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1北山煤礦采煤沉陷區地質災害類型及特征

1.1滑坡北山煤礦采煤沉陷區存在3處滑坡，分別編號HP1、HP2和HP3。HP1屬于黃土滑坡，平面形態不規則，滑坡長26m，寬31m，滑體平均厚度6m，體積約4700m3，相對高差18m，平均坡度37°，主滑方向292°，滑體巖性自上而下為粉土和粉質黏土，滑面為圓弧形；HP2為巖質滑坡，平面形態呈圈椅狀，滑坡長22m，寬53m，滑體平均厚度4m，體積約4660m3，相對高差12m，平均坡度28°，主滑方向253°，滑體巖性自上而下為砂巖和泥頁巖，滑面為折線形；HP3為楔形體巖質滑坡，平面形態呈“八”字形，滑坡長35m，最寬處約25m，楔形體最厚處為6m，體積約3800m3，相對高差32m，平均坡度56°，滑體巖性自上而下為砂巖、泥巖和砂巖，主滑方向66°，并沿結構面下滑3.5m，楔形體滑坡處于欠穩定狀態，工況條件改變時可能再次發生滑動。

1.2不穩定邊坡受采空塌陷及工程開挖共同作用的影響，采煤沉陷區內沿溝谷兩岸斷續分布有16處邊坡，大部分為巖質邊坡，少量為黃土邊坡。巖質邊坡的坡體主要為砂巖、泥巖，坡度較陡，一般為44~58°，坡高為4~12m不等，坡面風化嚴重，節理裂隙發育，整體穩定性較好，局部發生崩滑破壞；黃土邊坡的坡體為馬蘭黃土，坡度較陡，近乎直立，坡高3~8m不等，大孔隙結構及垂直節理發育，局部發生崩滑，一處邊坡已經發生滑坡。

1.3潛在泥石流采煤沉陷區內分布一條走向近南北的溝谷，溝谷三面環山，一面開口，呈長瓢狀，溝底高程在1099~1186m，溝床縱坡比降平均140‰，溝坡高差24~49m，坡度40~65°；溝谷谷底及東部溝坡上存在3處煤矸石棄渣、建筑垃圾及切坡棄渣組成的松散狀堆積體，體積大約25900m3；溝谷匯水面積約2km2。在暴雨等極端氣象條件下可能誘發泥石流，對溝谷的建構物及下游村莊造成嚴重危害。

2北山煤礦采煤沉陷區生態環境破壞現狀

大規模的煤炭開采對于原本生態環境脆弱的山西來說就是“雪上加霜”。北山煤礦工程、道路的建設及棄渣的隨意堆積，使原本森林覆蓋率達43.1%的烏金山國家森林公園出現大量大面積的斑駁，與周圍生態環境嚴重不協調；煤矸石堆自燃產生的SO2、H2S等廢氣使烏金山國家森林公園部分區域彌漫著強烈的刺激性氣味；在降雨條件下，煤矸石堆的淋濾液中含有大量的有害化學成分，能夠腐蝕土壤、污染地下水。

3地質災害與生態環境綜合治理方案

北山煤礦采煤沉陷區位于烏金山國家森林公園內，治理方案的選擇綜合考慮了森林公園的生態環境、地質災害的威脅、山西旅游發展戰略及社會需求等諸多因素。

3.1采空區的注漿及地面塌陷、地裂縫的回填復墾采空塌陷坑面積廣闊，且位于烏金山國家森林公園內，考慮到需要在塌陷坑內建設娛樂設施、蓄水池等構筑物，確定對采空塌陷坑進行工程治理后重新利用。綜合考慮上述因素，采空區采用注漿進行工程治理，地表塌陷坑、地裂縫采用回填、整平、復墾、綠化等措施進行綜合治理。注漿的范圍包括采空區地表建構筑物附加荷載大的區域及蓄水池的區域，注漿面積為43034m2，總注漿量為91465m3，注漿材料采用水泥粉煤灰漿，水固比1∶1.2~1∶1.5，水泥含量占固相的20%，帷幕孔間距為20m，注漿孔間距為25m，呈梅花形布置；塌陷坑及地裂縫采用表土剝離，開挖，分層回填碾壓的方式回填至設計標高，并回填10cm厚度的種植土，最后平鋪草皮綠化。

3.2滑坡的綜合治理方案采煤沉陷區內滑坡處于欠穩定狀態，需要通過工程措施進行錨固。HP1和HP2采用削方+預應力錨索框架梁+植被綠化+截排水的綜合治理方案，即通過削坡清除滑體、減小荷載、整平坡面；錨索錨固段長度為6~8m，錨索總長根據滑面位置和滑體厚度確定，框架梁尺寸為4m×4m，截面寬400mm，厚500mm，框架梁將錨索的拉力均勻分散到坡面上，與錨索一起為滑坡提供足夠的錨固力；坡面綠化采用草-灌多層次立體防護，草本種類選用高羊茅并混播一定比例的紫花苜蓿，灌木類型則選用沙棘；坡頂距離框架梁5m處設置一道截水溝，截水溝斷面尺寸依據匯水面積和降雨強度計算確定。HP3采用肋板墻+預應力錨索+生態綠化的綜合治理方案，即通過削方使滑坡不同坡段的坡度保持一致；肋板厚400mm，寬6m，肋柱寬600mm，厚700mm，設置間距為3m；錨索設置在肋柱上，垂直間距為2.5m，錨索長度的設置與上述原則相同；待上述工程施工完畢后，沿著坡頂、坡底各栽植一排五葉地錦進行生態綠化；坡頂設置截水溝，方法與HP1和HP2的截水溝設置方法相同。

3.3不穩定邊坡的綜合治理方案對采煤沉陷區內16處不穩定邊坡選取具有代表性的剖面，采用極限平衡法，在不同工況條件對其進行穩定性計算和評價。治理方案依據邊坡的穩定程度可以分為2種：當邊坡的穩定性系數Fs＜1.05，處于欠穩定或者不穩定狀態時，采用削坡+復合錨桿框架梁+排水的綜合防治措施，即通過削坡，整平坡面并將坡度削為1∶1或更緩，框架梁尺寸為4m×4m，截面寬400mm，厚500mm，為了呼應烏金山國家森林公園的生態景觀，在框架內使用漿砌片石砌筑一個拱頂直徑為3m的拱形骨架，骨架內碼放生態植被袋，坡頂依據地形設置截水溝，如圖1所示；當邊坡的穩定性系數Fs在1.05和邊坡穩定安全系數Fst之間，處于基本穩定狀態時，采用削坡+生態植被袋+排水的綜合防治措施，即通過削坡清除坡面植被、整平坡面，自坡底向上按一定規則依次碼放生態植被袋，如圖2所示。

3.4潛在泥石流的綜合治理方案綜合考慮周圍生態景觀、地質災害威脅、場地利用狀況、治理費用等因素，確定潛在泥石流的治理方案為固源。即對3處松散堆積體物源依據地形條件按照1∶1.5的坡率分層碾壓夯實，坡面采用漿砌片石拱形骨架進行護坡，拱形骨架寬3m，具體尺寸見圖3，骨架內填鋪一層厚30cm的種植土，然后鋪設草皮進行生態綠化。

4討論

采煤沉陷區內地質災害的發育過程與生態環境的破壞狀況并不是相互獨立的，而是相輔相成、相互促進的。生態環境的破壞和地質災害的發生往往同時存在，生態環境的破壞可以直接或間接導致地質災害的發生；地質災害的發生又會嚴重加劇生態環境的破壞。就榆次北山煤礦采煤沉陷區來說，地下采煤活動、人類的工程開挖和肆意堆填導致區內生態環境的嚴重破壞和眾多地質災害的發生。具體來說，地下采煤活動導致大面積地表沉陷形成塌陷坑和地裂縫，進而造成地表水土流失，植被嚴重破壞，生態環境愈發惡劣；區內植被覆蓋率驟減導致地表水更易進入坡體，進而引發邊坡失穩，發生崩塌、滑坡等地質災害；煤矸石等松散堆積體不僅破壞植被，污染空氣、水源、土壤，而且作為泥石流物源在暴雨等惡劣氣象條件下可能發生泥石流等地質災害。上述地質災害發育過程及發生時，更會進一步加劇區內生態環境的破壞。由地質災害和生態環境的相互關聯性可知，采煤沉陷區內地質災害的治理方案和生態環境的恢復治理方案必須全局統籌、綜合考慮、綜合防治。對采煤沉陷區的治理而言，不能僅對區內地質災害采取工程措施而忽視生態環境的恢復治理，否則惡劣的生態環境將導致新的地質災害的產生；也不能僅對區內生態環境進行恢復治理而無視地質災害的威脅，否則地質災害一旦發生，區內生態環境將在短時內發生嚴重破壞，之前耗費大量資金的生態環境恢復工程將失去意義；區內生態環境恢復和地質災害治理分開前后來做也是不可行的，前后分開治理的方案不僅會造成經濟上的浪費，還會導致地質災害的工程與生態恢復工程之間存在縫隙，不能和諧統一、共同發揮作用，起到事倍功半的作用。

本文所述的綜合治理方案，是在對采煤沉陷區內地質災害現狀和生態環境破壞程度綜合分析評價的基礎上、結合當地旅游發展戰略和社會需求等多種因素統籌考慮下制定的，與其他治理方案相比具有以下5個方面的優點：（1）設計方案充分體現生態防護的理念，生態植被袋不僅增加了區內綠化面積，而且對邊坡的穩定性起到了主導的防護作用；框架梁內、復合框架梁內及拱形骨架內的坡面植草不僅在生態環境恢復中起到主導作用，還能夠對坡面起到積極的防護作用；（2）設計方案中五葉地錦等生態綠化措施有效地增強了肋板墻等工程措施的耐久性；（3）框架梁、復合框架梁、拱形骨架等工程措施在錨固邊坡的同時，為坡面綠化提供骨架，使得整體坡面綠化看起來更有活力；（4）帶狀的生態植被袋防護系統、矩形的框架梁護坡系統、拱形的復合框架梁護坡系統、拱形的骨架系統使得區內生態綠化結構復雜多樣化，為烏金山國家森林公園的景觀添加色彩；（5）工程措施與生態恢復措施相結合、地質災害治理工程與生態環境恢復工程相結合的綜合治理方案，在經濟上要優于其他方案。5結語（1）山西省在進行大規模煤礦開采過程中，采煤塌陷區內地質災害頻發，生態環境惡劣，在對采煤塌陷區進行治理過程中，需要綜合考慮地質災害治理、生態環境恢復、經濟轉型發展、社會需求等諸多因素；（2）山西榆次北山煤礦采煤塌陷區內地質災害類型為地面塌陷及地裂縫、滑坡、不穩定邊坡及潛在泥石流等；生態環境惡劣主要體現在植被破壞嚴重、廢渣的肆意堆積、廢氣污染大氣、廢水腐蝕土地等方面；（3）綜合考慮地質災害治理、生態環境恢復、山西的經濟發展戰略及當地社會需求等4個因素，工程治理方案與生態環境恢復方案相互耦合、共同作用，形成一套完整的綜合治理方案；（4）治理方案能夠消除北山煤礦采煤塌陷區內地質災害的威脅，恢復區內原來的生態環境狀況，符合山西的旅游發展戰略，滿足社會需求，可以為山西省其他采煤塌陷區的治理提供思路和參考。

作者：秦朝亮龍建輝經明趙金亮單位：太原理工大學礦業工程學院山西冶金巖土工程勘察總公司