抚顺西露天矿北帮地质环境综合治理工程实践.pdf

一 霹夭采矿技术2 0 （］ 年 第 6 期 18 抚 顺 西 露 天矿 北 帮 地 质环 境 综 合 治 理 工 程 实 践 申力 （ 煤炭 科 学研 究 总 院抚 顺 今 院， 辽 宁 抚 顺 1130 0 1） 摘要 衣 分 析 抚 顺 西 露 天 矿 地 质 环 境 条 件 及 矿 山 开 采 技 术 争 件 的 基 础 上 ， 进 行 了矿 山 环 境 地 质 问 题 的 今 折 评 价， 结 合 矿 山 资 源 开 发 、 灿爪环 境 建 设 的 现 状 ， 针 对 突 出 的 环 境 地 质 问 题 提 出 了 整 体 犹 化 的 综 合 治 理 方 案 ， 以 初 见 咸 效 的 示 范 工 程 为 例 ， 探 讨 矿 区 生 态 重 建 问 题 。 关 键 词； 环 境 地 质 问 题 矿 山 ； 生 态 重 建； 综 合 治 理 中日 分 类 号 X 4文 献标 识码 B丈 章编 号 16 7 1－ 98 16 （2 0 0 8 ） 0 6 － 0 0 18－ 0 4 生 态 环 境 保 护 整 治 与 土 地 复 垦 规 划 ” ； 国 土 资 源 部 站 在 战 略 的 高 度 ， 批 准 实 施 了 “抚 顺 西 露 天 矿 北 帮 环 境 治 理 示 范 区 一 期 工秽 ’ 等 一 系列 的 矿 山 地 质 环 境 洽 理 项 目。 前 互 回 杯顺且仲贴J肘l川 耳正辄推窟惕去困却求的甘矿 以 ＊ r＊ t八三 】 J 网俚”仆 卜 q ／】 川 、 W二 岁 N匡 问 【W厂 卜 ＞ N川 问J ／ 龟 叨 偷肃杯顺m平俚七闸宕恰屎作中雷十舌龄的同附 砌本水＿玄川的法伽偕榆大田小灿其酣憎恤竺俪 应 当 看 到 ， 矿 山 环 境 地 质 问 题 具 有 多 种 要 素 和 多 种 过 程 的 综 合 作 用 特 点， 同 时 在 地 区 上 具 有 明 显 的 差 异 性 。 结合 矿 山建 设 及 矿 业 活 动 的 工 程 效 应 ， 对 环 境 要 紊 、 环 境 过 程 进 行 定 位 试 验 研 究，开 发 适 用 于 矿 山 环 境 治 理 的 实用 技 术 ， 提 供 工 程 性 示 范 ， 然 后 推 广 到 一 定 的 区 域 。 抚 顺 西 露 天 矿 地 质 环 境 综 合 洽 理 工 程 实 践 表 明， 这 是 矿 区 生 态 重 建 行 之 有 效 的 方 法 。 本 文 以抚 顺 西 露 天 矿 北 帮 地 质 环 境 综 合 治 理 初见 成 效 的 示 范 工 程 为 例 ， 探 讨 矿 区 生 态 重 建 问题 。 境 地质 问 题 。 其 特点 主要表 现 在 以下几个 方 面； ① 地 质 环境 的复杂性； 煤系地 层 由 于沉积 环境 等 原因， 地 质 条 件 复杂， 断 裂构 造汀 l 、 FA ） 规模 大 ， 岩性 岩相 变 化大， 岩土工 程地质性 质不 良；② 工 程 恬 动的多 样 性 露 天开采 和井工开 采的 复合 作用 ， 使 得 周边地 区 几乎全 部处 于采 矿岩 移扰动 范 围 内；③ 矿 区位 置 的 特殊性 露天 矿开采影 响 区位 于城 市 中， 横 贯市 区及 工业 密集区， 这一特殊 性决 定 了环 境地 质 灾 害防 治 的紧迫 性和重 要性；④ 环境 地 质灾 害 的多 发性 和持 续性 随着采 矿工 程活 动 规 模、 强 度 的扩 大儿质 环 2工 程概 述 境条 件 的渐变脆 弱， 环境地 质灾 害在 空间、 规模 和 发 生频率 上均显 现 出一定 程 度地 延续 和 增强， 并 会 在 采 矿活 动停 止 后仍 将在 一 定 时 问范 围 内持 续 下去。 由于上述 原 因， 使得周边 地 区的生 态环境 ． 工 业 及民 用 建筑 物、 生 活区， 对 矿山工 程 活动 引发 的环 境地 质 灾 害特 别敏感， 影响 范围广， 灾 害影 响后 果 严重。 抚顺酉露 天矿 北 帮环境 治理 示范 工程 ， 是 在 环 境 遭受 开采 破坏 的 北帮相 对稳定 的沉 陷滑 移变 形 区 上开 展的一 项兼 有 环境治 理、 灾 害 防治 的示 范工程 ； 同 时 又是 一个涉 及诸 多 学 科 领 域 的 复 杂 的 系统 工 程。 技术路 线 应本 着全 固规 划、 突 出重点、 困地 制宜。 稳步 实施 的原则 ， 分 阶段进行。 其 技术路 线框 图见 图 1。 首 先通 过对 地质 环境 和环境 地质 灾害 的勘 察、 分 析及 试验， 进行 灾 害 区划， 对 重点 区段成 灾性 及对 地 多年 来， 抚 顺采悯泼 的 环境 地 质灾 害 问题 ， 一 直十 分突 出， 国家、 省＼ 市 等 相 关 部 门 及单 位 极 为重 视。 国土资 源部、 科 技部分 别列 项 实施 了“ 抚顺 西露 天矿 闭坑前后 环境 地匝灾 害勘 查与 防治 对 策研 究” 。 “ 露 天矿闭坑 前后环 境灾害 顶恻 及 防治 技 术研 究” 等 相关课 题研究； 抚顺 市亦适 时 编制 了“ 抚 顺 市 区矿 山 质 环 境 影 响 等 灾 变 进 行 评 价， 进 行 在 监 控 技 术 数 据 指 导 下 的 综 合 治 理 规 划 和 示 范 工 程 “ O 抚 顺 酉 露 天 矿 北 帮 环 境 治 理 示 范 区 一 期 工程 选 址 于 抚 顺 市 新抚 区 兴 平路 西 段 南 侧 ， 西露 天 矿 北 帮 中 部 的 上部 区 段 ， 面 积 6 5 h介。 该 地 段 与 市 区 接 壤 ， 矿 区 周 边 居 民 生 存 环 境 、 生 态 环 境 差 ； 受 采 矿 工 程 活 动 及 地 质 条 件 影 响 ， 边 坡 及 地 表 变 形 破 坏 相 对 其 他 地 段 稳 定 ； 工 程 实 施 后环 境 效 益 、 社 会效 益 显 著 。 收 稿 日 期 2 0 0 8 0 9－ 2 2 作者 简 介 申力 （196 9 一 ，男 ，四 川 开 江人 ， 高 级 工 程 师 ， 1991牟 卑 业 于 成 都 地 质 学 院， 现 衣 煤 炭 科 学 研 究 总 院 抚 顺 务 院从 事科 研 技 术 工作 。 一 霓夭采矿技术2 0 0 8 年 第 6 期 19 富矿， 平 均厚 8 3 m， 下部 为贫 矿， 平均 厚 30m O ④ 主 要含 煤 系， 为 本层 煤， 特 厚、 连 续， 由西 向东， 由浅 向 深逐渐 变薄， 厚 度 川 －145m 。⑤ 凝灰 岩、 砂 岩系， 为 主要含 煤系 的底板 层系， 厚度 沿走 向变化 较 大， 平 均 厚 6 3 m。⑤ 玄武 岩系， 由玄武 岩和凝 灰岩构 成， 平均 厚 兀 m。①下部 含煤 系， 主要 由玄 武岩、 凝 灰岩夹 层 及 B层 煤 构 成 ， 厚 度 52 － 12 5 m。 植 被 ， 抚 顺 地 区 自 然 植 被 以长 白 植 物 区 系 为 主 ， 兼 有 华 北 和 蒙 古 区 系 的 种 类 ， 并 混 有 少 量 南 方 的植 物 品 种 ， 属 于 温 带 针 阔 混 交 林 带。 植 物 共 有 131 类 97 0 余 种 。 代 表 植 物 红 松、 沙 松、 紫 杉 等 。 但 由 于 煤 矿 长 期 开 采 和 人 为 破 坏 ， 原 始 植 被 己 荡 然无 存 ， 植 物 种类 不 多 ， 林 地 少 ， 多 为 灌 木 、 杂 草 。 33地 质 构造 抚 顺 西 露 天矿 位 于 抚顺 煤 田 西 段 ， 处 于 风 断 层 牵 引 构 造 急 剧 发 育 部 位 。 矿 坑 内构 造 表 现 为 以下 形 式 ① 断 层 构 造 露 天 矿 坑 内 工 程 揭露 规 模较 大 断 层 有 5 条 ， 其 中 风＾断 层 在 西 北 帮 地 面 境 界 附 近 ， 向 东 以 与 矿 坑 走 向 N10 ” 、15” 夹 角 远 离 矿 坑 。坑 边 石 油 ～ 厂 、 发 电 厂 均 坐 落 在 该 断层 上 ， 因 此 ， 厂 区 变 形 严 重 ； F断 层 自西 向 东 在 北 帮 上 部 沿 走 向 共 揭 露 16 0 0 m， 图 1技 术 路 线 框 图 它是控 制 北 帮 上部 边坡 稳 定 性 的主 要 地质 构造 因 ． 素。 ② 牵引 向斜 构造 由于 风 断层 的逆 冲与 右旋 平 移 作用， 至使 断层下 盘 弟三 系岩层 产生 一系列 与 风 断层走 向呈锐 角 相关 的楞皱 构造。其 中西 露天 矿段 煤 田 向斜构 造 在 瓦 断 层倾 向挤 压 与走 向牵 引 力 的 联 合 作 用下， 形成 不对称 残破 向＊ 羽c态。 向斜 北翼岩 层大 部被 瓦 断层 斜切 缺 失， 残 留部 分形 成倒 转。 ③ 绿泥岩 复式槽 曲构 造 煤 田牵 引 向斜 南翼， 在距离 民 断 层 面 150 － 2 0 0 m范 围内 的绿 色 泥 岩组 中， 发 育一 3矿 山地 质环 境 现 状 31气 象、 水 文 工 程 区 地处 温 带 半 湿 润 季风 型大 陆 性气 候 ，四 季 温 差 较 大 ， 年 平 均 降 水 量 7 6 1n u n ， 多 集 中 在 7－ 8 月 份 。西露 天矿 矿 坑 地 表 水 系 北 有 浑 河 ， 西 有 古城 子 河 ； 北 帮 与 浑 河 之 间 冲 积 层 连 续 分 布 ， 直 接 受 浑 河 定 水 头 补 给， 水 力 联 系 密 切 ； 此 外 ， 北 帮 上 部 石 油 一 厂。 发 电 厂 等 企 业 和 周 边 居 民 也 以 明 沟 暗 渠 将 部 分 工 业 、 生 活 污 水 排渗 入 冲 积层 ， 水 量 丰 富。 系 列 复 式 招 曲。 34采 矿技 术 条件32土壤 、 地 层 岩性 与植 被 西 露 天 矿 地 区 为 低 山 丘 陵 和 平 缓 高 地 地 带 ，土 壤 为 棕 壤， 在 平 坦 地 带 、 沿 河 及 山 间 沟 谷 地 带 为 草 甸 土 。 西 露 天 矿 矿 坑 地 层 由 上 至 下 为 ① 第 四 系， 平 均 厚 17刀 。， 底 部 为 砾 石 层 ， 中 部 、 上 部 为 粗 砂 、 细 砂 ， 砂 质 粘 土层 ，最 上 部 为人 工 填 土。该 层 平 盘 己 全 部 到 界， 最 适 宜 实 现 土 地 复 垦 ， 恢 复 植 被 。 ② 绿 色 泥 岩、夹 西 露 天 矿 坑 ，投 影 面 积 （ 坡 面 和 顶 面 投 影 面 积 ） 10 37 k m’ ，占 抚顺 市 城 区 面 积 119k m’的 9％； 容 积 17 亿 裙。按 原设 计 Zb o 7 年 闭 坑 厢露 干 矿 长 远删O 开 采 至 2 0 10年 （界 内年 产 煤 190万 t ） ， 残 采 可 至 2 0 15－2 0 2 2年 。 迄 今 为 止 ， 抚 顺 西 露 天 矿 经 历 了 6 次 技 术 改 造。目前 ， 采 矿 工 程 实徽 ’ 分 区 开 采 ， 联 合 运 输 ，内 部 排 土 ” 方 式 。 闭 坑 前 内 排 总容 量 达 8 6 6 53万 f， 从 西 向 东 （ 至 EW O以 西 ） 起 到 压 脚 护 坡 的 作 用 ， 有 利 于 闭 坑 后 边 坡 的 稳 定 及 减 缓 地 面 变 形 。 东 露 天 矿 恢 复 开 采 中 期 拟 将 剥 离 物 运 至 西 露 天 矿 坑 排 弃 ， 则西 露 天矿 内排 上 场 仍 将 继 续 生 产 至 东露 天 矿停 徘 褐 色 页 岩 ， 平 均 厚 42 0 m。 上 部 长期 裸 露 的地 段 己 达 到 不 同 程 度 风 化， 有 的 已 风 化 成‘’ 肝 石”土 壤 ， 呈 微 碱 性 （p H值 7 －9 ） ， 具 有 一 定 量 的 植 物 生 长 的 三 大 要 素－ N、 P 、 K ， 但 肥 力 较 低。上 部 己 到 界 平 盘适 宜 争 件 下 有 野 生 植 物 生 长。 ③ 油 母 页 岩 层 ， 平 均 117 n ， 上 部 力 一 露天采矿技木 2 0 0 8 牟 第 6 期 2 0 或 闭 坑 。 最 终 矿 坑 境 界 为 北 帮 中 区门 W O － E2 0 0 0 ， 即 抚 顺 发 电 厂 以 南 区 域 ） ， 最 终 帮 坡 角 30 5” ； 北 帮 东 区 （ E2 0 0以东 ，即南 阳路 一 带 ） ， 最 终 帮坡 角 刀 B ” 。 门 ） 土 地 复 垦 （ 上 地 整 理 ） 将 损 坏 和 压 占 的 土 地 恢复 到 可 利 用状 态 。 门 ） 景 观 生 态 重 建 重 建 良 好 的 矿 区 环 境 ， 使 新 的 景观 在 许 多 方 面相 似甚 至优 于 开采 前 的状 况。 西 露 天 矿 坑 北 帮 边 坡 下 部 的 井 工 采 煤 区 ，以 EW h 防 水 煤 柱 力 界 ， EW O以东 为 胜 利 矿 ， EW O以 西 为 西 露 天 矿 深 部 井 井 工 采 煤 区。胜 利 矿 于 197 9年 停 采。197 7年 ， 根 据 西 露 天 矿 西 北 帮 扩 帮 工 程 的 需 要 ， 深 部 井才 全部 停 采 报 废 。 多年 的观 测表 明 ， 露 天坑 以 下 的 地 下 井 工 采 动 对 北 帮 地 表 境 界 外 的 工 业 区 的 地 面 下沉 有 显 著 的影 响。 （3） 矿山公 园 在 生态 重建 中将矿 业 文 化融人 景 观 重建， 以展 示矿业 遗迹 景 观力主 体， 体 现 矿业发 展 历史 内涵， 可 供人们 游览 观 赏、 科 学考察 的特 定的 空 问 地域。 目前 抚顺 西露 天矿北 帮 环境 治理示 范工 程 仅 是地 质环 境综合 治理 规 划的第 一 步， 即对矿坑 上 部 已 到 界 的 台 阶门 －4 平 盘） 及 基本 稳 定 的 区域 进 行植 被 复垦。 整个 工 程共分 力 边坡 整治工 程、 场 地平 整、 人 工修复、 环境 设施 配 套等 4 部分 。 35地 质 灾 害现 状及 趋 势分 析 综 上 所 述 ， 工 程 区 位 于 破坏 地 质 环 境 的人 类 工 程 活 动 强 烈 的 影 响 区 ， 区 内 地 形 地 貌 复 杂 ， 地 质 构 造 发 育 ，断 裂 规 模 大 ， 岩 性 岩 相 变 化 大 ，岩 土 工 程 地 质 性 质 不 良， 地 质 环 境 条 件 极 为 复 杂 。同 时 受 到 井 工采 动 的 影 响。 在 如 此 复 杂 的 工 程 地 质 和 采 矿 条 件 下 进 行 露 天 开 采 ， 形 成 高 大 边 坡 ， 边 坡 变 形 破 坏 （ 滑 坡 ）规 律 极 为 复 杂 。 近 过对 工 程 区 及 周 边 地段 相关 资 料 的 控 集 、 分 析研 究 ， 综 合 现 场 实 地 调 查 ， 总 体 上 ， 区 内 现 状 地质 灾 害 主 要表 现 力 地 面 变 形 （具 体 有 西 露 天矿 西 区 石 油 一 厂 一 带倾 倒 滑 移 变 形 、 中 区 抚 顺 发 电 厂 41边 坡 整 治 工程 为 截导地 表水， 对边 坡 变形地 段 的水 沟采用 防 渗 喷涂 防腐材 料 的铁 渡槽 水沟，防 止囤 浆砌块 石 水 沟 漏水 影响 边坡稳 定。 同 时采取 技术措 施， 统筹 安排 采区井 合理 调整采 排顺 序， 提 高边 坡的整 体稳定 性。 42场地 平整 依 据 现 场 实 地 情 况，对 生 活 垃 圾 和 建 筑 残 上 全 部 外 运 ； 清 除 房 基 础 、 水 泥 地 面 ； 对 于 不便 运 出 的 地 段 ， 采 用 大 面 积 人 工 塑 石 掩 盖 的 方 法 泅形 就 势 、随 地 作 形 ． 不 动 大 土方 ，防上 滑坡 及 水 土 流 失。 兴 平 路 一 带 沉 陷 滑 移 变 形 ） 、 滑 坡 、 地 裂 缝 。 特 定 的 煤 系 地 层 地 质 环 境 是 抚 顺 西 露 天 矿 北 帮 地 质 灾 害 形 成。 的 控 制 因 素 。 随 着 采 矿 工程 活 动 规模 、 强 度 的 扩大 或 采 矿 作 业 的 继 续， 导 致 地 质 灾 害 的 多 发 和 持 续 ， 并 对 周 边 环 境 造 成 丁 利 影 响 ， 威 胁 当 地 人 民 生 命 和 财 产 的 安全 。 不 合 理 的人 类 工程 话 动 与 降 水瑚怕 地 质 灾 害 的 因 素 。 尤 其 在 矿 山 生 产 末 期 ； 地 质 环 境 条 件 渐 变 脆 弱 ， 本 巳 易 发 地 质 灾 害 的 抚 顺 西 露 天 矿北 帮 地 区， 在 降 水 、 地 下 水 等 综 合 囚 素 作 用 下 ， 滑 坡 、 地 面 变 形、地 裂缝 等 地 质 灾 害将 一定 程 度 的 加 剧 。 43人工修 复 本着囚 地棺树、 以乡 土树种 力 主、 选择抗 逆 性强 的植 物、 大片保 活、 小片 实验、 以绿 为主 的原 则， 针对 工程 区地 形 复杂的 特点， 采用 因形 就势 的方 法 进行 微地 形处 理， 保 留原表 土， 对 上壤 条件差 的地 段 采用 回填盖压， 对 大型 树木或 土 质极 差地段 采 取大 量客 上的办法 ； 对偏碱 性的 土壤适 量加 入硫 酸亚铁 ， 改变 其 化学性 质， 从而 满足 树木生 长 的要求。 突 出植 物 的 多样 性， 既 能筛选最佳 品种， 又能 发挥 各 自的抗逆 性 和群 体优 势， 增 强植物 的修 复效 果。具 体实 践 中， 着 重 体 现了植 物固 土与 工程护 坡相 结合、 护 坡工 程与 景 观柏 结合、 人工 植被 与 自然植 被相结 合、 植 物 防护 与 园林 景 观相结合 的修复 效果。同时， 在 植物修 复过 程 中遵稻 ‘ 三分 栽七 分 管” 严 格 养 护管 理， 确 保 植 物 修 复效果。 囚 儿 ， 抚 顺 西 露 天 矿 北 帮 环 境 治 理 工 程 必 须 考 虑 矿坑 及 周边 地 区 的 灾 变 与稳 定 向题 。 根 据 以 上 西 露 干矿 开 采 状 况 和 闭 坑 期 限 的 实 际 情 况 ， 西露 天矿 地 质 环 境 综 合 治 理 规 划 步 骤 宜 分 三 步 迸 行 首 先 对 矿 坑 上 部 己到 界 的 台 阶 门 －4 平 盘 ） 及 基 本 稳 定 的 区 域 进 行 植 被 复 垦； 其 次 对 中 部 及 下 部 区 域 及 灾 害 易 发 区 ， 随 着 开 采 到 界 及 闭 坑 的 进 行 ， 规 划 灾 变 抬 理 、 环 境 整 治 的 同 时 ， 规 划 植 被、森 林 公 园 的 建设 ； 第 二 露 天矿 最 终 闭坑 后 作 为 远景 进 行 规 划。 4 、 4环 境 设 施 配 套 工程 实 施 过程 中始终 坚持 随坡 就 势 、 师 法 自 然 的 原 则 ， 对 地 表 水 通 过 人 工 疏 导 形 成 自 然 溪 流 ， 局 部 融 水 点 ， 形 成 自然 水 潭 ； 在 陡 坡 处 进 行 简 单 加 固 ， 做 成 塑 石 护坡 ， 增 加 景观 效 果 ； 利 用废 弃 的 电杆 、 粉 煤 4综 合 治 理 工 程 实贱 矿业 城 市 生 态 重 建 有 以 下 几 种重 建形 式 （下 转 第 2 3 页） 一 霹夭采矿技术2 0 0 8 年 第 6 期 2 3 （ 上接 第 2 0 页 ） 修复； 在相 对稳定 区段 实施一 定 的工 程措 施， 形成 规 模 化、 人 文化的 矿山地 质环境 治 理展 示、 教 育和示 范 基 地。 通过 地质 灾害实 地考 察及 工程 整 治示 范的对 比， 体 现“ 囚地制 宜、 生 态环 保” 的科 学和 谐 的矿 山环 境恢 复治 理的 理念。 而 新的、 有效 的、 廉价 的 修复技 术 及其 完整 的、 实用 的、 可靠 的恢 复怦 价体 系 是矿 山 地 质 环境综 合 治 理的进 一步努 力 目 杭 厂， 困地制 宜， 做 成塑 石 和木雕 ， 彻底 改变 原始 的脏。 乱、 差 的 面貌， 改 造为 融 治理、 景观、 休慈 于一 体的人 居场 所 。 工程 实 施 前 后 该 区域 的状 况 、 面 貌 有 如两 重 天 地。综 合 治 理 工 程 的 实施 取 得 了 显 著 的 环 境 效 益、 社 会效 益 和 示范 效 益 。 叁考立 献； ［ l 」 朱旺喜， 王来贵， 王 建 国。 等 资源 枯竭城 市灾害 形 成机 理 与拄制 战略 研 讨［ M I 地 质出版社， 2 0 0 3 结语5 抚顺 西露 天 矿 地 质 环 境 综 合 治 理 工 程 实 践表 明， 矿区生 态重建 问题 是 一项 复杂 的系统 工程， 应 突 出治 理工作 与灾 害 防治、 环境 保护及 综合 利用 相结 合的原则。 治理 工程 区力 台阶地 貌， 种 植工程 要求 应 形就 势， 随坡 就 势， 师法 自然， 基 本保 持 地形 和 地层 相 对稳定 ， 防止水 土流 失、 滑 坡等 环境问 题。 保 留原 有乔灌木 ， 合 理 配 置 植 物 ， 荆雕 景观树种 进行 生态 卜J 孙广瓜地质工程理 论与实趴 川地震 出版牡， 1996 L 引 胡振滇 露 天煤矿土地 复垦研究卜 L 煤炭工 业出 版社， 199i 卜】 夏汉平， 蔡锡安 乎 矿地的生态恢 复技 术叨应 用生态 学 报， 2 2， 13（1 ） 147 1叫47 7 LS］高 国雄， 高保 山， 周 心澄， 等 国外工 矿区土 地复垦动 态 研究［ 川 水土保 持学报， 2 0 0 1 ， 8 （ ） 98 － 10 3 毛