一、閉坑露天煤礦問題概述
我國露天煤礦主要是新中國成立后發(fā)展起來的。大致分為3個階段：
第一階段是解放后，二十世紀五、六十年代建設(shè)投產(chǎn)的，已開采五十年以上，目前資源已近枯竭或接近枯竭的老露天煤礦，如阜新海州露天煤礦、撫順西露天煤礦、平莊西露天煤礦、鶴崗嶺北露天煤礦、靈泉露天煤礦、新疆哈密三道嶺露天煤礦等，這些礦區(qū)主要分布在東北、內(nèi)蒙地區(qū)。
第二階段是二十世紀七、八十年代開始建設(shè)、并逐步投產(chǎn)的現(xiàn)代化大型露天煤礦，其中以五大露天煤礦為代表，包括內(nèi)蒙古的元寶山、準格爾黑岱溝、伊敏河、霍林河、山西的安太堡。這些礦區(qū)大多數(shù)分布在黃土或黃土狀土地區(qū)。之后又建設(shè)投產(chǎn)了山西的平朔安家?guī)X、內(nèi)蒙古的寶日希勒、勝利等大型露天煤礦，現(xiàn)在均已發(fā)展成千萬噸級露天煤礦。
第三階段為現(xiàn)在正在建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)的以大型、特大型為主的露天煤礦。第二、第三階段建設(shè)的露天煤礦主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙、新疆、云南、黑龍江等地區(qū)，黃土或黃土狀土地區(qū)占半數(shù)以上。如山西平朔安太堡、平朔安家?guī)X及擬建的平朔東露天礦，內(nèi)蒙古的準格爾黑岱溝、哈爾烏素、勝利、白音華、扎哈淖爾等等。
目前，我國適合露天開發(fā)的大型礦區(qū)共13個，主要分布在晉、陜、蒙西區(qū)（中部區(qū)）、東北區(qū)（包括東北、蒙東）、西部區(qū)（包括云南、新疆等）。適合露天開采的保有煤炭資源量約760億t，主要分布在內(nèi)蒙、新疆、云南、山西、黑龍江、陜西、遼寧等省區(qū)。綜上，我國露天煤礦及其形成的相關(guān)礦業(yè)城市均位于地質(zhì)環(huán)境脆弱地區(qū)，面臨的礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復治理壓力大。
環(huán)境惡化特別是礦山地質(zhì)環(huán)境的惡化、地質(zhì)災害的日趨頻繁，已對生存和發(fā)展造成嚴重的威脅，特別是在發(fā)展中國家中尤為嚴重。
國際上一些先進的發(fā)達國家，如德國、美國、英國、加拿大、澳大利亞等，總的講對礦山的生態(tài)環(huán)境與環(huán)境地質(zhì)災害的防治均十分重視，另外由于國外煤層的賦存條件一般也較簡單，大多為緩傾斜或近水平煤層；加上這些國家均有嚴格的法規(guī)、制度與監(jiān)管措施，因此無論從災害的種類、規(guī)模都比較小，大多能在災變初期即得到治理，到礦山閉坑時治理恢復也基本同步完成。
我國的不少礦業(yè)城市，特別是解放前與解放初期形成的礦城，如撫順、阜新、七里河等，由于歷史的原因——解放前帝國主義、國民黨的掠奪式開采、解放前后的毫無規(guī)劃的無序建城，一味追求產(chǎn)值利潤，忽視環(huán)保災防等等，使得我國礦業(yè)城市特別是資源枯竭期的礦城礦山環(huán)境問題與環(huán)境地質(zhì)災害多，危害大，范圍廣、治理難。就按最新的調(diào)查評估資料，全國113108個礦山，對礦區(qū)環(huán)境影響嚴重的礦山共計8457個，其中能源礦山類有4380個。二十世紀七十年代多從保證生產(chǎn)安全切入，事先防止少，事后治理多。之前礦山災害的防治往往局限于礦山范圍，真正高度重視還是從1999年開始，每年在黨和國家“兩會”期間，年年召開人口資源環(huán)境工作，提高到是“強國富民安天下的大事，充滿機遇與挑戰(zhàn)，是必須著重研究和解決的一個重大戰(zhàn)略問題”。礦業(yè)城市環(huán)境地質(zhì)災害防治及生態(tài)環(huán)境恢復重建這一重大課題從國家、部、省、市各級開始高度重視，加大投資，列項研究治理，在我國各礦業(yè)城市均取得了許多成果，災害形成機制與防治對策研究也取得了一系列進展。比較典型的有撫順、阜新、七臺河、唐山、淮南等。
對于目前資源已近枯竭或接近枯竭的老露天煤礦（如阜新海州露天煤礦、撫順西露天煤礦）而言，面臨的轉(zhuǎn)型及治理問題更為嚴峻，需要解決的問題更加迫切，涉及的問題更為廣泛。結(jié)合國家資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略提升，其閉坑露天煤礦地質(zhì)環(huán)境保護與環(huán)境恢復治理技術(shù)實踐，將為今后一段時期內(nèi)的露天煤礦環(huán)境治理提供諸多現(xiàn)實性的、典型性的借鑒經(jīng)驗。
二、閉坑礦山環(huán)境地質(zhì)災害成災模式
結(jié)合某露天礦的典型礦山城市環(huán)境地質(zhì)災害問題的實際、特點，按其發(fā)生空間可分為：地下型—由采礦引起的誘發(fā)礦震或巖爆等礦井災害；地表型—由地下開采引起的地表位移、地面塌陷，以及露天開采造成的崩、滑、流災害等；地上型—因采掘的廢棄物（“三廢”問題）排放引發(fā)的環(huán)境污染災害等。
作為資源已近枯竭或接近枯竭的老露天煤礦某露天礦，其閉坑礦山環(huán)境地質(zhì)災害成災模式主要表現(xiàn)為以下幾個方面：
1.礦山重大地質(zhì)災害
某露天礦位于渾河大斷裂南部，地質(zhì)環(huán)境條件復雜、采礦工程規(guī)模大、活動強烈、撫順地區(qū)降雨及水系發(fā)育等影響地質(zhì)災害的不利因素長期存在，地質(zhì)災害及隱患多發(fā)、具有很強的隱蔽性、突發(fā)性和破壞性。如上世紀80年代發(fā)生的某露天礦北幫邊坡及地表大規(guī)模傾倒滑移變形，國內(nèi)外罕見，目前，邊坡變形仍在繼續(xù)，裂縫最大垂直落差超過17m，最大水平位移達到42m，滑坡變形體體積超過1億m3。對于典型資源枯竭型礦山城市，重大地質(zhì)災害多發(fā)頻發(fā)、規(guī)模巨大、治理難度大、危害大等實現(xiàn)緊迫問題，急需研發(fā)適用性強、快速高效的防控技術(shù)，保障工礦及城區(qū)人居公共安全。
2.復雜工礦條件下環(huán)境災害
撫順地區(qū)及礦區(qū)水資源豐富，資源開發(fā)過程中區(qū)域水環(huán)境變化明顯（疏干引排過程、引灌過程），如不加保護或保護力度不夠，原有采空區(qū)、地下水系維護及其周邊水系安全問題將日趨嚴重。需研究礦業(yè)開發(fā)過程水環(huán)境演變規(guī)律；研發(fā)區(qū)域水環(huán)境風險評估與監(jiān)管技術(shù)；研發(fā)創(chuàng)新性的資源城市水資源優(yōu)化配置與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)。同時，某露天礦歷經(jīng)百年高強度復合采掘與回填，礦區(qū)污染源眾多、影響程度各異，對城區(qū)環(huán)境污染嚴重，整治難度大。需結(jié)合已有治理措施入手，開展基礎(chǔ)理論研究，研究煤及伴生礦物自燃機理與環(huán)境污染風險，加強裝備研制，保障人居生態(tài)環(huán)境美化凈化要求，建設(shè)宜居工礦環(huán)境。
3.城區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境破壞
在礦山長期高強度復合開采擾動下，對礦山城市周邊景觀地貌地下水等生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，同時毗鄰城區(qū)，對礦區(qū)可持續(xù)整體協(xié)調(diào)發(fā)展、城市空間結(jié)構(gòu)調(diào)整均構(gòu)成不利影響。需從城區(qū)礦山長期高強度復合開采擾動下的生態(tài)累積效應(yīng)分析入手，評估其對區(qū)域生態(tài)安全的影響；研發(fā)環(huán)境脆弱區(qū)土地整治、植被恢復、土壤重構(gòu)和景觀生態(tài)恢復等關(guān)鍵生態(tài)恢復技術(shù)體系，構(gòu)建環(huán)境友好型礦業(yè)城市人居生態(tài)調(diào)控模式。
三、閉坑礦山地質(zhì)災害治理
閉坑礦山地質(zhì)災害的形成是由于多方面的因素造成的，產(chǎn)生這些問題的主要根源有：長期的歷史遺留問題、環(huán)保意識的薄弱、直至環(huán)境的復雜、工程活動的多樣、傳統(tǒng)學科理論的缺陷、缺乏完善的礦山環(huán)境保護法規(guī)、規(guī)范及監(jiān)管機制等。因此礦山環(huán)境地質(zhì)災害的防治必須及時或提前開展，要從多個方面綜合地加以考慮。既考慮工程技術(shù)措施，有考慮非工程技術(shù)措施；而且還應(yīng)與礦山生態(tài)恢復重建、土地復墾、綜合利用結(jié)合起來，實現(xiàn)多元化治理。
1.高陡邊坡安全監(jiān)控技術(shù)
邊坡雷達是一種用于露天礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性測量和監(jiān)測的設(shè)備。其主要作用是采集、計算和存儲數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)睫k公室終端計算機，并能夠顯示變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)置報警。使地質(zhì)工程師和礦區(qū)作業(yè)人員有信心地跟蹤邊坡變形情況，并可在優(yōu)化安全性和生產(chǎn)效率時實施風險管理。邊坡雷達能夠?qū)ΦV山邊坡、山體、地表以及礦區(qū)建筑等易發(fā)生微小位移變化的物體進行遠程監(jiān)測。整個設(shè)備無需安裝在巖壁表面，即可進行連續(xù)的，次毫米級精度測量。而且該系統(tǒng)的測量幾乎不受雨水、灰塵或煙霧的影響，可以保證露天礦山的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益。
2.變形整治措施
除了加強監(jiān)測，以某露天礦為例，依據(jù)以往工程經(jīng)驗，可考慮三個可能的整治工程方案以保護重要構(gòu)筑物的安全。
（1）灌注樁和斷層帶流漿充填
由于白堊系巖體傾倒變形而在F1A斷層帶形成的空化區(qū)，用注漿的方法不斷加以充填，使斷層破碎帶不發(fā)生沉陷變形，在第四系層修筑灌注樁以加強基底的穩(wěn)定性。此方案斷層帶充填材料要求不嚴格，能充填空化帶即可，但由于白堊系巖體傾倒變形是不
斷發(fā)生的，因而充填工作要定期進行，否則一旦斷層帶沉陷達大，不僅影響基底變形，而且使灌注樁受力狀態(tài)發(fā)生改變，有可能灌注樁發(fā)生變形。
（2）灌注樁和地下注漿擋墻－Ⅰ
用注漿方法形成地下?lián)鯄Γ诘谒南祵佑霉嘀鶚都訌姷叵聯(lián)鯄Φ膶訋?，可加大保護的基底面積，但處于斷層破碎帶，巖體破碎，影響地下?lián)鯄Φ膹姸取?
（3）灌注樁和地下注漿擋墻－Ⅱ
與第二方案基本相同，只是地下?lián)鯄υO(shè)置的位置不同，因而結(jié)構(gòu)參數(shù)也有所不同。此方案地下?lián)鯄υO(shè)置在F1A斷層上盤的花崗片麻巖中，由于花崗片麻巖強度高，巖性較均質(zhì)，因而注漿后形成的擋墻強度高，穩(wěn)定性好，擋墻參數(shù)也可適當減小，可節(jié)約投資。
通過對三個方案的比較來看，以第三方案最為優(yōu)越，工程可靠性高，當變形影響線不再向深部發(fā)展，可長期保持基底穩(wěn)定。其它區(qū)段的災變可按以上模式進行勘查、監(jiān)控、分析和提出防治方法。
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