东胜矿区地质环境问题及恢复治理措施研究

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(内蒙古自治区地质调查院/内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010020)

东胜矿区位于内蒙古自治区西南部，地处鄂尔多斯高原中东部，境内有矿产资源30多种，其中煤炭资源储量最为丰富，是国家大型煤炭基地-神东煤炭基地之一。矿区地跨鄂尔多斯市8个旗区，由东向西分别为：准格尔旗西南部、东胜区、达拉特旗南部、伊金霍洛旗、乌审旗、鄂托克前旗东部、鄂托克旗东部和杭锦旗东部，面积约5.7×104km2,含煤面积占全市总面积的70%，是我国重要的能源基地，素有“地下煤海”之称。煤炭资源作为重要的战略资源，在社会经济发展过程中作用显著，随着开采强度的不断加大，矿业开发在带动当地经济发展的同时，东胜矿区地质环境问题也日益凸显，成为环境与发展研究中不可回避的重要课题。

1 矿区煤炭资源开采历史及开发利用现状

从20世纪七十年代开始，东胜矿区范围内大小煤矿一哄而上，呈井喷态势发展，由于对矿山开发缺乏科学性认识，为了追求个人经济效益在埋藏浅部私挖乱采，采前无规划无设计，采后更无治理，加之开采工艺和技术的落后，不仅遗留了地质灾害隐患，也造成了煤炭资源的大量损耗，据资料显示，此类煤矿仅东胜区铜川镇就达到1 000多家。进入九十年代末期，政府进行治理整顿，仅留三分之一较为正规的小煤矿，且生产能力均在10万 t/a左右，开采煤层为最上部一两层煤，开采方式为房柱式开采、炮采，采矿回采率36%～40%，生产技术落后，资源浪费严重。2004年以后，为了提高矿井产量和机械化程度及资源利用率，同时提高矿井安全生产条件和安全生产管理水平，经过整合、技改、扩建后，留存煤矿数量为九十年代的十分之一，煤矿最小设计生产能力为30万 t/a，部分煤层埋藏较浅的地方进行了露天开采，井工开采的煤矿主要采用长壁综合机械化采煤法，一次采全高，工作面顶板采用全部垮落法管理。2008年开始，国家加大力度对矿山地质环境进行治理，提高了煤矿生产能力，促进了资源节约与综合利用，煤炭资源整合取得良好成效。现状条件下东胜矿区煤矿最小生产能力为60万 t/a，生产能力30万 t/a的小煤矿已全部停产，处于整合、扩建中。

2 矿区主要地质环境问题

东胜矿区煤炭资源丰富，历史开采周期长，但是由于前期资源开发缺乏统一规划，环境保护意识不足，引发了一系列地质环境问题，现状条件下存在的矿山环境问题主要表现井工开采引起的地面塌陷及伴生地裂缝，露天开采造成的开采区以及排土场(固体废弃物)对土地植被资源的占用破坏及对水资源、水环境的影响。

2.1 井工矿山

井工开采煤矿形成的地质环境问题主要为地下采煤形成地面塌陷、地裂缝等地质灾害以及矸石场堆放的废弃土石占用破坏土地植被资源。

2.1.1 地面塌陷地质灾害

地下煤层开采后，依靠煤柱维持围岩的稳定，局部应力集中，破坏了岩体的自然应力平衡状态，随着采掘工程向前推进，采空区面积不断扩大，顶板岩层承受的拉张应力也随之增加，当其超过岩层抗拉强度极限时，采空区上覆岩层跨落，自下而上形成冒落带、裂隙带和沉降带，地表产生地面塌陷。东胜矿区整合、技改前小煤窑采用房柱式开采且开采煤层均为浅层煤，开采后极易形成地面塌陷，地面塌陷灾害主要表现方式为塌陷坑，部分塌陷坑周围伴生拉张裂缝。采空塌陷区一般位于高原丘陵区，其规模、形状与上伏地层岩性、厚度及地下水活动有关，调查资料表明，东胜矿区内主要分布着串珠状塌陷坑和平行状拉张裂缝，塌陷坑形状多呈圆形，直径小者2 m，大者30 m，深度1.5～60 m。部分塌陷区以冲沟为中心，呈台阶状依次陷落，阶面宽0.2～1 m，阶高1.0～1.5 m，外围裂缝围绕塌陷坑呈环状分布。小煤窑开采时期形成的采空区数量多且分布不集中，治理监管难度较大，局部地区由于井口封闭不严或地面塌陷致使空气进入采空巷道，引起煤柱自燃，烟尘通过裂缝溢出，气味难闻。整合、技改后井工矿山主要采用长壁综合机械化采煤法，一次采全高，工作面顶板采用全部垮落法管理。地下煤层采用综采工艺后，工作面上部岩层全部整体下沉，形成的地质灾害主要为地面塌陷，地面塌陷主要表现为地表出现拉张裂缝，裂缝多呈平行状分布，宽度一般在0.01～1.5 m之间，深度为0.1～1.5 m(见图1)，平坦地区裂缝相对较窄，多在0.01～0.1 m之间。综采形成的地面塌陷，因整体下沉，在岩层松软的地区很快稳定，地面塌陷灾害危害相对较轻。

塌陷区上部地层为马兰黄土、残坡积物，厚度1～2 m，下伏侏罗系砂岩。破坏土地类型为主要为农田、草地和林地，危害对象为路过人员、车辆、矿区工作人员及牲畜等。

图1 伴生地裂缝 图2 矸石场

图3 露天采坑 图4 矸石场边坡治理效果图

2.1.2 矸石场破坏地貌景观

在煤炭开采和加工过程中，会产生大量的煤矸石，煤矸石堆积在固定场地形成矸石场，矿区矸石场通常压占着大面积的土地资源，严重的破坏了原生的地形地貌景观(见图2)，且矸石场长期自然风化会产生有害气体和烟尘，如H2S、CO2、SO2等，给矿区空气、地表水、地下水造成不同程度的影响和污染。

2.2 露天矿山

东胜矿区露天开采的矿山地质环境问题主要是开采区以及排土场(固体废弃物)对土地植被资源的占用破坏及对水资源、水环境的影响。

2.2.1 矿山开采区

露天开采的矿山在开采过程中将采区内岩土剥离，被挖掘的岩土体运往外排土场，原有土地和植被被完全覆盖，该区域原有的地貌景观彻底被破坏，岩土体新鲜面暴露于地表面，地面抗风化能力降低，现状环境严重制约着周围植物的生长。露天采坑的开挖破坏了原有地形地貌、土壤、植被等，对周围环境造成较大影响(见图3)。

露天开采彻底改变了煤层周围地下水赋存介质，同时也改变了地下水流场，东胜矿区范围内侏罗系中下统直接充水基岩裂隙含水层的结构发生破坏，影响程度较为严重。露天矿坑内的汇水主要来源于矿坑汇水区的降雨径流量和煤层直接充水含水层的地下水，采坑直接充水含水层属侏罗系延安组基岩裂隙含水层，其富水性较弱，透水性和导水性能差，疏干地下水量较小，对矿区内基岩裂隙含水层造成的影响破坏程度相对较轻。露天开采对地下水水质影响主要是生活办公区的污废水和工业废水，目前各矿山建立了废水处理池，采用一体化污水处理装置处理，经深度处理后外排，对区域地下水水质影响程度较轻。

2.2.2 排土场对土地植被资源的占用及破坏

露天矿山剥离的岩土体堆放在外排土场内，一方面占用了原有的土地，破坏了原有的地表植被，另一方面一方面废弃的矿渣和表土暴露于地表，增加了水土流失和沙化因素，使原有的土地利用性质发生了变化。

3 矿区地质环境恢复治理

东胜矿区地质环境治理区域主要为露天矿山开采形成的排土场、矸石场及井工开采形成的塌陷区，治理时间多从2008年开始。

3.1 排土场治理区

排土场治理区主要包括外排土场及部分内排土场的边坡及平台部分。东胜矿区内矿山排土场治理首先进行平整规划，后覆30～50 cm的表土，边坡处用长30 cm沙柳做成1 m×1 m网格蔽障，网格内穴种灌木，均匀播撒沙打旺等草种。在排土场平台上选用耐干旱、易成活且兼具良好防风固沙、改善土壤结构的沙棘、沙柳、沙枣、柠条、油松、新疆杨、长柄扁桃等树种及杨柴、层头籽、草苜蓿、沙打旺等草种种植。部分矿山为提高植被成活率采用滴灌、喷灌技术，在平台上放置储量50 t以上的大型水罐，为植被的生长提供了充足的水源。大部分矿山排土场治理效果较好，植被成活率高，减轻了扬尘和水土流失，改善了矿区环境。部分矿山利用改良后的排土场土壤种植荞麦、瓜果蔬菜等，比如东胜区巴音孟克煤矿在排土场平台上种植大面积的荞麦、东胜区张家梁煤矿及伊金霍洛旗天隆武家塔煤矿蔬菜、瓜果，花草等，形成了绿色蔬菜基地。此外，因排土场物源丰富，若遇强降水水源条件充足易发生泥石流地质灾害，为此排土场上方修筑了排水沟，以便降雨径流及时排出。

3.2 矸石场治理区

露天开采矿山产生的矸石均排放到排土场，不设置专门的矸石场，因此，矸石场只存在于井工开采矿山，矸石场大部分分布在矿山附近的冲沟沟头位置，避开汇水面两侧，以免引发泥石流灾害。目前东胜矿区范围内大部分矸石场已经开展了治理工作，将矸石分期堆放，分层压实，平整矸石场边坡及上部平台，上覆表土，边坡设置网格屏障(见图4)，同时结合气候土壤等条件因地制宜选择植沙柳、沙打旺等草种对平台和边坡进行绿化修复，后期进行浇灌和施肥，大部分矸石场治理效果明显，植被成活率较高，矿区生态环境得以改善。此外，井工开采矿山产生的矸石还有绿色处理途径，一部分可以在地下矿井填充巷道就地处理，一部分可以运到地表用来铺路、制砖，既可以减少环境污染，避免对矿区环境的危害，又可以促进资源的有效利用，降低企业治理成本，同时间接创造经济效益。

3.3 塌陷治理区

塌陷区根据其形成原因，分为两类，一类是房柱式开采形成的塌陷区，另一类是综采开采形成的塌陷区。井工开采矿山边开采边治理，治理对象为煤矿工作面上部产生的塌陷及伴生地裂缝，定期进行人工或机械挖土回填，回填地点、时间均做记录，同时沿矿体走向布置监测点，采集连续有效的监测数据，实现动态管理，及时排除隐患。

4 结语

(1)东胜矿区主要表现为不同时期、不同开采方式造成的地质环境问题也不同，整合、技改前以环形阶梯状、平行状拉张裂缝和串珠状塌陷坑为主，整合、技改后主要以拉张裂缝为主，可见采煤工艺的不断改进可以有效控制地面塌陷的强度和范围。此外露天开采矿山造成的地形地貌景观破坏较为严重，排土场和矸石场都占用破坏了大量土地植被资源。

(2)东胜矿区主要治理区域集中在排土场、矸石场以及地面塌陷区，选取了适宜的草木植被以及防风固沙措施，综合考虑了矸石的合理利用，并将塌陷治理贯穿于整个矿区的安全生产过程当中，收到了良好的生态效益、社会效益。

(3)东胜矿区矿产资源储量丰富，具有广阔的开发利用前景，在追求经济效益的同时，如何建立并保持一个良好的矿区生态系统引人深思，“绿色矿山”、“和谐矿山”不能仅仅作为宣传口号存在，更多的应该落实在行动中。建立长效监管机制，勤监测多预防，边开发边治理，不断加大矿区环境保护投入，以科学发展观为核心，全面布局经济社会发展，努力建设资源节约型、环境友好型社会，只有把开发、利用、保护统一协调起来，才能真正实现资源开发与环境保护的同步可持续发展。

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