赤峰市元寶山煤田風(fēng)水溝煤礦采空塌陷的生態(tài)恢復(fù)治理模式探討

戴 英 (中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭資源豐富，煤炭開發(fā)為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展作出了巨大貢獻。但煤炭在開發(fā)利用的同時，煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境遭到了嚴重破壞，嚴重影響礦區(qū)及其周圍人民生命財產(chǎn)安全和正常的生活生產(chǎn)秩序［1］。特別是在內(nèi)蒙古自治區(qū)，由于北方干旱的氣候和水文條件，造就了極其脆弱的自然生態(tài)環(huán)境。筆者以赤峰市元寶山煤田風(fēng)水溝煤礦為例，探討了礦區(qū)地面塌陷的治理措施和防治對策。

1 礦區(qū)概況

風(fēng)水溝煤礦位于位于赤峰市中心城區(qū)的東部，距中心城區(qū)約50 km，行政區(qū)劃屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市元寶山區(qū)風(fēng)水溝鎮(zhèn)所轄，礦區(qū)地理坐標(biāo)為 42°22'40．3″～42°24'53．8″N，119°21'44．6″～119°24'15．1″E。風(fēng)水溝煤礦處于元寶山煤田的東北部，井田邊界南起8號煤層露頭，北至煤層可采邊界，東起F40斷層，西至F1斷層，走向平均長2．4 km，傾斜寬3．2 km，面積 7．672 5 km2。

風(fēng)水溝煤礦設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為210萬t/a，規(guī)模屬于大型;服務(wù)年限為34 a。風(fēng)水溝煤礦2006年已基本達產(chǎn)，現(xiàn)處于正常生產(chǎn)期。礦區(qū)內(nèi)人口密度大，在煤炭開采過程中不可避免地出現(xiàn)了破壞地表和植被、堆置矸石山、地下采空而地面發(fā)生塌陷等問題，造成土地損毀及人員傷亡和財產(chǎn)損失。其中，地面塌陷是礦山的主要地質(zhì)環(huán)境問題。

2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

2．1 自然地理概況 礦區(qū)地貌類型屬于丘陵，為半干旱大陸性季風(fēng)氣候，全年日照充足，降水量小，蒸發(fā)量大。年平均氣溫6～7℃，年均降水量369．3mm，年際間降水分配不均，多年平均蒸發(fā)量1 919．5 mm。礦區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，無河流、池塘或灌溉渠，地表水資源貧乏。礦區(qū)土壤類型為褐土，為發(fā)育在黃土母質(zhì)上的幼年土壤，呈地帶性分布，土層厚度為37～350 cm，土壤質(zhì)地為沙壤，土壤容重約為1．35 g/cm3。礦區(qū)地處蒙古—達烏里植物區(qū)系、華北植物區(qū)系和東北植物區(qū)系的交匯處，植物種類較豐富，具有明顯的山地荒坡特色，包括本氏針茅、甘草—雜草類等植物群系，植被蓋度10% ～30%。此外，還有雜生并鑲嵌分布有野生山杏、人工栽植的梨樹、楊樹、榆樹、柳樹、油松、落葉松以及羊草、胡枝子、草木樨等優(yōu)良飼用草種。礦區(qū)總占地面積7．974 3 km2，其中井田面積為7．672 5 km2，礦區(qū)工業(yè)廣場(固廢物堆放場及生活區(qū))分布在井田外，占地面積為0．301 8 km2。從礦山土地利用現(xiàn)狀來看，林地面積為5．393 518 km2，耕地2．278 982 km2，工礦用地0．301 8 km2。井田范圍內(nèi)無村莊分布。

2．2 地質(zhì)環(huán)境條件 礦區(qū)大地構(gòu)造單元為華北地臺內(nèi)蒙臺隆的赤峰斷隆，煤田處于天山－陰山東西向構(gòu)造帶與NNE向新華夏系第二沉降帶的復(fù)合部位，區(qū)域構(gòu)造格架為一組北東—南西向雁行排列斷陷型含煤盆地。風(fēng)水溝煤礦地表均為第四系全新統(tǒng)覆蓋，下伏地層為白堊系九佛堂組、阜新組、孫家灣組。主要巖性以粗、細巖為主，砂泥巖次之，白堊系阜新組地層為礦區(qū)主要含煤地層，含二、三、四、五、六、七、八共7組18層煤。礦山主要開采三、五、六煤組中的3-2、5-1A、5-1C、6-3B 5個煤層(表1)。風(fēng)水溝煤礦礦床分布特征決定了采空區(qū)具有埋藏淺、大面積連續(xù)分布、易發(fā)生地面塌陷等特征。

表1 主要可采煤層特征

3 礦區(qū)采空塌陷現(xiàn)狀

風(fēng)水溝煤礦與地方小煤礦礦山開采方式為井工開采，管理方式為頂板全陷落法的。煤炭開采是由上而下分層、分階段開采，使地面塌陷在開采初期就迅速發(fā)生且破壞影響也比較嚴重。由于資源萎縮，一些小煤礦以殘采為主，開采原國有礦山的安全煤柱或剩余的邊角余料，在采區(qū)加大了地面塌陷的災(zāi)害效應(yīng)。

現(xiàn)狀條件下，風(fēng)水溝煤礦為幾個煤礦整合礦山，中部和南部分布有3個采空區(qū)，在采空區(qū)內(nèi)存在地面塌陷。采空塌陷區(qū)均為原風(fēng)水溝煤礦與安慶溝煤礦、東山煤礦、原風(fēng)水溝鎮(zhèn)一礦、多種經(jīng)營公司小井一隊、多種經(jīng)營公司小井二隊開采5、6煤組所形成的采空塌陷。塌陷區(qū)呈長條形沿170°N方向展布，塌陷區(qū)內(nèi)分布有不規(guī)則排列的連體和單體塌陷坑36個，多數(shù)塌陷坑相互貫通，無單體邊界，因塌陷區(qū)人員難以進入，目測口徑約3～70 m不等，深度2～7 m，塌陷幅度層次不齊，中心地段塌陷幅度大，向邊緣延伸逐漸轉(zhuǎn)為寬窄不等的地面裂縫(圖1)，由垂直位移逐漸過渡為水平位移，下塌幅度由大變小。塌陷區(qū)破壞、占用土地類型為林地、耕地，現(xiàn)狀塌陷面積為2．42 km2。根據(jù)礦山開采方案，預(yù)測未來塌陷區(qū)將擴大到 4．926 6 km2。

風(fēng)水溝煤礦地面塌陷具有影響范圍大、生態(tài)環(huán)境破壞嚴重、對人居工程危害性大的特點，其治理難度大。2007年，國務(wù)院制定出臺《國務(wù)院關(guān)于促進資源型城市可持續(xù)發(fā)展的若干意見》之后，風(fēng)水溝煤礦所在地區(qū)平莊也面臨著經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，整治環(huán)境則是經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的首要條件［2］，當(dāng)前國家也逐步加大了對礦山地質(zhì)環(huán)境治理的資金投入，并重視地質(zhì)災(zāi)害的防治，因此做好礦區(qū)損毀土地的整治和生態(tài)恢復(fù)工作至關(guān)重要［3］。根據(jù)礦區(qū)的實際情況，風(fēng)水溝煤礦采空塌陷治理方案應(yīng)采用工程措施、生物措施、工程措施與生物措施相組合的方案。

4 采空塌陷土地功能恢復(fù)措施

4．1 工程措施 根據(jù)礦區(qū)自然地理和礦山開采特點，風(fēng)水溝煤礦采空塌陷土地功能恢復(fù)措施宜采用回填－削坡－局部整平－覆土－綠化的治理方式，對塌陷區(qū)內(nèi)的桶狀塌陷坑進行回填，對塌陷區(qū)內(nèi)的陡邊坡削坡、塌陷裂縫與凸凹不平的地段依據(jù)周圍地形進行局部整平，最終實現(xiàn)治理后的塌陷區(qū)與周圍的生態(tài)環(huán)境相對協(xié)調(diào)的目的。風(fēng)水溝煤礦采空塌陷治理工程主要是采用削坡回填、整平等工程措施達到基本恢復(fù)塌陷區(qū)地表形態(tài)的目的，在此基礎(chǔ)上進行植被恢復(fù)工作。

4．1．1 回填工程量。地面塌陷區(qū)總面積為4．926 6 km2，經(jīng)測算地面塌陷幅度較大地段面積為120 500 m2。預(yù)測塌陷深度平均為4 m，除去平整厚度0．5 m，回填深度以3．5 m計，累計回填工程量約為421 750 m3。

4．1．2 地面平整工程量。地面塌陷區(qū)內(nèi)的所有回填區(qū)都需要進行平整恢復(fù)耕地治理，另外估計塌陷幅度較小區(qū)域(1 084 500 m2)及地裂縫區(qū)域部分地段(372 160 m2)也需要進行平整治理，累計需要平整治理的面積為1 456 660 m2。

4．1．3 監(jiān)測工程量。為防止人畜誤入塌陷區(qū)，在采空區(qū)影響范圍內(nèi)設(shè)置20處固定警示標(biāo)識(水泥預(yù)制)。在采空塌陷區(qū)內(nèi)建立地面塌陷監(jiān)測點，以研究地面塌陷的動態(tài)特征，并對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工程提供技術(shù)指導(dǎo)和依據(jù)。

4．2 生物措施 根據(jù)礦區(qū)所處地段和自然地帶類型(立地類型組)的不同，在對礦區(qū)采空塌陷區(qū)現(xiàn)有植被恢復(fù)治理工程進行分析評價的基礎(chǔ)上，提出風(fēng)水溝礦區(qū)植被恢復(fù)優(yōu)化模式，同時對未進行治理的塌陷區(qū)提供植被恢復(fù)參考方案。礦區(qū)天然植被類型為喬木或灌木林，所以將風(fēng)水溝礦區(qū)塌陷區(qū)植被恢復(fù)優(yōu)化模式確定為喬灌草－人工促進自然恢復(fù)型。風(fēng)水溝礦區(qū)所處自然地帶為溫暖半干旱典型草原，適生樹種可選擇、鄉(xiāng)土雜交楊、家榆、樟子松、紫穗槐、旱柳、山荊子、黃刺玫、玫瑰、樹錦雞兒、沙棘、山杏、文冠果、筐柳、垂枝榆。適生草種可選擇紫花苜蓿、黃花苜蓿、草木樨、羊草、草木樨、甘草。

根據(jù)上述工程措施和生物措施，設(shè)計風(fēng)水溝礦區(qū)采空塌陷區(qū)種植牧草4．926 6 km2。針對整治后的塌陷坑底部較平坦，集水面積相對集中，水分條件較好，在恢復(fù)草地的基礎(chǔ)上可種植用材林。設(shè)計采用長方形布設(shè)栽植鄉(xiāng)土雜交楊。設(shè)計株距、行距均為4 m，需要種植鄉(xiāng)土雜交楊或油松各91 041株。嚴重沉陷區(qū)域北側(cè)有大量裂縫分布的緩坡丘陵區(qū)，經(jīng)填埋地裂縫、壓實整治后宜建設(shè)經(jīng)濟林地。根據(jù)風(fēng)水溝礦區(qū)的實際情況及資金投入，風(fēng)水溝礦北植被的恢復(fù)與重建應(yīng)以選樹適地的途徑來實現(xiàn)。本著選樹適地的原則，針對治理區(qū)土地貧瘠、風(fēng)大、春季干旱的特點，結(jié)合樹種的特性，堅持以鄉(xiāng)土樹種為主，并適當(dāng)引進新的優(yōu)良品種。

5 結(jié)論

風(fēng)水溝煤礦煤炭資源瀕臨枯竭，地面塌陷突出，礦山地質(zhì)環(huán)境破壞嚴重，且危害性極大，治理難度大，所需資金大。通過對礦區(qū)地面塌陷現(xiàn)狀及危害的分析，提出治理總體思路及措施，突出“以人為本”的精神。通過治理后可恢復(fù)礦區(qū)及周邊環(huán)境，改善當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)條件。另外，在追求快速開發(fā)煤炭資源的同時，應(yīng)加大地質(zhì)環(huán)境保護和地質(zhì)災(zāi)害治理力度，加強煤炭資源綜合開發(fā)和集約利用，促進煤炭資源開發(fā)與礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展［4］。

［1］趙承勇，張青鎖，田東升，等．河南省礦山地面塌陷地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究報告［R］．鄭州:河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，2005．

［2］陶山丹．城市轉(zhuǎn)型背景下赤峰市平莊城區(qū)城鎮(zhèn)空間形態(tài)演變［D］．北京:北京工業(yè)大學(xué)，2012．

［3］霍改蘭，喬文光，劉占敏．內(nèi)蒙古大雁礦區(qū)采礦損毀土地整治措施［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(8):2427 －2428．

［4］田東升．煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害對新農(nóng)村建設(shè)的影響［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2010(21):7－11．