評估中，采用先進的遙感動態監測技術和激光雷達監測技術對井工開采影響區域內的地表、地形、建筑物等遙感圖片或者激光雷達影像進行綜合數據提取與分析，對井工開采前后地表破壞、變形以及整治后地表地貌等進行監測，通過對煤礦生產活動區域的地形地貌變化對比情況，評價出地表變形、位移的情況[9-11]。

地面的綜合物探擬動態探測技術采用不同探測目的層深度，綜合采用地面地震、面波、瞬變電磁等綜合物探探測方法與技術，采用采前、采中和采后（治理階段）綜合探測成果對比，可評價出采掘活動造成的煤層上覆不同空間分布的巖土層破壞、變形、沉降位移等多參數的立體全空間分布特征，為環境綜合治理提供地質依據。

淺層的地表破壞程度及其破壞空間特征分布可通過地表的綜合物探探測方法來評價；地表地裂縫的綜合探測可通過地質雷達進行探測；裂隙帶的破壞和不同深度的淺表層采空區分布特征可通過淺層高密度電法進行評價。

2.2 淺層地下水體水力聯系綜合探測技術

地表水體、淺層地下水體和深層不同含水層之間的水體聯系是開采形成水資源破壞程度最為重要的評價因素。針對地表水體和地下一定含水層之間的水力聯系問題可以采用地面布置不同深度的地質鉆孔，進行彌散實驗，利用彌散實驗測試數據對不同深度的含水層之間的水體聯系、地下水體的徑流、排泄等區域進行劃分，綜合評價和分析由于井工采掘活動造成的地表水體和不同深度地下含水層之間的地下水體的綜合運移、徑流空間分布特征，為地表水和地下水的綜合保護提供數據和依據。

對地表水體和地下一定含水層的水力聯系，通常可以通過對河流重點地段的河道漏失量的綜合動態觀測來佐證，利用地表河流的斷面觀測，對布置的斷面采用長期動態觀測方式，對采掘活動前、中和后期的河流一段進行漏失量的觀測，分析評價地表水體與地下一定深度含水層之間的水力聯系，進而評價出采空區不同地表地段的塌陷、破壞變形地段的破壞特征，為地表綜合水體治理提供技術支持。

2.3 廢棄物質的環境綜合探測技術

對于地表采掘活動形成的大量廢棄物質的堆積體，采用在線動態地質災害監測系統，對地質災害體進行綜合動態監測。對于有污染物質的矸石山（廢棄物質）堆積體，定期對周邊一定深度的水體、巖體進行綜合采樣，分析評價采集樣品的各種污染物質的遷移速度和方向，為綜合地質環境、生態環境評價提供數據支撐。

3 綜合環境恢復治理技術研究

3.1 多層次、多功能淺表層綜合生態環境恢復與

治理技術

廢棄礦井的地面破壞主要表現是地下采掘活動導致的地表不均勻沉降和塌陷。地表塌陷形成的多種塌陷地段，地表起伏劇烈，地下空洞范圍較大，需要采用綜合生態環境治理措施來恢復地表環境。對地表嚴重的塌陷區，需要對采空區進行工程治理，對圈定的塌陷區和采空區的位置進行綜合探測，利用地表治理工程，對淺層的采空區進行開挖，進行回填土壓實治理；對于較淺的采空區，利用地面布置的鉆孔，采用無害材料進行充填加固。對于塌陷地段形成的陡坡、陡坎，采用工程消坡加固措施，對塌陷地段的工程地質問題進行綜合治理。

對于地表采掘活動形成的大量廢棄物質的堆積體（矸石山），利用地表生態環境監測數據分析、評價矸石山（廢棄物）。通過地面修建隔離防護工程、封閉綠化廢棄物堆積體的方式，改善堆積物的生態環境，以植被、種植草本植物等多種措施對堆積體的生態環境進行改良。

3.2 分區、分階段綜合生態環境恢復治理技術

重點區域、重點災害位置采用短時段、重效益的綜合環境恢復治理措施，對地表塌陷和地裂縫區域采用地表治理、平整和植被復墾等多種綜合地質和生態治理技術，恢復淺層地表生態系統。對于堆積矸石山體，采用圍擋、封閉等措施，同時結合矸石山植被種植、生態恢復技術進行綜合治理。

4 煤礦綜合治理技術應用分析

顯德汪礦位于河北省西南部太行山的東側，屬于山前丘陵地段，地表被第四系黃土和冰磧物臺地覆蓋，厚度變化，為粉土、粉質粘土和砂礫石組成，典型的華北型地形地貌特征。主采煤層3層，上組煤為山西組1號和2號煤層，下組煤為太原組底部的9號煤層。礦井內經過多年開采，采空區分布廣泛，上組1號和2號煤層多次重復開采，采空區未進行處理，下組煤層9號煤層部分地段形成采空區。

通過野外調查和分析，主要的環境地質問題為：多組煤層開采形成地面沉陷，地表沉陷值大于1.5 m。地表裂縫主要分布在地面沉陷區外圍，呈環狀分布，地裂縫表現為上寬下窄的拉裂縫特征，延展距離隨著采區的擴大而變長。重要地段進行地表沉降量的動態觀測（圖1），表明開采中工作面中心地段的地表沉降量最大，兩側的沉降量逐漸變小的特點。

圖1 工作面開采的地面沉降量觀測曲線（垂直于工作面走向觀測）Fig.1 Observation curve of ground subsidence in working face mining(observation perpendicular to the strike of working face)

地面沉陷地段重點治理措施采用填堵地裂縫和削高填低局部平整方式（圖2），使土地基本保持原來傾斜程度。

圖2 土地平整工程剖面Fig.2 Land leveling project profile

矸石山不穩定斜坡體，高度達82 m，邊坡角度一般30°左右，局部近35°，在震動、暴雨、人工活動或其他因素誘發下有可能發生滑坡，威脅矸石山旁邊的東風井及其附屬設施設備、矸石的提升運輸設施設備及其中的工作人員。對此重點區域，采用分臺階整平矸石山邊坡（圖3），臺階寬度2 m，間距10 m，分別采用5°和30°坡角。在平整的臺階上植樹，用客土回填方式掩埋。

圖3 矸石山邊坡修整斷面Fig.3 Repair section of gangue hill slope

同時在矸石山附近不同地段間隔（時間和空間）采樣分析評價矸石周邊土層元素分布特征，確定矸石中的不同元素對周邊植被和生態環境的影響。同時布置不同深度的孔隙水文監測點，監測不同深度含水層的水量、水質、微量元素的變化。

5 結 語

針對當前河北省南部區域關停的煤炭礦井，以野外環境、地質問題為主線，采用多種、全方位的綜合探測技術和綜合治理方法，對存在的突出地質問題和地質災害體進行綜合評價，確定不同分區、不同階段的綜合環境、生態恢復治理措施，改良了廢棄礦井區的生態環境，提高了綜合資源利用效率。對廢棄礦井引起的不同災害類型綜合評價分析基礎上，采用分區、分段的綜合生態及環境綜合治理措施，對廢棄礦井的重點環境地質問題進行綜合治理，得到良好效果。