露天井工联合开采闭坑露天矿边坡稳定安全及环境治理与生态重建

阜新煤田及海州矿露天井工联合开采~

2.5.2.1 阜新煤田概况
阜新市位于辽宁省西部。阜新煤田东北起沙拉，西南至李金，走向长75km，由西北端露头向东南深部延伸，倾斜宽8km，面积约600km2。矿区处于医巫闾山与松岭山脉之间的低缓丘陵地带，地形起伏变化较小，局部地区为河流冲积平原。细河由北向南流经矿区中部，除雨季外，河水流量较小。阜新气候属大陆性气候，冬季寒冷，最低气温零下25℃，最高气温零上35℃，年降水量700mm，冻结深度1.2m。
矿区平面位置见图2-7。

图2-7 阜新矿区平面示意

矿区含煤地层为中生界侏罗系上统义县组、沙海组和阜新组。煤系地层之上为白垩系下统孙家湾组，其上为第四系冲积层。煤田位于天山—阴山纬向构造带的赤峰—铁岭断隆带与新华夏系第二沉降带的北票—建昌断隆带交错复合部位，矿区内褶皱构造比较发育，沿煤层走向依次有新邱背斜、清河门背斜和李金背斜等。这些背斜又被北西及北北西向正断层切割。背斜与断层的交错切割，将整个煤田分割成多个块段，是井工划分的自然边界，也使整个矿区分割成分散很广的独立矿井。矿区水文地质条件从简单到中等，以第四系裂隙水为主，以基岩风化带微裂隙含水与粗粒孔隙构成的含水层为辅。据1989年统计，全区涌水量为3700～4100m3/h(60～80m3/min)，第四纪冲击层含水量及矿井涌水量主要来源于大气降水。
阜新煤田露天井工联合开采露天矿与井工矿分布见表2-3，因此看出，阜新煤田是露采矿，井采矿分布广、分布散，但露天矿周边又有多个井工矿的典型复合的露天井工联合开采类型煤田。

表2-3 阜新煤田露天矿井工矿分布

以上是源于适合露天开采煤田的露天井工联合开采类型。这样划分的露天矿与井工矿，能各自开采，各自管理。露天井工相互之间的影响与干扰一般都较小，安全控制技术的关联程度也不那么密切。而对于露天煤矿近期迅速发展的一种新型的开采方式，即露天煤矿内实现露天与井工联合开采，已从实践与理论上发展为露天井工联合开采，以实现露天煤矿内露天开采与井工开采的优势互补，具有合理高效开采煤炭资源，减少资源浪费的优点，这样可以最大限度的将露天煤矿内露采残存的煤炭资源，采用井工开采的方式开采出来。这符合充分利用不可再生资源，实现煤炭绿色开采的理念。
阜新市煤田露天井工联合开采的地质环境具有以下特点:
(1)煤田分布范围广，大部分矿井分布分散，只有部分矿井相对集中。阜新市街区位于煤田矿井集中的部位;
(2)煤层开采深度变化大，浅部开采与深部开采并举，露天开采和井工开采并举，煤层重复开采持续不断，使阜新市地质环境处于多类工程活动反复作用影响之下;
(3)地质构造复杂，断层多，易受采动影响诱发活化，引发灾变;
(4)由于井采和地质条件的特点，露天矿与井工矿开采具有安全控制难度大、范围广、种类多、持续时间长、防治难度大的特点。
随着资源枯竭，阜新煤田矿山陆续终采闭坑，海州露天矿2005年也已闭坑，矿区生产能力下降，经济效益下降，矿山设备老化，亏损严重，而生态地质环境的恶化，地质灾害的频发，更是雪上加霜。国家高度重视资源枯竭地区的经济转型，将极具典型性的阜新市作为经济转型的示范区，探索一条符合中国国情的资源枯竭型城市经济转型的新路子，攻克这一世界性的难题。
2.5.2.2 海州露天矿露天井工联合开采
海州露天煤矿是中国“一五”计划期间，斥巨资建造的大型露天煤矿，当时由前苏联列宁格勒煤矿设计院设计。1950年开始建设，1953年7月1日正式投产。全矿占地26.82km2，东西长4.0km，南北宽2.0km，垂直开采深度-350m，坑底海拔-175m，排土场14.8km2，工业广场3.84km2。南帮原设计总边坡角为38°38′，北帮总边坡角为18°～20°，东西两帮的总边坡角一般在35°～42°之间。海州露天矿经过五十年的大规模开采，于2005年闭坑。
图2-8阜新海州露天矿坑。

图2-8 阜新海州露天矿

矿区岩层产状一般倾向130°～150°，倾角17°～24°，局部30°。海州露天矿地层是由中上侏罗系盆地所构成，盆地两侧有大巴—锦州和傲喇嘛荒—兴隆沟两断裂带所构成的一个条形地堑。
图2-9为海州露天矿矿区地质地形图。
露天矿开采境界之下曾有孙家湾煤矿、五龙煤矿、平安煤矿、高德煤矿等多个井工煤矿进行多年的大规模地下开采作业，从而产生露天井工联合开采的复杂相互作用。海州矿边帮几乎全部处于井工采动后的岩移扰动范围内，也改变了阜新市区南部地区的地形、地貌。海州矿西南235采区的井采对上部边坡岩体造成了明显影响。6个井工煤矿位于南帮边坡顶部及边坡下部，其煤矿开采活动对闭坑后的露天矿边坡稳定与矿山生态重建影响较大，存在滑坡与地表变形、地面沉陷、煤层自燃、地裂缝等多种矿山地质灾害和地质环境问题，是露天煤田历史遗留的、无序的、被动的露天井工联合开采造成矿业城市地质灾害频发与地质环境问题严重的最典型范例。
图2-10为海州露天煤矿与周边井工煤矿位置图。

图2-9 海州露天矿矿区地质地形


图2-10 海州露天煤矿与周边井工开工矿位置

海州露天煤矿闭坑后建成国家矿山公园，边坡稳定与安全控制将一直维持。因此把井工开采对露天矿边坡稳定性影响作为一个重大问题进行研究是十分必要的、紧迫的。

8.2.1.1 影响安全的危险因素排查
露天井工联合开采的宗旨是有效利用露天开采和井工开采的优势互补作用，同时将双方的耦合影响降到最低程度。在联采过程中其相互影响主要表现在三方面:一是井工开采导致其影响域内的边坡岩体弱化，同时活化边坡系统内部软弱结构面，使得受露天开挖卸荷作用而发生应力状态调整的边坡系统再次受到扰动，易导致边坡失稳灾害的发生。二是露天矿开挖的卸荷作用同样会对井工开采产生影响，特别是露天矿爆破等动荷载的反复加载，致使岩体发生松动，甚至导致巷道围岩失稳。三是由于二者影响域的重合，其采动效应相互叠加、耦合、放大，从而导致灾害的发生。
根据这三方面的内容，可以分析已存在的或将会产生的影响安全的危险因素。针对这些危险因素开展勘查、试验、危险性分析，为下一步监测预警及治理提供依据。
中国国际咨询公司曾对平朔安家岭露井之间岩体(边坡)稳定性技术进行过技术咨询研究。采用现场调查分析露天井工联合开采对露天矿边坡与周边构筑物安全的影响。采用选择与确定典型剖面的方法排查危险性。
也可以采用以上排查方法，首先排查危险因素，其后确定典型剖面开展工作。
(1)典型剖面选择原则
1)通过现场踏勘、调查、分析研究，选择现状边坡中动态稳定性较差有代表性的剖面;
2)分析判断上窑外排土场与露天不采区井工开采及采煤沉陷影响可能最大的露天矿边坡中的有代表性的剖面;
3)井工开采及采煤沉陷可能影响和危及地面重要构筑物安全的对应剖面;
4)井工开采与露天开采复合作用下对边坡稳定性最不利的有代表性的剖面。
(2)根据以上原则选定的典型剖面
1)上窑外排土场西南部典型剖面(3-3’剖面)
该剖面位于上窑外排土场西南部，走向NE60°，虽距井采第一采区有一定距离，但环形路轨位于坡脚，西南部坡下有火药库，最大排高150m，坡脚14°，基底土层20m，倾角达8°～10°左右。该剖面区的边坡稳定直接关系到环线与火药库的安全。
2)上窑外排土场西南部典型剖面(4-4’剖面)
该剖面位于上窑外排土场西南部，C-C’剖面东南侧，走向NE60°，受上窑井采区井工开采沉陷影响，环形线路位于坡脚，高压架线沿坡下而过。基底土层厚5m，顺倾，倾角5°左右。
在上窑外排西南部选定2个剖面的主要原因是，边坡为顺倾，坡底附近有地面重要建筑物，排土场下有井工开采，井采地面沉陷后可能危及排土场边坡的稳定。
3)上窑外排土场东西区皮带运输线间边坡典型剖面(C-C’剖面)
该剖面位于上窑外排土场东区排土场之间的运输线路间边坡的典型剖面，两侧有上窑井采区，东侧有西界井采区，走向SW78°。西排排高104m，坡角16°，基底土厚23m，反倾，倾角2°左右;东排排高67m，坡角12°，基底土层顺倾。该剖面区的边坡稳定对运输通道的安全与露天矿正常剥离、运输生产至关重要。
4)露天井工联合开采南端帮上窑排土场典型剖面(F-F’剖面)
该剖面包括南端帮坑下边坡与上窑西排土场(下部为井采第一采区)边坡，是露天井工联合开采，井采和露采复合作用影响最大的、总体坡高最高的一个典型剖面。4号煤底板以上距地表坡高220m，其中南端帮坑下边坡高度130m，坡角29°，岩层反倾，倾角2°左右;西排土场坡高90m，坡角20°，土层厚18m;上窑井采区4#煤层埋深105～165m，宽240m。剖面南部又有高压架线、皮带廊道与铁路运输线。因此该剖面是露天井工联合开采对露采影响最大、露采井采复合作用下边坡稳定性最受影响、又有地面重要构筑物的一个重要的有代表性的典型剖面。
5)露天井工联合开采北端帮露天不采区典型剖面(E-E’剖面)
该剖面为露天不采区井工开采区南侧的露天矿矿坑北端帮边坡剖面，走向NE0°，9#煤底板距地面高差180m，坡角29°，土层厚41m，岩层顺倾，倾角5°左右。井采主副斜井临近北端帮;北端帮岩层顺倾，黄土层中黏土层与4#煤顶板的风氧化层为二个弱层，1300平盘、1360和1375平盘在2002年相继出现裂缝;端帮进行过平硐采煤;总体边坡角31°，局部边坡最大坡角40°以上。因此比较起来是一个露天井工联合开采复合作用影响下边坡稳定性最差的剖面之一。

图8-14 露天井工联合开采位置及典型剖面位置

6)露天不采区斜井井口位置边坡典型剖面(X-X’剖面、Y-Y’剖面)
露天不采区斜井井口区边坡虽然不高，但所处位置重要，即是人员、材料物资进出斜井的通道，边坡下方又有重要的工业设施与建筑，因此它的稳定直接影响人员设备及重要设施的安全。是露天不采区井工开采安全必须分析和考虑治理的一个重要剖面。
根据以上典型剖面开展具体的勘察、试验、分析、监测、预警、安全防治控制技术研究。
8.2.1.2 勘察
针对影响露天井工联合开采安全的危险性因素的勘察目的，主要是查清危险因素区域(或选定的典型剖面区)的工程地质、水文地质条件，方法也是采用露天开采与井工开采区勘察方法，需要注意的就是考虑二者叠加域岩体变化规律。重点加强对露井复合影响造成的工程地质条件、水文地质条件、特点进行勘察。
以露天煤矿边坡工程地质勘察为例:
(1)边坡工程地质勘察内容
1)组成边坡的岩体岩性、产状、构造、新构造运动、区域地质特性、岩层风化程度、水文地质特征;
2)矿区水文、气象、地震资料、开采中爆破等采矿工程活动情况;
3)边坡稳定性、边坡变形与滑坡调查及分析;
4)岩体结构类型和工程地质分区。具体内容包括:
① 边坡岩层的岩石名称、颜色、矿物组成、结构特征，岩层的产状、含水状态，软弱层(面)的赋存状态、分布规律、接触关系及接触面的特征;
② 与边坡稳定性有关的地质构造，包括断层的性质、产状、破碎带宽度及破碎程度、断层面的特征、充填物，断层与地下水的关系;裂隙的性质、产状、发育程度，裂隙带的宽度及充填物;褶曲的形态、类型、产状、特征;
③ 松散及风化岩石的岩性、风化程度及其与坚硬岩石的接触关系、接触面的特征;
④ 含水层的岩性、厚度，裂隙或岩溶发育状态及特征;出水点的位置、流量变化、水质、水源及补给途径;
⑤ 地下水对边坡稳定的影响程度。
(2)边坡工程地质勘察按步骤:
1)收集现场相关资料，包括现场该边坡地质、水文、气候等资料，确定边坡的岩体结构、组成及赋存形态;
2)收集该边坡之前做过的相关勘探报告、钻孔资料、地质剖面图、位移监测资料等;
3)结合上述资料确定边坡剖面线的位置，并在边坡剖面线上确定能代表边坡岩体性质的钻孔位置;
4)露天矿边坡钻探应严格按照《岩土工程勘察规范》GB50021[38]中有关技术要求执行;
5)边坡工程地质勘察资料整理分析评价，编制露天矿边坡工程地质勘察报告。
(3)对井采影响下的边坡工程地质水文地质条件特点变化与趋势进行。
8.2.1.3 试验
试验目的是测定危险影响区或典型剖面岩土体的物理力学性质，包括产生影响前及与露天井工联合开采相互影响下两种情况的岩土体物理力学性质、变化规律、发展趋势。方法也是采用露天开采与井工开采岩土体物理力学性质试验方法，增加的就是露天井工联合开采影响下的岩体物理力学性质变化规律，发展趋势。
以露天开采边坡岩土物理力学性质试验为例。
(1)边坡岩土物理力学性质试验内容
1)抗剪强度试验，包括岩样、原位岩体与散体岩土的直接剪切或三轴压缩抗剪强度试验。岩土样直剪采用直剪仪;岩土样小三轴抗剪采用三轴仪;原位岩体直剪试验采用原位岩体直剪试验系统;散体岩土大三轴试验采用大三轴仪试验系统;
2)岩土物理性质指标测定，包括密度、含水率、比重、界线含水量、压缩、固结、贯入等;
3)岩土试样抗压强度、点荷载强度、变形参数(弹性模量、泊松比等)测定;
4)软岩或泥化层流变试验，采用直剪流变仪测定长期强度及各种流变参数;
5)岩土不同含水量下的物理力学性质试验。
(2)边坡岩土物理力学试验方法
边坡岩土物理力学性质试验要以国家有关标准(如《土工试验方法标准》《工程岩体试验方法的标准》GB/T50123[41]、GB/T50266[40]等)、煤炭行业有关煤和岩石试验标准(MT)、水利水电行业有关岩石试验、土工试验的标准为主要遵循依据，并结合各露天矿边坡具体的特点确定试验项目、内容，并调整试验方法。
(3)岩体强度评价
岩体强度评价主要为确定边坡稳定分析采用的指标参数，结合以上试验成果，选用适宜的岩体强度评价理论、滑坡反分析成果及岩土性质类比成果等综合确定露井联采影响边坡各岩土体物理力学性质指标，特别是抗剪强度指标，为边坡稳定性分析选用。
(4)边坡模拟试验
宜根据露天矿边坡稳定分析与滑坡模式、破坏机理分析需要，依据边坡岩体实际赋存条件、地质剖面、岩土性质，采用底摩擦模型法或相似材料模型法进行边坡模拟试验，求得边坡变形破坏和滑坡模式。试验方法根据《露天煤矿边坡模拟试验方法》MT/T675进行。
(5)以上试验与评价内容应包括岩体在露天井工联合开采影响发生前与影响发生后两种情况下的岩土体物理力学性质，特别是性质的变化规律与发展趋势。
8.2.1.4 影响安全的危险因素分析
危险因素分析主要目的是分析露天井工联合开采影响安全的危险因素的类别、时空关系、影响大小、危害程度，提出监测预警与防治对策等初步建议。分析方法可采用以下两种方法:
(1)参照煤矿企业应急预案编制的指南与方法，针对危险性分析，进行情景模拟。通过调查、排查、分析危险因素的种类、范围(时空关系)、大小与危害程度，监测预警系统，采用技术与管理手段等防治对策以有效控制和减少事故发生的几率。在此基础上也可以同时编制露天井工联合开采影响安全危险因素的应急预案。
危险因素分析与相应应急预案应具有:针对性、可操作性、科学性、协调性、强制性与规范性。
(2)参照国土资源部对地质灾害防治勘查、设计与地质灾害危险性评估的方法按地质环境条件与影响因素引发地质灾害的危险性进行分析分类。如2.5.1中介绍的抚顺西露天矿，由于胜利矿井采对露采边坡影响的地质环境分类(沉陷滑移区)及相应的地质灾害危险区、及安全区。在分类基础上分析危险因素类别、范围、大小与危害，以提出初步的防治措施。

露天井工联合开采露天煤矿闭坑矿坑一般有两种情况:一种是历史遗留的、已造成一系列环境地质灾害的、并将继续的闭坑采场矿坑。矿坑与周边存在露天开采与井工开采联合造成的地表变形、井采沉陷、边坡滑坡等一系列环境地质灾害，边坡稳定与闭坑环境治理与重建的难度极大。另一种是目前我国新建大型露天煤矿普遍采用的内部排土回填露天采场矿坑的方法。这种方法不但根本消除了地表变形、地面沉陷、边坡滑坡的发生，又利于生态环境的治理与重建。因此需大力推荐并且应上升到立法、规范的高度，要求必须实现内排回填矿坑、土地复垦、环境治理与重建，即实现露天井工联合开采露天矿生产与环境治理、生态重建一体化。

8.2.4.1 露天井工联合开采露天矿闭坑保留矿坑方案的边坡稳定与环境治理与重建

以抚顺西露天矿为例。

(1)露天井工联合开采影响下的抚顺西露天矿闭坑环境问题的经验教训

抚顺西露天矿闭坑环境问题实际上是典型的露天井工联合开采影响下的保留矿坑的闭坑问题，所引发的环境地质灾害复杂、特殊、多样、敏感，对城市地质环境和生态环境影响和破坏非常巨大。所沉积的问题和危害在我国老矿区城市之中也是空前的、典型的。

1)历史遗留问题是保存矿坑的露天井工联合开采露天矿闭坑矿山环境问题多、危害大、治理难的主要根源。

露天井工联合开采影响下的抚顺西露天矿闭坑环境问题主要是历史遗留问题造成的。包括两部分:一是解放前的，二是解放后的。

解放前掠夺式开采和无序建厂为今天的环境问题埋下难以逆转的隐患

抚顺煤矿1901年光绪年间正式开采，1903年俄国接管开采，1905年日俄战争，日本占领至1945年，1946年～1948年10月由国民党接管开采。

解放前掠夺式的疯狂开采，根本不考虑什么今后环境、布局、规划。抚顺西露天矿建于1914年，胜利矿建于1907年，抚顺发电厂建于1908年，抚顺石油一厂建于1928年。两个工程均建在露天矿附近，上部露天开采、下部井工开采，且地表又位于F_1A断层的条带上。采场内的露天井工联合开采格局为环境问题“奠定了基础”。

解放后露天矿山、石油一厂、发电厂等企业属国家所有，追求产量、产值、利润。为国家、人民作出了重大贡献，但缺乏矿山环境需要保护和管理意识，也没有科学的长远的规划和战略预见，使矿山环境问题在几十年后愈演愈烈。确实，我们取得了对大自然的胜利。建国50年，抚顺矿区为国家生产优质煤4.5亿t以上，创利税46亿元。其中露天开采约占1/3(至1997年露天采煤2.52亿t，油母页岩富矿4.71亿t)。可是，自然界开始对我们进行报复。从露天矿开始发生滑坡，至80年代矿坑边坡不稳态，灾害频发;抚顺石油一厂场区地面发生变形，1987年以来，变形急剧增加，危及工厂重要装置安全生产(如地下巷道、西汽锅裂化装置等);抚顺发电厂也在井下和露天采煤影响下，在F_1A断层带区发生地表移动而影响装置安全和生产;露天矿东部的北帮附件的居民、建筑物也开始受到危害或破坏。到这时，才引起国家、省、市、厂、矿的高度重视。为了“双保”，不得不花费巨大的财力、物力、人力进行勘查评价和治理。并随着露天矿的闭坑，治理矿山环境的任务将更加繁重，仍需要付出几代人的努力。

2)传统的地质、采矿、管理学科没有将矿山环境勘查、评价、预测、管理立法、执法与露天矿建设、设计、生产有机结合起来，更缺乏露天井工联合开采安全控制、环境治理、生态重建的实践与理论。

地勘单位在以住的地质勘察中，只是探明煤炭储量、品位，对矿床工业远景初步评价，没有或很少对环境影响做出评价，也没有或很少提出负面影响的对策;矿山生产技术部门，以住的采矿工程学科只是从煤炭开采的各个技术环节进行设计、生产，只注重把矿物多开采一些出来，而没有或很少考虑对周围环境的影响，及如何在开采过程中和开采后，恢复地质环境和生态环境，更不会考虑在开采结束闭坑逐渐充水后，边坡岩体强度下降，稳定性、安全性大幅下降可能引发的环境地质灾害及防治对策，更没有露天井工联合开采环境影响的意识;管理部门注重当前经济效益，预见不到若干年后可能产生的危害，往往忽略了长远的社会效益、环境效益，也就忽略了长远的经济效益，或是缺乏科学的、具体的可操作性的法规和标准，或是有法没依、执法不严、违法不究，形成好象有人管、谁都管，实际谁都不管或管不了的局面。

随着中央和各级政府对资源环境工作的高度重视和一系列政策法规的制定，及要加大矿山环境管理和治理力度，加强地质灾害防治，实现资源开发和环境保护的协调发展，使我们认识到要深层次开始研究传统理论中勘探、开采、管理、效益、执法等人类生存活动与地质环境相互制约和相互作用的关系，以从理论上拨乱反正。

对露天井工联合开采露天矿闭坑环境问题从学科上、技术上就应将煤炭露天井工开采、煤矿闭坑地质灾害防治、生态地质环境恢复有机的结合起来，要将将来用于治理的投入同开矿的效益统一起来考虑规划、设计和生产。用现代化的技术方法防止、减少和改进采矿引起的地质环境改变，整治采矿对环境造成的危害。决不要以不可逆转的破坏地质环境、生态环境为代价来开采煤炭资源，也只有这样才能实现经济的可持续发展，实现强国富民安天下。

3)露天矿闭坑环境问题根本上说就是人类采矿工程活动使环境逐步恶化，多种成灾因素长期作用、复杂叠加，而逐步的导致环境地质灾害发生和加剧。这就需要决策者、管理者、生产者有战略眼光和战略胸怀，高度重视预测未来露天矿特别是露井联采露天矿闭坑后工程地质和水文地质环境可能发生的变化趋势和灾变，列项开展这方面的科学研究和实行综合防治。

(2)露天井工联合开采影响下的抚顺西露天矿闭坑总体思路

在露天矿进入闭坑期后，通过由干坑(进行疏干工程的边坡)向湿坑(不疏干将充水的边坡)逐渐过渡的模式分阶段进行露天井工联合开采露天矿闭坑环境地质灾害(包括滑坡、地表变形、沉陷、水污染、油母页岩自燃、扬尘等)监控、预测、防治和利用。

露天井工联合开采露天矿闭坑环境地质灾变将按工程地质、变形动态和灾害危险性区划的两种分区，在利用原有监测线并扩建环境监测网的长期监控下采用现代技术和建立的环境地质信息和预警系统按区动态的跟踪预测。特别是预测倾倒区、沉陷区、潜在沉陷滑移区中的变形破坏区、变形危险区、一般变形区;或灾害危险区和易发区的界线在干坑向湿坑过渡中的动态变化趋势，并研究相应的防治对策和措施。对闭坑期水文地质环境的变化(包括水污染、水质评价治理、水资源利用)利用原有的相应的疏干排水系统设施(地表水排水系统、坑内上部浅水排水系统、坑内下部排水系统)也在由干坑向湿坑过渡中由疏干排水单一功能过渡和建成为水汇集、水质评价、水污染治理、引水成湖、景观建设、水资源利用等多功能的为水文地质环境治理利用服务的综合设施。考虑到东露天矿恢复开采后部分剥离岩石进入西露天矿内排土场排弃的规划，设计露天矿闭坑北帮边坡的灾害防治、绿化、复垦利用。对于露天矿闭坑后期残余工作区(主要在东南帮E2500-E2800，-90-248水平;东本层E1400-E1500区域，东南帮保安煤壁E2600-E3600，-150水平)及露天矿结束期并段要按现行的地质灾害防治条例等矿山环境保护法规进行开采和生态地质环境保护，避免造成新的环境地质灾害。露天矿矿坑环境灾变防治同时，对三个排土场进行成灾性预测评价、整治和复垦，恢复生态环境。西排土场立即着手开展工作，汪良排土场、东排土场随后。这样，逐渐的形成一个集各种人文景观、工业景观，能多种经营，可持续发展的宝地，形成抚顺市南部绿色园林。并总结矿山地质环境管理、法规、治理方面的经验教训，成为我国露天矿山环境管理、治理恢复的一个示范。

(3)露天井工联合开采影响下的抚顺西露天矿闭坑矿坑利用的几个方案

露天矿闭坑后矿坑的利用应建立在闭坑前后地质灾变监测、预测、防治的基础之上，综合研究并达到最佳的环境效益、社会效益和经济效益。也就是说要从干坑向湿坑逐渐过渡的过程中研究最佳的利用方案。

① 从干坑向湿坑过渡，最终充水成湖。这一方案在周边没有重要工业设施和居民建筑物或充水成湖后不构成威胁的前提下应是一最佳经济的方案。通过充水成湖，生态环境恢复、景观建设，实现水资源利用。

② 矿坑回填或局部回填利用。削山平坑(包括剥离回填)从防治闭坑环境地质灾害和复垦来讲，不失为一最有效的方法，但从经济上考虑，填平或局部填平至不危害地而建筑物，17亿m³的工程量，既要巨大的投入，又要漫长的时间，目前是难以实现的。但东露天矿恢复开采，部分剥离物至矿坑内排线排弃，是有利于减小地面变形和灾害发生的。

③ 干坑利用方案。露天矿坑理论上具有1万亿元的挖方价值能否利用这一优势，结合国家长远规划兴建巨型建筑群，或从下至上综合规划建设有世界之最特色的人文景观，也是一个可以研究的方案。但如果没有国内外巨额资金注入，或战略需求，恐怕很难有所作为。

④ 下部充水成湖，上部维持疏干排水，进行复垦、绿化、利用。这是综合以上方案的折衷方案。从水资源利用、恢复环境和防治环境灾害几个方面出发进行规划研究。但要综合考虑投入与产出的效益比。

(4)露天井工联合开采影响下的抚顺西露天矿闭坑前后环境地质灾害防治对策

通过对抚顺西露天矿闭坑前后环境地质问题的勘察，综合分析，灾变预测和评价，对经过八十多年露天采矿井工采矿所诱发和累积的各种环境地质灾变的现状、成因、特点、危害和发展趋势的研究，清楚的表明露天矿闭坑环境地质灾害防治本身也是一项综合的、复杂的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治时策。将露天矿闭坑引起的环境灾变影响降低到最低限度，并探索适合合理开发、利用的实现可持续发展的防治方法。

1)建立露天井工联合开采露天矿闭坑环境地质监测网站。建站原则为在充分利用原有城市监测网站的基础上结合闭坑系统特点建站。监测网包括三部分，一是在完善原有企业包括石油一厂、发电厂、露天矿闭坑期余留的地表变形、地下位移监测点线的基础上建立长期的露天矿周边环境地表变形、地下位移监测网，实现长期的地表位移、地下位移监测，积累数据和资料供变形特征分析，变形发展趋势和灾变预测，为防治提供依据。以地表变形监测为主，地下位移视不同区域需要建立。二是水文地质环境监测。充分依靠利用省、市地质环境监测站对省布城市地质环境长期监测和积累的地下水动态、地下水环境、地质灾变等方面的基础数据和监测手段，拓展监测并将闭坑环境有关监测纳入市地质环境监测站业务中。三是对大气、水体、土壤、岩石和排弃废矸，环境污染等方面的监测。充分依靠和利用环保部门系统建立的市级环境监测站对城市的环境监测数据资料和监测手段、仪器装备。拓展监测内容和范围，将闭坑环境有关监测内容纳入环境监测站的业务中。三部分的监测汇总就能实现露天矿闭坑环境动态的较为全面、长期跟踪监测。地表变形监测网主要要补充建立E1500以东地区三条监测线(D线、E线、F线)，南帮千台山九个监测点，实现潜在沉陷滑移区的监测和千台山地区变形监测。以上3部分监测联成网络，组成系统，资料汇总，信息共享。

2)在开始建立的露天矿闭坑地质环境信息系统和露天矿环境地质监测网基础上建成闭坑地质环境灾害预警系统。这个预警系统基本包括环境地质信息变化趋势调查评价，监测网长期、持续、跟踪的三部分监测资料，灾变发展趋势分析，灾害预警信息传播、会商和防治对策建议等5个方面。可以依靠和充分利用地区(如市)地质环境监测站建立的地质环境、地质灾害监测体系和预警、预报监测网络建立的预警系统，二者相互依存，也可作为市地质灾害预警系统的一个子系统管理。这个系统主要目的为伴随着露天矿逐渐闭坑对环境地变化趋势和灾变进行跟踪预测，为矿山闭坑管理、监控和灾害防治服务。侧重于空间预警，即基于闭坑环境地质灾变的主要控制因素(如地层岩性、地质结构、闭坑地貌形态、地层灾变、地下水等)和诱发因素〔如降雨、消融、人为工程活动、矿震等〕开展工作。根据长期的监测和分析，比较明确的划定一定时间内环境地质灾变将要发生的区域或地点，工程地质及变形分区中倾倒滑移区、沉陷滑移区中的危险区、变形区界线动态变化趋势、潜在区发展趋势，环境地质灾变预警预报模型，及相应的防治对策建议。

露天矿闭坑环境监测网系统和预警系统宜在露天矿闭坑前期即近几年内建成并投入运行。一是实现闭坑前期地质环境的实时监控、预测和管理，二也为通过闭坑这一完整过程从工程技术上、政策、法规、标准制定、管理和执法上积累经验和资料，三是为实现边闭坑(终采前的开采过程)、边防治、边恢复地质和生态环境提供依据，从而减少闭坑后环境地质灾害和减小其危害和治理难度，从经济上也能减少投入。

3)露天矿闭坑前后同边地区环境地质灾害，地表变形防治对策。露天矿闭坑前后周边地区环境地质灾害的主要问题是地面变形、沉陷、地面塌陷、滑坡。而重点在北帮，其造成的灾害对石油一厂、发电厂、居民建筑物影响大，破坏也严重。防治也主要针对这一地区。上述监测网和预警系统也主要布设在北面，为防治对策的制定提供基础资料。防治对策立足两点:一是避让原则。在倾倒、倾倒滑移体区和沉陷、沉陷滑移体区的危险区甚至变形区内不要安排、布置工程建设和民居建筑，不要搞新的双保。也就是这两个区的F_1A断层以南地区均应避让。二是针对性治理原则。对己经存在的位于变形区内又不宜搬迁的重要工业设置和建筑物，采取针对性治理。

4)闭坑前后水文地质环境灾变防治对策。水文地质环境灾害主要在两方面:一是干坑向湿坑过渡中，岩体强度因水浸下降，可能发生滑坡、崩塌等灾害;二是在径流条件下，地面的发电厂、石油一厂、水泥厂等企业及周围民居群的工业、生活污水大部分排入冲积层，成为降雨和河流补给以外的充水补给源，水质将严重的受到污染。岩体中的有害元素也可能污染水体，这一问题将成为露天矿闭坑后显现出来的最大问题之一，将影响长远的生态环境和水资源的利用与开发。

露天矿生产中，建有一套完整的疏干排水系统。基本格局是地表水不下坑，坑内上部浅水浅排，下部贮在露天矿，排在胜利矿。

南部地面设有2条截水沟:北沿帮水沟由东岗向西流入大官暗渠，南沿帮水沟由注砂井向西流入古城子河。坑内分不同水平设有50km长永久和临时性水沟，分别流向各泵站。

结合这一具体状况，最佳、最经济的防治对策为充分利用闭坑前的疏干排水系统设置，随着由干坑向湿坑过渡逐步改造、完善成闭坑后的水质评价、水污染防治和水资源利用的系统和设置。地表水经水沟汇集后需经水质分析、水污染防治后方允许流入坑内，坑内由下往上的泵站按防治、利用需要改造成相应装置，并随着充水成湖，湖面上升而逐级废止或保留。这一项工程主要围绕水资源利用而展开。

5)闭坑后坑内边坡滑坡、崩塌等灾害防治对策。露天矿进入开采后期，加大了内部排土，并于2000年关闭了西排土场，内部排上线由4条增至16条。内排最大的容量每年将达到840万m³。这样对边坡稳定和减少地面变形是十分有利的。西部北帮地区就由于W200以西实现压脚护坡。14段以下实现部分内排而使地面变形明显减小，仅为上年同期的10%～50%(A线、C线)。但是随着露天采剥工程集中在中区EWO～E1200范围，东部(B线)地面变形仍呈增加趋势。并将随着露天矿结束期的来临，铁道运输改汽车运输，油母页岩富矿和贫矿实行汽车并段，边坡将逐渐加陡。而且闭坑后，干坑向湿坑过渡，岩体强度下降，因此在某些敏感区段，如原来经常发生滑坡的区段有可能发生滑坡等灾害，影响边坡整治与复垦。为防止闭坑后出现这类灾害，最佳的防治对策应是在闭坑前，也就是开采后期就充分考虑闭坑后边坡加陡充水状态下的稳定性和安全性，也就避免闭坑后发生这类灾害。东露天矿批准开采，设计将部分排弃物(贫矿、绿页岩)排至西露天矿坑E1400以西内排土场内，这将有利于减缓北帮边坡和地面变形，有利于减少滑坡地质灾害的发生。但需要总体协调、规划，综合考虑排弃生产与矿坑灾害防治、利用，以达到最佳效果。

6)完善和加强闭坑前后矿山环境管理和治理力度是露天矿闭坑环境地质灾害防治的重要对策。制定一套自成体系、完整的有关露天矿山特别是露天井工联合开采矿山地质环境调查、评价、生产期和闭坑后应达到的标准、验收方法等标准规范对完善露天矿山地质环境管理、执法及防治闭坑环境地质灾害是十分必要、十分有效的防治对策。另外对诸如有关露天矿工程设计、建设的规范，学科教材理论也有必要补充和修订有关开采、闭坑矿山环境恢复、治理、复垦有关实际措施的条款和内容。

7)建立健全的以现代技术为依托的矿山环境(包括露天井工联合开采露天矿闭坑环境)管理体系与系统，强化国家对矿山环境的监督管理手段，运用法律、行政、经济、科学技术、宣传教育等多种手段和措施，对各种矿业活动从勘察、设计、建设、开采、终采闭坑这一全过程进行系统规划、调整、监控和法治。从而有效的防止包括露天矿闭坑在内的矿山环境的破坏与灾害的发生，实现矿山地质环境改变—破坏—恢复的良性循环，促进可持续发展。

8.2.4.2 露天井工联合开采闭坑露天矿再利用

(1)露天井工联合开采闭坑露天矿再利用研究技术路线

每年我国有不少新建煤矿投产，也有不少数量的煤矿终采闭坑成为废弃煤矿，其中有不少历史遗留的老矿区如抚顺、阜新等为露天井工联合开采的煤矿。煤矿开采中不可避免的对生态地质环境造成影响和破坏，包括地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、含水层破坏、地形地貌景观破坏等;同时煤矿开采中又产生大量的废水、废渣，形成大量的矸子山和排土场;废旧煤矿、矸子山、排土场中的残余煤炭或煤矸石又可能自燃发火，对环境造成更大的影响与破坏，对人类居住地的大气、生态、土地环境造成破坏。这些都将严重影响煤矿所在地区(如煤城)经济、社会的可持续发展，影响人居安定、和谐。因此废旧煤矿的再利用与残余资源的再开采研究是煤矿安全、绿色开采技术与战略研究的一个重要内容，是建立煤炭安全、高效、绿色开采经济社会评价体系的一个重要组成部分。同时也是对煤矿所在地区环境保护，生态重建，城市美化建设、发展、提升的一大贡献。

露天井工联合开采闭坑露天煤矿再利用研究技术路线应分阶段进行:

第一步:摸清情况。就是对闭坑煤矿的基本情况(包括残余煤炭资源情况)进行调查、勘察、摸底，包括闭坑前后煤矿造成的生态地质环境破坏情况，引发的采煤沉陷、地表变形、滑坡、含水层破坏、自燃发火等灾害情况;

第二步:针对性治理。对闭坑煤矿造成的环境破坏与各类环境灾害进行针对性治理。包括环境与灾害区划分、评价、监测预警、针对性治理(如分别针对采沉、滑坡、自燃发火等)方案设计并实施，并提出再利用可行性研究。

第三步:规划、设计闭坑煤矿再利用方案。即在摸清情况，针对性治理的基础上统筹规划闭坑煤矿再利用方案。这个规划往往要在整个矿区可持续发展与环境保护规划的基础上制定各个具体闭坑煤矿的利用方案。

第四步:闭坑煤矿再利用方案实施与维护。再利用方案的实施也应分步进行，同时尽可能将残余的煤炭资源开采出来。一是利于残余煤炭这种不可再生资源的利用，二是采尽残余煤炭后清除了残余煤炭对闭坑煤矿利用与环境造成新的隐患。利用方案实施后仍应加强维护与监测，以实现生态环境的优化，显现预计的环境效益、社会效益与经济效益，实现煤炭开采自始至终的绿色效应。

(2)阜新矿区露天井工联合开采闭坑露天煤矿再利用

阜新市号称百里煤海，阜新煤田长130km，宽8～20km，煤田分布总面积2000km²，可采面积181km²，4个可采地区总长44.5km，宽3～8km，总面积168.4km²，已有近百年开采历史，前后有多个露天煤矿，几十个矿井进行过开采，己闭坑的废弃露天矿坑和井工矿也有多个。煤矿开采形成的大、中、小型矸石山就有近240余座，占地面积2885hm²，总堆积12.11×10⁸m³。在阜新矿区内形成了20个相对独立的沉陷盆地、2个大露天采坑、4个小露天采坑。现有13个采煤沉陷区总沉陷面积10138hm²，总采空区面积7369hm²。早就闭坑的新邱露天煤矿曾有上百个残煤自燃点，使废坑成为终日烟雾弥漫的火坑。

煤矿开采还造成地下水污染、边坡滑坡、坍塌等环境灾害。而阜新煤炭资源已显现枯竭，使阜新成为全国最早显现煤炭资源枯竭的城市。破坏了的生态地质环境如何治理?废弃的矿井与露天矿坑如何利用?资源枯竭型煤矿区、煤城如何转型?这些已成为国内最典型、国际上也罕见的难题。2001年12月，阜新市被国家列为第一个资源枯竭型城市经济转型试点市。开始了资源枯竭型城市煤矿区生态环境治理与利用及经济转型的研究。

通过近十年对城市环境、矿区环境、废旧煤矿的治理，矸石山复土复绿植树造林、复垦，全市生态环境明显改观，矿区绿化5万亩，人造矸石山变成了人造绿洲;对污染了的地表水系(细河)、地下水进行治理，水环境大大改善。被评为“水环境治理优秀城市”。而2005年闭坑的海州露天煤矿被国家确定为全国第一批国家矿山公园，2006年9月动工建设，现已正式开放。

海州露天矿国家矿山公园被定位为世界工业遗产旅游项目。矿山公园分为四大板块，长4km、宽2km、深350m的巨大矿坑建成的矿山公园能产生巨大的视觉震撼和心灵震撼。生态恢复示范区、大型矿山设备展示区、矿山公园博物馆、地质遗迹、露天采矿模拟场等等采煤与地质景观，成为展示中国现代工业百年发展史的百科全书，并成为游人工业生产深度体验的度假天堂。

图8-25为海州露天矿国家矿山公园现状照片。

图8-25 海州露天矿国家矿山公园

海州露天煤矿国家矿山公园是以废弃闭坑露天煤矿资源为资源构成的新的产业，理论上是创新、实际上是突破，是我国废弃露天煤矿再利用的最典型代表。

(3)废旧闭坑露天煤矿再利用研究

我国露天煤矿中小型露天煤矿虽然占绝大多数，但露天煤炭基地建设的规划，今后主要还是发展大型露天煤矿，因此大中型露天煤矿闭坑、排土场的再利用是绿色开采技术研究的重点。目前已闭坑的露天煤矿中，影响面大、治理难度大、利用价值大的主要还是历史遗留的大中型露天煤矿矿坑，如海州露天煤矿就是近期已闭坑的影响面最大、最广的世界著名露天煤矿，另外，如抚顺西露天煤矿，也已进入闭坑前期，它的治理、利用就得到国家的高度重视，得到国际上的极大关注。

从闭坑露天煤矿包括井联采露天煤矿的利用看，主要有四种方式:

1)建设矿山公园

以展示露天煤矿矿业遗迹景观为主体，体现矿业发展历史内涵，具备研究价值和教育功能，可供人们游览观赏、科学考察。建设中要融矿业、地质景观、自然景观与人文景观于一体，采用环境更新、生态恢复和采矿文化重现等手段，达到生态效益，经济效益和社会效益的有机统一。

这种方式适用于开采历史久远，又有较多矿业、地质遗迹、自然景观、矿业文化、矿业发展内涵丰富的大中型露天煤矿。典型代表是海州露天矿国家矿山公园。

2)作为临近露天煤矿排土场

一个煤田有多个露天煤矿，开采中先期闭坑或进入闭坑期的露天煤矿的矿坑作为临近生产露天煤矿剥离物的排土场，既可以节约排土场占用土地又利用剥离物回填废矿坑，也利于治理、减缓废坑边坡滑坡与地表变形。对回填后的矿坑区及其他地区同时进行治理、重建生态环境，可以植被造林，规划建设成青山绿水的矿坑森林公园。

典型代表是进入闭坑期的抚顺西露天矿，西部内排区作为恢复生产的东露天矿剥离物的排土场，既不用占用土地，又利于西露天矿北帮边坡的稳定与减缓地表变形对地面建筑物的影响。同时对北帮到界边坡进行生态环境治理与重建。规划闭坑后建设成生态、人文、工业景观人体的青山绿水风景旅游森林公园。

3)采矿-内排复垦一体化

露天煤矿生产中主动利用采矿工程实施内部排土，使矿坑边采边内排回填，在终采闭坑时基本上不再形成庞大的矿坑，实现矿坑大部分回填复垦。这是露天煤矿特别是露井联采露天煤矿实施绿色开采的一种最好的形式。

4)对废旧露天矿坑与内排土场实施复垦与生态重建

对于露天煤矿开采形成的外部排土场及一般的不实施回填的中小型露天煤矿矿坑采用覆土绿化、植被造林、生态重建的方式利用废弃矿坑与排土场，边生产边治理。对于排土场更是这样，排土台阶一到界就开始治理复绿，在闭坑前排土场已经绿树成林，恢复重建了生态环境且已产生较高的生态效益、环境效益、社会效益与经济效益。

废弃的露天矿矿坑大多采用复土绿化植被造林的方式，加以利用。而排土场的治理与生态重建更是一旦排土到界即开始复土复绿、重建环境。如伊敏露天矿到界的外排土场的绿化效果已恢复到原始生态草原状态。霍林河煤田、胜利煤田的外排土场也均是采用形成外排土场同时进行绿化复垦。

我国包括实行露天井工联合开采的闭坑露天煤矿再利用与残余煤炭资源再开采研究可以围绕以上方式结合煤矿具体情况进行。但最值得推荐与应该采用的还是内部排土回填矿坑，并采用生产、复垦、环境治理、生态重建一体化技术的闭坑露天煤矿再利用方案。

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