露天煤礦陡坡治理及生態(tài)恢復技術研究

裴常心

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團有限責任公司，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。而且在開采時會對周圍環(huán)境形成巨大的破壞，因此需要對霍林河露天煤礦作業(yè)區(qū)域進行生態(tài)修復，減少對周圍環(huán)境的影響。

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

1 露天礦區(qū)概況分析

1.1 地質概況分析

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)周圍的土質較為松軟，屬于人工地貌發(fā)育。根據(jù)地質勘探，在采區(qū)內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。通過對地層中巖石巖性的分析，白云石大理巖的堅固性系數(shù)在16～20，垂直內聚力約為240～290 kg/cm2。黑云母片巖層的堅固性系數(shù)為18～24，垂直內聚力為280～340 kg/cm2。方解石巖層的堅固性系數(shù)為17～21，垂直內聚力為210～250 kg/cm2。各巖層均屬于堅硬巖層。

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、高陡坡礦坑結構，巖層的穩(wěn)定性被破壞后，在長期風化、綜采擾動和外界擾動的情況下很容易出現(xiàn)崩坍，給礦山的正常開采帶來了嚴重的安全隱患。

2 礦山邊坡治理方案

2.1 分級削坡

由于礦坑深度大、坡度高、陡峭，直接進行綠植的方案無法實現(xiàn)對邊坡的可靠固定，因此結合礦坑的實際情況，提出了分級削坡的方案。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。在礦坑邊坡上共設置了6 組分級平臺，每一級平臺寬度在3～5 m，而且平臺的平面略微向著邊坡側傾斜，使外側臺面高于內側臺面，傾斜角約為3°，當降水時能夠使雨水向內聚集，起到涵養(yǎng)水土的作用。分級削坡后的礦坑邊坡剖面結構如圖1[2]。

圖1 分級削坡結構示意圖

2.2 客土工程

為了保證綠植的成活率，提高邊坡治理效果，結合礦坑邊坡的實際條件，在邊坡上采用了穴狀客土方式[3]。在平臺上設置的種植穴的尺寸為500 mm×500 mm×500 mm，每個種植穴之間的距離為1500 mm，平臺兩側刺槐的距離按1000 mm 布置，邊坡每排的坡面間距設置為1500 mm，且平臺和邊坡穴之間的客土鋪設的高度統(tǒng)一為600 mm。

2.3 排水渠設置

為了防止雨季大量積水導致邊坡垮落，在邊坡分級平臺的內側設置專門的排水渠。排水渠的中心線和外側邊緣的距離為2000 mm，排水渠的截面為矩形，采用砌石構成，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置，其具體設置結構如圖2。

圖2 排水渠設置結構示意圖（m）

2.4 邊坡綠植修復

邊坡完成基礎設施構建后，需重點進行綠植修復工程。根據(jù)邊坡治理需求，將綠植修復分為了平臺綠植修復和邊坡綠植修復兩個部分。在綠植選擇上主要選擇耐旱、適應性強的本地綠植，提高綠植的成活率。根據(jù)對礦區(qū)綠植情況的調研，最終選擇了當?shù)赝辽灵L的刺槐作為平臺上的綠植植物，將小灌木（紫穗槐）作為邊坡修復時的綠植植被[5]。綠植種植分布如圖3。

圖3 綠植種植分布圖

2.5 平臺綠植修復

在平臺上共設置了兩排刺槐，選擇2 年生的茁壯樹苗。第一排設置到離坡地約1500 mm 處，兩排綠植的間距為1000 mm，每個綠植之間的距離為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。在栽種時需要嚴格按照規(guī)定的株距進行放置，種植坑應上下口徑一致，刺槐放入后還存有一定的空間。對刺槐苗進行檢查，要求樹苗應枝冠豐滿，根系發(fā)育良好，無嚴重的病蟲害。填土后要求樹苗周圍設置一個高80 mm 的蓄水槽，便于及時進行澆灌。種植完成后需按標準管理要求定期進行施肥、除草、驅蟲。在種植24 h 內澆一次水，種植72 h 內澆灌第二次水，種植240 h 內澆灌第三次水，澆灌完成后轉入定期養(yǎng)護。

2.6 邊坡綠植修復

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

2.7 種草綠化

在平臺和邊坡完成綠植種植后，在整個邊坡區(qū)域利用撒播的方式進行種草工程。所選的草籽為適應性強、耐旱的苜蓿[7]，播撒的密度按70 kg/hm2。在播撒前需要對草籽進行處理，將其和除草劑、根瘤菌、肥料按一定的比例進行混合后再一起播種。播種深度按20～40 mm。若邊坡的土質較為松軟，在播種前需要先鎮(zhèn)壓一遍，然后再進行播種，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構示意圖如圖4。

圖4 綠植及排水渠分布結構示意圖（m）

在完成所有綠植和草的種植后，需要對綠植和草籽的成活情況進行實時檢查和維護，提高綠植和草籽的成活率。需要長期進行補植工作，直到該區(qū)域內達到生態(tài)自平衡后可以慢慢減少人工干預，提高邊坡修復的可靠性。

3 結論

露天煤礦在開采過程中會嚴重破壞采區(qū)內的地表和生態(tài)，造成邊坡垮落、滑坡、泥石流等，給露天煤礦的作業(yè)帶來了嚴重的安全隱患，而且也無法滿足新時期“綠水青山”的要求。以霍林河露天煤礦為實際研究對象，根據(jù)其邊坡坡度大的情況，提出了分級削坡、分區(qū)綠化的治理模式，對分級削坡方案、分區(qū)綠化方案進行了論述。根據(jù)實際應用表明，該技術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。