废弃矿井环境综合治理技术应用研究

郝迎宾

（邯郸市生态环境局 邯郸市环境保护宣传教育中心，河北 邯郸 056002）

0 引 言

矿产资源是国民经济发展和进步的重要保障，伴随煤炭矿井开采和新型矿井建设的需要，绿色矿山、智慧矿山成为发展趋势和理念[1-2]，也是践行“绿水青山就是金山银山”的必经之路。结合我国不同煤炭矿井开采条件，通过对多种矿山环境与恢复治理技术融合的研究，提出多种开采模式下的生态开采，形成以环境恢复治理为主的技术并应用到矿井中[3-4]。

“十四五”规划要求以绿色矿井、生态矿井开发开采为主，因此对城市周边废弃矿井的综合利用和治理问题越来越迫切，需要结合成功矿山环境恢复治理效果明显的案例，深度挖掘有利的矿山环境地质灾害的动态监测和治理技术，特别是矿山生态环境的恢复治理。

1 矿井开采带来的地质环境问题

煤矿开采以露天开采和井工开采为主，不同的开采方式造成的环境地质问题各有不同，需要采用不同的环境综合治理措施。京津冀地区的煤炭开采主要以井工开采方式为主，突出的环境地质问题为开采后形成地表破坏、地面沉陷以及强抽排造成的地表和一定地下含水层的破坏。

煤炭资源井工开采造成严重的地面沉陷，主要表现为采区范围内形成的岩土体变形地质灾害—地面沉降、地表开裂和地表建筑物的不均匀沉降造成的失稳等灾害[5-6]。矿井开采中形成的大量废气、废水和废弃物等形成的矿山环境污染问题，矿山开采活动形成的地表矸石堆放对周边生态环境形成的污染和破坏[7-8]，形成周边生态环境和水环境的破坏和有害物质的迁移。

2 废弃矿井综合地质灾害综合探测技术

2.1 地表地貌综合遥测技术

为充分掌握和评价井工矿井地表破坏区域和程度，在现状评估中，采用先进的遥感动态监测技术和激光雷达监测技术对井工开采影响区域内的地表、地形、建筑物等遥感图片或者激光雷达影像进行综合数据提取与分析，对井工开采前后地表破坏、变形以及整治后地表地貌等进行监测，通过对煤矿生产活动区域的地形地貌变化对比情况，评价出地表变形、位移的情况[9-11]。

地面的综合物探拟动态探测技术采用不同探测目的层深度，综合采用地面地震、面波、瞬变电磁等综合物探探测方法与技术，采用采前、采中和采后（治理阶段）综合探测成果对比，可评价出采掘活动造成的煤层上覆不同空间分布的岩土层破坏、变形、沉降位移等多参数的立体全空间分布特征，为环境综合治理提供地质依据。

浅层的地表破坏程度及其破坏空间特征分布可通过地表的综合物探探测方法来评价；地表地裂缝的综合探测可通过地质雷达进行探测；裂隙带的破坏和不同深度的浅表层采空区分布特征可通过浅层高密度电法进行评价。

2.2 浅层地下水体水力联系综合探测技术

地表水体、浅层地下水体和深层不同含水层之间的水体联系是开采形成水资源破坏程度最为重要的评价因素。针对地表水体和地下一定含水层之间的水力联系问题可以采用地面布置不同深度的地质钻孔，进行弥散实验，利用弥散实验测试数据对不同深度的含水层之间的水体联系、地下水体的径流、排泄等区域进行划分，综合评价和分析由于井工采掘活动造成的地表水体和不同深度地下含水层之间的地下水体的综合运移、径流空间分布特征，为地表水和地下水的综合保护提供数据和依据。

对地表水体和地下一定含水层的水力联系，通常可以通过对河流重点地段的河道漏失量的综合动态观测来佐证，利用地表河流的断面观测，对布置的断面采用长期动态观测方式，对采掘活动前、中和后期的河流一段进行漏失量的观测，分析评价地表水体与地下一定深度含水层之间的水力联系，进而评价出采空区不同地表地段的塌陷、破坏变形地段的破坏特征，为地表综合水体治理提供技术支持。

2.3 废弃物质的环境综合探测技术

对于地表采掘活动形成的大量废弃物质的堆积体，采用在线动态地质灾害监测系统，对地质灾害体进行综合动态监测。对于有污染物质的矸石山（废弃物质）堆积体，定期对周边一定深度的水体、岩体进行综合采样，分析评价采集样品的各种污染物质的迁移速度和方向，为综合地质环境、生态环境评价提供数据支撑。

3 综合环境恢复治理技术研究

3.1 多层次、多功能浅表层综合生态环境恢复与

治理技术

废弃矿井的地面破坏主要表现是地下采掘活动导致的地表不均匀沉降和塌陷。地表塌陷形成的多种塌陷地段，地表起伏剧烈，地下空洞范围较大，需要采用综合生态环境治理措施来恢复地表环境。对地表严重的塌陷区，需要对采空区进行工程治理，对圈定的塌陷区和采空区的位置进行综合探测，利用地表治理工程，对浅层的采空区进行开挖，进行回填土压实治理；对于较浅的采空区，利用地面布置的钻孔，采用无害材料进行充填加固。对于塌陷地段形成的陡坡、陡坎，采用工程消坡加固措施，对塌陷地段的工程地质问题进行综合治理。

对于地表采掘活动形成的大量废弃物质的堆积体（矸石山），利用地表生态环境监测数据分析、评价矸石山（废弃物）。通过地面修建隔离防护工程、封闭绿化废弃物堆积体的方式，改善堆积物的生态环境，以植被、种植草本植物等多种措施对堆积体的生态环境进行改良。

3.2 分区、分阶段综合生态环境恢复治理技术

重点区域、重点灾害位置采用短时段、重效益的综合环境恢复治理措施，对地表塌陷和地裂缝区域采用地表治理、平整和植被复垦等多种综合地质和生态治理技术，恢复浅层地表生态系统。对于堆积矸石山体，采用围挡、封闭等措施，同时结合矸石山植被种植、生态恢复技术进行综合治理。

4 煤矿综合治理技术应用分析

显德汪矿位于河北省西南部太行山的东侧，属于山前丘陵地段，地表被第四系黄土和冰碛物台地覆盖，厚度变化，为粉土、粉质粘土和砂砾石组成，典型的华北型地形地貌特征。主采煤层3层，上组煤为山西组1号和2号煤层，下组煤为太原组底部的9号煤层。矿井内经过多年开采，采空区分布广泛，上组1号和2号煤层多次重复开采，采空区未进行处理，下组煤层9号煤层部分地段形成采空区。

通过野外调查和分析，主要的环境地质问题为：多组煤层开采形成地面沉陷，地表沉陷值大于1.5 m。地表裂缝主要分布在地面沉陷区外围，呈环状分布，地裂缝表现为上宽下窄的拉裂缝特征，延展距离随着采区的扩大而变长。重要地段进行地表沉降量的动态观测（图1），表明开采中工作面中心地段的地表沉降量最大，两侧的沉降量逐渐变小的特点。

图1 工作面开采的地面沉降量观测曲线（垂直于工作面走向观测）Fig.1 Observation curve of ground subsidence in working face mining(observation perpendicular to the strike of working face)

地面沉陷地段重点治理措施采用填堵地裂缝和削高填低局部平整方式（图2），使土地基本保持原来倾斜程度。

图2 土地平整工程剖面Fig.2 Land leveling project profile

矸石山不稳定斜坡体，高度达82 m，边坡角度一般30°左右，局部近35°，在震动、暴雨、人工活动或其他因素诱发下有可能发生滑坡，威胁矸石山旁边的东风井及其附属设施设备、矸石的提升运输设施设备及其中的工作人员。对此重点区域，采用分台阶整平矸石山边坡（图3），台阶宽度2 m，间距10 m，分别采用5°和30°坡角。在平整的台阶上植树，用客土回填方式掩埋。

图3 矸石山边坡修整断面Fig.3 Repair section of gangue hill slope

同时在矸石山附近不同地段间隔（时间和空间）采样分析评价矸石周边土层元素分布特征，确定矸石中的不同元素对周边植被和生态环境的影响。同时布置不同深度的孔隙水文监测点，监测不同深度含水层的水量、水质、微量元素的变化。

5 结 语

针对当前河北省南部区域关停的煤炭矿井，以野外环境、地质问题为主线，采用多种、全方位的综合探测技术和综合治理方法，对存在的突出地质问题和地质灾害体进行综合评价，确定不同分区、不同阶段的综合环境、生态恢复治理措施，改良了废弃矿井区的生态环境，提高了综合资源利用效率。对废弃矿井引起的不同灾害类型综合评价分析基础上，采用分区、分段的综合生态及环境综合治理措施，对废弃矿井的重点环境地质问题进行综合治理，得到良好效果。