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(gè)階段：
第一階段是解放后，二十世紀(jì)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(jì)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(zhǔn)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(jí)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(zhǔn)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(gè)，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(hù)與恢復(fù)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(zāi)害的日趨頻繁，已對生存和發(fā)展造成嚴(yán)重的威脅，特別是在發(fā)展中國家中尤為嚴(yán)重。
國際上一些先進(jìn)的發(fā)達(dá)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(zāi)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(yán)格的法規(guī)、制度與監(jiān)管措施，因此無論從災(zāi)害的種類、規(guī)模都比較小，大多能在災(zāi)變初期即得到治理，到礦山閉坑時(shí)治理恢復(fù)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(zāi)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(zāi)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(gè)礦山，對礦區(qū)環(huán)境影響嚴(yán)重的礦山共計(jì)8457個(gè)，其中能源礦山類有4380個(gè)。二十世紀(jì)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(zāi)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(huì)”期間，年年召開人口資源環(huán)境工作，提高到是“強(qiáng)國富民安天下的大事，充滿機(jī)遇與挑戰(zhàn)，是必須著重研究和解決的一個(gè)重大戰(zhàn)略問題”。礦業(yè)城市環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)重建這一重大課題從國家、部、省、市各級(jí)開始高度重視，加大投資，列項(xiàng)研究治理，在我國各礦業(yè)城市均取得了許多成果，災(zāi)害形成機(jī)制與防治對策研究也取得了一系列進(jìn)展。比較典型的有撫順、阜新、七臺(tái)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(yán)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(jí)戰(zhàn)略提升，其閉坑露天煤礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)實(shí)踐，將為今后一段時(shí)期內(nèi)的露天煤礦環(huán)境治理提供諸多現(xiàn)實(shí)性的、典型性的借鑒經(jīng)驗(yàn)。
二、閉坑礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式
結(jié)合某露天礦的典型礦山城市環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害問題的實(shí)際、特點(diǎn)，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(zāi)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(zāi)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(zāi)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(zāi)害成災(zāi)模式主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
1.礦山重大地質(zhì)災(zāi)害
某露天礦位于渾河大斷裂南部，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜、采礦工程規(guī)模大、活動(dòng)強(qiáng)烈、撫順地區(qū)降雨及水系發(fā)育等影響地質(zhì)災(zāi)害的不利因素長期存在，地質(zhì)災(zāi)害及隱患多發(fā)、具有很強(qiáng)的隱蔽性、突發(fā)性和破壞性。如上世紀(jì)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(dá)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(zāi)害多發(fā)頻發(fā)、規(guī)模巨大、治理難度大、危害大等實(shí)現(xiàn)緊迫問題，急需研發(fā)適用性強(qiáng)、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(fù)雜工礦條件下環(huán)境災(zāi)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(hù)或保護(hù)力度不夠，原有采空區(qū)、地下水系維護(hù)及其周邊水系安全問題將日趨嚴(yán)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(fēng)險(xiǎn)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(shí)，某露天礦歷經(jīng)百年高強(qiáng)度復(fù)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(yán)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(jī)理與環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)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(qiáng)度復(fù)合開采擾動(dòng)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(yán)重，同時(shí)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(qiáng)度復(fù)合開采擾動(dòng)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(fù)、土壤重構(gòu)和景觀生態(tài)恢復(fù)等關(guān)鍵生態(tài)恢復(fù)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(zāi)害治理
閉坑礦山地質(zhì)災(zāi)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(shí)的薄弱、直至環(huán)境的復(fù)雜、工程活動(dòng)的多樣、傳統(tǒng)學(xué)科理論的缺陷、缺乏完善的礦山環(huán)境保護(hù)法規(guī)、規(guī)范及監(jiān)管機(jī)制等。因此礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的防治必須及時(shí)或提前開展，要從多個(gè)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(fù)重建、土地復(fù)墾、綜合利用結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)多元化治理。
1.高陡邊坡安全監(jiān)控技術(shù)
邊坡雷達(dá)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(jì)算和存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)，并能夠顯示變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)置報(bào)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(shí)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理。邊坡雷達(dá)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(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。整個(gè)設(shè)備無需安裝在巖壁表面，即可進(jìn)行連續(xù)的，次毫米級(jí)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(jì)效益。
2.變形整治措施
除了加強(qiáng)監(jiān)測，以某露天礦為例，依據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，可考慮三個(gè)可能的整治工程方案以保護(hù)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(qiáng)基底的穩(wěn)定性。此方案斷層帶充填材料要求不嚴(yán)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(jìn)行，否則一旦斷層帶沉陷達(dá)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?，在第四系層用灌柱樁加?qiáng)地下?lián)鯄Φ膶訋希杉哟蟊Ｗo(hù)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?qiáng)度。
（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(qiáng)度高，巖性較均質(zhì)，因而注漿后形成的擋墻強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，擋墻參數(shù)也可適當(dāng)減小，可節(jié)約投資。
通過對三個(gè)方案的比較來看，以第三方案最為優(yōu)越，工程可靠性高，當(dāng)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(zāi)變可按以上模式進(jìn)行勘查、監(jiān)控、分析和提出防治方法。
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