露天采煤技术(2).pdf

露天采煤技术 2 0 0 1 年 第 2 期 圊 澡 大 露 天矿 闭 抗 环 境 地 质 灾 害 与 城 市 规 划 王建国 ，祖国林 ，申 力 ，柬惠芬 ，迟瑛琳 ，李 兰 1 ． 煤炭科学研究总皖抚顺分院．j 工 宁 抚顺1 1 3 0 0 1 t 2抚顺市地质矿产局．辽宁抚顺1 1 3 0 0 1 摘要论述了抚顺西露天矿闭坑是一个极县社务陛和示范性的重大课题，是涉及资菲开发扣地质 灾害防治、生态环境恢复与综合利用的造福子孙后代的综合系统工程，具有重要的科学和经济社会 意叉． 关键词环境地质；城市规划；露天矿闭坑；生态环境 中图分类号；T D 8 B X 4 文献标识码B 文章编号1 0 0 65 2 7 2 2 0 0 1 0 20 0 2 6 0 3 1 前 言 我国的一些煤都、煤城 从小到大几乎是伴随 着矿区的建设 、发展而发展起来的 基于 当时的原 因 往往仅注意资源的开发和利用，而忽略采矿本 身诱发地质灾害及工程活动对生态环境、地质环境 的作用，即忽略环境的保护，周边的工业企业、生 活区一直受到露天矿开采的影响。我国建国初期建 成的几个大型露天煤矿，历经几十年的开采，形成 了陡峭的深大边坡，随着开采到界，将陆续终采闭 坑。闭坑后，留给城市和人民的将是一个挖出十几 亿 的大坑和周围陡峭的边坡 这将引发一系列 的环境工程地质问题。我国的金属、建材、化工原 料等露天矿开采所占比重很大，许多大型蓐天矿也 已开采五六十年以上，不少已进入开采后期，也将 逐渐闭坑，同样存在终采闭坑问题。抚顺西露天煤 矿是我国第一个面临闭坑重大课题的露天矿。 2 抚顺西露天矿地质环境条件 抚顺煤田为新生代老第三纪内陆相沉积地层 。 露天矿开采的第三系煤系地层走向E W，倾向 N， 被近 E W 向分布的 2条大断裂构造 F l 和F 1 A切 割。受 F 1 A仰冲断裂构造影响，位于 F l 南侧的煤 系地层呈不对称的牵 I 向斜和一系列的复式褶曲， 其主要工程地质特征是北翼陡、南翼缓．尤为重要 的是在软硬岩石互层 硬质的绿色泥岩与软质的褐 色页岩组合单元中 发育有厚度稳定、分布连续 2 6 的褐色 页岩 泥化 层，泥 化层含水率 高，呈塑性状 态，具明显的流变特性。 地表水系北有浑河，西有古城子河 南有杨柏 人工河。矿坑以北普遍分布的冲积层含水层，为矿 区主要含水层。浑河为其定水头充水补给源，另外 大气降雨、工业 污水 、生活污水也成为充水补给 源 。 3 抚顺西露天矿采矿工程条件 露天矿位于辽宁省抚顺市市区西南部，南倚千 台山北麓，北临浑河，矿坑北部境界与抚顺石油一 厂、抚顺发电厂、水泥厂等企业及市商业中心、居 民区紧临，东接东露天矿旧采场，西靠抚顺一本溪 公路 矿 坑及排土场 占地总面积 4 2 5 5 g k ，占抚 顺市市区面积的2 7 ％ 所处位置对城市的环境、生 存空间及发展影响极大。 抚顺西露天矿是一座历史悠久、规模宏大的大 型露天煤矿，从 l 9 l 4 年开采，已有 8 O 多年历史， 目前，采场东西长 6 ． 6 k m，南北宽 2 ．2 k m，采深约 4 0 0 tn 已采出煤炭 2 6亿 t ，油母页岩富矿 4 ．7 亿 t ，剥离 l 6亿 ，为国家和人民作出了重大贡 收稿日期≈2 0 0 0 --1 2 一l 9 作者简介；王建国 1 9 5 5 一．男．山东海阳人．研究员．现任 煤炭科学研究总院抚顺分院院长、中国岩石力学与工程学会东北 分会理事，中国地质灾害研究会滑坡崩塌专业委员会副主任蚕 员、中国煤炭学会煤矿安全专业蚕员会蚕员、中煤劳保学会露天 煤矿安全专业委员会常务副主任委员．1 9 9 3 年起享受政府特殊律 贴。发表论文2 0 余箱．著作 1 部。 维普资讯 露天采煤技术 2 0 0 1 年 第 2 期 献，曾让煤都人 民引以骄傲和 自豪。采矿业受矿藏 的影响，其发展必然经历建设一增产一稳定一 减 产一关闭这一过程，随着矿产资源的枯竭 ，以采矿 业为中心的经济繁荣模式也将衰败，这是矿区演变 的必 由之路，抚顺西露天矿也不例外 ，该矿 将于 2 0 0 7 年 闭坑。露天矿闭坑时最终边坡角中部为 3 O 。～3 4 ．5 ；最深达 4 4 2 n l ，这一最终矿坑参数 对周边环境的影响是很严重的。 在开采技术方面，随着矿坑的不断延深，抚顺 西露天矿 曾进行 了 5 次大 的技术改造 。在矿山的整 个历程中几乎采用过国内外所有的主要露天开采技 术 ，形成了 “ 分区开采、采区搭配、鞋合运输、内 部排土”开采工艺系统 单斗挖掘机一 铁道，单 斗挖掘机一 汽车 一 胶带输送机，实现了各开采 工艺环节设备的现代化 此外，露天矿坑以下及北帮边坡以下的向斜轴 部，在本层煤中曾有深部井和胜利矿进行过多年的 大规模地下开采作业，以 E WO 处东西向长 l 0 0 n l 的防水煤柱为界，煤柱以东为胜利矿开采，以西为 深部井开采 开采方法多为走向长壁、水砂充填。 自1 9 7 7 一l 9 7 8 年，胜利矿与深部井先后停止采矿 活动，只有胜利矿在 1 9 8 5 1 9 8 6 年在 --4 4 7 采区 进行为期 1 年的采煤工程。这使得露天矿北帮几乎 全部处于井工开采后的岩移扰动范围内。 4 开采过程中的地质灾害情况 抚顺西露天矿在建设过程中，由于生产规模较 大、地质构造复杂、岩性变化大等一系列因素影 响，发生过许多地质灾害滑坡、泥石流、地面塌 陷变形等。不仅给露天矿，而且给周边的企业、居 民建筑物带来一系列的重大影响，但同时又为环境 地质研究提供了一个天然的实验场。这些灾害的发 生，引起了市、省直至国家经贸委、国家计委、国 土资源部、国务院的高度重视，井多次列会研究， 要求对这一地区进行综合治理和综合利用，仅矿 山 本身从 1 9 9 3 1 9 9 5 年就造成经济损失达 4 亿元以 上 。地面石油 一厂部分工 业设施 和建筑物 严重破 坏，到 1 9 9 6年国家已投入数亿元资金进行变形整 治 目前变形仍在发展，而随着露天矿闭坑的临 近，这些地质灾害给城市地质环境和生态环境的危 害将进一步显现和恶化，并有可能诱发新的地质灾 害。 5 边坡及地表整治措施 5 ． 1 工程措施 1 截 导地表水工程 沿 帮固定水沟、铁渡槽 水沟 2 疏排 、截堵地 下水工程 水平放水孔、垂 直放水孔 、排水平硐 与水平放 水孔鞋合疏干、疏干 井、帷幕截流 3 挡墙、抗滑桩、锚杆加固工程 ； 4 上部削坡减重、下部加载工程等； 5 地面厂区断层 带注浆工程、建筑物纠偏工 程。 5 ． 2 技术措施 1 控制合理的工作 帮坡角 、留置安全煤壁、 减震爆破、统筹安排采区等 2 建立围岩观测站 地面岩移观测站、露天 采场内工作平盘观测线 ； 3 建立地下岩移、水压观测站 6 闭坑后带来的问题 露天矿闭坑后的地质环境将发生一系列的变 化，主要有以下几个方面 1 露天开采，除了开采形成深大凹坑和排土 场占用土地外，还由于边坡岩体、地质构造、水等 原因诱发滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等环境灾 害，而地面变形又危及周边地区的工业企业和居民 建筑的安全。 2 坑内和外排土场排放的油母页岩、含煤矸 石形成大面积自燃，严重地污染市区的大气环境， 已对工人作业安全、健康造成危害。 3 排弃物及与煤伴生的多种常见有害元素通 过地表水、地下水渗透，造成水质污染。 4 矿坑、排土场裸露的废岩、边坡没有植被 覆盖，土地荒废，产生大量的扬尘及有害气体，影 响空气质量，危害市民健康，对生态环境相当有 害。 2 7 维普资讯 露天采煤技术 2 0 0 1 年 第2期 5 1 矿坑、排土场的综合利用及其对城市发展 规划的制约关系。 7 闭坑环境地质问题特点 与国外露天矿闭坑环境地 质问题相 比．抚顺西 露天矿闭坑环境地质问题具有 以下特点。 1 环境地质的复杂性。一般而言，煤系地层矿 山岩体边坡在所有矿山中由于沉积环境等原因，其 地质条件最为复杂，而抚顺西露天煤矿，由于浑河 大断裂的存在，及其开采规模等原因，其复杂程度 居矿山系统之首 2 工程活动的多样性 露天开采和井工开采的 复合作用，本层煤中有深部井和胜利矿的多年大规 模地下开采作业，使得露天矿北帮周边地区几乎全 部处于采矿岩穆扰动范围内。 3 矿区位置的特殊性。 露天矿就在城市之 中，矿坑横贯市区及工业密集区，周边的抚顺石油 一 厂、抚顺发电厂等均是重要的、对经济发展和社 会稳定有举足轻重的工业企业，周边又有密集的居 民区和 民用建筑。 对地质灾害发生的敏感性。由于上述原因 使得周边地区的生态环境、工业民用建筑物、生活 区、密布的地下油气管道等．对矿坑发生的地质灾 害外力作用特别敏感、特别脆弱，灾害影响后果严 重。 8 主要技术路线 露天矿闭坑是一重大课题，从技术路线上应分 阶段进行。第一步是建立露天矿闭坑环境地质信息 系统与闭坑环境地质灾害预测系统 进行露天矿闭 坑前后环境地质研究和闭坑灾害地质勘察。通过对 露天矿周边环境地质和灾害地质条件的勘察、观 测、分析及试验，研究闭坑后环境工程地质和环境 水文地质的变化及可能诱发的各类地质灾害。对闭 坑后出现的地质环境恶化及地质灾害的形成机理、 变形破坏规律进行试验研究，进行灾害区划 灾害 类型、区域、频度、危害程度．对重点区段成灾 性、油母页岩煤 白燃机理及对环境影响、对水体污 染、排土场生态灾变进行预测和评价。第二步，灾 变预测区域、项目监测、监控技术 矿坑及排土场 环境保护与生态恢复。第三步，综合利用与城市规 划 对生态环境的恢复与优化利用方案进行研究， 从而为城市生态环境整治规划与城市长远规划提供 依据，进行在现代监控技术数据指导下的防治工程 方案 设计与综合利用 总体规划设计 ，开展示 范工 程。 9 结 语 自然灾害、地质灾害的形成和发生都有一个比 较长的发展过程．往往是人类工程活动 如采矿 等使环境恶化，多种成灾原因长期作用、复杂叠 加，而导致的，而且一旦孕育成灾，就难 以防止 。 必须高度重视预测未来 闭坑后工程地质和水文 地质环境可能的变化趋势，尽力在空间上、时间上 和强度上做到定量预测预报，以便于控制和防御由 于闭坑后各种情况的变化可能造成的各种地质灾害 的发生 露天矿闭坑前后地质灾害防治、环境保护与生 态恢复和综合利用规划是抚顺市面临的三大问题， 是一个涉及城市地质环境保护、社会稳定、民心安 宁、经济可持续发展的综合、庞大的系统工程，需 要多学科、多部门，国家、省市各级从战略的角度 协同攻关才能一步步实现目标。 参考文献 『 l 1 r 3 1 高国骧 ． 抚顺西露天矿开采技术咖 ． 北京煤炭工业 出版社 ，1 9 9 3 邵军． 辽宁省地质环境概要『 J 1 ． 辽宁地质．1 9 9 9 2 ． 祖国林． 深大露天矿闭坑城市环境地质灾害研究I A 1 中 国煤炭学会第 6届青年科技学术研讨会议论文集 『 c 1 北京煤炭工业出版社．2 0 0 2 5 2 --2 5 6 ． 『 4 1申力．祖国林，刘晶辉． 地质灾害信息管理系统及其应 用研究『 A 1 ． 中国煤炭学会第 6 届青年科技学术研讨会论 文射 c 1 ． 北京煤炭工业出版杜．2 0 0 0 ． 1 7 2 1 7 4 ． 维普资讯