辽宁省梨树沟煤矿区地质环境恢复治理浅析

陈铁力，张秀敏，赵宏庆，杨淑红，鲍巨才

（1.辽宁省有色地质局108队，辽宁沈阳110013；2.吉林大学建设工程学院，吉林长春130026）

辽宁省梨树沟煤矿区地质环境恢复治理浅析

陈铁力1,2，张秀敏1，赵宏庆1，杨淑红1,2，鲍巨才1

（1.辽宁省有色地质局108队，辽宁沈阳110013；2.吉林大学建设工程学院，吉林长春130026）

梨树沟煤矿历经多个开采阶段，形成大面积的采空区及大量的废石堆，并引发地面塌陷、地面沉降及地裂缝等多种地质灾害，耕地、植被、水环境及大气环境等生态环境遭到严重破坏.采用物探、钻探等多重技术圈定采空区，实地调查桥梁、道路破损程度，针对桥梁、道路、采空区、废石堆等采取钻孔回填、灌注加固、搬运平整等不同技术手段进行处理.分别就坍陷坑、采空区、道路、废石堆复垦及水环境保护和花园式绿化提出不同的施工方案及技术要求，对该矿区地质环境恢复治理提出行之有效的建议.

地质环境；恢复治理；煤矿；采空区；复垦；辽宁省

Abstract：After a long period of mining,the Lishugou coal mine is left with large mined-out areas and numbers of waste heaps,causing ground collapse,land subsidence,geofractures and other geological disasters.The cultivated land,vegetation,water and air environment have been severely damaged.To locate the mined-out areas,geophysical exploration and drilling techniques are adopted.The damage degree of bridges and roads are investigated on the spots.The technical methods of drilling and backfilling,perfusion,moving and leveling are used.Different construction plans and technical requirements are made for the recovery of geological environment of the coal field.

Key words：geological environment;recovery;coal mine;mined-out area;Liaoning Province

1 地质环境恢复治理缘由

梨树沟煤矿属于较大的市级国有煤矿，位于辽宁省丹东市赛马镇西北约1 km，行政隶属于赛马镇，距国铁沈丹线草河口车站45 km，距凤上线灌水车站45 km❶陈铁力，鲍巨才，等.2009年度地质环境恢复治理项目可行性研究报告——丹东梨树沟煤矿矿区地质环境恢复治理项目.2009.（详见图1）.

图1 矿区交通位置示意图Fig.1 Traffic position map of the coal field

矿山自日伪时期开始，历经多个勘探阶段，共计钻孔几十个❷鲍巨才，朱建华，等.辽宁省凤城市梨树沟煤矿采空区调查与生态环境恢复设计.2005..该区从日伪时期已经进行开采，至后来的多次扩建扩采—破产停采—拍卖复采，直至目前资源枯竭而破产停采，经历多个开采时期.资料显示，该区已经资源枯竭，除部分保安矿柱外均为采空区，矿区地质环境严重受损.

该矿区开采活动延续时间较长，采空区范围及规模逐步扩大，开采煤层逐年增加，再加上不合理的以包代管等管理方式，造成的地质灾害现象逐渐显现出来，已经形成了大小不一的废石堆十几个，发生地面塌陷20余处、地裂缝多处，已经有部分地区发生地面沉陷.多年开采形成的废石堆主要分布在河道两侧及附近山坡上，对环境造成一定程度的污染，对周边水资源也造成一定影响.已经发生的地面塌陷、地面沉降及地裂缝等地质灾害毁坏了农田林地，破坏了道路设施，影响了车辆行人的往来.仍存在的各种地质环境问题隐患，不仅会继续毁坏山林农田公路，对当地居民的生命财产以及过往的车辆行人也构成严重威胁.

该矿区废石堆、地面塌陷、地面沉陷、水均衡等矿区地质环境问题已经相当突出❶陈为民，程国霞，等.辽宁省凤城市梨树沟煤矿地质灾害危险性评估报告.2007.，原有地形地貌遭到严重破坏，矿山生态环境已经恶化，水资源系统被破坏，这些诸多的地质环境问题急需要治理.

2 地质环境恢复治理区特征

矿山地质环境问题是指矿业活动作用于地质环境所产生的环境污染和环境破［1-2］.主要包括：大气、水、土等遭受污染，采空区引发地面塌陷，山体开裂、崩塌、滑坡、泥石流，侵占和破坏土地、水土流失、土地沙化、岩溶塌陷、矿震、尾矿库溃坝、水均衡遭受破坏、海水入侵等［3-4］.矿山环境受地质构造条件和矿床产出位置的严格限制［5］.

该区地质环境恢复治理主要以矿区范围为参考界限，以矿区开采影响范围作为地质环境恢复治理区.

2.1 地形特征

研究区所处地貌单元为山地丘陵和河流阶地.该区北部及南部少部分地区属于山地丘陵，地势较缓，标高在270～450 m之间，坡度角一般为15～25°；中南部地区属于河流阶地，地势平坦，标高在246～270 m之间，坡度角小于5°.

2.2 地质特征

区内地层缺损较多，发育的地层主要分为3部分，分别为：元古宇青白口系钓鱼台组（Qnd）及南芬组（Qnn）和古生代寒武—奥陶系（C-O），作为基底岩层；中生界侏罗系中统大堡组（J2d）及三个岭组（J2s），为主体煤系地层；煤系地层之上为新生界第四系（Q）❷陈铁力，鲍巨才，等.2009年度地质环境恢复治理项目可行性研究报告——丹东梨树沟煤矿矿区地质环境恢复治理项目.2009..侏罗系与基底岩层、第四系之间均为不整合接触［6］.该区为一复向斜构造，近东西向，向斜南翼为厚层大堡组，倾向北，倾角一般为40～50°，向斜北翼被三个岭组超覆掩盖［7］，倾向南，倾角一般小于10°.

2.3 水文地质特征

研究区存在较为丰富的第四系潜水，并与地表水连通，对煤系地层存在补给作用.区内寒武—奥陶系的石灰岩地层中岩溶较为发育，含水丰富.该区煤系地层（侏罗系）本身也属于含水地层［8］.最初设计的河道保护煤柱已经遭到破坏，致使河水对地下开采区形成充水作用.区内煤层已大面积开采，引发其上岩层发生下沉甚至断裂［9］，使地表水更易充分补充，另外井巷及采空区积水也为今后的开采活动带来困难和危险.

2.4 矿床特征

研究区煤层较发育，厚度大，但变化也大，结构复杂，并遭受火成岩侵入破坏［10］.向斜南翼煤层倾角相对较大，一般为40～50°；向斜北翼煤层倾角相对较缓，一般约为10°.该区可采煤赋存于中生代侏罗系中统大堡组，共有5个煤组.其中三煤组保存最好，厚度大，分布广；二煤组较之三煤组略差；一煤组保留面积较小，仅存在于矿区东部；四煤1、2在成煤后期遭受较强的剥蚀作用，致使尚存范围很小，仅在矿区中部可见.

3 地质环境恢复治理区地质环境问题

3.1 矿业活动引发的主要地质灾害

研究区除部分保安矿柱外均为采空区.采空区埋深大部分都大于50 m，仅在煤层露头附近小于50 m.伴随着资源枯竭，对部分采场保留矿柱进行残采，矿区地面塌陷、地面沉降及地裂缝日趋频繁.

3.1.1 地面塌陷隐患

该区目前已经发生地面塌陷24处.其中，2008年以前共发生21处，目前已经回填；2009年新发生3处❶陈铁力，鲍巨才，等.2009年度地质环境恢复治理项目可行性研究报告——丹东梨树沟煤矿矿区地质环境恢复治理项目.2009.（见图2）.

图2 2009年新发生的塌陷坑之一Fig.2 Collapse crater formed in 2009

3.1.2 地面沉降隐患

据现场调查和走访，该区内普遍发育采空沉陷地质灾害，较大沉降带有3个，长度在几十米至几百米，宽度一般几十米，最宽的超过百米.

3.1.3 地裂缝隐患

区内地裂缝发育较多，大小不一.较大的地裂缝长度约100 m，宽度0.7～0.8 m，深度不明.多处地裂缝都已经及时填埋，实际规模无法核实.

3.2 环境污染

3.2.1 大气环境污染

目前该区已经因资源几近枯竭而停止开采，对大气环境的影响主要来源于矸石的自燃以及当地居民生活产生的燃煤废气.居民生活废气对大气环境影响较小，矸石自燃产生的废气对大气环境起到破坏性的影响.废气中主要污染物有CO2、CO、SO2等.除矸石自燃破坏大气环境外，先前矿山的生产对大气环境也产生了较大影响.

3.2.2 水环境污染

开采阶段大量的矿井排水已经造成该区地下水水位下降，大部分民用水井已经干涸，居民几乎失去了基本的生活用水来源.河床底部的采空区容易形成塌陷，使河水汇入采空区，造成河流断流.

污染该区水环境的废水主要来自矿坑排水、废石堆渗水以及日常生活用水，废水中可能含有可溶性矿物及废弃物等.这些废水流经地表汇入河流，使河流水质有所改变（见图3），并对周边居民的饮用水造成影响.

图3 被污染的河流Fig.3 The polluted river

根据丹东市疾病预防控制中心对河水采样监测结果（取样、检测依据《生活饮用水标准检测方法》），其30个检测项目中，色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、总硬度、菌落总数、COD、游离性余氯、总大肠菌群等9项指标均有不同程度地超过《生活饮用水卫生标准》（GB/T5749-2006）中标准要求，已经不能满足居民的生活饮用.再度污染之后很有可能不能满足其他生物生存需要，形势十分严峻.

3.2.3 生态环境破坏

梨树沟煤矿经过几十年的开采，在矿区内形成了规模不同的矸石堆十几个，主要分布在河道两侧及附近山坡上.堆积面积达到46 519 m2，体积达到116 946 m3，存储量达到19.88×104t.其中堆积高度最大的达到10 m，占地面积最大的超过10 000 m2.

3.3 区内建筑受损情况

3.3.1 居民房屋受损情况

经过现场调查走访，对区内房屋受损状况有了清楚的了解.本区共有居民422户，调查了274户居民.按照《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）和《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99），房屋受损严重的有239户，较严重的有27户，较轻的有8户❷陈为民，程国霞，等.辽宁省凤城市梨树沟煤矿地质灾害危险性评估报告.2007..房屋均为砖混结构，墙体内外均出现1～3 cm的裂缝，个别超过5 cm，部分墙体向外倾斜，墙壁断开，少数房屋出现整体下沉、倾斜，受损时间一般在2000～2007年间.

3.3.2 道路、桥梁受损情况

采矿活动造成区内道路、桥梁严重破坏.道路出现不同程度的裂缝、凹陷、破碎等情况，路面变得起伏不平.河流桥体已经开裂，桥面及桥底破坏都比较严重.

4 地质环境恢复治理技术路线和工作方法

地质环境恢复治理要坚持以保护人的生命财产和生存环境为中心［11］，采取以下技术路线：通过野外对塌陷区的调查，采用物探、钻探等多种技术手段，设置沉降观测点、水文观测点、大气监测点等方法，比较精确地圈定塌陷区的范围、塌陷程度及沉陷区沉降幅度、水环境变化情况、大气变化情况等，提出合理的防范与治理措施，并进行土地整理，创造有利的生存条件，通过植树种草恢复生态环境，并以此推动周边矿区的全面治理与生态环境恢复.

根据该区地质、地貌、气候、水文、水土化学条件等诸多因素，选用因地制宜的技术方法：由于采空区距离地表较近，采用物探方法即可识别其地下形态，采用平行剖面或网状剖面布线以达到较为准确的目的，并采用钻孔方式进行局部验证；对塌陷坑进行回填，复垦绿化，消除地面塌陷隐患，保障当地居民生命财产和农业、林业生产的基本条件；对废石堆采用搬运、平整压实、绿化治理相结合的方式治理，从根本上改善矿区地表砂砾化、荒漠化景观；对就坡的不易平整的废石堆实施溢洪疏通，排水沟、道路修复工程，覆土绿化，彻底消除泥石流隐患对当地居民的生命财产威胁；对矿井排水、废石渗水进行水环境治理工程，保证下游村民牲畜饮水安全；对矿区内原有道路、桥梁及新设计的道路、排水沟、防洪墙进行防塌陷工程；土地整理采用带状和穴状整地［12］的方法，并配套道路修筑；种植树种选择本地生树种为主，适当引进新的草本和灌木因地制宜分区种植；对部分受采矿影响较轻、房屋损坏程度较小的居民住宅实施修复保护工程，确保当地居民的生命、财产安全；对受采矿影响较大、房屋损坏严重的居民实施整体搬迁；消除原国有矿山遗留地质环境问题，为全省类似矿区地质环境治理探索积累经验，推动矿山地质环境恢复治理工程的进程.

5 地质环境恢复治理施工技术要求

5.1 塌陷坑回填复垦技术要求

塌陷坑回填施工前应进一步核准其边界，并由外向内边回填边压实，逐步推进.下部用矸石充填，上部近地表0.5～1.5 m处应覆盖黏土和耕植土，平整压实后进行植树绿化或恢复耕种.黏土层起到防止降水入渗作用，保护深部采空区，利于植物生长.对存在塌陷可能的采空区或巷道，应在其影响范围附近设立警示标志，避免地面塌陷造成人员伤亡.

5.2 采空区回填复垦技术要求

目前，废弃巷道已经缺少通风设施，并且个别地段已经存在塌方，缺少必要的安全保证，所以采空区（包括废弃巷道）已经无法通过原有巷道进行回填，只能采取自然冒落、打孔灌浆［13-14］（主要针对采空区或废弃巷道上方原有及规划道路、矿部、桥梁、河床以及复杂采空地段）的方式进行处理.部分废弃的井口已经堵死，包括人为工程及自然塌方；其余未被堵死的井口，采取爆破灌浆方式将其堵死，并按照当地地形及植被将其恢复治理.在存在塌陷可能的区域设置简易警示标志，在废弃巷道口设置长期性警示牌.

5.3 道路复垦技术要求

原有部分公路、矿部、河床、桥梁及规划新设计的部分道路、防洪墙、排水沟等位于采空区或巷道之上，存在遭受地面沉陷而破坏的可能.在公路两侧采空区及废弃巷道、居民房屋上方合理设置投料孔，要求打到设计要求的采空区或巷道位置.

通往各矿部及各开采矿井重新铺设6 m宽公路；为方便农民耕种铺设3.5 m宽的田间道路.公路及道路下面用废石铺垫，掺和细小废石，上面铺垫薄层黏土，其上用细砂压实.道路两侧分别修建简易排水沟，公路两侧按照0.5 m宽、0.3 m深修建，其他道路两侧按照0.25 m宽、0.3 m深修建.沿公路两侧种植3排树木、田间道路两侧种植两排树木，用于绿化环境及防风固沙.其他清理之后的土地与原耕地统一进行复垦，应用于农田耕种.

5.4 废石堆复垦技术要求

废石堆治理以搬运、平整压实、绿化治理相结合为基本原则［15］.需要客土覆盖时首先按照种草的标准覆盖0.2 m黏土层、0.05 m耕土，再以0.5 m×0.5 m×0.6 m规格的穴栽法进行树木种植，树木之间种草.

耕地区范围内的废石可以用于回填；斜坡上的废石堆依据地形条件进行平整、压实，设计为坡度角30°的绿化斜坡；河岸两侧的废石堆修建底宽0.8 m、上宽0.4 m、高1.5 m的毛石混凝土结构防洪墙（见图4），防止河水过大时携带废石；汇水区域内的废石堆修建宽0.8 m、高0.5 m的毛石混凝土结构的排水沟（见图5），将山坡汇水直接导入河流支流中.部分废石可用于修建防洪墙、排水沟，部分矸石可以进行粉碎用于制砖、水泥及其他建材产品.

图4 防洪墙设计施工简图Fig.4 Design drawing of the flood wall

图5 排水沟设计施工简图Fig.5 Design drawing of the drain

5.5 水环境保护工程

对河床下面及附近的采空区及时回填，在枯水季节对河流进行引流或截流，用黏土对河床进行隔水层设置，铺设防水卷材，并在河流两岸修筑防洪墙，减小河水的入渗，消除其灌入采空区的可能；在巷道内合理位置设置污水处理设施，对矿井排水进行处理，减小甚至消除矿井污水对地下水及河流的污染；对废石堆进行处理，并在上面设置隔水层，防止雨水对废石的淋滤作用造成地下水及河流的污染.

5.6 花园式绿化工程

对居民区、道路两侧存在的荒地进行精心设计，因地制宜种植观赏性树木、花草［16］，构成一条完美的生态走廊.对历史形成的废石堆进行清理，种植适宜的树木、草皮或爬藤类植物护坡，全面提高该区植被覆盖率，减少水土流失，减轻或消除千疮百孔、粉尘飞扬的不良景观，将该区建设成为山清水秀的花园式居民区.

研究区地质环境恢复治理工程概况见图6.

图6 梨树沟矿区地质环境恢复治理工程概况简图Fig.6 Sketch map of the geologic environment recovery engineering in the Lishugou coal field

6 地质环境恢复治理工作小结及探讨

通过以上地质环境恢复治理方式方法对研究区进行地质环境恢复治理之后，该区地表基本可以保持矿山开采工程活动之前的地貌原状，在耕地面积、绿化程度、交通状况及水环境、大气环境均会有不同程度的提高，但是所需治理费用也是相当高的.

全国类似于本区的历史遗留矿区多之又多，特别是东北地区这样的老工业基地，这些矿区的恢复治理费用只能由国家及当地政府来承担，投入会相当巨大［17-18］.对于类似于该区的老矿区，是否可以采用以下方式呢？对交通流量相对较大的道路及相应桥梁进行加固治理，其他采空区域平整复垦后通过植树种草进行绿化，使其随着时间推移自然冒落或沉降［19］，这样需要的费用相对较小，可以大大节省一次性投入.当然，该种恢复治理方法弊端也较大，首先是整平复垦绿化的过程中存在很大危险性，其次该区域日后必须尽量控制人为活动，三是需要长期的不定时的投入.

总之，地质环境恢复治理是一个比较新的课题，在不断探索新方法新技术的同时，还要根据不同地区不同环境不同的恢复治理要求进行个案分析，进行更为合理的设计施工.

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PRELIMINARY ANALYSIS ON THE GEOLOGICAL ENVIRONMENT RECOVERY IN LISHUGOU COAL FIELD,LIAONING PROVINCE

CHEN Tie-li1,2,ZHANG Xiu-min1,ZHAO Hong-qing1,TANG Shu-hong1,2,BAO Ju-cai1
（1.No.108 Team,Liaoning Bureau of Nonferrous Geology,Shenyang 110013,China;2.School of Construction Engineering,Jilin University,Changchun 130026,China）

1671-1947（2012）03-0326-06

X141

A

2011－06－15；

2012-05-15.编辑：张哲.

陈铁力（1979—），男，地质工程师，在职硕士研究生，主要从事建设项目地质灾害、矿山地质环境等研究工作，通信地址辽宁省沈阳市沈河区北京街7号辽宁有色大厦29楼，E-mail//charm79tn@126.com