煤礦采后礦區環境的修復技術研究

楊晉澤

（山西鄉寧焦煤集團有限責任公司，山西 臨汾 042100）

1 礦區地質情況分析

元寶山礦的治理采區包括了一個巨大的礦坑以及兩個煤矸石堆，礦坑的面積達到了110 700 m2，煤矸堆1 的面積為31 023 m2，煤矸堆2 的面積為43 173 m2。根據勘探可知，該礦區地下含水層為富水層，水位的標高是1028 m，井下的單位最大涌水量為0.2 L/（s.m）.進一步對涌水的礦化度進行分析，其礦化度為2.9 g/L，涌水的pH 值為7.4，為中性咸水，水質情況較差。該采區的地質巖層組成主要是粉質砂巖、砂礫巖、煤層，這些巖層均勻地分布在整個采區內，表層巖性為黃土，平均厚度為7.8 m，整個區域內的工程地質條件較差。

其中礦坑是在開采露天煤礦時產生的，礦坑的南北長度約為270 m，東西長度約410 m，礦坑總面積約110 700 m2，礦坑深度約為33 m。礦坑的東側和南側坡度較大，最大坡度約為64°，邊坡的巖層構成是泥巖和礫巖。煤矸石堆1 在礦坑的北側約160 m 的位置，煤矸石的最大堆積高度約為16 m，煤矸石堆主要是煤渣和碎石塊構成，風化程度較大。煤矸石堆2 位于礦坑東側約70 m 處，煤矸石的最大堆積高度約為12 m，煤矸石堆同樣是煤渣和碎石塊，風化程度較大。礦坑及煤矸石堆的分布如圖1，圖1 中CK26 表示礦坑，F1 和F2 表示煤矸石堆。

2 礦區生態情況分析

該區域最初地表完整性較高，覆蓋著大量的草本植物和灌木，在長期開采過程中造成了礦區內的草本植物和地表原生土壤都遭到了嚴重的破壞，使礦坑和周邊環境極為不協調。而且露天堆積的煤矸石在經過雨淋后會產生大量的酸性水等有害元素，給礦區周圍環境造成了嚴重的污染。

礦坑邊坡的坡度大，地質松軟，在強降雨或者下雪的情況下，會使表層松軟的土壤沿著邊坡垮落，形成泥石流或者落石沖擊[1-2]，給礦區正常作業及生產造成了嚴重的安全隱患。

3 礦區環境生態修復方案

3.1 礦區修復區域劃分

為了實現對礦區環境的生態修復，滿足當地的生態環境標準，在對礦區地質條件進行深入分析的基礎上，提出了分區、分級治理方案[3]。將整個礦區劃分為5 個區域，分別為回填區（A 區）、削坡區（B 區）、筑坡區（C 區）、煤矸石堆及礦坑回填區（D 區）、火燒區（E 區）。

A 區位于礦坑西側，是評估需要先進行回填的區域；B 區位于礦坑周邊，是邊坡坡度較大需進行削坡提高邊坡穩定性的區域；C 區在礦坑的西南位置，需要筑坡提高邊坡穩定性的區域；D 區是位于礦坑東部和北部的煤矸石堆及礦坑底部已經被回填的區域；E 區位于礦坑的西北側。如圖2。

根據礦區的實際情況及礦區生態治理要求，確定了該區域的礦區修復治理方案如下：

1）A 區治理方案。把與之相鄰的B2 區內的廢料轉運到該區域內直接進行回填和壓實，同時還可以把與之相鄰的B1 區域內削坡產生的土方就近轉運到A區內回填。回填時將B2區域的肥料放在下側，將B1 區域削坡產生的土方放到上側壓實。

2）B 區治理方案。根據分布的位置不同，將B區分為了B1 區、B2 區、B3 區。將B1 區域削坡產生的土方轉運到A 區進行回填，轉運到C 區用于筑坡；把B2 區域內的廢料轉運到A 區進行回填處理；把B3 區域內產生的切削料轉運到C 區用于筑坡。

3）C 區治理方案。C 區主要是筑坡，防止出現邊坡下滑等，筑坡料可以從B 區進行轉運。

4）D 區治理方案。該區域主要是平整修飾區，將區域內不平整的地質區域進行平整作業。

5）E 區治理方案。主要是對火燒區域采用黃土壓實覆蓋[4]，并進行封閉滅火。所覆蓋黃土的厚度不低于1000 mm，覆土接收后在四周設置鐵絲圍欄進行防火并設置警告牌。

3.2 礦區土石方調運方案

根據所制定的礦坑修復方案，需要從不同的位置進行土方調運[5]，在實際工作中可能會出現土方量不夠的情況。因此結合礦坑的實際地質情況及考慮調運的經濟性，對土石方的調運方案進行了規劃。其整體調運計劃如圖3。

由圖3 可知，區域A 回填所需的土石方可以由B1 區域的X1 和X2 削方段進行提供，若還是存在土方不足的情況，則可以再從X6 區域進行土方轉運。

在Z1 段筑坡所需的土方量可以從X1 區域轉運（此時應是在轉運到A 區域的土方還有剩余的情況下再轉運）；Z2 段筑坡所需的土方量可以從X2 區域轉運（此時應是在轉運到A 區域的土方還有剩余的情況下再轉運），若土方量不夠，則可以再從X6 和X4 區域拉運；Z3 段筑坡所需的土方量可以由X2 區域的削方推運回填，若出現土方量不足的情況，則可以從X3 區域、X4 區域、X5 區域靈活轉運，進而滿足回填和筑坡的需求。

4 礦坑綠植修復

礦坑地質條件修復完成后，需進行綠植修復，包括種樹、種草等。樹和草的品種需根據當地的實際情況，選擇能夠適應當地環境的綠色植被。

一般選擇根系發達、抗旱、抗澇能力強的樹種，包括刺槐、梭梭樹等[6]，能夠很好地起到固定邊坡泥土的作用。經過評估后在元寶山礦選擇了梭梭樹作為修復植被。在種植時首先進行培植坑修筑，坑深不小于500 mm，直徑不小于600 mm，所選擇的梭梭樹苗要求長勢良好，在栽種前利用浸根粉及保濕劑對樹苗根部進行浸泡[6]，提高樹苗的抗病性和成活率。栽種后在種植坑內加入不少于10 L 的水，使其徹底浸濕樹苗根部。在栽種后的第1 天、第3 天、第5 天、第10 天均需要進行澆水。

草本植物可以采用禾本科和豆科植物相結合的方式。禾本科植被具有發達的根系，不僅能夠固定土壤，而且能夠提高土壤的通透性。豆科植物則具有固氮、聚水的作用，不僅能夠改變土壤的機質而且能夠為禾本科植物提供養分。二者相互依存，能夠更好地保持礦坑區域的固土效果。禾本科植被選擇了白茅，豆科植物選擇了紫花苜蓿。草籽播種時采用了噴播方式，草籽的埋深為20～30 mm。在撒播完成后對撒播區域進行噴水，以水能浸透草籽埋深為宜。噴播時所使用的設備為噴播機[7]，將噴播機放在移動小車上便于快速移動，噴播效率高。

種樹和種草要進行合理的布置，一般將樹種植在砌筑的平臺上，每棵樹之間的間距設置為2 m；種草采用噴播的方式，撒播量按70 g/m2確定。在種完后需要進行定期養護和補栽，提高綠植的成活率。

5 治理效果分析

該礦坑修復技術已經在多個廢棄礦坑投入了應用。通過土石方回填的方案解決了部分區域邊坡坡度大、礦坑深度大導致的安全隱患；通過筑坡解決了過大邊坡坡度導致的邊坡垮落、泥石流等地質問題，在筑坡形成的平臺上能夠提供植樹所需要的平整空間，為綠植的種植和養護提供了基礎。通過近1 年的應用，目前廢舊礦區已完成了改造，綠植覆蓋率達到了76.4%，徹底解決了滑坡、泥石流、粉塵等問題，取得了極好的應用效果，具有推廣價值。

6 結論

針對露天礦坑所存在的地表破壞嚴重、粉塵、滑坡、泥石流等災害頻發，嚴重影響礦區正常生產的情況，提出了采用廢棄礦坑回填、地表綠植恢復的修復方案。將整個礦區劃分為5 個區域，對不同區域采取不同的處理方案，且通過精確計算土石方的量，實現了礦山修復過程中土石方的平衡消耗，提高了礦坑修復的效率和經濟性。通過在表面設置綠植，實現了對表面破壞地表的修復，解決了滑坡、泥石流等災害。