对抚顺西露天煤矿地质环境综合治理的研究.doc

对抚顺西露天煤矿地质环境综合治理的研究 摘 要以露天矿边坡的植被护坡技术和景观设计方法为研究对象,研究分析了植被护坡技术的力学、水文效应与植被护坡的工程技术措施及植被护坡景观的设计方法,结合抚顺地区的气候特征与抚顺西露天煤矿边坡的特点、条件,分析了植被护坡技术及景观设计方法在抚顺西露天煤矿边坡地质环境综合治理工程中的应用。 抚顺市是一个历史悠久的煤炭城市,以资源立市是他的基本特征。抚顺煤田历经百年开采,煤炭资源已临近枯竭,受井田分布及矿山开采过程的影响,抚顺城区布局、土地资源、地质环境、区域经济结构的矛盾日益凸显。煤炭开采引发的地质环境问题尤为突出,如地下采煤导致地表塌陷、露天开采造成土地掘损、剥离岩土及煤矸石堆积占地等。由于煤炭开采强度大、历史长,兴盛时未作衰竭计划,矿区财力有限,地质环境治理力度不够,抚顺市地质环境恶化严重,影响了城市经济可持续发展和居民生活。 抚顺西露天煤矿地处抚顺城区,矿坑横跨抚顺市新抚、望花两大主要行政区。抚顺西露天煤矿建于1914年,开采的主要矿物为煤和油母页岩,截止到2003年,共采出煤炭2. 76亿,t油母页岩5亿,t剥离岩石量16. 6亿m3,是世界上少有的超大型深凹露天矿。目前,剩余可采储量约13 M,t采深382m,大部分开采平盘已到边界,计划2015年闭坑。 1 地形地貌特征及土壤植被状况 1.1 地形地貌特征 抚顺西露天煤矿矿坑东西长6. 6 km,南北宽2km,面积10. 87 km2。矿坑西区开采深度-276 m,开采平盘已全部到边界;东区开采深度-302 m,上部-100 m以上开采平盘已到边界;矿坑总容积约17亿m3。矿坑海拔高度7080 m,南侧千台山海拔高度214 m。平盘高度12 m,宽度2030 m,坡度5055。矿坑边坡受弱层、地质构造、地表水、地下水、井工开采扰动和自身开采等因素的影响,破坏了岩体的完整性,降低了岩石力学强度,曾多次发生边坡滑落和周边地表沉陷等地质灾害。 1.2 土壤状况 抚顺西露天煤矿开采的是第三纪煤层,矿坑除第四纪表土外,均为第三纪岩层绿色泥岩、褐色泥岩、油页岩、煤、软质凝灰岩、硬质凝灰岩和玄武岩等。其中部份绿页岩、油页岩和软质凝灰岩地段长期裸露,受到不同程度风化,有的已风化成“矸石土壤”,土质呈微碱性, pH值约79。有些地段自燃发火过后,土质呈酸性。“矸石土壤”具备一定的植物生长3大要素氮N、磷P、钾K,特别是绿页岩风化物,P、K含量较高。 1.3 自然植被状况 矿坑的风化岩石土壤地段,在水、光等条件适宜的情况下,有野生植物生长。如猪毛菜、碱蓬、苕菜、兴安虫等典型旱生植物,它根系发达、叶肉质、耐瘠薄、耐盐碱。在风化时间较长、水肥条件得到改善的地段,生长有茜草、野艾蒿、益母蒿等,以及一些菊科植物。在灌木草丛地区,还生长一些苍耳、谷秀及许多有经济价值的植物,如月见草等。矿坑岩石风化在10年以上的地段,生长着“中生草地植被”多种,主要有小黄蒿、鬼见草等30余种,还有少量树木。 1.4 治理条件分析 1光照。抚顺地区空气干燥,日照时间较长,昼夜温差大,辐射能量丰富,有利于喜光植物生长。2水分。抚顺地区平均年降水量773. 6 mm,年内分布不匀, 60以上集中在78月份。3温度。抚顺地区处于北温带,年平均气温8. 3℃,冻结期112161 d,热量资源相对不足。4土壤。矿坑土壤大部分为风化岩石,土壤结构不同于一般土壤,存在土壤贫瘠,结构不良,保水差,水土流失严重,肥力低等问题。5金属元素。实验室风化测试结果矿坑岩石各种元素由大到小的风化顺 Mg、Mn、Na、Ca、K、Fe、Zn。大量元素K较易释放,其它元素在生态恢复初期不会成为限制因子。 2 植被恢复与边坡稳定的关系 2.1 边坡植被的力学效应 植被主要通过其根系的加固作用来提高土壤的抗剪强度。根系作用的大小依赖于根系的强度和根的特性,以及根在土壤里的空间分布情况。 1根系的深度和分布。伸进土岩中很深的竖向主根对抵抗浅层滑坡起主要作用。在根系所能到达的深度范围内,穿过破坏面的根可以限制土岩体的滑移,对限制边坡破坏而延伸有着显著的作用。另外,植被的根系能提高土岩的约束力,抵抗土岩体滑移,提高土岩体强度。根系还可以把荷载传递到较低的受力区,释放土岩体的局部集中应力。通过土岩中的剪应力传递给根系,提高土岩体的抗剪能力。根系对土岩体的开裂有销栓作用,根系与土岩共同作用,组成了复合结构,根系在这种复合结构中具有较高的抗拉强度和锚固力。因此,根系不仅能提高土岩的抗剪强度,而且可穿透深度来限制土岩体的滑移。 2根系的强度。植物根系的强度是由植物的种类和其它生长因素决定的,其它因素包括生长环境、季节、根的直径和生长方向等因素。随着植物根系直径的不同,根系的抗拉强度也明显小同。植物根系的最大抗拉强度可以达到70MPa,大部分根系的抗拉强度为1040MPa。 3植被对土岩的加固作用。植被对土岩的加固作用主要表现为深根的锚固作用和浅根的加筋作用两方面。植被根系的存在可提高土壤的粘聚力,锚固作用可提高土壤的抗剪强度。 2.2 边坡植被的水文效应 边坡植被有多种水文作用,包括蒸发、截水、渗透、延缓、过滤和表而硬化等作用,可以有效地控制雨水对土岩体的侵蚀。边坡植被的水文作用,多表现为对雨水侵蚀的控制。1拦截作用。植物及其残余物可以吸收雨水冲击地而的能量,降低雨水到达坡面时的速度和体积,从而降低落雨滴溅、分解土体颗粒的能力。2抑制作用。植被根系具有自然的约束作用,能抑制土岩粒的流失,也有过滤沉淀物的作用。浅层植被根的结构具有连续性,能显著减少表面侵蚀和土岩的蠕动。3缓冲作用。茎和树叶可以提高土体的表面刚度,减慢雨点下落的速度。4渗透作用。植物及其残余物有利于保持土岩的多孔性和渗透性,从而减轻雨水的破坏。 2.3 边坡植被的其它效应 nbs