陕西府谷西部煤矿采空区生态修复措施探讨

李谭宝

(国家林业局 西北林业调查规划设计院，陕西 西安 710048)

2012年3月，国家发展改革委颁布了《陕甘宁革命老区振兴规划》，部署在陕北、陇东、宁东等地建设国家能源化工基地，实施优势资源转化，振兴老区经济的战略规划[1]。矿产资源开发大大促进了经济发展和社会进步，在国民经济中具有举足轻重的地位[2]。但在煤炭开采过程中，出现的大量采空地面和堆积煤矸石，破坏、占压土地资源，毁坏耕地和草场[3-5]；开采过程中产生的废水、废气和废渣等废弃物，污染环境，严重损坏矿区生态[6]；采空区的塌陷，又可能引发植被退化甚至引发地震等灾难性事件[7]，严重影响矿区和周边群众的生产生活和社会稳定，不利于经济社会的可持续发展[4]。随着原煤开采力度的进一步加大，开采量的不断累积，煤矿采空区面积越来越大，由此产生的各种负面影响必然越来越严重。如何治理因煤矿开采而遗留的采空区和塌陷区，是当前面对的重大课题。

府谷县位于陕西省北部，地处晋、陕、内蒙古接壤地带，神府煤田腹地，全县含煤面积1 600 km2，占县域面积的50%，已探明储量200亿t，均为优质动力煤和化工用煤。20世纪90年代中期以来，府谷县实施工业富县战略，经济发展迅速，然而多年的开采对生态环境却造成了极大的破坏。2012年全县采空区面积达267 km2、塌陷区面积达48 km2。不断增大的采空区和塌陷区不但给本已脆弱的生态造成了巨大压力，而且影响到府谷人民的生命财产安全和社会稳定。为此，笔者在分析煤矿采空区、塌陷区危害的基础上，初步探讨了府谷西部矿区应实施的生态修复措施，并对可能取得的效益进行了估算，以期能为该区域的生态治理提供参考。

1 区域介绍

府谷县位于北纬39°25′—39°42′、东经110°22′—110°55′之间，面积3 229 km2。属中温带半干旱大陆性季风气候区，四季分明，冬夏长、春秋短。年均气温9.1 ℃，最热的7月份平均气温23.9 ℃，最冷的1月份平均气温零下8.4 ℃，气温年较差32.3 ℃，多年平均日照时数为2 894.9 h，无霜期177 d。年均降水量453.5 mm，主要集中在7—9月份，期间降水量占全年的67%。自然灾害频繁，地势西北高东南低，海拔780—1 426.5 m。属黄土高原农牧交错区。境内水系较多，东部濒临黄河，从北向南有皇甫川、孤山川、清水川、窟野河等水系自西北向东南注入黄河。沟壑密布，长1 km以上的沟道1 245条。雨水资源短缺，地下水资源相对丰富。主要土壤类型为风沙土和黄绵土。

府谷县矿区主要位于县域西部，涉及新民镇、老高川镇、三道沟镇、庙沟门镇、大昌汗镇和赵五家湾办事处等区域，共1 051.29 km2，约占县域面积的1/3，如图1所示。按照上下错位、地裂缝的程度、地表植被保存现状，可将矿区分为低度、中度和重度塌陷区3个部分，分别占矿区面积的14.6%、68.9%和16.5%。采空区不仅对府谷人民的生命财产安全造成了极大的危害，同时也使矿区植被覆盖率下降，给全县的生态安全带来隐患。

2 煤矿采空区对环境的危害

地下煤层被采出后，地表和岩石圈的原有力学平衡被打破，顶板岩层和上覆岩层向下弯曲和移动，若疏于管理，则不能形成新的稳固平衡，将产生裂隙和离层[8]。在地下水涌入和冲刷的作用下，上层覆岩、岩层和地表将被破坏，形成采空塌陷区。塌陷之处，地表房屋、耕地、道路和植被不能幸免，造成全方位的危害。

图1 府谷县区位图及其西部矿区涉及乡镇

2.1 可耕地资源数量和质量下降

采空区在覆岩冒落带和裂隙发育处的潜水排泄由以水平径流为主转化为沿冒落带和裂缝垂向渗漏为主，地下水位迅速下降，切断采空区上覆土层与地下水的联系，土层更趋干旱。水分、养分等农业条件迅速恶化，轻则影响产量，重则颗粒无收，甚至促使风蚀和水土流失加剧，引起土地沙漠化。采空区一旦塌陷，地表形态的变化使区域内的耕地受到破坏，可耕地面积迅速减少。塌陷区地表裂隙急剧增多，土壤蒸发面积和强度迅速增大，导致土壤持水能力下降。

2.2 地下水位下降和水质恶化

我国北方煤炭矿区大多位于水资源缺乏的区域，煤炭资源分布和水资源配置呈显著的逆向性，生态环境严重先天不足。煤炭资源的开采一般对地表水资源及地下水资源造成重大影响。对地表水资源的影响主要是污染水质，而对地下水资源的影响主要是导致其水位下降等。原因是水裂隙带和地面塌陷范围的扩大，采煤排水形成了以矿井为中心的降落漏斗，裂隙水向矿坑汇流，在其影响半径内，地下水流速加快，水位下降，局部地区由承压水转为无压水，可利用的水资源量迅速减少，且水质迅速恶化。

2.3 植被数量和多样性降低，生态环境恶化

煤矿采空区地表裂缝破坏土体的水分环境，无论是森林，还是灌丛草地，均很难存活，甚至寸草不生。植被数量明显减少，物种多样性显著降低。生态环境恶化，土地生产力下降，极大地增加风蚀和沙漠化发生的可能性。

2.4 危害基础设施，影响社会稳定

煤矿采空区一旦出现塌陷，势必造成许多基础设施和公益设施毁坏、道路变形、水库漏水、管道扭曲、通信受阻，在有些地方还造成一系列地质灾害。采空区塌陷不仅影响到当地居民的正常生活，甚至会酿成事故，危及居民生计和生存。这种生态补偿问题若得不到妥善解决，将激发社会矛盾，增加社会不稳定因素[9-10]。

3 煤矿采空区的生态修复措施

矿区的生态恢复主要是指对煤炭开采引起的土地功能退化、生态结构缺损、功能失调等问题，通过工程、生物及其他综合技术和措施来恢复和提高生态系统的功能，因此针对煤矿采空区塌陷的不同程度和地表植被的不同赋存状态，需要采用不同的生态保护和生态修复措施[11]。减少人为活动，减轻负荷压力，辅以人工措施，增强生态系统的自我调节能力与自组织能力，使其进行有序演替，向良性循环方向发展[12-13]。

3.1 稳定地表沉降和地形整理措施

开采塌陷区生态恢复的第一步就是加固地质结构，尤其要对裂缝和塌陷活跃的重度区进行重点加固，使地表沉降趋于稳定。目前，控制地面沉陷的主要方法有井下采空区充填法、覆岩离层带高压注浆法等。地形整理则是第二步，通常采用就地平整、填充整理等，随后实施生态修复措施[5]。

3.2 土壤重构措施

土地复垦是煤矿采空区生态修复的主要措施，而土壤重构则是土地复垦成败的关键[14]。土壤重构是以土壤恢复或重建为目的，采取适当的采矿和重构技术工艺，应用工程措施及物理、化学、生物、生态措施，重新构造一个稳定的地貌景观、适宜的土壤剖面和土壤肥力条件，并在较短的时间内恢复和提高重构土壤的生产力，并改善重构土壤的环境质量。

矿区土地复垦的初始阶段采用工程重构。工程重构过程中或结束后需进行生物重构，重构“土壤”培肥改良与种植措施，加速重构“土壤”剖面发育，改善土壤环境质量，逐步恢复重构土壤的肥力，提高重构土壤的生产力，恢复土壤生态系统。主要包括土壤改良技术、污染土壤恢复技术、植物品种筛选与植被工艺等，增加土壤有机质，提高土壤生产力。

3.3 封育隔离措施

封育隔离措施适用于采空区内的国有林场、保护区等，其中封育适用于植被保存较好的低度塌陷区，而隔离措施则适用于塌陷严重、土壤地下水污染严重和暂难恢复的重度塌陷区。具体抚育措施有：对有较强萌蘖能力的乔、灌木覆盖区，进行带状或块状除草、破土整地，实现人工促进天然更新的目的；对自然萌蘖能力不足、幼苗幼树分布不均的间隙地块，或树木稀疏、郁闭度和盖度低的地块，进行补植；对遭受地质灾害又无植被分布的地块进行人工补植；对有萌蘖能力的乔灌木幼树和母树，进行平茬或断根复壮；对符合封育目标或价值较高的树种，重点采取除草松土、除蘖、间苗、抗旱等培育措施。

3.4 植被恢复措施

府谷县地处陕北黄土丘陵向草原荒漠的过渡地带，自然条件恶劣，气候干旱。在造林绿化中，必须针对矿区干旱瘠薄的土壤条件，做到适地适树，以提高造林成活率和营林效果。如在一些暂时无法还林的区域，以草起步、草灌先行，待土壤改良和立地条件改善后再造林，实行草灌乔混交；实行林草间作，在培肥土壤为林木生长创造有利条件的同时，也为畜牧业的发展提供基础条件，实现生态、经济效益共赢的目标。

4 煤矿采空区生态修复的效益分析

府谷县西部采矿区将实施植被恢复工程6 400多hm2，包括塌陷区植被恢复、火烧残留区复垦还林、高标准通道景观绿化、川道植被恢复、矿场景观绿化等。其产生的生态、社会和经济效益分析如下：

4.1 生态效益

(1)防风固沙。通过植被重建实施土地修复工程，既可有效防止周边生态系统退化又能减少修复土地的风蚀沙化。据报道，有林地每公顷的泥沙流失量为0.05 t，而无林地则是2.22 t，两者相差40多倍；另有研究表明，每公顷森林年均可固土41.76 t[12-14]，由此知生态修复后整个府谷西部矿区每年可减少风蚀26.73万t。

(2)提升矿区的生物多样性。项目实施后将有效遏制矿区环境的恶化，在提高森林覆盖率的基础上最终实现植物生态系统的多样性与稳定性。吸引周边动物群落的回迁，增加动物群落多样性，达到植物和动物群落的动态平衡。

(3)改善空气质量和局部小气候。生态系统重建工程的实施，将对局部空气质量和小气候产生正面与长效影响。每公顷森林放出的氧气可供1 000人呼吸，森林还可吸收大气中的有害气体。森林能阻挡和过滤粉尘，是天然的吸尘器，林木树冠茂密，具有降低风速的作用，当含尘量很大的气流通过树林时，随着风速的降低，空气中携带的颗粒较大的粉尘迅速下降，另外有些树的叶面粗糙，有绒毛或者能够分泌油脂或黏液，能吸收空气中的大量飘尘，经过树林的净化大气中的灰尘含量会大大降低。据报道，每公顷森林年均可吸收各种灰尘330～900 t，与无林区相比，降雨次数和降雨量多20%。

4.2 社会效益

生态修复措施的实施，可以减少因采矿而造成的新增水土流失，保障当地居民的生命财产安全。复垦措施的实施还可为府谷群众提供更多的就业机会，对于维护社会安定能起到积极的促进作用。建设后的林地、草地，恢复了林、草植被覆盖，有助于缓解建设国家能源化工基地与保护林业资源的矛盾。

4.3 经济效益

府谷县既是黄河中游138个水土流失严重县之一和陕西省沙化土地分布的重点县，又是国家能源化工基地，环境、人口、资源矛盾非常突出。府谷县西部采矿区生态修复方案的实施，可以改善区域生态环境，有助于打破生态系统对当地能源开发的约束，为府谷县经济的可持续发展和能源化工基地的建设提供支撑和保障；可以极大地改善府谷西部采矿区群众的生产、生活条件，为当地人民群众提供一个良好的生存环境，为建设社会主义新农村做出贡献。

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