露天采矿坑回填施工技术研究

贺亚琴

（山西机械化建设集团有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

传统露天开采对原地形地貌破坏严重，这是露天开采后土地治理的一大难题。对于露天采矿坑的治理方法，目前可分两个方向。一种为针对大型、超大型规范开采的露天采矿坑，由于开采面积大且为有序开采，主要采取的方法是：开挖下一个采矿坑的矿渣回填上一个采矿坑，回填方式多采用抛填。回填形成的场地不能作为工业用地或建筑用地，通常采取恢复植被、复垦为林的处理方法。另一种为原有小型、中小型非规范开采的露天采矿坑，大多坑深壁陡、恢复植被困难且复绿成本高，形成弃置深谷，且因矿山环境治理大多采取“谁开采谁负责”的原则，而小型、中小型露天采矿开采企业大多属于上世纪无证开采阶段形成的，尚无有效治理的方法[1-4]。对此，本文专题研究露天采矿坑回填施工技术，以期为露天开采矿坑的治理提供借鉴。

1 工程实例概况

本文依托项目为典型的露天采矿坑治理项目。该项目位于山西省阳泉市，选址区域位于私企露天采矿坑区域，采矿坑最大深度48m，面积约6.5 万m2。该场地因露天开采煤炭形成巨大的采矿坑，后采用开采后形成的碎石土进行一定深度的回填处理，回填土堆积时间短，变形大，地基强度不能满足建设要求。

1.1 场地条件

场地地形起伏较大，整体为西高东低，拟建场地地貌单元属侵蚀性中低山区。场地区域地基土自上而下分为3 层：第1 层为填土，回填方式为倾倒，未经处理，回填时间约2 年；第2 层为泥岩，岩石质量等级为V级；第3 层为泥岩，岩石质量等级为IV 级。

1.2 水文条件

勘察报告显示，勘察深度范围内未揭露地下水。

1.3 场区工程地质问题

露天采矿后将采煤所弃碎石土抛填至采矿坑内，抛填料成分复杂，含泥岩块、砂岩块、页岩块、灰岩块、煤矸石块、粉土、碎石等，抛填后场地未经任何处理，堆积时间短，地基强度及变形不能满足建设要求。

1.4 场区气象条件

场址区属暖温带半湿润大陆性季风气候区，整体冬夏长，春秋短，四季分明；日照比较充足，昼夜温差较大，年降水量450～550mm。

2 治理方法的选择

鉴于该场地情况的复杂性，根据现有采矿坑地貌条件、作业面积和工后沉降稳定要求，整体处理方案拟采取挖除场地杂填土至基岩，再以分层回填、分层强夯的方法进行治理，具体将从矿坑开挖、地基处理、回填材料利用与选择、回填工艺及回填技术、回填加固技术、整体隔水防水技术几个角度进行研究。

3 回填施工流程

回填流程为：清除表层土→挖除无序回填土→坑壁整治→回填加固技术试验及总结→大面积工程实施→检测及监测。

3.1 清除表层土

对采矿坑、全塌陷采空区在长期暴露过程中形成的已生长的植物、植物根系以及生长形成的植物土进行清理，厚度标准为20～30cm，视其根系生长情况，以彻底清理至非植物土层为准。

3.2 无序回填土处理及坑壁整治

由于原有露天采矿坑为无序杂填，厚度较大，原回填土必须考虑全部或局部挖除后，重新进行地基处理。

该露天采矿坑回填后上部结构物为高层住宅，荷载大、安全要求高，须一次性挖除原无序回填土，并清理至原采矿坑底。

至坑底全部清理完成后，进行坑壁处理，即对采矿坑坑壁进行阶梯状整修，具体措施为：当坑壁坡度陡于1：5 时，进行阶梯状整修，台阶坡度满足坡度高宽比在1：0.5～1：2 之间，并与回填土层同步进行同样能级强夯加固。如坑壁陡于1：0.5 时，在每层回填土回填前进行坑壁整修，每3m 高设置不小于3m 的卸荷平台，边坡整体坡度不小于1：1。

3.3 露天采矿坑回填加固试验

3.3.1 填料选择和回填方法

（1）填料选择。回填土采用露天采矿坑开挖形成的碎石土，必须保证用于场内回填的碎石类土粒径小于30cm，大于30cm 的石块应破碎，含水量过大的碎石土需进行晾晒，含水量过小的碎石土需进行洒水增湿至最优含水量。

（2）回填方法。强夯分层厚度6m，回填方法采用分层堆填的方式进行，分层堆填厚度2m 左右。当碎石土中煤矸石含量较大时，作为填料摊铺应采取防止自燃的措施。具体为：采用煤矸石与粉质黏土互层方式回填，煤矸石位于起夯面4m 以下。即先摊铺一层0.5m 厚粉质黏土，再摊铺1m 厚的煤矸石，煤矸石摊铺采用分层摊铺，及时洒水至最佳含水量的±（1%～3%），然后再摊铺一层0.5m 厚粉质黏土。6m 强夯分层厚度（从下往上回填顺序）=0.5m 厚粉质黏土+1m 厚的煤矸石+0.5m厚粉质黏土+2m 厚碎石土+2m 厚碎石土。

3.3.2 填筑体加固试验

（1）试验区确定。鉴于工程地质条件复杂，回填厚度大，此次试验共布置了两个试夯区进行试验，试夯区1 和试夯区2，均为30m×40m。

（2）试验指标。强夯后地基承载力特征值不应小于180kPa，变形模量不小于10MPa，加固深度范围内填土的压实系数不小于0.95。

（3）试验区参数确定。试夯区1 挖至基岩面处后回填7m 土层，进行5000kN·m 试夯。试夯区2 挖至基岩面处后回填5m 土层，进行3000kN·m 试夯。试验参数见表1。

表1 各个试验区强夯试验参数表

（4）试夯试验施工。试夯区1，该地段回填7.0m 填土，要求填料粒径不得大于300mm。主夯能级为5000kN·m，夯锤直径2.52m，重量为350kN，落距14.30m。夯点呈正三角形布置，间距5.5m，施工顺序隔排逐点分两遍进行。停锤标准：最后两击平均夯沉量≤100mm，夯击次数为16～19 击。主夯结束后进行满夯，能级为2000kN·m，锤印搭接1/4，击数为4 击。该试夯区起夯面标高731.733m，终夯面标高为730.529m，夯沉量为1.204m。

试夯区2，该地段回填5.0m 填土，要求填料最大粒径不得大于300mm。主夯能级为3000kN·m，夯锤直径2.52m，重量为180kN，落距16.67m。夯点呈正三角形布置，间距4.5m，施工顺序隔排逐点分两遍进行。停锤标准：最后两击平均夯沉量≤50mm，夯击次数为12～14击。主夯结束后进行满夯，能级为2000kN·m，锤印搭接1/4，击数为3 击。该试夯区起夯面标高729.765m，终夯面标高为729.210m，夯沉量为0.555m。

3.4 试验区检测

在强夯试验施工完成后，进行相关试验检测。检测项目见表2。

表2 试验检测项目

试夯检测结果如下：

（1）试夯区1。地基承载力特征值均为200kPa，＞180kPa，地基土变形模量介于22.93～28.40MPa 之间，平均25.93MPa＞10MPa，地基土的干密度介于1.99～2.04g/cm3之间，平均为2.01g/cm3。根据瑞利面波测试结果结合重型圆锥动力触探试验结果，试夯区1 强夯影响深度自起夯面算起为7.0m。

（2）试夯区2。地基承载力特征值均为200kPa＞180kPa，地基土变形模量介于20.18～25.90MPa 之间，平均23.27MPa＞10MPa，地基土的干密度介于1.97～2.01g/cm3之间，平均1.99g/cm3。根据瑞利面波测试结合重型圆锥动力触探试验结果，试夯区2 强夯影响深度自起夯面算起为5.0m。

（3）试验小结。通过此次试夯成果综合分析，试夯结果均满足要求，且测试结果均高于设计要求，处理后的地基承载力均大于180kPa。试夯区1（5000kN·m）经检测后合格，各项指标均满足试验要求，且经济合理。试夯区2（3000kN·m）经检测后也合格，适用于顶层或接近顶层的回填调整层。

3.5 隔水层方案实施

待回填至场地标高下2m 时，采用振动式压路机分层碾压粉质黏土至场地设计标高之上100～200mm 处。

3.6 大面积实施

具体参照试夯区1 的技术方案和参数实施，5000kN·m 能级进行强夯加固，每层回填厚度6.5m，每层再分3 层进行堆填。如上部结构为安全要求较高的建（构）筑物，当分层回填、分层强夯至拟作为建筑用场地标高以下2m 时，设置表层黏性土隔水层，具体要求包括：分层摊铺厚度在30cm 左右、最佳含水量控制在±2%、振动碾压4～6 遍、压实度不小于96%。

4 检测及监测

经山西省勘察设计研究院检测机构进行检测，地基承载力特征值均不小于180kPa 的设计要求，变形模量均大于10MPa 的设计要求，地基土密实度较高。场地顶层粉质黏土分层回填碾压压实度均不小于0.95。

沉降观测委托山西华冶勘测工程技术有限公司进行观测，每月观测1 次，最后一次沉降观测最大变化量为2.33mm，变化速率最大为0.05mm/d，变形曲线已经收敛，沉降已经稳定。

5 结束语

该露天采矿坑分层分步回填强夯施工技术，不仅可以满足露天采矿坑处理后作为建设、生活用地的要求；还解决城市扩容发展过程中，因露天采矿坑对城市发展形成的人为分割问题、城市土地紧缺前提下相对低成本造地问题，而且处理方式简单、造价低廉、效果显著，可为同类工程提供借鉴。