新时期露天煤矿的生态修复技术应用

刘梦薇

（中煤科工集团北京土地整治与生态修复科技研究院有限公司，北京 100013）

1 概述

在新时期，世界煤炭的增长趋势越发的明显，这几年以来，印度和中国的煤炭产量增长较为迅速，两国的煤炭增量占据了世界煤炭增量的近乎四分之一，而伴随着世界煤炭消费增长，对于煤炭的需要也是越来越大。我国作为世界上的煤炭产量大国，具体“贫油、多煤、少气”的特征，由于这些特征影响，导致我国长期以来用作发电等能源消耗较大的原料都来自于煤炭，我国的煤炭资源量十分的丰富，同时由于具有多年来的开采经验，每年的开采当量十分稳定，在我国煤炭储量高居全球第四宝座的“保证”之下，煤炭就成为了关乎我国国计民生的重要能源[1]-[3]。

图1 我国的露天煤矿分布图

我国的煤炭资源分布较为广泛，其中也多有聚集，在我国的西部，煤炭资源较为富集，而在我国的中部和东部，伴随着地质台阶的延伸，煤炭储量也在逐渐减少。我国煤炭资源的主产区一般认为在内蒙古、山西等省，这些地区气候较为干旱，植被较为稀少，因此水土流失的情况也是颇为严重，再加上因为煤炭富集而导致的开采无序，这也更进一步的加剧了生态环境问题。根据统计，在我国的“十四五”规划期间，我国的煤炭产业基地也将主要存在这些地区，根据对于资料的查询，发现露天煤矿的产量占据了我国煤炭产量的半壁江山以上。作为世界上露天煤矿开采的第一大国，我国的露天煤矿的开采历史已经超过了100 多年，开采地区植被的稀少、生态环境脆弱是制约煤炭开采地生态环境治理的主要问题，再加上开采煤矿也会产生大量的垃圾以及废弃物，排土场中的废弃物如果无法得到集中处理与有效整治，对未来整个露天煤矿的矿区生态环境治理将会带来极大的危害，对当地的群众、牲畜的生命安全也会带来极大的隐患。所以目前，在新时期对于露天煤矿的生态修复技术就成为了现阶段科研人员进行研究的重点。在此之前，已经有全球的许多学者对整个煤矿的生态修复进行了较为彻底的摸排、研究，对于土壤、植被的复原也进行了较为深刻的技术总结与技术研发，但是与此同时，相对而来的是关于生态彻底治理方面，仍旧会存在极大的疏漏，笔者希望通过研究论证，对我国实际工区进行详尽的摸排之后，给出一套全新的解决方案[4-6]。

2 生态重建技术介绍

露天煤矿的开采手段一般认为与其他开采方式不同，地下采矿往往会造成地表的塌陷，但是对于地表生态的破坏，相较于露天煤矿的开采而言，会相对小一些，露天煤矿则反之，这种现象往往存在于我国的广大北部地区，这些地区稀疏的植被、恶劣的气候、沙漠的侵蚀也给环境的治理工作带来了一系列较难解决的问题[7]。这些地区平常的生态环境就已经非常令人担心，再加上长期的无序开采矿产以及其他人为的活动，都会让我国露天煤矿主产区的生态环境常常会遭受严峻的考验。这些地区由于水土流失较为严重，也同时会造成一系列次生灾害的发生，这些都给矿区百姓的人身、财产安全带来了诸多不利影响。因此，为了重塑排土场的生态环境，以及为了植被森林的恢复，寻找可持续性的、可操作性的生态修复技术尤为重要[8-10]。

3 黄土高原某排土场生态修复技术应用

3.1 黄土高原西北部某露天煤矿开采项目概况

黄土高原某露天煤矿坐落在黄河东岸，由于黄土厚度较大，植被较少覆盖，因此水土流失等地质灾害频发。工区之中最为常见的就是剧烈的地形切割，冲沟发育多呈“V”字形，基岩仅在沟谷中有零星出露。该矿区呈现东高西低的地形，最高可达1200m，最低也有800m，高差在400m 左右，属于中-低山区。工区东西宽6 千米，南北产9 千米，总面积近55 平方千米，设计生产能力达到300 万吨/ a，同时也建有自营的500 万吨/ a 选煤厂。其排土场可以划分为A 段、B 段、C 段三个区域，此三个区域地形都较为复杂，是排放渣石的场所。

3.2 削坡放坡的技术流程

目前对于削坡放坡的技术说法不一，一般认为都是通过长臂挖掘机一次挖掘成型后，再利用黄土进行掩埋。因为排土场独特的位置与独特的结构，造成的结果就是非常容易造成水土流失，所以土壤没办法很好的坡面上进行覆盖，坡面上的砂石和土壤经常会出现崩塌、掉落的情况，最终造成平台底部厚度大、上面薄，最终造成栽种植被成活率低，财政资金的用度大多浪费于此。

图2 削坡放坡技术流程图（据前人总结）

此套技术在实践中证明：其可以很好的减少排土场台阶的角度，达到边坡稳定的效果，同时也可以很好的提升所栽植被的成活率，降低工作的成本与工作强度。

3.3 露天煤矿地形重塑的控制

此套技术，可以见下图所得，测定绿化台阶的设计高度为100m 左右，且坡折角大于35 度，在确定了绿化台阶的高度和坡折角之后可以进行技术实施。在技术的实践里，坡面角一般在30 度左右，台阶高度H1=20m，H2=25m。1 台阶通过优化最终可以变为2 台阶，对整个坡面进行系统的优化，可以有效的改良整个坡面的植被栽种条件，对于水土保持具有非常大的意义，此套技术目前已经在我国西北的一些大中型煤炭生产基地进行推广。

图3 项目工程设计示意图

在进行作业时，比较重要的就是利用短臂挖掘机进行削坡。具体的削坡流程是先降低坡面的高度，并且减小坡面角，很多耐干旱、耐盐碱的植物就可以在坡面上很好的成活，植被的茂密也可以让植被很好的融入周围的环境之中，对于绿植草籽的播撒量，一般在每平方千米20 公斤左右，并且需要时常对泼面进行洒水养护，可以保证植被的成活概率。针对坡面洒水，可以利用矿坑之中的涌水，在一定程度上解决了矿坑中的排水困难，又可以经济节约的达到培养植被的目的，具有一定的经济效益。

根据实际情况，可以列出如下的公式进行计算，对绿化台阶岩土体的重度r、最终坡面的粘聚力C、内摩擦角φ、面积A，岩石体积V 这些参数进行获取，得到的结果就是设计出来的最终坡面角。

在此套公式中，粘聚力C与内摩擦角φ 是通过经验所得，在Ka 高于1 时，需要保证边坡的稳定安全系数同时高于1。进而通过算出Ka 高于1 时的最终坡面角，定量的得到最终的边坡稳定性，对于绿植的成活率有着很好的保障。

与此同时，可以对排土场进行生态修复的方法还有很多，其中也包括：在进行降坡和削坡的作业的时候，对土壤的成分进行研究、排查，在土壤中加入一定水分，或者在土壤中加入一定量的粘结剂，可以很好的保证土壤在坡面上有效凝结。因为露天煤矿自身的地理位置制约，多处于我国中西部等较为干旱贫瘠的地区，常年无雨同时也导致空气的蒸发速度更快，水分易流失会让新栽植物更加难以存活。而掺杂有一定剂量的土壤保湿剂的覆盖土，正好可以解决这一问题。覆盖土一般会选择黄土，因为黄土具有其独特的性能，也就是粘性好、水分蒸发小、在坡面上覆盖易于保持，这都给生态治理工作带来了极大的利好。

在坡面上进行作业时，通常情况下都是采取打田字格的方式进行操作，在边坡上打半米见方的田字格，可以有效的保证作业时坡面的平整性，也可以保证洒药作业的均匀，对于水土保持较为利好，也可以解决在受到坡度影响时不利于浇水灌溉等一系列的问题。

4 技术带来的优势与成果

笔者通过大量文献调研与实际工作，针对我国新时期露天煤矿的生态修复技术应用做了一定的研究，并且通过鲜明举证的方式，结合一些偏远地区技术落后、财政资金不足等一系列的缺点进行研究。在实际的技术落地过程当中，必须要让多方面措施有机的结合起来，在开采过程中减少对植被的破坏也能在很大程度上减少生态修复的工作量。

露天煤矿的生态保护技术的施行带来了以下优势：（1）对于台阶坡面的角度较大的问题，研究人员可以通过采用特种土壤以及特种土壤粘合剂的方式加以解决，植被不能很好生长的问题的产生不单关乎着生态美观的问题，更关乎着附近矿区的人民群众的生命财产的安全问题；（2）可以有效的预防各种地质灾害的发生，保护部周围矿区人民的生命财产安全的同时，也让被破坏的矿区生态进一步恢复；（3）可以通过对当地的自然景观、自然植被进行人工模拟、人工创造，创造性的用一些生态岛、生态绿地的方式为附近的动植物提供更好的栖息地，保证环境的整体改善进一步落到实处。当然技术的推广施行也更进一步的说明了社会对于生态保护的决心，新时期我国"绿水青山就是金山银山"的理念也将会进一步的帮助露天煤矿生态修复技术的更加成熟完善。