摘要：矿山因地下开采形成大面积塌陷区，不仅给矿山深部生产带来了潜在的地质危害，还严重破坏了矿区地表生态环境。本文以某矿山为例，其地下开采导致地表塌陷，地质危害严重，影响矿山的安全生产。方案不仅解决了矿山塌陷区治理和尾矿堆存问题，同时还矿山以绿色的生态环境，可为类似矿山生态恢复、塌陷区治理和固废利用提供依据。
关键词：矿山塌陷区；生态恢复；环境恢复
1矿山塌陷区地质环境专项勘查
地面塌陷主要调查采空地面塌陷，采空塌陷的勘查以采空塌陷灾害调查与测绘为主。具体工作主要包括以下内容：1）采空塌陷调查采用实地量测为主的调查方法，调查记录按地面塌陷野外调查表逐一填写，不得遗漏地面塌陷主要要素，并对调查点进行拍照、录像或绘制素面图[1]。2）调查采空塌陷发生时间、规模、范围和分布规律；调查矿区的开采起始时间、开采方式、规模、开采矿层、产状、采深采厚比、回采率、顶板管理办法、煤柱留设情况。3）调查地表变形特征和地面塌陷分布发育规律[2]。4）根据收集的资料结合矿区水文地质条件、工程地质条件、开采厚度、开采深度和以往矿山开采的经验数据，按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定的计算公式，确定地表塌陷范围、深度、稳定时间等。5）采空塌陷区测绘比例尺一般为1∶1000～1∶2000。6）调查地面塌陷的危害对象和成灾情况，预测其发展趋势、提出防治对策。
2工程概况
某矿山开采国内典型的河床下赋存的大型金属矿床，采用无底柱崩落采矿法，设计生产规模180万t/a。1997年开工建设，2002年投产试运行，2004年达产。地下矿体呈西高东低的“长蠕虫”状，一期（－50～－110m水平）回采已于2013年结束，二期（－110～－230m水平）正在生产中。随开采时间的推移，一期地表塌陷已趋于稳定。地表塌陷区最终错动范围东西长1250m，南北宽850m，总面积1．24km2，初步估算地表塌陷区容积为220万m3。矿山尾矿库距选矿厂11km，设计总库容808万m3，服务年限13．2a，属于四等库。2004年2月开始建设并投入使用，目前服务年限仅剩余约1．5a，因此解决矿山尾矿堆存问题已刻不容缓。
3总体技术路线及研究成果
3.1地下矿体开采和地表塌陷情况分析
地下矿体呈西高东低的“长蠕虫”状，采用无底柱崩落采矿开采法。矿山－110m水平、－125m水平已回采完毕；－140m水平于2017年底回采结束。－110m水平以下矿体主要集中在9勘探线以东区域。从现场情况来看，塌陷区11勘探线以西区域地势呈现为整体下沉式盆地，未出现大的塌陷坑。特别是该区域北部生长了杂草及小型灌木，下沉基本稳定。11勘探线以东区域为主要塌陷区域，最大的塌陷坑边界出现在该区域。依据2013年地形图，最大塌陷坑深度约50m（坑底标高约231．2m，附近地表标高281．3m）。
3.2塌陷区地表实测和稳定性分析
3.2.1塌陷区地表实测
采用GPS－ＲTK测量方法进行了数字化地形图测量，坐标系统为2000国家大地坐标系统，并采用1985国家高程基准。面积计算方法采用南方CASS7．0软件的面积计算方法，计算结果为173612．9m2。体积计算方法采用南方CASS7．0软件的三角网法，计算结果为2601434．7m3。
3.2.2塌陷区稳定性分析
1）采空区自然冒落情况分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该矿山矿岩不稳固—中等稳固；顶板为奥陶纪马家沟组中统灰岩，中等稳固—不稳固；底板为燕山期闪长岩，中等稳固；在矿体与闪长岩之间，有一层厚5～10m矽卡岩蚀变带，极不稳固。根据诱导冒落原理和矿山相关参数，计算出空区的最大跨度为11～13m，对应的临界冒落面积为380～530m2。矿山按照15m分段高度从－50m水平向上划出3个分段，每一分段矿体面积均远超过530m2。2）塌陷区整体稳定性分析。收集塌陷区内不同岩层的岩石样本，在实验室进行试验，获取不同类型岩石的密度、单轴抗压强度、变形模量等物理力学参数。根据对上下盘围岩岩层分析结果，结合矿体开采的实际情况，构建三维立体应力模型，并基于数值模拟软件有限元法进行分析。
3.3井下安全措施和地表沉降监测
1）井下安全性。对井下通往采空区的废旧巷道进行封堵处理，并设置排水设施，防止局部压力过大，引发岩石冲出或泥石流；在－122m、－110m水平工程性质稳定的穿脉向上钻凿系列泄水孔，用于疏导尾矿渗水和地表降水。2）地表沉降监测及现场防护。通过分析确定9勘探线—15勘探线塌陷区已趋于稳定，为进一步保证回填作业时人员和设备安全，通过采集场地变形数据，建立场地变形监测系统。
3.4分区域充填
工业试验场地主要为废石堆场；对于工业试验场地北部塌陷区的稳定区域以11勘探线为界线分为胶结尾矿回填作业一区和胶结尾矿回填作业二区。首先进行胶结尾矿排放作业平台的平整作业，然后进行工业试验场地的胶结尾矿回填作业，最后自西向东逐步进行胶结尾矿回填作业一区和胶结尾矿回填作业二区的回填作业。对废石堆场地势较高区域进行平整后作为胶结尾矿排放作业平台使用[3]。根据作业及安全要求，塌陷区稳定区域胶结尾矿排放作业平台顶宽为10m，两侧平均坡比不大于1∶2。为保障胶结尾矿回填作业安全，胶结尾矿回填采用池填法作业，初步确定池子东西方向围埝间距为160m，南北方向围埝间距为90m。池填法围埝采用分期堆筑的方式，每次堆筑高度3．0m左右，胶结尾矿回填高度低于围埝顶0．5m。
3.5作业区域覆土及绿化
1）覆土。胶结尾矿回填作业区域各个分段（田块）达到最终设计标高后即进行平整及复垦工作。覆土厚度为0．5m，其中杂填土0．3m，表层耕土0．2m。所需各类土壤可从附近选取。2）覆土平整。对已充填完成的区块进行覆土后，对场地进行平整，平整坡度要求沿水流方向（大致为自南向北）平整为1/500，使水沿着坡度均匀地前进，既保证了地表植被所需水分，又确保了大量水渗透至地下回填层。3）道路规划。治理区内道路分为田间道路和生产道路两级。田间道路是居民点到田间的通道，主要是为货物运输、作业机械向田间转移及为机器加水、加油等生产服务的道路；生产道路是指联系不同田块、通往田间的道路，主要起到田间货物运输的作用，为人工田间作业和收获农产品服务[4]。4）绿化。覆土后选择本地植物进行生物生态环境绿化。采用灌木和草进行全覆盖种植，为后期农作物种植蓄积肥力。
结论：
综上，本文以某矿山塌陷区为研究对象，利用膏体充填技术进行治理，为类似矿山生态恢复、塌陷区治理和固废利用提供了参考。矿山尾矿库即将达到总库容，本研究在节省新建尾矿库投资的同时，也能避免因新建尾矿库产生新的重大危险源，从本质上提升了安全程度。在塌陷区上部进行生态环境恢复，消除了潜在的地质灾害，增加了农业用地，绿化了矿山环境，有利于矿山的绿色可持续发展。
参考文献：
[1]彭茜，程宏伟，喻上坤. 矿山环境恢复治理保证金制度困境与出路分析[J]. 中国矿业，2017，26（05）：20-24+45.
[2]王维维，杨思留. 我国矿山环境治理保证金制度研究综述[J]. 南京工业大学学报（社会科学版），2017，16（02）：31-38.
[3]牛磊，赵志芳，曾诗卉. 生态文明建设背景下的矿山环境恢复治理研究综述[J]. 科技资讯，2018，16（25）：31-35.
[4]朱迪生. 我国矿山环境恢复治理存在的主要问题及对策[J]. 中国资源综合利用，2019，37（02）：157-159.
论文作者:曾梦蛟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：尾矿论文; 矿山论文; 作业论文; 地表论文; 矿体论文; 区域论文; 田间论文; 《基层建设》2019年第32期论文;