赤峰市元宝山煤田风水沟煤矿采空塌陷的生态恢复治理模式探讨

戴 英 (中国地质大学(北京)工程技术学院，北京 100083)

内蒙古自治区煤炭资源丰富，煤炭开发为地区经济发展作出了巨大贡献。但煤炭在开发利用的同时，煤矿区地质环境遭到了严重破坏，严重影响矿区及其周围人民生命财产安全和正常的生活生产秩序［1］。特别是在内蒙古自治区，由于北方干旱的气候和水文条件，造就了极其脆弱的自然生态环境。笔者以赤峰市元宝山煤田风水沟煤矿为例，探讨了矿区地面塌陷的治理措施和防治对策。

1 矿区概况

风水沟煤矿位于位于赤峰市中心城区的东部，距中心城区约50 km，行政区划属于内蒙古自治区赤峰市元宝山区风水沟镇所辖，矿区地理坐标为 42°22'40．3″～42°24'53．8″N，119°21'44．6″～119°24'15．1″E。风水沟煤矿处于元宝山煤田的东北部，井田边界南起8号煤层露头，北至煤层可采边界，东起F40断层，西至F1断层，走向平均长2．4 km，倾斜宽3．2 km，面积 7．672 5 km2。

风水沟煤矿设计生产规模为210万t/a，规模属于大型;服务年限为34 a。风水沟煤矿2006年已基本达产，现处于正常生产期。矿区内人口密度大，在煤炭开采过程中不可避免地出现了破坏地表和植被、堆置矸石山、地下采空而地面发生塌陷等问题，造成土地损毁及人员伤亡和财产损失。其中，地面塌陷是矿山的主要地质环境问题。

2 矿区地质环境条件

2．1 自然地理概况 矿区地貌类型属于丘陵，为半干旱大陆性季风气候，全年日照充足，降水量小，蒸发量大。年平均气温6～7℃，年均降水量369．3mm，年际间降水分配不均，多年平均蒸发量1 919．5 mm。矿区内地表水系不发育，无河流、池塘或灌溉渠，地表水资源贫乏。矿区土壤类型为褐土，为发育在黄土母质上的幼年土壤，呈地带性分布，土层厚度为37～350 cm，土壤质地为沙壤，土壤容重约为1．35 g/cm3。矿区地处蒙古—达乌里植物区系、华北植物区系和东北植物区系的交汇处，植物种类较丰富，具有明显的山地荒坡特色，包括本氏针茅、甘草—杂草类等植物群系，植被盖度10% ～30%。此外，还有杂生并镶嵌分布有野生山杏、人工栽植的梨树、杨树、榆树、柳树、油松、落叶松以及羊草、胡枝子、草木樨等优良饲用草种。矿区总占地面积7．974 3 km2，其中井田面积为7．672 5 km2，矿区工业广场(固废物堆放场及生活区)分布在井田外，占地面积为0．301 8 km2。从矿山土地利用现状来看，林地面积为5．393 518 km2，耕地2．278 982 km2，工矿用地0．301 8 km2。井田范围内无村庄分布。

2．2 地质环境条件 矿区大地构造单元为华北地台内蒙台隆的赤峰断隆，煤田处于天山－阴山东西向构造带与NNE向新华夏系第二沉降带的复合部位，区域构造格架为一组北东—南西向雁行排列断陷型含煤盆地。风水沟煤矿地表均为第四系全新统覆盖，下伏地层为白垩系九佛堂组、阜新组、孙家湾组。主要岩性以粗、细岩为主，砂泥岩次之，白垩系阜新组地层为矿区主要含煤地层，含二、三、四、五、六、七、八共7组18层煤。矿山主要开采三、五、六煤组中的3-2、5-1A、5-1C、6-3B 5个煤层(表1)。风水沟煤矿矿床分布特征决定了采空区具有埋藏浅、大面积连续分布、易发生地面塌陷等特征。

表1 主要可采煤层特征

3 矿区采空塌陷现状

风水沟煤矿与地方小煤矿矿山开采方式为井工开采，管理方式为顶板全陷落法的。煤炭开采是由上而下分层、分阶段开采，使地面塌陷在开采初期就迅速发生且破坏影响也比较严重。由于资源萎缩，一些小煤矿以残采为主，开采原国有矿山的安全煤柱或剩余的边角余料，在采区加大了地面塌陷的灾害效应。

现状条件下，风水沟煤矿为几个煤矿整合矿山，中部和南部分布有3个采空区，在采空区内存在地面塌陷。采空塌陷区均为原风水沟煤矿与安庆沟煤矿、东山煤矿、原风水沟镇一矿、多种经营公司小井一队、多种经营公司小井二队开采5、6煤组所形成的采空塌陷。塌陷区呈长条形沿170°N方向展布，塌陷区内分布有不规则排列的连体和单体塌陷坑36个，多数塌陷坑相互贯通，无单体边界，因塌陷区人员难以进入，目测口径约3～70 m不等，深度2～7 m，塌陷幅度层次不齐，中心地段塌陷幅度大，向边缘延伸逐渐转为宽窄不等的地面裂缝(图1)，由垂直位移逐渐过渡为水平位移，下塌幅度由大变小。塌陷区破坏、占用土地类型为林地、耕地，现状塌陷面积为2．42 km2。根据矿山开采方案，预测未来塌陷区将扩大到 4．926 6 km2。

风水沟煤矿地面塌陷具有影响范围大、生态环境破坏严重、对人居工程危害性大的特点，其治理难度大。2007年，国务院制定出台《国务院关于促进资源型城市可持续发展的若干意见》之后，风水沟煤矿所在地区平庄也面临着经济转型，整治环境则是经济转型的首要条件［2］，当前国家也逐步加大了对矿山地质环境治理的资金投入，并重视地质灾害的防治，因此做好矿区损毁土地的整治和生态恢复工作至关重要［3］。根据矿区的实际情况，风水沟煤矿采空塌陷治理方案应采用工程措施、生物措施、工程措施与生物措施相组合的方案。

4 采空塌陷土地功能恢复措施

4．1 工程措施 根据矿区自然地理和矿山开采特点，风水沟煤矿采空塌陷土地功能恢复措施宜采用回填－削坡－局部整平－覆土－绿化的治理方式，对塌陷区内的桶状塌陷坑进行回填，对塌陷区内的陡边坡削坡、塌陷裂缝与凸凹不平的地段依据周围地形进行局部整平，最终实现治理后的塌陷区与周围的生态环境相对协调的目的。风水沟煤矿采空塌陷治理工程主要是采用削坡回填、整平等工程措施达到基本恢复塌陷区地表形态的目的，在此基础上进行植被恢复工作。

4．1．1 回填工程量。地面塌陷区总面积为4．926 6 km2，经测算地面塌陷幅度较大地段面积为120 500 m2。预测塌陷深度平均为4 m，除去平整厚度0．5 m，回填深度以3．5 m计，累计回填工程量约为421 750 m3。

4．1．2 地面平整工程量。地面塌陷区内的所有回填区都需要进行平整恢复耕地治理，另外估计塌陷幅度较小区域(1 084 500 m2)及地裂缝区域部分地段(372 160 m2)也需要进行平整治理，累计需要平整治理的面积为1 456 660 m2。

4．1．3 监测工程量。为防止人畜误入塌陷区，在采空区影响范围内设置20处固定警示标识(水泥预制)。在采空塌陷区内建立地面塌陷监测点，以研究地面塌陷的动态特征，并对地质灾害预警工程提供技术指导和依据。

4．2 生物措施 根据矿区所处地段和自然地带类型(立地类型组)的不同，在对矿区采空塌陷区现有植被恢复治理工程进行分析评价的基础上，提出风水沟矿区植被恢复优化模式，同时对未进行治理的塌陷区提供植被恢复参考方案。矿区天然植被类型为乔木或灌木林，所以将风水沟矿区塌陷区植被恢复优化模式确定为乔灌草－人工促进自然恢复型。风水沟矿区所处自然地带为温暖半干旱典型草原，适生树种可选择、乡土杂交杨、家榆、樟子松、紫穗槐、旱柳、山荆子、黄刺玫、玫瑰、树锦鸡儿、沙棘、山杏、文冠果、筐柳、垂枝榆。适生草种可选择紫花苜蓿、黄花苜蓿、草木樨、羊草、草木樨、甘草。

根据上述工程措施和生物措施，设计风水沟矿区采空塌陷区种植牧草4．926 6 km2。针对整治后的塌陷坑底部较平坦，集水面积相对集中，水分条件较好，在恢复草地的基础上可种植用材林。设计采用长方形布设栽植乡土杂交杨。设计株距、行距均为4 m，需要种植乡土杂交杨或油松各91 041株。严重沉陷区域北侧有大量裂缝分布的缓坡丘陵区，经填埋地裂缝、压实整治后宜建设经济林地。根据风水沟矿区的实际情况及资金投入，风水沟矿北植被的恢复与重建应以选树适地的途径来实现。本着选树适地的原则，针对治理区土地贫瘠、风大、春季干旱的特点，结合树种的特性，坚持以乡土树种为主，并适当引进新的优良品种。

5 结论

风水沟煤矿煤炭资源濒临枯竭，地面塌陷突出，矿山地质环境破坏严重，且危害性极大，治理难度大，所需资金大。通过对矿区地面塌陷现状及危害的分析，提出治理总体思路及措施，突出“以人为本”的精神。通过治理后可恢复矿区及周边环境，改善当地人民生活生产条件。另外，在追求快速开发煤炭资源的同时，应加大地质环境保护和地质灾害治理力度，加强煤炭资源综合开发和集约利用，促进煤炭资源开发与矿区地质环境保护协调发展［4］。

［1］赵承勇，张青锁，田东升，等．河南省矿山地面塌陷地质环境调查研究报告［R］．郑州:河南省地质环境监测院，2005．

［2］陶山丹．城市转型背景下赤峰市平庄城区城镇空间形态演变［D］．北京:北京工业大学，2012．

［3］霍改兰，乔文光，刘占敏．内蒙古大雁矿区采矿损毁土地整治措施［J］．安徽农业科学，2014，42(8):2427 －2428．

［4］田东升．煤矿区地质灾害对新农村建设的影响［J］．地质灾害与环境保护，2010(21):7－11．