印江縣沙子坡鎮青坨煤礦地質環境問題及恢復治理措施

［關鍵詞］礦產資源；煤礦；環境地質；礦山環境治理；治理措施

在地方經濟建設中煤礦資源開采具有重要保障作用，但由于礦山企業為追求低的成本和高的利潤，導致礦山地質環境問題的出現[1-2]。當前我國礦山環境問題較多，采礦造成地質環境破壞，主要表現為破壞和占用大量耕地和建設用地， 誘發地質災害， 使礦區水環境受到破壞， 產生廢水、廢氣、廢渣， 破壞自然地貌景觀等。汪繼學等[3]針對不同的礦山開采方式和礦山地理位置，采取分區治理方法。李輝等[4]對韓城市灰巖采礦山地地質環境問題進行了恢復分區劃分，并且提出工程措施。程寶成等[5]總結了礦山開采過程中產生的破壞形式，總結了礦山管理中存在的問題。上述學者主要針對礦山開采產生的生態破壞的系列問題進行研究。印江縣沙子坡鎮青坨煤礦生產礦渣形成的高陡不穩定斜坡問題突出，本文在現場調研的基礎上，重點分析礦渣高陡不穩定斜坡，并提出工程措施，以期為類似的工程實踐提供解決思路。

1．工程概述

青坨煤礦老井礦區位于印江縣北端，屬印江縣沙子坡鎮所轄，礦區面積3.6113km²，是為滿足工農業生產用煤和生活用煤的需求而建，礦山實際生產能力達到4萬噸/年。經過現場勘查，區內地質條件簡單，存在多種環境地質問題。

1.1 氣象和水文

礦區屬中亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨熱同期，年均氣溫16.8℃，平均日照時間1255 小時，全年無霜期300天，春秋季多雨霧、夏季涼爽、冬季寒冷、雨量充沛，年平均降水量1100mm，一般每年12月至次年2月為間歇性冰凍期。

礦區一條自南西向北東流經的溪溝貫穿工業場地，溪溝為季節性溪溝，目前處于干涸狀態，主要受大氣降水控制，雨季暴漲，枯季流量較小或斷流，最終匯入工業場地以東550m處的高洞河，為區內大氣降水的排泄處，屬烏江水系。

1.2 地形地貌

礦區位于貴州高原東部，所在區域地勢整體為西高東低，為貴州高原侵蝕、溶蝕型山地地貌，溶溝、溶槽等次一級地貌較發育。調查區地形起伏較大，被北西側高山及南東側矮山所夾，位于兩山底部。北西側高山頂部海拔約1070m，南東側矮山頂部海拔約770m，北東部最低，海拔約586m。

1.3 地層巖性

礦區及其周邊出露地層從老到新分別為：二疊系中統茅口組（P2m）；二疊系上統吳家坪組（P₃w）、長興組（P₃c）；三疊系下統夜郎第一段（T₁y¹）、第二段（T₁y²）和第三段（T₁y³）；第四系（Q）。煤層賦存于吳家坪組下部。

1.4 地質構造

礦區屬揚子準地臺八面山褶皺帶，武陵坳陷褶皺中段，位于沙子坡向斜南段南西翼。煤層產狀與地層產狀基本一致，地層傾向86°～105°，傾角10°～20°，一般為16°，礦區總體構造簡單，為一向東傾斜的單斜構造，斷層不發育。

2．主要礦山地質環境問題

經過現場實地調查，發現沙子青坨煤礦地質環境主要包括以下幾個問題。

2.1地質災害

根據現場地質環境調查、地質災害調查，結合印江縣地質災害詳細調查資料顯示，青坨煤礦老井礦區南側約500m的塘口村鳥井組發育一處現有在冊的地質災害隱患點，為塘口村鳥井組塌陷，其初始發生時間為1989年4月，目前整體穩定性較好，無持續變形塌陷跡象。礦區內未發現滑坡、崩塌及泥石流等其他地質災害。

2.2含水層破壞

青坨煤礦老井于2010年停止開采，且前期開采活動位于穩定地下水位以上，礦山開采對含水層破壞的影響較小。

2.3水土環境污染

現場調查礦區風井區左側主井有地下水持續流出，水質呈微黃色，溫度約16℃。經水質分析，水中Fe元素含量為3.56mg/L，Mn 元素含量為2.77mg/L，SO₄^2-離子822mg/L，均未達到地表水排放標準，地下水有污染現象。硐口外側陡崖上有地下水污染痕跡，陡崖面上大面積呈黃色（圖1）。

2.4土地資源與地貌景觀破壞

老井礦區內工業場地北東側廢棄礦渣形成的高陡不穩定斜坡，礦渣堆積體成分主要由矸石組成，大部分呈碎塊狀、塊狀和粒狀；堆積體平面上呈“U”字型堆放，自身較穩定，南西、南東、北東三面臨空，邊坡較陡，總體坡度約40°～50°，高差為20～30m。南東側及北東側棄渣邊坡坡腳被沖溝沖刷，北東側較輕微，南東側被主溝沖刷，垮塌較嚴重，對其棄渣本身穩定性及下游河道造成威脅。該棄渣堆積區造成了該地原有地貌景觀破壞及原有土地資源破壞（圖2）。

礦區東側主井及風井處可見原有礦山遺留建筑物，遺留生產器械等地面建筑，該建筑造成了該地原有地貌景觀破壞及原有土地資源破壞，其中主井及風井未進行封硐，主井有持續性水流，水顏色為微黃，流量約為1L/s。

3.治理思路概述

結合上述現場調查查明的礦山地質環境問題，根據礦山的實際情況，提出“遺留建筑物拆除及封硐+擋土墻+排水溝+削方放坡+平流式三級沉淀池+覆土種草植樹復綠”等綜合治理措施，能解決礦區的地質環境問題，達到恢復植被、改善景觀、美化環境的目的。針對礦區內工業場地北東側廢棄礦渣形成的高陡不穩定斜坡問題，進行削方放坡處理，沿棄渣坡腳前緣位置修建擋土墻，在礦山原有沖溝位置修建排水溝，對原有礦山遺留礦洞進行封堵。針對礦區內遺留建筑物進行全部拆除，對礦區南側有居民正在使用的建筑進行移交，然后對以上區域全部進行覆土種樹種草復綠。針對礦區東側主井及風井等遺留礦洞進行封堵，對部分原有礦山遺留建筑物進行拆除，在風井左側拆除房屋處修建平流式三級沉淀池對地下污染水體進行沉淀處理。

4．治理工程設計

4.1 遺留建筑物拆除及封硐工程

設計對礦區內的遺留磚瓦結構建筑物進行全部拆除，拆除方法采用一般機械拆除。對于礦區南側有居民正在使用的一棟兩層磚瓦結構建筑進行移交。對于礦區主井口遺留的鋼筋混凝土結構煤儲設施，設計對其進行保留，并填埋。對于礦山遺留建筑物拆除過程中形成的建筑垃圾，回填至礦區低洼處。設計對于礦區內（除風井左側主井外）未進行封堵的井口進行永久性封堵。拆除清理施工作業前首先了解現狀，摸清需拆除的結構形式，加固改造的部位和裝修做法，做到心中有數，措施得力。槽底開挖至設計深度要求后清除松散土石，進行整平。避免超挖，嚴禁回填。墻體砌筑時，應注意縱、橫縫互相錯開，每層橫縫厚度保持均勻。未凝固的砌層，避免震動。

4.2 擋土墻工程

設計以礦區南側涵管出口處為起點至現有工業廣場棄渣堆積區南東側坡腳位置為終點修建A-B-C-D段擋土墻，其中A-B 段擋土墻總長34m，墻身高2.0m，上頂寬為0.6m，下底寬為1.1m。擋土墻采用毛石砂漿砌筑。

設計在礦區北東側沿礦渣堆積區坡腳修建D-E段擋土墻，擋土墻總長為66m，墻身高2.0m，上頂寬為0.6m，下底寬為1.1m。墻背坡比1∶0，墻面坡比1∶0.25。擋土墻采用毛石砂漿砌筑。

A-B、D-E段墻身設置二排泄水孔梅花形布置，底排泄水孔高出墻前地面B-C-D段墻身設置三排泄水孔，底排泄水孔高出墻前地面。墻背泄水孔進口處設置反濾包。擋土墻基礎持力層均為原生基巖。擋土墻每隔10m或于地形陡變處設置伸縮縫。采用瀝青麻絲填。擋墻施工主要應采用分段放坡機械開挖基槽，開挖段采用1∶0.75的坡率放坡，嚴禁全斷面開挖，開挖時做好安全防護（圖3）。

4.3 排水溝工程

設計在礦區北側沿斜坡坡腳修建排水溝，采用片石砂漿砌筑。排水溝溝壩兩側各設置一排泄水孔。泄水孔進口處設置反濾包泄水孔高出溝底地面。排水溝基礎持力層為原生紅黏土。

排水溝每隔10m 或于地形陡變處設置伸縮縫，縫寬20mm，采用瀝青麻絲填。排水溝縱比降大于5%的溝段需設置消能梯步，降低水流速度。在施工過程中必要時可根據地形情況進行適當調整，但要求水溝位移后仍保持軸線線性連續。為使溝底線順直、防止排水溝內局部積水及局部減小坡率等，水溝施工時應對其布設的位置進行適當的削填方。在局部地表巖土體變形明顯地段，為減少或者消除地表變形對排水的影響，應適當加厚溝底、溝幫厚度。排水溝溝槽主要采用機械開挖，部分采用人工開挖，開挖時在土質邊坡地段按照1：0.75的坡率放坡。

4.4 削方放坡工程

設計對礦區工業廣場棄渣堆積區形成的高陡邊坡進行削方放坡，按照1：2.0的坡率進行放坡。每級邊坡高差為7.0m，各邊坡之間預留2.0m寬的馬道。第一級馬道高程596.0m，長度44m。第二級馬道高程603.0m，長度82m。第三級馬道高程610m，長度161m。第四級馬道高程617m，長度193m。削方修坡范圍約9731.75m²。馬道內側設置小型截水溝，截水溝斷面為矩形，截水溝設置伸縮縫，縫寬20mm，采用瀝青麻絲填塞。施工前仔細調查自然狀態下的棄渣堆積體穩定情況，分析施工期間邊坡穩定性，發現問題及時加固處理。開挖采取自上而下分層開挖，不得亂挖或超挖。

4.5 平流式三級沉淀池工程

設計在風井左側拆除房屋位置處布設平流式三級沉淀池，以原生基巖作為池底基礎持力層。三級沉淀池主要采用人工鑿石開挖，開挖時在巖質邊坡按照1：0.1率放坡，池頂加蓋鋼筋混凝土預制蓋板。沉淀池筑成后，對池壁外側進行回填并夯實。礦井水經三級沉淀收集沉淀后再進行排放，如果該地下水經沉淀仍未達標排放，應對該地下水進行后期的處理，直到達標才進行地表排放。

4.6 覆土種草植樹復綠工程

設計對礦區遺留建筑物拆除區域及棄渣挖填方區域進行覆土種草復綠，復綠面積為11934m²。首先須對場地進行平整，而后進行客土回填，再種草植樹。客土厚度為50cm。為使場地覆土種草復綠后排水通暢，在覆土時沿礦區外側方向保持5％的坡率。

為達到復綠效果，同時增強持水能力，覆土后在復綠區域植樹，根據當地氣候條件，沿挖填方區馬道內外側邊坡及風井區外側邊坡頂部和底部種植爬藤植物，呈條帶狀布置，栽植時撒埋基肥和客土。

5．結論與建議

（1）本文以現場實地勘查為基礎，堅持恢復治理和環境規劃相結合，針對礦區現有的地質災害、含水層破壞、水土環境污染和土地資源與地貌景觀等地質環境問題，提出了“遺留建筑物拆除及封硐+擋土墻+排水溝+削方放坡+平流式三級沉淀池+覆土種草植樹復綠”的治理措施。技術上可行，經濟上合理。

（2）通過復綠治理，美化了地質環境，提高了全民保護地質環境的意識，并對規劃、布局具有一定指導意義。