露天采矿坑回填施工技术研究

露天采矿坑回填施工技术研究
摘要：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。

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。

关键词：露天采矿；回填施工
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。

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。

（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1/4d，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1/4d，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
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
E0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E0
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露天采矿设备向人性化方向发展
露天采矿设备发展的人性化主要表现在采矿设备设计阶段设计人员对设备使用的安全性和舒适性予以充分考虑，并落实到“以人为本”的设计理念，以此来最大程度上规避由于采矿设备设计出现的问题而给采矿人员造成生命安全，同时还能够优化采矿设备的使用性能，为采矿操作人员科学、有效的开展采矿作业提供有效保证，进而来最大程度上提升采矿工作质量和效率。

此外，设计人员还会对采矿设备的美观性予以关注，并借助于多种手段来优化设计采矿设备的外观造型，以此来为采矿设备和采矿环境之间的协调、统一提供有效保证，增加采矿作业人员的视觉舒适感。

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。

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