郝迎賓

（邯鄲市生態(tài)環(huán)境局 邯鄲市環(huán)境保護(hù)宣傳教育中心，河北 邯鄲 056002）

0 引 言

礦產(chǎn)資源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和進(jìn)步的重要保障，伴隨煤炭礦井開采和新型礦井建設(shè)的需要，綠色礦山、智慧礦山成為發(fā)展趨勢和理念[1-2]，也是踐行“綠水青山就是金山銀山”的必經(jīng)之路。結(jié)合我國不同煤炭礦井開采條件，通過對多種礦山環(huán)境與恢復(fù)治理技術(shù)融合的研究，提出多種開采模式下的生態(tài)開采，形成以環(huán)境恢復(fù)治理為主的技術(shù)并應(yīng)用到礦井中[3-4]。

“十四五”規(guī)劃要求以綠色礦井、生態(tài)礦井開發(fā)開采為主，因此對城市周邊廢棄礦井的綜合利用和治理問題越來越迫切，需要結(jié)合成功礦山環(huán)境恢復(fù)治理效果明顯的案例，深度挖掘有利的礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測和治理技術(shù)，特別是礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)治理。

1 礦井開采帶來的地質(zhì)環(huán)境問題

煤礦開采以露天開采和井工開采為主，不同的開采方式造成的環(huán)境地質(zhì)問題各有不同，需要采用不同的環(huán)境綜合治理措施。京津冀地區(qū)的煤炭開采主要以井工開采方式為主，突出的環(huán)境地質(zhì)問題為開采后形成地表破壞、地面沉陷以及強(qiáng)抽排造成的地表和一定地下含水層的破壞。

煤炭資源井工開采造成嚴(yán)重的地面沉陷，主要表現(xiàn)為采區(qū)范圍內(nèi)形成的巖土體變形地質(zhì)災(zāi)害—地面沉降、地表開裂和地表建筑物的不均勻沉降造成的失穩(wěn)等災(zāi)害[5-6]。礦井開采中形成的大量廢氣、廢水和廢棄物等形成的礦山環(huán)境污染問題，礦山開采活動形成的地表矸石堆放對周邊生態(tài)環(huán)境形成的污染和破壞[7-8]，形成周邊生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境的破壞和有害物質(zhì)的遷移。

2 廢棄礦井綜合地質(zhì)災(zāi)害綜合探測技術(shù)

2.1 地表地貌綜合遙測技術(shù)

為充分掌握和評價井工礦井地表破壞區(qū)域和程度，在現(xiàn)狀評估中，采用先進(jìn)的遙感動態(tài)監(jiān)測技術(shù)和激光雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)對井工開采影響區(qū)域內(nèi)的地表、地形、建筑物等遙感圖片或者激光雷達(dá)影像進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)提取與分析，對井工開采前后地表破壞、變形以及整治后地表地貌等進(jìn)行監(jiān)測，通過對煤礦生產(chǎn)活動區(qū)域的地形地貌變化對比情況，評價出地表變形、位移的情況[9-11]。

地面的綜合物探擬動態(tài)探測技術(shù)采用不同探測目的層深度，綜合采用地面地震、面波、瞬變電磁等綜合物探探測方法與技術(shù)，采用采前、采中和采后（治理階段）綜合探測成果對比，可評價出采掘活動造成的煤層上覆不同空間分布的巖土層破壞、變形、沉降位移等多參數(shù)的立體全空間分布特征，為環(huán)境綜合治理提供地質(zhì)依據(jù)。

淺層的地表破壞程度及其破壞空間特征分布可通過地表的綜合物探探測方法來評價；地表地裂縫的綜合探測可通過地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測；裂隙帶的破壞和不同深度的淺表層采空區(qū)分布特征可通過淺層高密度電法進(jìn)行評價。

2.2 淺層地下水體水力聯(lián)系綜合探測技術(shù)

地表水體、淺層地下水體和深層不同含水層之間的水體聯(lián)系是開采形成水資源破壞程度最為重要的評價因素。針對地表水體和地下一定含水層之間的水力聯(lián)系問題可以采用地面布置不同深度的地質(zhì)鉆孔，進(jìn)行彌散實(shí)驗(yàn)，利用彌散實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)對不同深度的含水層之間的水體聯(lián)系、地下水體的徑流、排泄等區(qū)域進(jìn)行劃分，綜合評價和分析由于井工采掘活動造成的地表水體和不同深度地下含水層之間的地下水體的綜合運(yùn)移、徑流空間分布特征，為地表水和地下水的綜合保護(hù)提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。

對地表水體和地下一定含水層的水力聯(lián)系，通常可以通過對河流重點(diǎn)地段的河道漏失量的綜合動態(tài)觀測來佐證，利用地表河流的斷面觀測，對布置的斷面采用長期動態(tài)觀測方式，對采掘活動前、中和后期的河流一段進(jìn)行漏失量的觀測，分析評價地表水體與地下一定深度含水層之間的水力聯(lián)系，進(jìn)而評價出采空區(qū)不同地表地段的塌陷、破壞變形地段的破壞特征，為地表綜合水體治理提供技術(shù)支持。

2.3 廢棄物質(zhì)的環(huán)境綜合探測技術(shù)

對于地表采掘活動形成的大量廢棄物質(zhì)的堆積體，采用在線動態(tài)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，對地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行綜合動態(tài)監(jiān)測。對于有污染物質(zhì)的矸石山（廢棄物質(zhì)）堆積體，定期對周邊一定深度的水體、巖體進(jìn)行綜合采樣，分析評價采集樣品的各種污染物質(zhì)的遷移速度和方向，為綜合地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境評價提供數(shù)據(jù)支撐。

3 綜合環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)研究

3.1 多層次、多功能淺表層綜合生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與

治理技術(shù)

廢棄礦井的地面破壞主要表現(xiàn)是地下采掘活動導(dǎo)致的地表不均勻沉降和塌陷。地表塌陷形成的多種塌陷地段，地表起伏劇烈，地下空洞范圍較大，需要采用綜合生態(tài)環(huán)境治理措施來恢復(fù)地表環(huán)境。對地表嚴(yán)重的塌陷區(qū)，需要對采空區(qū)進(jìn)行工程治理，對圈定的塌陷區(qū)和采空區(qū)的位置進(jìn)行綜合探測，利用地表治理工程，對淺層的采空區(qū)進(jìn)行開挖，進(jìn)行回填土壓實(shí)治理；對于較淺的采空區(qū)，利用地面布置的鉆孔，采用無害材料進(jìn)行充填加固。對于塌陷地段形成的陡坡、陡坎，采用工程消坡加固措施，對塌陷地段的工程地質(zhì)問題進(jìn)行綜合治理。

對于地表采掘活動形成的大量廢棄物質(zhì)的堆積體（矸石山），利用地表生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、評價矸石山（廢棄物）。通過地面修建隔離防護(hù)工程、封閉綠化廢棄物堆積體的方式，改善堆積物的生態(tài)環(huán)境，以植被、種植草本植物等多種措施對堆積體的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改良。

3.2 分區(qū)、分階段綜合生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)

重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)災(zāi)害位置采用短時段、重效益的綜合環(huán)境恢復(fù)治理措施，對地表塌陷和地裂縫區(qū)域采用地表治理、平整和植被復(fù)墾等多種綜合地質(zhì)和生態(tài)治理技術(shù)，恢復(fù)淺層地表生態(tài)系統(tǒng)。對于堆積矸石山體，采用圍擋、封閉等措施，同時結(jié)合矸石山植被種植、生態(tài)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜合治理。

4 煤礦綜合治理技術(shù)應(yīng)用分析

顯德汪礦位于河北省西南部太行山的東側(cè)，屬于山前丘陵地段，地表被第四系黃土和冰磧物臺地覆蓋，厚度變化，為粉土、粉質(zhì)粘土和砂礫石組成，典型的華北型地形地貌特征。主采煤層3層，上組煤為山西組1號和2號煤層，下組煤為太原組底部的9號煤層。礦井內(nèi)經(jīng)過多年開采，采空區(qū)分布廣泛，上組1號和2號煤層多次重復(fù)開采，采空區(qū)未進(jìn)行處理，下組煤層9號煤層部分地段形成采空區(qū)。

通過野外調(diào)查和分析，主要的環(huán)境地質(zhì)問題為：多組煤層開采形成地面沉陷，地表沉陷值大于1.5 m。地表裂縫主要分布在地面沉陷區(qū)外圍，呈環(huán)狀分布，地裂縫表現(xiàn)為上寬下窄的拉裂縫特征，延展距離隨著采區(qū)的擴(kuò)大而變長。重要地段進(jìn)行地表沉降量的動態(tài)觀測（圖1），表明開采中工作面中心地段的地表沉降量最大，兩側(cè)的沉降量逐漸變小的特點(diǎn)。

圖1 工作面開采的地面沉降量觀測曲線（垂直于工作面走向觀測）Fig.1 Observation curve of ground subsidence in working face mining(observation perpendicular to the strike of working face)

地面沉陷地段重點(diǎn)治理措施采用填堵地裂縫和削高填低局部平整方式（圖2），使土地基本保持原來傾斜程度。

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

矸石山不穩(wěn)定斜坡體，高度達(dá)82 m，邊坡角度一般30°左右，局部近35°，在震動、暴雨、人工活動或其他因素誘發(fā)下有可能發(fā)生滑坡，威脅矸石山旁邊的東風(fēng)井及其附屬設(shè)施設(shè)備、矸石的提升運(yùn)輸設(shè)施設(shè)備及其中的工作人員。對此重點(diǎn)區(qū)域，采用分臺階整平矸石山邊坡（圖3），臺階寬度2 m，間距10 m，分別采用5°和30°坡角。在平整的臺階上植樹，用客土回填方式掩埋。

圖3 矸石山邊坡修整斷面Fig.3 Repair section of gangue hill slope

同時在矸石山附近不同地段間隔（時間和空間）采樣分析評價矸石周邊土層元素分布特征，確定矸石中的不同元素對周邊植被和生態(tài)環(huán)境的影響。同時布置不同深度的孔隙水文監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測不同深度含水層的水量、水質(zhì)、微量元素的變化。

5 結(jié) 語

針對當(dāng)前河北省南部區(qū)域關(guān)停的煤炭礦井，以野外環(huán)境、地質(zhì)問題為主線，采用多種、全方位的綜合探測技術(shù)和綜合治理方法，對存在的突出地質(zhì)問題和地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行綜合評價，確定不同分區(qū)、不同階段的綜合環(huán)境、生態(tài)恢復(fù)治理措施，改良了廢棄礦井區(qū)的生態(tài)環(huán)境，提高了綜合資源利用效率。對廢棄礦井引起的不同災(zāi)害類型綜合評價分析基礎(chǔ)上，采用分區(qū)、分段的綜合生態(tài)及環(huán)境綜合治理措施，對廢棄礦井的重點(diǎn)環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)行綜合治理，得到良好效果。