矿山地质环境治理影响因素分析与治理措施

2017-09-03古玉葵陈路良

露天采矿技术 2017年9期

关键词：排土场环境治理矿区

古玉葵，陈路良

（云南省小龙潭矿务局，云南开远 661699）

矿山地质环境治理影响因素分析与治理措施

古玉葵，陈路良

（云南省小龙潭矿务局，云南开远 661699）

通过对小龙潭矿区存在的矿山地质环境问题进行影响因素分析，归纳总结矿山地质环境治理工作的特点，对治理工作进行探讨，以便为矿山后续的矿山地质环境治理工作提供支持。

矿山地质环境；影响因素；分析；治理措施

0 引言

小龙潭矿区为南北长7 km，东西宽约2～3 km的椭圆型山间盆地，面积约21 km2，四周高山由二迭系、三迭系灰岩、沙岩、页岩及始新世小花山砾岩所形成，喀斯特发育；盆地中部为第三系褐煤、泥灰岩及第四系表土所沉积，地质构造复杂。矿区经过60多年的开采，地质环境发生了很大的变化，矿山地质环境历史遗留问题多。同时，受地层岩性复杂、采矿工程活动强烈的影响，矿山环境问题类型多、条件复杂。随着矿区开采的不断进行，各类地质灾害现象凸显，为保证矿山持续性的安全高效开采，必须开展矿山地质环境治理。

1 矿山地质环境影响因素分析

矿山地质环境的影响因素呈多样性，各影响因素在一定程度上又有一定的内在联系。通过对矿区存在的地质灾害隐患和矿山地质环境问题的分析，结合地质勘察、监测等资料，对其影响因素进行分析归纳。

1.1 地层岩性的影响

第四系（Q4）岩性多为黏性土，岩层的厚度变化较大，呈可塑或硬塑状，具有中度或低度压缩性，其透水性弱，富水性差，结构较疏松，具高孔隙比，失水剧烈收缩，普遍发育胀缩裂隙。易发生滑坡失稳、不均匀沉降、垮塌。

薄煤层段（N1-2x2）：呈半固结状态，可塑性强，呈薄层状、中层状产出，节理不发育，地层呈板状或薄板状，软弱层最多，抗水、抗风化能力差，风化后呈土状，呈软-可塑状，抗压强度低。该岩土稳定性差，构成边坡变形破坏的潜在软弱面（带），易发生滑坡、垮塌，是对边坡稳定影响最大的岩层。

主煤层段（N1-2x3）：巨厚褐煤层，水平层理及微波状层理，夹多层薄层状含炭粘土岩，粉砂岩、夹矸，夹层抗风化和抗水性能力差，风化后呈土状，呈软-可塑状，抗压强底低。长时间暴露易风化呈散体状，发生自燃，构成边坡易沿泥化夹层发生滑坡[1]。

泥灰岩段（N1-2x4）：为巨厚岩层状，性脆，较硬并可塑状，易产生裂隙，其松动带内次生裂隙较发育。断裂带附近可能发生崩塌。

1.2 软弱结构面的影响

矿区岩体中的许多结构面，或本身就是软弱夹层（如炭质黏土岩及劈理带），或是由于受爆破、卸荷、风化及地下水等作用软化、泥化形成软弱结构面。Q4黏土、粉质黏土与N1－2x1－2黏土岩接触面、N1－2x3褐煤与N1－2x1－2黏土岩接触面、N1－2x3褐煤层中煤与夹矸的接触面等，这些接触部位上下联接力较差，强度差异也极大，加之N1－2x3、N1－2x2、N1－2x1中的炭质黏土岩夹层为软弱夹层，包括T2g2地层中的层间泥化夹层或泥膜，具有强度低、易泥化软化、易崩解，是影响边坡稳定性的主要软弱结构面[2-3]。

1.3 地质构造的影响

对矿区影响较大的断层有F2、F3、F4、F7、F8，从钻孔资料可以看出，周边岩体多有扭曲、挤压、破碎现象。特别在布沼坝露天矿西帮边坡，受主要断层（F7、F8）及向斜构造的影响，地层发生倒转，致使灰岩覆盖于黏土岩之上，同时岩体破碎，灰岩岩体中的层间泥化夹层、节理裂隙面、黏土岩弱层使得西帮岩层力学强度较低，同时西帮岩层局部边坡角相对其他位置较大，在构造作用的影响下易发生滑坡、崩塌，是矿区潜在的最大、最严重的地质灾害隐患。

1.4 采剥排工艺的影响

采场内的采剥推进速度受煤炭市场需求变化的影响呈不规律性，部分台阶很长时间内无法推进，长期暴露受地表水、风的侵蚀造成局部台阶垮塌；部分台阶因出煤需要而高强度推进，台阶防排水工程的建设跟不上采剥工程的推进，台阶平台易积水，下渗给采剥工程带来不便或造成局部台阶跨塌；排弃物料受采剥工程的制约，易造成单一物料排弃，易形成潜在弱面，影响排土场的边坡稳定性。

1.5 水的影响

地表水的影响。排土场边坡受地表水汇流冲刷，易形成侵蚀沟引发坡面水土流失或坡面泥石流，破坏边坡稳定性；地表水下渗，岩土体力学强度降低，易形成软弱结构面导致边坡稳定性降低；随着开规模的扩大，采坑将成为地表水、地下水的排泄中心，虽然采坑周围已修建有完善的防洪沟、截水沟和台阶平台疏干排水沟，但雨季暴雨时仍可能造成矿坑局部集水，对采剥工程造成影响。

地下水的影响。受地质构造的影响，承压水、高低水位区的存在，弱化了岩土体强度，导致边坡易失稳，同时，部分时段需要抢采，超静水压来不及消散是矿区生产的巨大隐患[4]。

1.6 爆破震动的影响

矿区开采爆破作业，振动载荷在岩体中以应力波的形式传播[5-6]，会对边坡岩体结构面和稳定性产生影响，造成结构面的渐进破坏和岩体的变形[7-8]，继而加速边坡的变形或垮塌。

1.7 煤层自然的影响

经实验，煤田煤样的吸氧量是2.97 L/g，煤层自燃倾向性为一类，属于容易自燃煤层。煤层具有自燃倾向性。根据坑下实际测试，煤体自燃发火期为20 d至8个月，一般为40 d左右。矿区煤层为褐煤，变质程度较低，而且煤的硬度较软。对于煤层自燃情况采取洒水的方式进行灭火，煤层自燃会使煤体软化膨胀，再加上灭火洒水的影响，会使自燃煤体强度大幅度降低，这对煤层台阶的边坡稳定性带来了不利影响。

1.8 空气污染和噪声污染的影响

采煤、剥离、排弃和重型汽车运输会产生一定扬尘使采坑及其周围地区受到不同程度的污染。生产设备和交通运输产生的噪声对作业环境影响较大，对外环境有一定的影响。

2 矿山地质环境治理的特点

2.1 矿山地质环境治理的系统性

矿山地质环境问题情况复杂、影响因素多，因此矿山地质环境治理是一项复杂的系统工程，治理必须统筹考虑整个矿区，考虑各种影响因素，同时要结合矿区的开发利用方案、初步设计、采剥设计、防排水规划等，统筹考虑、合理安排，使治理工作在时间上有序衔接，在空间上形成一个点、线、面有机结合的整体。

2.2 矿山地质环境治理的时效性

矿山地质环境问题随着露天矿的开采不断发生变化，在制定治理措施时，须充分考虑后续的采剥排工程对治理区的影响，考虑各种影响因素可能造成的治理措施的有效性和有效时间，从而把握治理的时间切入点，制定切实可行、经济的治理措施，使治理效率最大化和投资效率最大化。

2.3 矿山地质环境治理的紧迫性

矿山地质环境问题点多面广，危害程度各不相同，应按“轻重缓急”的原则，优先对危害程度高、对周边环境影响大的应尽早尽快进行治理，任其发展将带来更大的危害。

2.4 治理措施的有效性

在考虑治理措施时，应充分考虑矿区的地理环境、生态环境、地质条件等各种因素的影响，有的治理措施设计时只考虑符合规范要求，但并不符合实际情况，实施后发现效果不佳或起不到效果。

3 矿山地质环境治理的原则及措施

矿山地质环境问题点多面广，随着采矿活动的开展而不断发展变化，同样的问题在不同区域的表现形式也各不相同，结合不同区域的特点，按照“治理分区，工程分级、因地制宜”的原则，制定有针对性的治理措施。

3.1 治理分区

通过评估矿山地质环境问题的影响范围、危害程度，结合矿山环境发展变化趋势，将矿区矿山地质环境治理区域划分为治理区、恢复区和防治区3级。

治理区，重在“治”，主要针对已存在变形失稳的边坡区域、存在矿山地质环境治理问题且发展速度快影响大的区域。

恢复区，重在“复”，主要针对采场排土场到界区域、运输道路两侧等。以植被恢复、土地复垦恢复矿区生态环境为主。

防治区，重在“防”，以预防为主，通过治理措施或工程，消除小问题小隐患，防止其影响和危害发展扩大。

3.2 工程分级

根据治理措施的投入、时效等因素，将治理措施分为治理工程、维护工程和临时工程3类。

3.3 因地制宜

对于因地层岩性、产状、软弱结构面等地质因素造成的矿山地质环境问题，其影响因素是客观存在无法改变的。通过加强监测，及时掌握其变形规律和发展趋势，做到实时预警预报；对存在失隐、滑坡危险的区域实施清方减载、加固等工程治理。

对于因采剥排工程造成的影响，则通过优化设计、调整工艺，将影响降至最低。对采场排土场的到界区域，植树造林固土护坡，提高边坡稳定性和避免水土流失；对有复垦条件的排土场到界区域，客土恢复耕地，提高土地利用率。

建立完善防排水系统，避免水对其的影响；对采场工作帮，不适合建设永久或长期性排水沟，但又急需解决台阶排水问题，采取开挖临时排水土沟疏干排水，是最经济的方法。排土场新到界区域，由于排弃物松散，易发生不均匀沉降，先开挖临时土沟疏干排水，易下渗区域辅以防水土工布，同时加强监测，根据沉降监测数据判断排弃物确定永久或长期性排水沟的建设。

4 结语

矿山由于矿石类型、赋存条件、开采方式、地质环境容量的不同,对矿山地质环境的破坏程度不同,因而治理方法、治理措施、治理思路应结合矿山实际情况。在矿山开发过程中，坚持预防为主、综合治理，系统的、有针对性的采取合理、经济、可行的治理措施，只有将工程措施与生物措施紧密结合才能切实解决矿山地质环境问题与地质灾害隐患，保护和改善矿山环境，创造良好的矿区生产生活环境。

［1］马明，陈路良，马娟．布沼坝露天矿西帮边坡稳定性分析［J］．煤炭技术，2015（1）：227-230.

［2］赵建康，张天文，马明．布沼坝露天矿西帮清方减载设计及实施［J］．露天采矿技术，2014（9）：51-54.

［3］张天文.小龙潭矿区边坡工程综合治理［J］.露天采煤技术，2000（2）：14-15.

［4］马明，艾畅，王俊，等．水浸基底排土场边坡稳定性研究［J］，煤炭技术，2015（9）：212-215.

［5］陈明，卢文波，舒大强，等．爆破振动作用下边坡极限平衡分析的等效加速度计算方法［J］．岩石力学与工程学报，2009，28（4）：784-790.

［6］张天文，才庆祥，冀宪成，等．爆破振动对露天矿边坡稳定性的影响［J］．金属矿山，2016（3）：48-52.

［7］杨国梁，杨仁树，车玉龙．周期性爆破振动下围岩的损伤累积效应［J］．煤炭学报，2013，38（1）：25-29．

［8］何理，钟冬望．爆破载荷作用下的岩质边坡动力稳定系数［J］．武汉科技大学学报，2011，34（4）：317-320．

【责任编辑：张夙】

Analysis of geological environment governance factors and controlm easures in m ine

GU Yukui,CHEN Luliang
(Yunnan Province Xiaolongtan Mining Bureau,Kaiyuan 661699,China)

Through the analysis of influencing factors of mine geological environment problems in mining area,the article summarized the characteristics of mine geological environmental governance work,and discussed the governance work,in order to provide support formine geological environmental governance.

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