扎哈淖尔露天矿全生命周期地质环境与生态恢复规划

辛建宝

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

我国“富煤、贫油、少气”的能源结构决定了煤炭将一直是我国的主体能源[1-2]，长期以来，煤炭资源以其丰富、廉价、可靠的特性一直处于人类能源供给的重要地位[3]。煤炭资源的开发利用具有明显的生命周期性，从煤炭的开发利用角度出发，煤矿全生命周期是指煤炭从原煤的开采到最终废弃物处理所经历的各个阶段和整个过程。煤炭资源的勘查、开发、利用是一个庞大复杂的非线性多元化系统，科学划分煤炭全生命周期阶段，系统研究新形势下的地质保障技术体系，是实现煤炭产业升级、安全生产、清洁高效利用的必要基础[4-5]。

基于扎鲁特旗扎哈淖尔露天矿（以下简称“扎哈淖尔露天矿”）地质环境治理与生态恢复治理现状及成果，结合煤矿初步设计、用地性质、开采进度计划、用地进度计划、中长期规划及年度设计等技术文件，对扎哈淖尔露天矿全生命周期地质环境变化及生态治理区域进行规划。通过结合实际地质条件和开采条件，为扎哈淖尔露天矿剩余服务期限生态恢复及转型发展方向提供指导，同时为其他露天煤矿全生命周期规划提供借鉴。

1 矿区总体概况

扎鲁特旗扎哈淖尔露天矿属于霍林河煤田二号露天采区，位于内蒙古自治区通辽市西北端，在霍林郭勒市和扎鲁特旗境内，属于低山丘陵与山间河谷平原地带。煤田整体呈东西走向，东西长13.27 km，南北宽1.15～3.58 km，矿区面积30.517 7 km2。

1）采场现状。露天采场内四号联络路将采坑依次分成东、西2 部分，西部采坑三煤组与四煤组纵向开采，东部采坑三煤组纵采快速靠界，四煤组横采内排。由于露天矿多家外包单位形成各自独立的空重车线，露天采场内尚未形成有效连贯的工作线布置，开采作业顺序复杂。

2）开采工艺。扎哈淖尔露天矿为大型生产露天矿，生产规模为18 Mt/a。目前扎哈淖尔露天矿表土层采用轮斗工艺，其余土层剥离采用外包形式。中部岩石层采用1 套半连续剥离工艺（单斗-卡车+半移动式破碎站-带式输送机半连续工艺）和单斗卡车工艺。采煤采用单斗-卡车+半移动式破碎站-带式输送机半连续工艺，现状有2 套半连续系统。

3）生产系统。扎哈淖尔露天矿煤系统共有2 套生产系统，2 套煤破碎站能力均为850 万t/a，并经由端帮带式输送机运至地表进而运往储煤场。现有露天矿已经实现双环运输，有南北两侧卡车出入沟，均能实现卡车装车外运。剥离半连续系统生产能力7.6 Mm3/a，该系统主要用于采场中下部剥离物料的破碎、运输、排卸，节省设备生产运距及提升高度。表土松散层为轮斗挖掘机-带式输送机-排土机连续开采工艺，轮斗挖掘机水平分层、端工作面方式采掘，单台阶开采，带式输送机两采一移，选用的轮斗的设备型号为6 600 m3/h，整个轮斗系统的理论能力为1 000 万m3。

截至目前，矿山排土场总占地面积为1 449 hm2，已开展生态恢复面积844 hm2，包括撒播草种、栽植乔木灌木，结合客土喷播技术进行生态恢复治理。供水系统土建部分完成管路铺设30 km，修建泵房6座、蓄水池6 处，蓄水能力达3.5 万m3。喷灌系统安装467.93 hm2、滴灌系统安装33.27 hm2、临时灌溉系统安装286.33 hm2。

2 全生命周期动态开采过程

1）开采进度计划设计。扎哈淖尔露天矿于2021年提前实现全面内排，剥离工艺系统需在2023 年新增1 套岩石半连续工艺，因此2022 年西帮需要逐渐缓帮成工作帮，为新增的岩破系统提供空间位置。露天矿开采进度计划设计见表1。

表1 露天矿开采进度计划设计

2）露天矿开采动态模拟。根据开采进度计划，工作帮逐年向西推进，内排土场随之跟进。到2021 年，露天矿实现完全内排，工作线转向完成。2023—2032年，露天采场工作线长度达到顶峰，这期间露天矿推进度较小，内排土场与露天采场跟随紧密，最大程度降低剥离运距。2032—2040 年，受矿权界几何形态影响，露天矿剥离工作线逐年降低，推进度较大，此时内排土场推进速度快，各年的可复垦面积较大。2040—2049 年，露天矿进入尾声，到2046 年露天采场到界限，内排土场顶部可全部进行复垦，2049 年开采结束后，露天矿尾坑可进行复垦，露天矿开采动态模拟如图1。

图1 露天矿开采动态模拟

3）用地计划。以开采计划时间节点为编制单元编制露天矿用地计划包括露天矿现有占地面积、各年新增的占地面积、排土场各年可绿化面积。露天矿用地计划一览表见表2。

表2 露天矿用地计划一览表

3 全生命周期治理规划

3.1 地质环境与生态恢复治理的特点及规划原则

3.1.1 时间尺度

1）生态恢复基础准备期。以2020 年为现状节点，2020—2023 年为第1 阶段，2021 年扎哈淖尔露天矿通过技术优化、空间综合利用等方式提前实现全面内排，减少土地资源的占用。排土场实现全部内排，持续进行生态恢复工作，提升水土保持功能，提高生态恢复区域生物多样性，涵养水土，局部区域建设景观点，为下阶段生态转型打好基础。

2）生态提升转型收益期。在煤矿正常生产阶段，在不打破矿山上阶段生态恢复成果的基础上，避免生态恢复产生空窗期，将生态成果转化为经济收益，发展畜牧养殖、文化旅游、景观公园等生态产业，构建生态、生产、生活三位一体的人工生态型矿区。

3）退出工业化生产恢复原生草原期。在煤矿生产结束后，对工业生产设施进行拆除，将排土场、露天采场、地面道路等区域进行近自然的地形重塑，周边草原地貌相协调，恢复原生的草原生态系统。

3.1.2 空间尺度

1）露天采场治理。为避免在煤矿开采过程中开挖面的长时间裸露，对裸露的边帮和台阶进行临时复垦绿化，开采结束在消除采矿地质灾害后，对采坑进行全面生态恢复，形成草原坑塘地貌。

2）外排土场治理。利用外排土场人工排弃形成的高低错落，层次分明地貌条件，在生态恢复的基础上，发展绿色生态农牧业、肉牛、文化旅游等生态产业，构建生态排土场。

3）内排土场治理。采坑向前推进，内排及时跟进，缩短作业面工作长度，减小扰动土地面积及破坏草原植被的时间，将生态恢复与内排共同推进，滚动治理，打造平缓的草原生态地貌。

3.2 生态恢复基础准备期规划

以2021 年开始实现全面内排为分界点，基于现阶段生态恢复成果，对到界区域进行土壤改良及生态恢复，达到防治水土流失，实现生态恢复的目的，通过构造局部景观点，提升扎哈淖尔露天矿企业形象。经过2 年（2022—2023 年）的生态恢复，使外排土场具有可以实现农牧业开垦的条件，为矿区向生态型经济矿区发展打好基础。生态基础准备期生态功能分区包括水土保持工程区、南排生态恢复示范区、工业展示区、高位水池区和生态恢复实验基地。2023年扎哈淖尔露天矿功能分区图如图2。

图2 2023 年扎哈淖尔露天矿功能分区图

3.3 生态提升转型收益期规划

该阶段为2024—2049 年，在生态恢复基础准备期的复垦成果基础上，通过规划促进矿区产业结构调整，加快矿区转型升级，使矿山成为复垦土地生态恢复和矿区可持续发展战略模式的样板，坚持生态环境保护与煤炭资源开发并重的原则，建立生态循环产业链。生态提升转型收益期生态功能分区包括休闲观光区、光伏农业区、游牧文化主题区、生态养殖区、现代农业科技示范区、绿岛湿地公园、矿坑生态园、综合管理中心、矿山工业技术展示区及生态恢复试验基地。

2024—2031 年主要对外排土场进行系统性功能分区，依据排土场现有地形进行科学规划，在恢复排土场区域内生态环境的同时，为扎哈淖尔露天矿复垦区发展现代生态农业的创新型园区打下基础。本阶段主要新增生态养殖区（北排土场）、生态垂钓园、光伏农业区（清洁工业区改造）和休闲观光区（南排生态恢复区和高位水池区结合）。

2032—2040 在生态恢复规划过渡期，通过增加生态防护林带及绿色景观隔离带，构建天然景观。生态防护林带规划利用外排场、内排场原有的地势进行景观改造，种植各种景观树种，开展农光互补，建设绿岛湿地公园，构建游牧文化主题区和生态养殖区。全力打造新型产业模式的现代农业示范区，为打造矿区复垦土地现代农业发展的标杆夯实基础。本阶段新增分区主要包括游牧文化主题区、绿岛湿地公园（生态垂钓园扩建）和现代农业科技示范区。

基于2032—2040 年游牧文化主题区、绿岛湿地公园及现代农业科技示范区，规划集畜牧养殖、农光互补、蒙中药材种植为主导的经济综合体，实现集科技、文化、旅游为一体的矿山转型发展新思路，打造一轴（生态展示观光轴）、一心（矿区综合管理中心）、一带（景观大道观光带）、两园（绿岛湿地公园、矿坑生态园）、八区（游牧文化主题区、休闲观光区、矿山工业技术展示区、生态试验基地、现代农业科技示范区、蒙中药材种植区、光伏农业区和生态养殖区）的生态配置模式，发展生态循环可持续农业。露天矿各阶段功能分区图如图3。

图3 露天矿各阶段功能分区图

3.4 退出工业化生产恢复原生草原期

将绿岛湿地公园、光伏农业区、休闲观光区、工业技术展示区、生态恢复基地、现代农业科技示范、生态养殖区及游牧文化主题区进行拆除，清除全部硬化设施及地面构筑物，进行土地平整后恢复为草地；将蒙中药材种植区进行土地平整后恢复为草地；露天采场利用先进的边坡复绿技术，结合露天矿形成的形态进行生态治理，对采坑边坡进行削坡，塑造近自然的原始坡面恢复草原植被，对采坑岩层边坡采取挂网客土喷播、飘台护坡、种植槽+SNS 柔性防护网等技术进行生态治理。恢复矿区内草原植被的生物多样性，进行近自然的地形重塑，与周边草原地貌相协调，使矿区回归原生态草原。

4 社会效益和生态效益

1）社会效益。经过逐年改造最终将建设功能分区有休闲观光区、光伏农业区、游牧文化主题区、生态养殖区、现代农业科技示范区、绿岛湿地公园、矿坑生态园及生态恢复试验基地，同时拥有文化传承、休闲旅游、生态保护等功能，成为矿区生态治理发展的新方向[6]。将促进矿区农业产业结构调整，加快传统农业转型升级，大力推进矿区的果、林、菜、畜优质高效农业快速发展，实现农业发展与旅游为一体的现代农业形态[7]；丰富了当地居民的休闲文化生活，提高生活幸福指数，更能吸引外来游客，提高当地的旅游产业收入；各区域的建设还为当地居民提供了更多的就业机会，在一定程度上提高了当地的就业率。多个功能区可以服务于周边群众，提升了企业形象，增加了社会效益。

2）生态效益。现阶段扎哈淖尔露天矿生产区域裸露地面较多可能造成粉尘污染，对环境十分不利，通过对排土场的综合治理可以有效涵养水源，控制水土流失，增加土壤肥力，改善气候条件，促进矿区生态环境的良性循环，提高抗自然灾害能力[8]。通过林木的种植，可有效提高土地的林草覆盖率，对防风固沙、防止水土流失、恢复生态环境、净化空气、调节地方小气候及生物多样性都起到了不可估量的作用[9]。

5 结语

科学划分和研究煤炭资源全生命周期各阶段的地质任务和科技创新方向，是实现煤炭产业升级及清洁高效利用的必要基础。建立新时代煤炭资源全生命周期地质保障技术体系是期望煤炭生产单位能紧跟新时代需求，实现产业转型升级与健康可持续发展。扎哈淖尔露天矿全生命周期地质环境与生态恢复规划制定了矿山全生命周期绿色发展的总体目标和主要任务，从生态系统结构与功能的整体性出发，立足矿区自然、经济及社会条件，提出矿区生态恢复治理总体思路、技术指标、实施方案及保障措施，科学指导矿区生态恢复工作，形成示范带动效应，在生态恢复基础上，结合矿区的区域位置、用地性质，打造生态经济示范区。