矿山土地复垦中岩土工程与地质灾害培训资料

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1、矿山土地复垦中岩土工程与地质灾害培训资料-作者：-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，以及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

2、包括土石方工程、井下充填工程、井口封堵及建筑物拆除工程、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内容。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、水源井及养护水塘的开挖等。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

3、空区，采用各类材料进行充填开采的过程，以及在矿山土地复垦时，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”

4、，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=DS（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以内；（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，

5、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。再将网格内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，即得场地内剥离总土方量。如图8-1所示。（a）方格网土方简易计算表（b）多样的方格网内挖填状态及公式图8-1

6、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合适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及水土流失现象，一般堆土高度不宜大于5m，堆土坡角小于30，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，

7、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（）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

8、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

9、量较大外，一般矿山复垦中的开挖工程量因限于局部地段，涉及工程量较小，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

10、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3045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

11、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

12、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以内20m以内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，

13、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.

14、31：0.41：0.41：0.61：0.61：0.751：0.751：1.01：1.01：1.25老黄土（离石黄土）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（离石黄土）Q1：0.11：0.31：0.21：0.41：0.

15、31：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0红色黄土（午城黄土）Q1：0.11：0.21：0.21：0.31：0.31：0.41：0.41：0.61：0.61：0.75西中地区新黄土（马兰黄土）Q-Q坡积1：0.51：0.751：0.751：1.01：1.01：1.25洪积、冲积1：0.21：0.41：0.41：0.61：061：0.751：0.751：1.0新黄土（马兰黄土）Q1：0.41：0.51：0.51：0.751：0.751：1.01：1.01：1.251：1.25老黄土（离石黄土）Q1：0.11：0.31：0.21：0.41：0.31：0.51：0.51：0.751：0

16、.751：1.0北部地区新黄土（马兰黄土）Q-Q坡积1：0.51：0.751：0.751：1.01：1.01：1.25洪积、冲积1：0.21：0.41：0.41：0.61：0.61：0.751：0.751：1.0新黄土（马兰黄土）Q1：0.31：0.51：0.51：0.61：061：0.751：0.751：1.01：1.25老黄土（离石黄土上部）Q21：0.11：1：0.31：0.21：0.41：0.31：0.51：0.51：0.751：0.751：1.0老黄土（离石黄土下部）Q11：0.11：0.21：0.21：0.31：0.31：0.41：0.41：0.61：0.61：0.75注：本表所列

17、数值系由公路科研、生产等单位的调查研究成果，并参照铁路、水利等有关部门的资料，经分析、汇总整理而成；当边坡高度H20m时，宜考虑进行力学验算；本表所提供的参考数值，系指一般均值土，并无不良水文地质及工程地质现象的坡度值。（3）岩质边坡对于露采矿山的采场边坡、矿山道路边坡、工业广场和办公区的建筑边坡为岩质边坡，可按照工程地质手册（第四版）中的“岩石边坡坡度与高度参考数值”标准进行判别（表8-7），当边坡角在容许坡度角范围内时，可不削坡，反之应按表中所列界限值，进行削坡设计。表8-7 岩石边坡度与高度参考数值岩石种类及特征岩石风化程度岩石破碎程度边坡坡度与高度值高15m以内高30m以内高40米以内

18、酸中性侵入岩类坚固的花岗岩、正长岩、闪长岩、及其过渡型岩石，全结晶细粒至中粒单一或同时出现或无岩脉侵入微风化至中等风化节理很少，至节理较多1：0.11：0.21：0.11：0.31：0.21：0.4节理发育1：0.21：0.31：0.21：0.51：0.51：0.75节理极发育1：0.31：0.51：0.51：0.75强风化节理很少，至节理较多1：0.31：0.31：0.51：0.751：1节理发育1：0.51：0.7节理极发育1：0.751：0.751：1基性侵入岩类，单一或多种，同时出现一次或多次侵入，辉长岩、辉岩、辉绿岩，块状坚硬微风化至中等风化节理很少，至节理较多1：0.21:0.31

19、:0.31:0.51:0.5节理发育1:0.31:0.51:0.51:0.5节理极发育1:0.51:0.75强风化节理很少，至节理较多1:0.31:0.51:0.751:1节理发育1:0.51:0.75节理极发育1:0.751:1喷出火山岩类，流纹岩、安山岩、玄武岩、凝灰岩微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:0.21:0.31:0.31:0.51:0.751:1节理发育1:0.31:0.51:0.75节理极发育1:0.51:0.75强风化节理很少，至节理较多1:0.21:0.31:0.31:0.51:0.751:1节理发育1:0.51:0.75节理极发育1:0.51:1砂岩、砾岩、厚层块状

20、钙铁硅质胶结，结构致密微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:0.11:0.21:0.21:0.31:0.31:0.5节理发育1:0.21:0.41:0.31:0.51:0.5节理极发育1:0.41:0.51:0.5强风化节理很少，至节理较多1:0.31:0.41:0.51:0.75节理发育1:0.41:0.51:0.75节理极发育1:0.51:0.751:0.751:1砂岩、砾岩、中薄层泥质、钙质胶结不完整，结构不密实微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:0.31:0.51:0.51:0.51:0.75节理发育1:0.51:0.51:0.751:0.751:1节理极发育1:0.51:0.7

21、51:0.751:1强风化节理很少，至节理较多1:0.51:0.51:0.751:0.751:1表8-7 续表岩石种类及特征岩石风化程度岩石破碎程度边坡坡度与高度值高15m以内高30m以内高40米以内节理发育1:0.75节理极发育1:0.751:11:11:1.25薄层砂岩、页岩、砾岩互层，或页岩含泥质，炭质及黄铁矿等有害矿物者微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:0.51:0.51:0.751:0.75节理发育1:0.51:0.751:0.751:11:1节理极发育1:0.751:11:11:1.25强风化节理较多1:0.51:0.751:0.751:1节理发育1:0.751:11:1节理

22、极发育1:11:1.251:1.5中薄层砂质页岩或其与砂岩、砾岩的互层（无夹层者）微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:0.51:0.51:0.751:0.75节理发育1:0.51:0.751:0.751:0.751:1节理极发育1:0.751:0.751:1强风化节理较多1:0.51:0.751:0.751:0.751:1节理发育1:0.751:0.751:1节理极发育1:0.751:11:11:1.5石灰岩厚层，块状致密坚硬微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:011:0.21:0.21:0.31:0.31:0.5节理发育1:0.21:0.31:0.31:0.51:0.51:0.75节

23、理极发育1:0.31:0.51:0.5强风化节理很少，至节理较多1:0.21:0.41:0.51:0.75节理发育1:0.41:0.5节理极发育1:0.51:0.751:0.751:1白云岩、燧质、硅质、泥质、铁质石灰岩、磷灰岩或互层薄层，中层致密微风化至中等风化节理很少，至节理较多1:0.21:0.31:0.31:0.41:0.41:0.5节理发育1:0.31:0.41:0.41:0.61:0.51:0.75节理极发育1:0.41:0.51:0.6强风化节理很少，至节理较多1:0.31:0.51:0.51:0.75节理发育1:0.51:0.75节理极发育1:0.751:1角砾岩及凝灰角砾岩胶

24、结不完整微风化至中等风化节理较多1:0.31:0.41:0.41:0.51:0.5节理发育1:0.41:0.51:0.51:0.751:0.751:1节理极发育1:0.51:0.75强风化节理较多1:0.51:0.51:0.751:0.751:1节理发育1:0.51:0.751:0.751:1节理极发育1:0.75-1:11:1-1:1.25注：本表系岩石边坡调查资料汇编，尚不够充分，由于影响岩石边坡的因素甚多，如气象、地震、水文地质条件以及建筑物的重要程度等，应对所在地区具体情况综合研究确定；构造破碎带或残积风化带的各种岩石，一般节理极发育，在边坡高度小于20m时，一般可采用l：1或1：l1

25、：1.5的边坡，个别的可采用1：0.75的边坡；边坡数值栏有空白者相应岩石边坡高度加以限制，避免发生变形。2、削坡开阶在露采矿山的矿产资源开发利用方案中，根据采场的工程地质条件，已经设计出了采场境界内的采场台阶边坡角和总边坡角、采场台阶高度、台阶数、采场平台及宽度、采场底盘等，如果矿山严格按设计开采，在露采场土地复垦时，一般不需重新削坡开阶，只需对局部因断层带、密集节理带所产生的不稳定边坡段，进行工程处理即可。但一些老矿山，尤其是一些中、小型民营的老矿山，为了扩大开采量，不按设计开采，致使采场形成“高架头”，这种高角度、长斜坡给矿山土地复垦带来很大难度，使凿宕穴及覆土植树无“立足之地”，针对这

26、种复垦单元，一般需要采取削坡开阶，即在斜坡上，通过人工或机械方式，修筑阶梯和平台，达到相对截短坡长，改变坡型、坡度、坡比，降低荷载重心，维持边坡稳定，为后期宕穴开凿、覆土植树提供场地。在削坡开阶工程设计中，要根据边坡体的岩土体性质、地质环境条件、场地条件等确定合理的坡度角、台阶高度、宽度及台阶数。复垦工程设计的台阶与开采平台有所不同，即不再有安全、开采、清扫平台之分，台阶宽度取值亦小于开采台阶宽度设计值，一般取3.05.0m为宜，因台阶宽度决定了开挖方量，要尽量减少新的挖方工程量和新的土地挖损，严禁“以采代治”的情况发生。图8-2 削坡开阶示意图削坡开阶形成的最终边坡角越缓，剥岩量越大，从经济

27、指标考虑，边坡角应尽可能加大。然而，陡边坡虽然可节约复垦费用，但设计边坡角过大，会导致边坡失稳，形成崩塌与滑坡，不仅破坏复垦工程设施，还会带来安全隐患，故需综合考虑经济、技术与安全因素，合理选取边坡角。表8-8和表8-9分别提出了按边坡稳固性进行的岩石分类和露天采场边坡角概略值、台阶坡面角参考取值。表8-8 按边坡稳固性进行的岩石分类和露天采场边坡角概略值岩石类别本类岩石的一般特点确定边坡稳固性的基本要素和岩石稳定性指标地质条件边坡角（）坚硬（基岩）岩石，火山岩和变质岩，石英砂岩，石灰岩和硅质砾岩样品抗压强度：7848104Pa软弱面（断面破坏层理、长度很大的构造节理、等等）的方向很不利具有软

28、弱裂缝的硬岩，没有方向不利的弱面，软弱面对开挖面的倾角是急倾斜（60）或缓倾斜（15）的小于55其它条件同上，但岩石具有裂缝4045具有软弱裂缝或节理的硬岩，软弱面对开挖面的倾角为35553045具有软弱裂缝的硬岩、软弱面对开挖面的倾角为20302030中硬石，风化程度不同的火山岩与变质岩、粘土质、砂质一粘土质页岩、粘土质砂岩、泥板岩、粉砂岩、泥灰岩等样品抗压强度：=7857848104Pa样品岩石的强度、软弱面的方向不利、岩石的风化趋势斜坡的岩石相对稳固，或有对开挖面呈急倾斜（60）或缓倾斜（15）的软弱面小于40同上，有对开挖面呈3555的软弱面1040边坡的岩石强裂风化（泥质岩、粘土质砂

29、岩、粘土质页岩、等等）以及容易碎散和剥落的岩石软弱面对开挖面呈2030倾角的所有岩类2030软岩（粘土质与砂质一粘土质岩石）样品抗压强度：785104Pa对于粘性（粘土质）岩石为：样品强度，软弱面（软面夹层、层间接触面）方向不利。对于非粘结性岩石为：力学特性动水压力、渗透速度没有塑性粘土，古老滑面，层间的软软弱接触面和其他弱面2030在边坡的中部呀下部有软弱面1520表8-9 台阶坡面角参考资料岩石坚固性系数15208143712台阶坡面角（）7585707560654560岩石类别可根据矿山勘探报告和现场调查取得；岩石坚固性系数可取样测试或在工程地质手册中查表取经验值。表8-10 岩石坚固性

30、系数级别坚固性程度岩石坚固性系数（f）最坚固的岩石最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其他最坚固的岩石。20很坚固的岩石很坚固的花岗岩类，石英斑岩，很坚固的花岗岩，硅质片岩；坚固程度较级岩石稍差的石英岩，最坚固的砂岩及石灰岩。15坚固的岩石致密的花岗岩及花岗岩类岩石，很坚固的砂岩及石灰岩，石英质矿脉，竖固的砾岩，很坚固的铁矿石。10a坚固的岩石坚固的石灰岩，不坚固的花岗岩，坚固的砂岩，坚固的大理岩，白云岩，黄铁矿。8相当坚固的岩石一般的砂岩，铁矿石。6a相当坚固的岩石砂质页岩，混质砂岩。5坚固性中等的岩石坚固的页岩，不坚固的砂岩及石灰岩，软的砾岩。4a坚固性中等的岩石各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩

31、。3相当软的岩石软的页岩，很软的石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻土，无烟媒，普通泥灰岩，破碎的砂岩，胶结的卵石及粗砂砾，多石块的土。2a相当软的岩石碎石土，破碎的页岩，结块的卵石及碎石，坚硬烟煤，硬化的粘土。1.5软岩致密的粘土，软的烟煤，坚固的表土层。1.0a软岩微砂质粘土，黄土，细砾石。0.8土质岩石腐植土，泥煤，微砂质粘土，湿砂。0.6松散岩石砂，细砾，松土，采下的煤。0.5流砂状岩石流砂，沼泽土壤，饱含水的黄土及饱含水的土壤。0.3当削坡开阶采取削除台阶前端土石，填补台阶后端，即“斩头压脚”时，其“压脚段”稳定坡角（）可按“压脚”（回填）的土石类型确定。图8-3 “斩头压脚”削坡法示意图3

32、、凿宕穴露天矿山采场的特点是地表以祼露基岩（少数为土层）为主，同时存在石质底盘、边坡、台阶平台，而露采矿山一般表土缺乏，这种情况下推荐采用凿宕穴法作为开采平台、底盘区土地复垦的主要工程措施，它的优点是在基本不影响复垦效果的前提下，大大的减少了表土的需求量，节约了复垦费用，因而，在矿山道路、工业广场等复垦林草地方向时，也常常采取此方法。为了达到快速复绿的目的，也可在边坡的斜坡面上，开凿凿宕。凿宕穴是指采用人工、机械（爆破）开凿等方法在岩石上定点开挖一定规格的宕穴的工程。再通过宕穴的回填土壤，加入水分和肥料，就为植物生长提供了一个空间。宕穴开挖方式根据岩石硬度、风化程度、坡度等确定，一般采用人工开

33、凿或钻具挖掘，必要时也可采用定点爆破。开挖尺寸应根据拟种植的植被种类生长要求确定。图8-4 宕穴法大样图4、配套工程清基开挖清基开挖简单来说就是清表、挖土，在土地复垦土方工程中，还有大量的配套工程需进行清基开挖，如沟、渠、道路、挡土墙等工程，一般视现场情况采用机械和人工清理。清基边界在设计基面边线外3050cm。表面的淤泥、腐殖土、泥炭土等不合格土和草皮、杂填土等杂物必须清除。清基深度一般为1520cm。清基弃土应在指定位置堆放并回填密实。放坡开挖应符合下列要求：（1）当场地条件允许，并经验算能保证边坡稳定性时，可采用放坡开挖方式。多级放坡时应同时验算各级边坡和多级边坡的整体稳定性。坡脚附近有

34、局部深坑时，应按深坑深度验算边坡稳定性；（2）应根据土层性质、开挖深度、荷载等通过计算确定坡体坡度、放坡平台宽度。多级放坡开挖的基坑，坡间放坡平台宽度不宜小于3.0m；（3）坡体表面可根据基坑开挖深度、基坑暴露时间、土质条件等情况采取护坡措施，护坡可采取水泥砂浆、挂网砂浆、混凝土、钢筋混凝土等方式，也可采用压坡法；（4）边坡位于浜填土区域，应采用土体加固等措施后方可进行放坡开挖；（5）放坡开挖基坑的坡顶及放坡平台的施工荷载应符合设计要求。当表层土按设计厚度清除后，仍发现有井窑、墓穴、树桩、坑塘及动物巢穴时，一定要进行处理，或当清除深度超过设计深度时，应进行回填，土方回填前需进行击实试验，确定最

35、大干容重和最优含水量，同时要做回填试验，确定压实机械的类型、行进速度、遍数。在进行土方回填时要严格控制回填土质量、土壤含水量，含水量小于最优含水量时要进行洒水，含水量过大要作翻晒处理，确保回填土质量。整坡结束后，保证坡面平整、坚实，要求无树根、草皮、乱石、裂缝。排水沟、渠土方开挖：排水沟、渠断面尺寸较小，一般采用人工开挖，断面尺寸要满足设计要求，不能出现欠挖或超挖现象，如局部地方超挖，应进行处理。图8-5 排水沟渠开挖断面示意图三、土石方回填土石方回填是指将填筑材料（土、石）回填至低洼地，再经过平整、碾压，从而使复垦区地表相对平整，符合所确定的土地复垦方向的用地要求。矿山土地复垦工程土石方回填

36、主要有：采空塌陷区回填、露采场回填、工业场地（堆场）回填、场地平整，压实碾压等。1、土石方回填土石方回填方法主要有两种：（1）人工回填土方法由于复垦场地通行条件的限制，如宕穴覆土、蓄土槽覆土、堆场表层覆土的最后环节都需人工才能完成。（2）机械回填土方法一般有推土机回填土、铲运机回填土、汽车回填土三种。推土机回填土回填土应由下而上分层铺填，每层虚铺厚度不宜大于30cm。大坡度堆填土，不得居高临下，不分层次，一次堆填。推土机运土回填，可采用分堆集中，一次运送方法，分段距离约为1015m，以减少运土漏失量。土方推至填方部位时，应提起一次铲刀，成堆卸土，并向前行驶0.51.0m，利用推土机后退时将土刮

37、平。用推土机来回行驶进行碾压，履带应重叠宽度的一半。填土程序宜采用纵向铺填顺序，从挖土区段至填土区段，以4060m距离为宜。铲运机填土铲运机铺土，铺填土区段，长度不宜小于20m，宽度不宜小于8m。铺土应分层进行，每次铺土厚度不应大于3050cm（视所用压实机械的要求而定），每层铺土后，利用空车返回时将地表面刮平。填土程序一般尽量采取横向或纵向分层卸土，以利行驶时初步压实。汽车填土自卸汽车为成堆卸土，需配以推土机推土、摊平。每层的铺土厚度不大于3050cm（随选用压实机具而定）。填土可利用汽车行驶作部分压实工作，行车路线须均匀分布于填土层上。汽车不能在虚土上行驶，卸土推平和压实工作须采取分段交叉

38、进行。（3）泥浆泵吸法泥浆泵吸在塌陷积水区土地复垦中是一项重要的土方工程。土地复垦工作本着因地制宜原则，对于矿山采空塌陷常年积水区，水域保留是十分必要的，但要保证水域质量，常采用挖深垫浅改造水域面积及积水深度。对于水下土方开挖，常规的机械开挖效果较差，采用泥浆泵吸法是一种较理想的施工方法。泥浆泵吸法就是将土经人工造浆，利用泥浆泵将其输送到目的地的一种方法。其施工工艺为：根据复垦设计要求测量放出开挖岸线，并埋设控制标志，确保开挖边线的准确；采用高压潜水泵抽水并用高压消防水枪将泥土切削冲击成泥浆；采用泥砂泵将冲击切削下的泥浆通过泥浆管排至弃浆沉淀场；经沉淀后的废水通过挖好的排水沟排入周边水体中。采

39、用泥浆泵吸法施工应具备一定条件：土质选择要求。最好为砂壤土、粉质壤土；粉质粘土次之；要有大容量的弃浆沉淀池或有利地形；要有可靠性的动力保证。泥浆泵大多为电动设备，停电则无法施工；减少水的消耗是降低成本的关键。泵吸施工机械配件损耗不大，主要消耗大量的水，合理地利用沉淀废水，循环利用，可大大缩短抽水的距离，降低对环境影响及生产成本。图8-6 泥浆泵吸法2、场地平整场地平整就是将复垦区地面改造成复垦工程所要求的设计平面，场地平整时全场地兼有挖方和填方工程。（1）施工机械选择根据具体施工条件、运输距离以及填挖土层厚度、土壤类别作下列选择：运距在100米以内的场地平整以选用推土机最为适宜；地面起伏不大、

40、坡度在20以内的大面积场地平整，当土壤含水量不超过27%，平均运距在800米以内时，宜选用铲运机；丘陵地带，土层厚度超过3米，土质为土、卵石或碎石碴等混合体，且运距在1.0公里以上时，宜选用挖掘机配合自卸汽车施工；当土层较薄，用推土机攒堆时，应选用装载机配合自卸汽车装土运土；当挖方地块有岩层时，应选用空气压缩机配合手风钻或车钻钻孔，进行石方爆破作业。（2）平整标高选择施工场地的平整绝不是简单平整一下而已，在这个过程中有大量的基础工作需要落实，应结合场地实际地形及平整设计标高来开展，平整工作落实的越细致，越有利于提高土地复垦质量与效果。根据复垦区域的测量控制点和实际地形，将复垦区划分为若干地块。

41、选用间隔为100500米的方格网，并以方格网各交叉点的地面高程，作为计算工程量和组织施工的依据。在填挖过程中和工程竣工时，都要进行测量，并做好记录，以保证最后形成的复垦地符合设计规定的平面和高程。目前高程控制测量方法有多种，主要有水准测量、三角高程测量、GPS测高等方法。场地设计标高选择的原则是：在满足总平面设计的要求以及场外工程设施的标高相协调的前提下，考虑挖填平衡，以挖作填；如挖方少于填方，则要考虑土方的来源，如挖方多于填方，则要考虑弃土堆场；场地设计标高要高出区域最高洪水位，在严寒地区，场地的最高地下水位应在土壤冻结深度以下；要保持地下水位埋深在2m左右，以避免产生土壤盐渍化。3、填方压

42、实土石方的填筑作业分为土工构筑物和回填土两类，其应共同遵循的原则是：填方要有足够的强度和稳定性，土体的沉陷量力求最小。因此，必须慎重选择填筑材料，选择适宜的填筑方法。含水量大的土、淤泥和腐殖土都不能用作填筑材料。所有的填方都要分层进行，每层虚铺厚度应根据土壤类别、压实机械性能而定。填方边坡的大小也要根据填筑高度、选用材料的类别和工程重要性，做出恰当的选择。填方的压实一般采用碾压、夯实、振动夯实等方法。大面积场地平整的填方多采用碾压和利用运土机械或车辆自重，随运随压，配合进行。较小面积的填土工程，则宜用夯实工具进行压实。填土在压实过程中，一般应配合取土样试验干容重，测试密实度，保证符合设计要求后

43、方可验收。4、采空塌陷区回填采空塌陷区回填主要是针对塌陷区地势较低洼处进行整平、回填，回填结构一般采用二元结构，即下部采用煤矸石或粉煤灰等回填，上部采用素土回填，素土回填厚度一般根据土地复垦方向及地面复垦标高控制在0.61.0m左右。5、露采场回填露采场回填是指对基岩开采后形成的裸露区进行回填，一般直接在地表进行素土回填，回填厚度一般在0.50.8m左右6、工业场地（堆场）回填工业场地回填应充分对地表进行清基，清除地表淤泥、腐殖土、污染土及草皮、杂填土等杂物，然后再进行回填，回填采用素土回填，回填厚度一般在0.50.8m左右。四、土石方平衡分析与计算土石方平衡就是通过“土方平衡图”计算出复垦区

44、内高处需要挖出的土方量和低处需要填进的土方量，就知道计划外运进、出的土方量。这就是复垦工作中土石方平衡工作。在复垦工作中，尽量减少外运进、出的土方量的工作，不仅关系复垦费用，而且对复垦平面布置有很大的影响。在进行土石方计算时，计算规则如下：1、计算土石方工程量前，应确定下列各项资料：（1）土壤及岩石类别的确定；（2）地下水位标高；（3）复垦设计标高；（4）施工方法、运距及其他有关资料。2、土石方工程量计算一般规则（1）土方体积，均以挖掘前的天然密实体积为准计算。如遇有必须以天然密实体积折算时，可按下表所列数值换算（表8-11、表8-12）。表8-11 土方体积折算表虚方体积天然密实度体积夯实后

45、体积松填体积1.000.770.670.831.301.000.871.081.501.151.001.251.200.920.801.00表8-12 土石方自然方与实方折算系数表项目土方石方沙方混合料块石自然方11111实方0.851.310.940.881.43（2）挖、填方一律以复垦设计地坪标高为准计算。（3）平整场地前应先做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物；排除地面积水；铺筑临时道路等。3、计算步骤：（1）划分方格网；（2）测量各角点的地面标高；（3）计算各角点的设计标高；（4）计算各角点的施工高度；（5）计算零点及绘出零线；（6）计算各方格内的挖或填方体积；（7）统计

46、挖填土方量；（8）调整设计标高。在土石方工程中，挖方量、填方量和土石方运输量三者综合权衡，制定出合理的调配方案。为了充分发挥施工机械的效率，便于组织施工，避免不必要的往返运输，还要绘制土石方调配图，明确各地块的工程量、填挖施工的先后顺序、土石方的来源和去向，以及机械、车辆的运行路线等。土石方平衡应遵照以下原则：1）力求挖方与填方基本平衡和就近调配，使挖方量与运距的乘积之和尽可能成为最小，亦即使土方运距量或费用最小；2）应考虑近期利用和后期施工相结合，及各区块与全场相结合；3）调配方向，运输路线一定要选择适当；4）表层土先堆放至指定区域，以备后用；5）制作土方调配图表。图8-7 方格网法土方调配

47、图首先，划分调配区，在对施工现场进行实测的情况下，在场地平面图上画出各区的挖填方分界线（即零线），再根据地形条件，把各区块的挖方区和填方区再行当地划分为若干个调配区。然后，用方格网法计算各调配土方工程量，并填在图上，求出每对调配区之间的平均运距。最后，画出土方调配图（图8-7），在图上标出调配方向，土方量以及平均运距，列出土方平衡表（表8-13）。由表可知，该矿山土方挖、填方平衡。表8-13 某矿山土地复垦土方供需平衡表复垦单元挖方（m3）0.00.09.547.611.68.017.9127.0210.0164.7220.0320.01136.3填方（m3）390.0310.0129.537

48、.778.2128.057.90.30.04.70.00.01136.3平衡分析-390.0-310.0-120.0+9.9+37.8-128.0-40.0+126.7+210.0+160.0+220.0+320.00.0第二节 采空区稳定性评价及井下充填工程金属或部分非金属矿山大多采取空场法和崩落采矿法开采，当其闭坑时，在地下会留下很多采空区，这些采空区，尤其是近地表的采空区是否稳定，直接影响到复垦单元是否已具备复垦条件，或复垦工程是否会遭受后期的塌陷损毁。当采空区经调查后评价为不稳定时，将根据复垦方向以及复垦标准的要求，进行井巷充填设计，以此来保证矿山地表土地复垦工程的有效性。由于井下充填

49、工程也属于一种人工支护采矿法（即在矿房或矿块中，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。井下充填采矿法的优点是适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业较安全，能利用矿山废料，保护土地等），目前，很多矿山的开采设计就包含有充填设计，所以，复垦前的充填设计大多针对非充填开采矿山。一、采空区稳定性评价在开展老采空区地表复垦前，应对采空区进行稳定性调查与评价，其方法主要是收集资料、地面调查、地球物理勘探与钻探。通过收集巷道图、采矿图，了解采空区的位置、开采历史、计划、开采方法、开采边界、顶板处置管理方法、工作推进方向和速

50、度、巷道平面展布方向、断面尺寸及相应的地表位置、顶板的稳定情况、塌落、支撑回填、积水清况、洞壁完整性和稳定程度等；通过收集地表变形观测资料，了解地表最大下沉值、最大倾斜值、最小曲率半径，陷坑、台阶、裂缝的位置，形状、大小、深度、延伸方向及其与地质构造、开采边界、工作面推进方向等的关系；通过收集地下水水位资料，了解原矿山疏干排水和现在采空区附近工农业抽水情况，以及其对采空区稳定的影响。资料收集完成后，应对搜集资料需进行真伪甄别，结合其它资料参考利用。一般说来，国企大、中型矿山开采规范、资料齐全，通过资料收集与分析，便能了解采空区的分布范围和埋深等情况；但对于小型矿山的老采空区、盗采矿石形成的采空

51、区，则难以取得采矿方面的资料，只能通过物探或钻探等手段，查明采空区现状。地球物理勘探方法众多，地震（反射波法、折射波法、面波勘探、微动勘探等）、电法、电磁法（瞬变电磁、地质雷达等）、放射性勘探（测氡等）等，各有适用条件。工程钻探能准确探测某点地下采空区的埋深、充填状况、上覆岩层的垮塌、变形情况，但要查明整个采空区，需要多个钻孔形成剖面进行控制，致使费用较高，因而，一般仅布置少量的物探验证孔。通过测井（波速、自然电位、放射性、超声成像等），可以了解采空区“三带”分布及钻孔揭露地层的岩土力学性质。对于无水的井巷，可采用井中远距电视摄像的方法对采空区进行直接测量，了解采空区及巷道顶板的稳定情况、塌落

52、、支撑矿柱、回填、积水情况、洞壁完整性、巷道平面展布方向、断面尺寸、采空区的高度与各支撑柱的尺寸与位置等。采空区稳定性勘查与评价深度，一般控制在300500m，其原因主要是更深的采空区，即使顶板塌落，变形也难以反应至地表，再者深部物探成果解释的准确性较差，深部钻探验证费用支出较高。采空区稳定性勘查与评价的对象，一般是复垦方向为建设用地的塌陷损毁复垦单元，对于复垦方向为林草地时，只需进行资料收集与分析，对采空区稳定性进行经验判别即可，如对位于山区的小型矿山，判别结果为地面塌陷损毁严重区或危险区的，其复垦方向确定为林草地，视需要建立塌陷监测网点，设立警示牌和防护栏。还可进行经验法判定，具体参考工程

53、地质手册中硐室稳定性评价的相关评价方法（表8-14）。更准确的评价需要依据地面变形监测、地应力监测等资料，分析、计算求得。表8-14 采空区稳定性评价表岩体级别岩体基本质量的定性特性岩体基本质量指标BQ自稳能力坚硬岩，岩体完整550跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方坚硬岩，岩体较完整较坚硬岩，岩体完整550351跨度1020m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度10m可长期稳定，偶有掉块坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整450351跨度1020m可稳定数日1个月，可发生小中塌方；跨度5l0m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小中塌方；跨度5m，一

54、般无自稳能力，数日数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中大塌方，埋深小时，以拱部松动破坏为主。埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度5m，可稳定数日1个月较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；全部极软岩及全部极破碎岩250无自稳能力注：岩石坚硬程度、岩体完整程度定量指标可按工程地质手册表1-3-4、1-3-6划分；岩体基本质量指标值BQ可按工程地质手册表7-3-8所列公式计算，并按照有关系数进行修正；小塌方塌方高度3m，塌方体积6m，或塌方体积100m3。二、井下充填工程根据所用充填材料和输送方式不同，井下充填可分三类：干式充填法，充填材料为专用露天采石场采出的碎石、露天矿剥离或地

55、下矿采掘的废石等。经破碎，用机械、人工输送至地下采空区。水力充填法，充填材料为砂、碎石、选厂尾砂或炉渣等。用管道借水力输送至采场。胶结充填法，充填材料为水泥等胶凝材料和砂石、炉渣或尾砂等配制的浆状胶结物料，凝固后有一定强度，用管道借水力或机械输送至采场。上述三种方法中，干式充填法应用最早，但生产效率低，劳动强度大，采矿成本高，主要用于非金属矿（煤矿）矿山。目前，金属矿山大多采取胶结充填法，主要分为如下几种。1、废石（矸石）充填废石（矸石）充填法是指利用废石（矸石）置换开采建筑物、工业广场矿柱，其开采方式为在矿柱中先掘进矸石充填巷进行采矿，然后依次对采出矿的巷道由内向外进行矸石充填。充填工艺如下

56、：矸石矿车经推车机推入翻车机，翻车机翻矸到矸石仓，由矸石仓下口入给料机，将矸石转载到充填配巷的运输机、充填巷机尾驱动式矸石输送机，然后运至充填机，由充填机充填到充填巷内。并在邻近充填巷（距本填巷一侧15m的矸石充填巷）内进行注浆强化加固，其工艺流程如图8-8所示：矸石重车上部车场轨道大巷矸石仓给煤机矸石输送机充填机充填邻近充填巷注浆加固图8-8 矸石充填工艺流程矸石充填工作原理示意如图8-9所示：图8-9 矸石充填工作原理示意图1-矸石充填配巷；2-矸石充填巷；3-机尾驱动式输送机；4-矸石充填机；5-充填矸石；6-电机；7-充填配巷胶带输送机。2、尾砂（粉煤灰）充填（1）尾砂（粉煤灰）充填分

57、类分级尾砂充填分级尾砂充填工艺曾经是我国应用最广泛的一种充填工艺，包括分级尾砂胶结充填和非胶结充填。充填料浆的质量浓度为65%70%，充填采场脱水量30%15%。分级尾砂的利用粒径一般为37m以上，尾砂利用率为50%左右。高浓度全尾砂胶结充填充填骨料利用洗选厂不分级全尾砂。所谓高浓度是指全尾砂在静水中沉降的最大浓度。其质量浓度高低取决于全尾砂比重、粒度大小与组成及压缩厚度。而体积浓度则主要取决于颗粒大小与组成。胶凝材料主要是水泥或其替代品，如矿渣、干排粉煤灰等工业废渣。膏体泵送胶结充填充填骨料有全尾砂、帮磨砂、粉煤灰、普通硅酸盐水泥、磨碎炉渣等。配制的充填料浆浓度为75%80%，塌落度为20cm左右，充填采场的脱水量几乎为零。这种浓度的充填料浆成为膏体，其自流输送困难，一般需要泵送。（2）充填系统的组成充填系统一般包括以下内容：充填方式、充填材料种类、数量、来源及材料力学强度与化学稳定性；尾砂与水泥的输送、贮存与溜放；材料配比与浆体浓