不同区域采煤沉陷特点及生态恢复

2014-03-28王临清

采矿与岩层控制工程学报 2014年3期

王临清，李佳

(环保部环境工程评估中心，北京100012)

我国煤炭资源分布广泛，截止到2010年底，全国煤炭保有查明资源储量1341.2Gt［1］，且资源分布呈现北富南贫、西多东少的特点，其中，华北地区约占49.24%、西北地区约占30.39%。而适合井工开采的煤矿资源约占96.4%，煤炭开采造成的地表塌陷，导致土地质量下降，使地表生态系统受到严重干扰、破坏，甚至发生滑坡、崩塌等地质灾害。根据我国部分重点矿区和重点产煤省(区)调研统计资料，每万吨煤炭开采，沉陷、破坏的土地面积约1300～3300m2。

根据我国主要产煤基地分布，区域地形地貌等自然环境特征，可分为中东部平原高潜水位矿区、中部平原或丘陵矿区、西北干旱半干旱矿区、西部荒漠草原及戈壁矿区、西南岩溶山石矿区等五类区域。不同区域，其采煤沉陷的特征存在显著差异，适宜的生态恢复措施也不尽相同。

1 中东部平原高潜水位矿区

1.1 沉陷特征

中东部平原高潜水位矿区主要指黄淮海平原矿区，该区域煤矿开采历史长、开发强度大，具有采深与采厚比较大、累计采出煤层厚度大、地表下沉系数大、沉陷面积与深度大等特点［2］。由于潜水位高，沉陷后地表形成大面积常年积水，造成耕地、林地、草地被淹没，耕地绝产、植被死亡;积水区周边沉陷斜坡地发生季节性积水，农田水利设施等地表建 (构)筑物破坏严重，房屋出现裂缝甚至倒塌，道路扭曲、路面破坏，甚至被淹没。

据淮南矿业集团统计及预测资料，至2010年底，已形成沉陷土地1.21×104hm2，积水面积0.6 ×104hm2，积水最大深度7.6m;预计至2020年底，沉陷土地将达到1.87×104hm2，积水面积1.13× 104hm2、积水最大深度13.3m，将造成大量的土地损失，局部的生态系统发生改变。

1.2 主要生态恢复措施

针对该区域煤矿开采易形成永久、季节性积水区的特点，生态恢复遵循“宜耕则耕、宜林则林、宜草则草、宜水则水”的基本原则，充分利用区域自然生态修复能力强的优势，恢复沉陷区植被。同时，该区域多为我国重要产粮区域，分布大量的基本农田，耕地恢复至关重要。土地复垦主要采用挖深垫浅法、疏排法和充填复垦法等［3］。

(1)挖深垫浅法利用开采沉陷形成积水的条件，采用机械或人工方法，将下沉较大区域挖深，因势造景或建塘养鱼、栽藕、蓄水灌溉等，将挖出的泥土垫高开采下沉较小地区，达适宜标高后，适当平整作为耕地或其他用地，可取得较好的生态、经济效益。这一措施适用于开采沉陷已基本稳定及煤矿城市周边沉陷区。

例如，淮南某矿始建于1903年，至1983年资源枯竭，已连续开采80余年，形成大面积沉陷区。土地复垦时，采取沿山脉、水脉修复环境的方法，宜水则水、因势造景、返璞归真，分步推进改善生态环境，并充分发挥生态自我修复能力，给大自然一个自我更新的时间、空间。利用5年的时间，将一个破败不堪的小煤矿遗址建成了湿地生态旅游区，实现了经济、环境、社会效益的三方共赢。

开滦矿区生态城建设也是沉陷区治理的成功典范，该矿始建于1878年，已连续开采131a，采煤造成地表沉陷总面积2.08×104hm2，形成大小沉陷积水坑53个、积水总面积达2.0×103hm2，其中，现在的南湖公园原为最大沉陷区，面积约270hm2。1996年开始，当地政府对沉陷区实施综合治理，采取填埋废弃地、大面积植树造林、治理湖区等措施，依托湿地公园的良好环境，建成了集旅游、休闲娱乐、创意文化等于一体的生态城。

(2)疏排法主要针对采煤沉陷造成地表积水而影响耕种时，通过开挖沟渠的方式，采用强排或自排方式排除积水，并将潜水位降至不影响作物正常生长的水位，恢复土地耕种。该法适用于开采沉陷后，积水深度小的区域，与挖深垫浅法配合使用，可达到较好的效果。

(3)充填复垦充填法复垦是我国一种重要的复垦形式，可充分利用矸石等矿山固体废物及塘河湖泥沙充填沉陷区，覆土后实现土地复垦。例如，济宁某矿区采用黄河泥沙充填，实施大规模复垦，该技术现已得到“十二五”国家支撑计划的继续支持。

2 中部平原或丘陵矿区

2.1 沉陷特征

中部平原或丘陵矿区地势起伏不大，地下水位埋藏较深，土地利用以旱地为主。煤炭开采沉陷以下沉盆地为主，由于地下水位较深，沉陷盆地中央一般不会出现积水 (但雨季可能形成季节性积水)，土地未造成毁灭性损害，仍可耕种;但盆地边缘区域，下沉不均匀，出现地表裂缝，形成坡地，导致土壤养分流失，作物生长状况不佳。

2.2 主要生态恢复措施

(1)恢复原功能该区域土地复垦重点为坡面治理，在坡面上沿等高线开沟、筑埂，修成不同形式的台阶。25°以下的坡耕地，一般修筑为水平梯田、隔坡梯田和坡式梯田;在15°至20°区域，可修筑复式梯田，平台部分耕作、斜坡部分恢复草本植物;对原有地形坡度较大的区域，可进行坡改梯，恢复耕作。

(2)建筑利用以煤炭工业为主发展起来的中小城市居多，如平顶山、邯郸、邢台、徐州、鹤壁、焦作、晋城、潞安等，沉陷后地表一般不积水，由于城市周边均为开采沉陷区，制约了城市的发展，这些区域可推广建筑复垦，将沉陷区土地经适当处理后作为建筑用地。例如，徐州金山桥开发区、平顶山矿区、峰峰矿区棚户区改造项目，以及平顶山、峰峰矿区大型煤化工项目工业建筑群等。

3 西北干旱半干旱煤矿区

3.1 沉陷特征

该区域主要为山西、陕西、甘肃等地区，煤炭开采条件好，为我国今后一段时期内重要的产煤区。但生态环境脆弱，地形复杂、地表起伏较大，在地质采矿和地形条件的共同作用下，其地表移动向量为指向采空区的移动向量与沿坡面指向下坡的移动向量的矢量和，移动范围一般大于平地［4］。沉陷使山顶表土层滑移、沟谷受压隆起，一般不积水，局部出现裂缝或漏斗沉陷坑，个别区域引发山体滑坡、泥石流，导致水土流失加剧，植被损毁，但不会改变区域总体地形地貌特征［5］。

3.2 主要生态恢复措施

该区域生态恢复侧重于地表裂缝的修复［6］、沉陷台阶的平整，以恢复土地原有功能为主。该区域植被稀疏、生态脆弱，降雨量小，生态恢复较困难，应做好植被管护工作。

4 西部荒漠草原、戈壁矿区

4.1 沉陷特征

主要为内蒙古鄂尔多斯矿区及新疆戈壁矿区，该区域气候干燥，水资源缺乏，地表植被不良，水土流失和荒漠化严重。由于地表沙石较多，黏性不高，沙石在外力作用下向沉陷盆地移动，使沉陷盆地逐渐成为漏斗状，盆地中央区域面积减小。采煤形成的地表塌陷及地表裂缝，将进一步加剧草场荒漠化或破坏砾幕，风蚀作用将加剧水土流失［7］。

4.2 主要生态恢复措施

该区域生态环境极其脆弱，一旦破坏，很难恢复。应本着生态保护优先的原则，尽可能减少对地表的扰动。在荒漠草原区域，较窄的裂缝，一般经风沙移动可自然充填［8］;对无法自然恢复的裂缝，采取人工充填的方式，并实时补播适生物种，采取封育措施逐步恢复。而对戈壁矿区，宜自然恢复戈壁砾幕，或局部喷洒固结剂。

5 西南岩溶山石煤矿区

5.1 沉陷特征

主要位于贵州、云南、广西等地，开采沉陷后地形、地貌无明显变化，基本不积水，但地表水平移动较大，可能出现山体滑坡和泥石流，土地损毁、建筑物破坏较严重。

5.2 主要恢复措施

该区域治理重点为山坡地的植被恢复和沟谷阶地土地平整，以及采矿引起的次生滑坡、泥石流等地质灾害。该区域气候湿润，植物易成活，但土源较贫乏，土地复垦时应做好土壤的调配与管理，及时充填裂缝，加强地表变形、滑坡情况监测等。

6 存在的主要问题

我国煤矿开采沉陷区土地复垦、生态恢复重建工作开展较晚，近些年，矿山企业和相关科技工作者做了大量的工作，取得了很大的成效，但仍存在如下主要问题:

(1)土地复垦率低。我国煤矿土地沉陷具有点多面广量大、历史欠账严重等特点，随着煤炭行业的高速发展，沉陷由分散到集中、由量小到量大、由东南至西北，土地复垦难度日益加大、投入资金缺口日益增多，成为沉陷区土地复垦率低的重要原因之一;其次，我国煤矿大部分为多煤层开采，地表生态系统经受长期、多次重复采动影响，往往形成边恢复边影响或刚恢复又影响的局面;再次，受自然条件等制约，重点产煤区生态恢复难度较大。另外，办矿体制结构复杂，长期以来已形成国有重点矿、国有地方矿和乡镇集体矿、个体矿并存的格局，而不同体制煤矿对土地保护和复垦理念、责任感差异极大。初步统计，至2010年末，国有重点矿当年复垦率达40%以上，而地方煤矿尤其是乡镇煤矿土地复垦率不超过5%。

(2)法制化、规范化有待完善。有关生态恢复重建的法律法规、技术规范等有待进一步制定和完善。

(3)生态恢复技术研究有待加强。从事矿区生态恢复技术研究的科技人员较少，针对不同矿区的生态恢复技术还不够成熟，需进一步研究、提高。

(4)生态恢复资金不足。目前，我国大部分矿区还未建立健全生态恢复基金提取制度。尽管山西等省作为试点已实施矿山生态恢复资金提取，并设立了专款专用账户，陕西、内蒙鄂尔多斯等矿区也陆续试行，为矿区生态恢复提供了政策和资金保障。但由于种种原因落实不到位，生态基金的提取、使用、管理等环节还存在一定问题，资金缺口仍较大、利用也不够充分。