矿山土地复垦中岩土工程与地质灾害培训资料全

.矿山土地复垦中岩土工程与地质灾害培训资料- -日期： / 第八章 矿山土地复垦中岩土工程与地质灾害矿山土地复垦岩土工程设计是一项最基础的工程设计，它是指在实测的矿山损毁的地表（地下）现状地形图或损毁预测地形图（采场终了图、塌陷终了等值线图、采空区分布图）上，根据现场调查、勘查资料，所进行的表土剥离、塌陷区回填、井巷充填、废井封堵、边坡防护、矿山地表地质灾害治理等工程设计，其实质是根据复垦方向的需要，制定的矿山损毁的地形重塑、矿山地质灾害治理等工程的设计，此类设计是否合理，关系到矿山土地复垦的成效，关系到复垦工程实施过程中，以与复垦后的土地是否会遭受矿山次生地质灾害的危害。矿山土地复垦岩土工程设计包括土石方工程、井下充填工程、井口封堵与建筑物拆除工程、尾矿库复垦工程、边坡支护工程、矿山地表地质灾害治理等设计容。第一节 土石方工程土石方工程是指与土、石有关的工程项目总称，主要包括挖方和填方工程。具体到矿山土地复垦，面积性的挖方工程主要有露采区的表土剥离，即将塌陷区或塌陷区的“挖深垫浅”，露采场不稳定高陡边坡的“削坡开阶”，工业广场、堆场等复垦前的废渣土清理等。“线型”的挖方工程主要有截（排）水沟、沉淀池、溢洪道、沟、渠、路等基础明开挖工程；“点状”的挖方工程主要是开采平台凿宕、水源井与养护水塘的开挖等。回填（覆土）工程主要有塌陷区回填，露采底盘、工业广场等场地的回填。充填则是指对地下采空区，采用各类材料进行充填开采的过程，以与在矿山土地复垦时，为避免采空塌陷或减小地面塌陷值，对已经闭坑的矿山采空区进行充填的工程设计。一、表土剥离表土剥离是指对即将损毁的土地上一定厚度表土层经剥离、搬运到固定场地存储的工程活动。表土剥离主要有露采矿山表土剥离、井采矿山塌陷区表土剥离、工业场地（堆场等）表土剥离几种。表土剥离的目的在于：（1）有效保护地表熟土（表土）资源不流失，不浪费；（2）减少复垦造地时外运土产生的额外资金投入；（3）剥离的表土进行造地复垦，土壤肥力充足，可以保证作物产量；（4）减少造地外调土的改良、熟化费用和时间，增效显著；（5）使复垦土地的复垦效果有了保证。表土俗称“熟土”，矿山开采前剥离的表土是土地复垦所需“熟土”的主要来源。在土地复垦工作中，表土剥离设计主要包括剥离土方量计算、堆放场地选择、堆放措施等。1、剥离土方量计算M=D×S（8-1）式中：M剥离土方量，m3；D表土剥离厚度，m；S表土剥离面积，m2。表土剥离厚度根据不同地区土质、有机质含量、剥离成本等实际情况不同，剥离厚度有所不同：（1）一般剥离的厚度控制在30cm以；（2）南方红壤区土壤相对较厚，通常3050cm均可剥离；（3）黄土高原无需剥离，因为上下土体的有机质含量差不多，通过土壤改良可以实现；（4）黑土区土层剥离厚度一般5080cm。公式（8-1）提供了一种简易算式，但山区的表土覆盖厚度不一，甚至基岩裸露，在计算剥离土方时要根据现场调查、测量、浅钻、取样等资料，分块、段计算。若剥离土层较厚时，要将表土层、心土层和底土层分开堆放，在土方平衡分析时，应分层计算，尤其是要准确计算复垦需要的“表土”量。表土剥离区厚度变化较大时，一般采用三角剖分法进行剥离土方量计算，地势较平坦时可采用方格网法。方9格网法一般将场地划分为边长1040m的正方形方格网，通常以20m居多。再将网格取土厚度和自然地面标高分别标注在方格角上，然后分别计算每一方格剥离土方量，将剥离区所有方格计算的土方量汇总，即得场地剥离总土方量。如图8-1所示。（a）方格网土方简易计算表（b）多样的方格网挖填状态与公式图8-1 方格网法计算剥离土方量此外还可采取方断面法、三角网法等方法，进行土方量计算，详见第七章。2、堆放场地选择要选择适宜场地进行剥离表土的集中堆放。堆场选择要结合当地的自然环境、气象水文条件、工程地质和水文地质条件，如应避开活断层、滑坡、溶洞、河床、淤泥质不良地质地段。堆放场地选择应考虑就近原则，如选择剥离区附近废弃地或老采场。在山区，当选择沟谷作为表土堆场时，要做好上游来水的截、排措施，避免成为渣土泥石流的物源。3、堆放设计剥离土方堆放时，应避免堆土的失稳破坏与水土流失现象，一般堆土高度不宜大于5m，堆土坡角小于30º，当高度大于8m时，需分台阶堆放，并在坡角设置挡土墙；挡土墙需进行专项勘查与设计，以确保挡墙的稳定性；无论堆场运行时间的长短，都需采取防尘和防止水土流失的措施，如表面覆膜、植草、植树、表层固化等；在矿山土地复垦工程安排时，要尽量采取跟进式复垦，以减少表土堆放时间或二次搬运的费用。矿山除表土需堆放外，还有矸石、夹石、渣土等堆放场，其堆场设计可参照表8-1进行设计。表8-1 堆场设计参数堆场类型堆场方式堆场允许高度（m）堆场边坡最大角度（º）土方堆场自然堆放3830矸石、废石堆场自然堆放81235粉煤灰堆场自然堆放2525注：表中堆场坡角主要根据堆放材料的自然休止角推算。二、土石方开挖土石方开挖是将土和岩石进行松动、破碎、挖掘并运出的工程。按岩土性质，分土方开挖和石方开挖。土石方开挖是工程初期以至施工过程中的关键工序。在矿山土地复垦中主要采用明挖方式。明挖除使用各类凿岩、钻孔机械钻孔，进行爆破作业外，还使用挖掘机械（挖掘机）、铲运机械（推土机、铲运机和装载机）、运输机械（牵引矿车，自卸汽车等）。要根据不同场地的施工条件，进行土石方开挖工程安排，合理选用适宜的机械和施工方法，注重各种机械协调配合，有序进行挖、装、运、卸等各项作业，避免出现存在工序上的脱节。在特定条件下，可采用水力开挖方法进行土方开挖（如泵吸法），或采用爆破开挖的方法（即用抛掷爆破或扬弃爆破技术，不仅将土石破碎，并全部或部分地将其抛弃到设计边界以外）。在矿山土地复垦中，除位于平原地区采煤塌陷区复垦开挖工程量较大外，一般矿山复垦中的开挖工程量因限于局部地段，涉与工程量较小，动用挖掘机械较少。1、削坡削坡是指通过人工或机械方式，对坡体岩土进行卸载，以降低边坡的高度或坡度，防止坡体发生滑坡、崩塌等重力侵蚀的边坡稳定工程。削坡的对象是坡体上滑动的岩土体或欠稳定的岩土体，当高角度陡立的岩质边坡受节理缝隙切割，存在危岩体时，可予以剥除。当矿山废渣土（石）堆场的允许高度、最大角度不满足边坡稳定性要求时，也需要对其进行削坡。（1）矿山边坡分类矿山边坡是指由于采矿活动中土石方开挖形成的边坡或对采矿活动有影响的边坡。矿山边坡类型多样，具体划分类型见表8-2。表8-2 矿山边坡类型划分分类依据边坡类型结构面与边坡倾向关系稳定边坡（多为顺向坡）欠稳定边坡（多为斜向坡）危险边坡（多为逆向坡）坡面裂隙发育情况完整边坡较完整边坡散体边坡边坡高度高边坡（10-20m）低边坡（8-10m）边坡坡度缓坡（30°）斜坡30°45°陡坡（45°）坡体物质岩质边坡土质边坡土石边坡注：边坡高度划分对于完整岩质边坡取大值，散体边坡取小值；散体边坡是指边坡由破碎块石、砂构成，如强风化层。（2）土质边坡当复垦的露采矿山边坡为土质边坡时，可根据边坡土的类型、密实度，查表判别边坡的稳定性，符合表中所列条件的，可不进行削坡工程设计，不符合的，则需削坡，以降低边坡高度或角度（表8-3、表8-4、表8-5、表8-6），确保边坡的稳定性。表8-3 土质边坡坡率允许值土的类别密实度或状态边坡高度（m）5m以下510m碎石土密实1：0.351：0.501：0.501：0.75中密1：0.501：0.751：0.751：1.00稍密1：0.751：1.001：1.001：1.25粉土稍湿1：1.001：1.251：1.001：1.5老粘性土坚硬1：0.351：1：1.501：0.501：0.75硬塑1：0.501：0.751：0.751：1.00一般的粘性土坚硬1：0.751：1.001：1.001：1.25硬塑1：1.001：1.251：1.251：1.50注：本表中的碎石土，其充填物为坚硬或硬塑状的粘性土；砂土或碎石土充填物为砂土时，其边坡允许坡度值按自然休止角确定。表8-4 碎石土边坡参考数值土体综合密实度边坡高度（m）10m以20m以2030m胶结的1：0.301：0.301：0.501：0.50密实的1：0.501：0.501：0.751：0.751：1.00中等密实的1：0.751：1.001：11：1.251：1.5大多数块径大于40cm1：0.501：0.751：0.751：1.00多数块径大于25cm1：0.751：1.001：11：1.25一般小于25cm1：1.251：1.51：1.51：1.75注：含土多时还需按土质边坡进行验算；含碎石多且松散时，可视具体情况挖成折线形或台阶形；如大块石中有较多粘性土时，边坡一般为1：11：1.50。表8-5 砂砾石边坡参考数值中细砂、砾卵石、碎石细砂粉细砂坡高（m）坡度坡高（m）坡度坡高（m）坡度0101:1.5061:1.7510201:1.750101:1.756121:2.020301:2.06181:2.012181:2.530401:2.25表8-6黄土路堑边坡参考数值工程分区工程分类边坡坡度边坡高度6m612m1220m2030m3040m东南地区新黄土（马兰黄土）Q-Q坡积1：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0洪、冲积1：0.21：0.31：0.31：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0新黄土（马兰黄土）Q1：0.31：0.41：0.41：0.61：0.61：0.751：0.751：1.01：1.01：1.25老黄土（黄土）Q1：0.11：0.31：0.21：0.41：0.31：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0中部地区新黄土（马兰黄土）Q-Q坡积1：0.51：0.51：0.751：0.751：1.00冲、洪积1：0.21：0.31：0.31：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0新黄土（马兰黄土）Q1：0.31：0.41：0.41：0.51：0.51：0.751：0.751：1.01：1.01：1.25老黄土（黄土）Q1：0.11：0.31：0.21：0.41：0.31：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0红色黄土（午城黄土）