肥城市采煤塌陷区治理模式探索研究

唐丽伟，焦玉国，徐飞，魏凯

(山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队，山东 泰安 271000)

0 引言

煤炭作为最安全、最廉价的能源之一，仍将是国家能源安全和经济安全的基础，是我国经济社会发展和民生保障的重要支撑[1]。建国以来，煤炭资源经历了大规模的工业化开采，采煤塌陷区逐年增加，塌陷造成的地面沉降、断裂等严重破坏土壤原有的结构，造成了大量土地资源的浪费，引发的环境污染、水土流失、土地盐渍化等生态环境问题日趋严重，制约了矿区经济、社会和环境的可持续发展[2-7]。

党的十八届三中全会确立了“山水林田湖是一个生命共同体”的重要理念，采煤塌陷区治理是“山水林田湖草生态修复保护工程”的重要组成部分，贯彻落实采煤塌陷区治理是服务生态文明建设，解决生态环境问题的必经之路。

肥城煤田分布于肥城市北部，是我国煤炭资源开发历史最早的地区之一。煤田地势平坦，土壤肥沃，是典型的粮煤复合区。煤层大部分隐伏于平原区耕地、村庄、河流下方，可采煤层层数多、厚度大，由于地下潜水位较高，煤炭开采后将形成大面积的沉陷积水区，从而对大量农田、居民点、水利设施、道路等造成破坏，给矿区群众的生产生活带来严重影响[9]。

1 采煤塌陷区治理模式研究现状

采煤塌陷区治理是我国乃至世界矿山地质环境治理的一大难题[5-9]，是一项涉及土地整治、生态保护、基础设施建设和产业综合开发等多项工作的系统工程。我国各地区采取的塌陷区治理模式较为多样，因地制宜，各有特色，不同学者、工程师总结的治理模式有交叉重叠，尚未建立统一的模式体系，现将目前常用的，普及化程度较高的治理模式归纳总结分述如下：

(1)土地复垦治理模式[10]：也可称之为土地平

整治理模式或农业治理模式，对于无积水，地表轻微变形的轻度塌陷区，可进行土地复垦的治理，在土地适宜性评价基础上，采取整治措施，使土地恢复到可利用状态[11-16]。该模式最为常见，操作简单，成本较低，可有效的补充采煤塌陷区的耕地数量，缓解矿区日益突出的人地矛盾、工农矛盾，是采煤塌陷区治理的最优选择。

(2)产业治理模式：除最常见的通过土地复垦进行农业治理以外，可选择不同的产业对塌陷区进行治理，如林业、渔业、工业等[16]。林业治理是通过在恢复的土地上植树造林，实现防沙固土、净化空气；渔业治理是充分利用采煤塌陷区的水域资源，因地制宜发展现代渔业、生态渔业，实现采煤塌陷区经济、生态和社会效益协调发展；工业治理模式主要指在修复后的建设用地上发展农副产品加工和光伏产业，实现“农光互补”、“渔光互补”[2]。

(3)生态修复治理模式：对已形成的较大的常年深积水区，结合历史文化特点，构建景观型湿地公园。通过水系畅通、栽培观赏植物(如荷花、紫薇、香蒲、芦苇等)、规划建设湿地群景观、栈道、观景塔及配套道路、服务设施等，形成景观优美、水陆结合的湿地公园。目前，景观型人工湿地在平原中、高潜水位地区已有较多的成功案例，如江苏省潘安湖湿地公园、唐山南湖城市中央生态公园等[9]。

(4)边采边复垦治理模式：主要针对的是塌陷尚未出现或塌陷尚未稳沉的地区，是指充分考虑地下开采与地面复垦措施的耦合，通过合理减轻土地损毁的开采措施和沉陷前或沉陷过程中复垦时机与方案的优选，实现采矿与复垦同步进行的一种复垦模式。其特点是以“采矿与复垦的充分有效结合也即采矿复垦一体化”为核心，以“边采矿、边复垦”为特点[10]。

(5)综合治理模式[16]：是指充分考虑生物的空间结构和时间分布特点，依据能量多级利用与物质循环再生原理，农、林、副、渔、加工等多业联合复垦，循环利用生产中的废弃物，增加产品输出。可发展立体养殖、农产品加工、旅游观光、光伏发电等产业，打造多元化的高效生态园区[17-20]。

2 肥城市采煤塌陷区现状

肥城市煤田分布面积较大，开采历史悠久。目前多数地下煤层采用长壁后退式全部垮落法采煤，顶板垮落后，不可避免地会使采场围岩变形、位移、裂隙、塌落，并局部延伸至地表，导致地表岩土松动，地表出现沉陷、移动和变形，形成移动盆地(图1)[21]。肥城矿区位于平原地区，地表变形更为明显，多数呈四周高，中间低的不均匀漏斗形，少部分呈波浪起伏状。自1960年开采以来，累计塌陷总面积已达约60km2[22]。

1—冒落带；2—裂隙带；3—弯曲带图1 煤层采空区上覆岩层移动、变形和破坏分带

肥城市采煤塌陷地分布于石横镇、湖屯镇、王瓜店街道办事处及老城街道办事处，包括了辖区内的所有煤矿，煤矿总面积约为100km2。根据塌陷程度分类(表1)，对采煤塌陷区进行划分(图2)。根据《泰安市采煤塌陷地治理规划(2016—2025)》，截至2015年，肥城市采煤塌陷地面积5992.45hm2，轻度塌陷面积3835.61hm2，中度塌陷面积1523.53hm2，重度塌陷面积633.31hm2，积水面积604.61hm2(表2)，积水面积占塌陷面积的10.09%。近年来，随着各矿井煤炭资源枯竭及能源发展政策调整，产能逐年下降，目前只有5家在生产矿山，为多煤层开采矿山，重复采动性大，净增塌陷地面积不大，新增积水面积较少。

表1 采煤塌陷区塌陷程度分类[2,23]

图2 肥城市采煤塌陷程度分区图

表2 肥城市采煤塌陷地现状统计

肥城市采煤塌陷地基数大，相关治理资金总量较小、投入分散，与采煤塌陷地治理的严峻形势和艰巨任务存在较大矛盾。而煤矿企业对采煤塌陷地治理主要以青苗补偿协议方式进行，多数未实施土地复垦工程。在地下水位浅的地方，形成常年或季节性积水洼地，大部分耕地无法很好地耕种，失去了原有的生产水平，粮食产量锐减有的甚至绝产，造成土地资源的极大浪费。给矿区群众的生产生活造成严重的影响。

3 肥城市采煤塌陷区治理模式

根据三种不同的塌陷区类型，以因地制宜为原则，通过分析研究、归纳总结得出适应于肥城市采煤塌陷区四种不同的治理模式(表3)：轻度塌陷区采取的治理模式为土地复垦治理模式；中度塌陷区采取的治理模式为“渔业+农业”治理模式；重度塌陷区采取的治理模式为生态修复治理模式；对于大区域综合性的治理，塌陷程度分布较为复杂，则采用的是综合治理模式。

表3 肥城市采煤塌陷地治理模式总结

(1)土地复垦治理模式：土地复垦治理模式，适应于地表塌陷深度在1.5m以内，地表基本无积水的轻度塌陷区。主要分布于查庄、新陶阳、兴杨等煤矿泰临路以北区域以及隆源煤矿、白庄煤矿范围内。该类塌陷区因地表土地下沉导致地表高低不平，但高差不大，致使农作物不宜耕种，且影响植物生长。近年来，肥城市根据塌陷区所在地区的气候、水文、土壤等条件，实施了多个土地复垦治理项目，通过治理，恢复了农业种植，恢复了土地的生产能力，使土地达到了可利用状态。主要采取划方平整、削高填低、预置填充、农田水利规划建设等治理方法。

(2)“渔业+农业”治理模式：适应地表沉降幅度为1.5～3m，季节性积水或常年积水深度1.5～2.5m的中度塌陷区，主要分布于查庄、新陶阳煤矿泰临路以南以及华玫、大封、曹庄、聚源等煤矿内。由于多年的地面塌陷出现坑塘，当地村民实施了开挖鱼塘进行养殖，如石横镇新胜村、马坊等村，连片开发鱼塘近133.33hm2(2000亩)[13]，但是随着煤矿的关闭，地表水补给来源减少，潜水位降低，部分鱼塘已干涸无法生产，成为废弃荒塘，因灌溉设施破坏，致使鱼塘之间原有的小块农田也基本无法耕种，通过该模式，可以重新规划土地，筑台田建鱼池，使渔业和农业相互补充结合，形成上粮下渔的治理格局。治理方法主要为挖深垫浅，渔业对应挖深，农业对应垫浅，通过挖深将鱼塘归并，使鱼塘集中连片，积水区域建设精养鱼塘，实现大水面增殖放养，挖深的土方对农业部分的塌陷区进行回填，恢复原有地形标高，平整土地，使塌陷地达到可供农业生产利用状态。最终实现发展立体农业和渔禽综合养殖的格局。

(3)生态修复治理模式：指综合利用工程和生物措施对塌陷区进行治理，适应于常年积水深度>3m的重度塌陷区，区域内已形成永久性的大水面，无法再修复为原有土地类型。主要分布于马坊、鑫国煤矿、查庄煤矿南部等范围内，通过生态修复治理，在水域中栽植各类观赏性植物，在平整后的土地上建造林带，在水塘周边布置园林椅，建造亭台栈道、水上乐园、生态农庄和其他休闲公园等娱乐休闲场所，配套建设基础设施，发展旅游业。通过生态修复治理模式，肥城市西部的重度采煤塌陷区已初步形成了具备生态景观体系的丘明湖湿地公园。通过建设集休闲娱乐、观光、教育、生态保护等多种功能于一体的人工湿地公园，为人类提供休闲、度假场所，有效改善矿区生态环境质量，从而取得良好的经济效益、社会效益与生态效益。通过对塌陷地治理、芦苇等水生植物的种植形成净化型湿地系统，可以强化污水尾水沉积物的滞留，促进水质的改进，维持湿地生态系统的稳定性。同时可作为区域的后备水源蓄水区或水源地，为周边石横特钢厂、电厂等提供用水，缓解水资源紧缺问题。主要治理方法有畅通项目区水系，分级截留、净化水质，建设沿河、沿湖景观，打造生态宜居环境，吹填清淤，栽植多种水生陆生植物等。

(4)综合治理模式：对以上三种治理模式进行结合，采用综合治理模式对采煤沉陷区进行治理，适应于大区域的综合治理，也是一种产业融合的治理模式，在塌陷地周边治理的基础上，与地方产业经济发展规划紧密结合，在产业规划区内的塌陷地，按照“宜旅则旅”、“宜养则养”的因地制宜原则，将塌陷地治理与新农村建设及后期的产业发展紧密结合，以期实现治理区的绿色发展和永续发展。肥城市政府以“泰山区域山水林田湖草生态修复工程”为契机，将肥城市北部四镇塌陷地治理与生态修复治理相结合，通过项目的实施，通过国际竹藤组织的技术支持，引入竹子种植产业，打造肥城特有的“万亩竹林”计划，作为塌陷区生态修复的主要方法，形成鲁中最大的竹林，规划面积达万亩以上，形成城市绿肺，将生态修复与新产业发展相结合，更新淘汰产能，整合高端产能，升级复合产能，最终打造出结构清晰、分区明确、布局合理并具有很强落地性的示范性新旧动能转换山水产业新城，明显改善了项目区的生态环境。

4 结论

随着国家“去产能”政策的实施，肥城市于2016年关闭了6家煤矿，其遗留的采煤塌陷地问题不容乐观。尤其是肥城煤田位于高潜水位平原塌陷区，因地下采矿活动而引起地面沉陷、生态破损，农田水利、道路等基础设施损毁以及地质环境的破坏等严重制约了当地的发展。该文通过分析肥城市采煤塌陷区现状，按照因地制宜为原则，对肥城市3种不同的塌陷程度的塌陷区提出了4种治理模式，轻度塌陷区采取的治理模式为土地复垦治理模式；中度塌陷区采取的治理模式为“渔业+农业”治理模式；重度塌陷区采取的治理模式为生态修复治理模式；对于大区域综合性的治理，塌陷程度分布较为复杂，则采用的是综合治理模式。4种治理模式的提出，对今后肥城市采煤塌陷区治理提供了良好的治理思路，可起到借鉴和指导作用，以期实现恢复土地率高、治理成本低和治理后经济效益、生态效益最大化。