煤礦井工開采過程產(chǎn)生的生態(tài)影響及生態(tài)恢復(fù)研究★

戰(zhàn) 友 朱亞威 李立欣

(黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

煤礦井工開采過程產(chǎn)生的生態(tài)影響及生態(tài)恢復(fù)研究★

戰(zhàn) 友 朱亞威 李立欣*

(黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

針對(duì)煤炭開采引發(fā)的一系列生態(tài)問題，對(duì)煤礦井工開采產(chǎn)生的生態(tài)影響進(jìn)行了分析，并相應(yīng)提出預(yù)防控制措施、工程技術(shù)及減緩措施，使煤礦在開采過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞降至最低。

煤礦，生態(tài)影響，生態(tài)恢復(fù)

一直以來，煤炭都是我國能源結(jié)構(gòu)的主要組成部分，盡管煤炭開采過程會(huì)引發(fā)一系列的環(huán)境問題，但在一定時(shí)期內(nèi)，中國能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求在很大程度上促進(jìn)了煤炭資源的大量開采，但開采過程引發(fā)的一系列生態(tài)環(huán)境問題不容忽視?？茖W(xué)合理的對(duì)煤礦及相關(guān)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行生態(tài)影響評(píng)價(jià)，并提出切實(shí)可行的生態(tài)恢復(fù)措施變得尤為重要[1]。

1 煤礦的生態(tài)影響分析及評(píng)價(jià)

煤礦在開采過程中造成的生態(tài)破壞，一般包括三個(gè)方面：1)煤礦建設(shè)占地；2)開采過程造成地表沉陷；3)對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生影響。

1.1煤礦建設(shè)占地

煤礦的建設(shè)需要配套相應(yīng)的工業(yè)廣場、道路等，其中工業(yè)廣場內(nèi)建設(shè)礦井生產(chǎn)過程所需生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。但工業(yè)廣場及道路的建設(shè)及平整，需要對(duì)地表進(jìn)行開挖，施工人員對(duì)地表植被的踩踏、施工便道等的占地及施工過程中產(chǎn)生土、渣的隨意堆棄，會(huì)對(duì)礦井建設(shè)周邊一定范圍內(nèi)的植被產(chǎn)生負(fù)面影響，破壞原有生態(tài)景觀，使土地原有的使用功能發(fā)生改變，降低土地水土保持功能，施工過程對(duì)地表產(chǎn)生擾動(dòng)使地表植被缺失，地表裸露，土壤侵蝕量增加[2]。土壤侵蝕是指土壤及其母質(zhì)在外力作用下，遭到破壞、剝蝕、搬運(yùn)和沉積的過程。煤礦開采、原煤及煤矸石堆放等會(huì)加劇礦區(qū)水土流失及土壤侵蝕。土壤侵蝕將導(dǎo)致土層變薄、土壤退化、土地破碎，破壞生態(tài)平衡，并引起泥沙沉積，淹沉農(nóng)田，淤積河道水庫，對(duì)林牧業(yè)的生產(chǎn)危害極大，直接影響國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。項(xiàng)目永久占地在一定程度上影響到地表植被生長，使部分土地失去了原有的生物生產(chǎn)功能和生態(tài)功能，土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)椴傻V用地。由于永久占地及臨時(shí)占地植被的減少，使土壤侵蝕及水土流失程度加劇。

1.2開采過程造成地表沉陷

煤礦的開采會(huì)造成一定程度地表沉陷，可能使地面產(chǎn)生裂縫，這些裂縫破壞原始地貌的完整性，地表裂縫和沉陷引起的坡度增大使得表土層原始內(nèi)聚力和附著力減小，假設(shè)土壤侵蝕力不變，侵蝕模數(shù)增大，水土流失程度增大[3]。地表沉陷對(duì)林草地的影響主要表現(xiàn)為地表錯(cuò)動(dòng)、裂縫致植物傾斜、倒伏，根系拉傷、裸露，影響植物的正常生長可能造成根系的部分裸露，或植物倒伏，破壞耕地，造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降，使林木產(chǎn)生歪斜或傾倒，影響草類的正常生長，進(jìn)而對(duì)局部地區(qū)林業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成一定程度的破壞。地表沉陷將造成部分地區(qū)產(chǎn)生積水區(qū)，積水區(qū)一旦產(chǎn)生將會(huì)對(duì)地表原有的植被產(chǎn)生不良影響，積水區(qū)的植被死亡，陸生生態(tài)系統(tǒng)向水生生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化[4]。

1.3煤礦開采對(duì)動(dòng)植物的影響

對(duì)于動(dòng)物來說，最大的威脅來自其生境被分割、縮小、破壞和倒退[3]。煤炭資源的開發(fā)將對(duì)動(dòng)物的生存與繁衍環(huán)境尤其是礦井生產(chǎn)及其周邊范圍內(nèi)的鳥類、爬行類等小型動(dòng)物造成不良影響。煤層開采產(chǎn)生的地表沉陷將破壞地表植被及植被群落，使生物數(shù)量減少，但產(chǎn)生的影響是可逆的、可恢復(fù)的。礦井開采過程中與服務(wù)期滿后，采取相應(yīng)的生態(tài)預(yù)防與恢復(fù)措施可使生態(tài)環(huán)境得到一定的改善與恢復(fù)，開采活動(dòng)對(duì)植被群落產(chǎn)生的不良影響將會(huì)得到削減。

礦井施工破壞原有植被生長條件，使植被種類和數(shù)量減少。煤礦施工期及運(yùn)營期產(chǎn)生的粉塵下落過程中可能落至植物葉子表面，使葉面氣孔堵塞，降低植物光合作用強(qiáng)度。由于葉面粉塵的作用，大量吸收紅外光輻射，葉片溫度升高，導(dǎo)致植物大量失水[5]。

2 礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)措施

2.1預(yù)防控制措施

1)根據(jù)礦井開發(fā)對(duì)土地造成破壞的特征和礦井所在區(qū)域自然環(huán)境特點(diǎn)，編制礦井生產(chǎn)土地復(fù)墾方案，并嚴(yán)格落實(shí)。礦井建設(shè)施工過程中，應(yīng)著重從管理上加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，對(duì)礦井開采范圍內(nèi)的植被加強(qiáng)防護(hù)，合理規(guī)劃施工過程中及工業(yè)廣場布局，減少占地及對(duì)植被的破壞。礦井建設(shè)完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)臨時(shí)占地進(jìn)行植被恢復(fù)[6]。

2)礦井煤層開采過程中，對(duì)地表破壞范圍、地表沉陷深度及沉陷持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行監(jiān)測，可將監(jiān)測結(jié)果并結(jié)合開采工藝、支護(hù)方式等建立一定的關(guān)系，以減緩對(duì)地表的破壞為目標(biāo)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整開采工藝、支護(hù)方式等[7]。

2.2工程技術(shù)及減緩措施

恢復(fù)地表植被地貌修整是前提，也是改善土壤的根本和保障。沉陷地普遍為凹陷地貌，地貌修復(fù)有必要對(duì)沉陷的深度、沉陷的坡度等各種因素進(jìn)行綜合考慮。一般綜合整治措施主要有三個(gè)方面：首先是工程措施，主要是采取不同手段對(duì)不同沉陷深度的土地進(jìn)行平整；其次是土壤改良措施，目的是為了提高土壤肥力，使其適合植被的生長，井工開采會(huì)使土壤的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)發(fā)生一定程度的改變，要使土壤適合植被生長需要對(duì)遭到破壞的土壤進(jìn)行修復(fù)；最后是恢復(fù)植被，適合恢復(fù)的植被可將其扶正，不適合恢復(fù)或者地表已經(jīng)無植被的地方種植適合生長的樹木或農(nóng)作物。

1)工程措施。

井工開采造成地表裂縫，地表裂縫的分布無規(guī)律可循，不同位置產(chǎn)生的地表裂縫程度不一樣，開采煤層的正上方或者是沉陷邊緣地方。針對(duì)不同下沉深度、土層厚度及裂縫情況，可采取的處理方法如下：

a.地表下沉值不大于2.5 m的土地：土層比較厚并且產(chǎn)生的裂縫并沒有將土層穿透，這種情況下可以用黃土填堵裂縫。將裂縫挖開，填土夯實(shí)；在丘陵起伏較大的個(gè)別區(qū)段采取挖深墊淺，在大部分平坦地區(qū)進(jìn)行地裂縫充填，土地平整，恢復(fù)耕作條件等。

b.地表下沉值大于2.5 m，并且土層遭到嚴(yán)重破壞，產(chǎn)生的裂縫貫穿土層，利用反濾層的機(jī)理對(duì)產(chǎn)生的裂縫及塌陷坑進(jìn)行填補(bǔ)。首先將表層土挖出，可首先充填煤矸石，一方面處理了礦井產(chǎn)生的固體廢物，另一方面作為回填沉陷坑原料；按照粒徑由大到小從最低層向上填充。接著可以用粗礫石、次粗礫、砂、細(xì)砂填堵，最后表層土回填。

2)土壤改良措施。

沉陷區(qū)復(fù)墾土壤，多是新耕造土，肥力低下，具體措施為將天然的或人造的物質(zhì)加到土壤中以提供植物生長所需養(yǎng)分。

3)生態(tài)植被修復(fù)技術(shù)。

a.塌陷林地按照林地受損程度采取不同措施進(jìn)行修復(fù)：一是塌陷不嚴(yán)重的地塊并且樹木受影響較輕的地塊，首先將產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行填補(bǔ)并將樹體及時(shí)扶正，以使樹體可以正常生長；二是塌陷比較嚴(yán)重，地表受損嚴(yán)重，樹木嚴(yán)重破壞不適宜繼續(xù)生長的，首先采取工程措施進(jìn)行整地，之后選擇適宜當(dāng)?shù)厣L的樹種，如水曲柳、樟子松、葉松等進(jìn)行種植，增加地表植被的數(shù)量。對(duì)于輕度破壞的農(nóng)田可不采取措施，輕度破壞不影響農(nóng)田的正常生長；對(duì)于中度破壞的農(nóng)田首先對(duì)地表進(jìn)行整地，人工復(fù)墾，農(nóng)田即可正常種植。

b.對(duì)于具有一定坡度，而傾角又不太大的地塊，對(duì)土地進(jìn)行輕微平整，生土作埂，熟土回填。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及土壤條件等因素，以防治水土流失為主要目的，選擇耐寒、有固氮能力、根系發(fā)達(dá)、有較高生長速度、播種種植較容易、成活率高的樹種，主要為：水曲柳、樟子松、葉松等。

c.采取工程措施平整后的土地要選取適合當(dāng)?shù)胤N植的植物，在適當(dāng)?shù)募竟?jié)進(jìn)行種植，種植的過程要嚴(yán)格把關(guān)苗木的選擇，選擇適宜當(dāng)?shù)胤N植、成活率又高的苗木；其次是植苗、澆水，后期的管理。苗木選擇、植苗、澆水及幼木撫育管理具體如下：

選苗：選擇苗木時(shí)要挑選長勢較好的，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特征，鶴崗市屬于東北地區(qū)，要考慮冬季氣溫較低，苗木要耐寒的特點(diǎn)，在育苗單位購買抗性較強(qiáng)的樹種和灌木，主要有：榆樹、白樺等。

植苗：購買的苗木要及時(shí)種植，避免陽光長時(shí)間直射，起苗時(shí)要注意不能傷害到苗木的根部，苗木的根部要包裹起來。如果苗木不能在當(dāng)日及時(shí)種植完畢，必須對(duì)其進(jìn)行假植，假植地點(diǎn)必須在陰涼地方并且要避免風(fēng)直接吹苗木。苗木種植時(shí)，株間距約為2.0 m，種植深度約為40 cm。緩坡地林木種植示意圖具體見圖1。

澆水：植樹的季節(jié)往往比較干旱，所以需要對(duì)種植上的苗木及時(shí)澆水，補(bǔ)充水分，具體要求為：大坑每個(gè)澆灌10 kg水，小坑每個(gè)澆灌5 kg水。

幼木撫育管理：幼木應(yīng)當(dāng)連續(xù)撫育2年～3年，并且每年要1次～2次。嚴(yán)格禁止對(duì)幼木的砍伐，要不定期觀察幼木病蟲害的問題，及時(shí)治理，并且對(duì)幼木及時(shí)松土、除草、培土，對(duì)分枝較嚴(yán)重的苗木進(jìn)行剪枝。

3 結(jié)語

煤礦井工開采產(chǎn)生的生態(tài)影響主要有三方面：煤礦建設(shè)占地、開采過程造成地表沉陷、對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生影響，其中最重要的為地表沉陷。地表沉陷可能造成水土流失，地表錯(cuò)動(dòng)、裂縫致植物傾斜、倒伏，根系拉傷、裸露等，使林木產(chǎn)生歪斜或傾倒。為減輕地表沉陷的影響，提出預(yù)防控制措施、工程技術(shù)及減緩措施。預(yù)防控制措施主要是對(duì)開采區(qū)加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)的管理，加強(qiáng)對(duì)地表破壞程度的監(jiān)測及時(shí)調(diào)整采煤工藝。工程技術(shù)及減緩措施主要有三方面，首先對(duì)不同程度破壞的裂縫采取不同的填堵方法；對(duì)林地首先針對(duì)不同坡度進(jìn)行整地并種植苗木；對(duì)于草地亦是先整地，后選擇合適的作物進(jìn)行種植。

[1] 鄭麗華.煤礦開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J].科技資訊,2013(14):129.

[2] 賈曉娟.平頂山某煤礦生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2008(5):91-94.

[3] 武曉毅.中陽張子山煤礦地表沉陷預(yù)測及影響分析[J].環(huán)境與發(fā)展,2015(3):36-39.

[4] 唐文艷.煤礦環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的生態(tài)影響評(píng)價(jià)及生態(tài)恢復(fù)探討[J].資源與環(huán)境,2015(28):176.

[5] 鄭麗華.煤礦開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J].能源與應(yīng)用,2015(14):27-28.

[6] 周 陽,羅少鵬.胡家河礦地表沉陷區(qū)生態(tài)修復(fù)及土地復(fù)墾技術(shù)[A].煤礦綠色高效開采技術(shù)研究——陜西省煤炭學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(2016)[C].陜西省煤炭學(xué)會(huì),2016:4.

[7] 程 曦,高先萍,陳其思.淺談煤礦礦山生態(tài)環(huán)境的破壞與修復(fù)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2016(13):54-55.

Studyofecologicalimpactandecologicalrestorationintheprocessofundergroundmining★

ZhanYouZhuYaweiLiLixin*

(SchoolofEnvironmentandChemicalEngineering,HeilongjiangUniversityofScienceandTechnology,Harbin150022,China)

Aim at the large number of coal mined caused a series of ecological problems. This article presented the ecological environmental assesement of underground mining of coal mine, and put forward prevention and control measures, engineering technology and mitigation measures in order to make coal mining in the mining process to minimizing damage to the ecological environment.

coal mine, ecological impact, ecological restoration

X820.3

A

1009-6825(2017)26-0173-02

2017-07-03 ★:哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)基金(2015RQQXJ015)；黑龍江科技學(xué)院青年才俊培養(yǎng)計(jì)劃(Q20120201)

戰(zhàn) 友(1968- )，男，教授

李立欣(1980- )，男，博士，副教授