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)

引言

近些年，采空区因其危害大，治理难度高且治理周期长的特点而备受关注[1]。目前国内露天矿的占比远低于国际平均水平，虽然露天开采的方式对生态环境的影响一直受到制约，但国内仍有许多井转露的相关案例，同时国内外学者通过一系列的研究和治理在采空区修复方面取得了一定经验[2-4]，但由于采空区治理难度大，压藏煤炭资源等问题，直接治理仍不是最优的治理模式[5]。国内很多学者在早期曾提出通过地下转露天的方式对采空区进行治理[6-8]，而目前的新形势新政策导致露天采矿的方式受到了较大的制约，但同时具有一定的机遇。因此，本文主要从生态角度针对目前矿业发展的形式探讨如何利用露天开采的方式治理现有的矿井采空区，解决矿井采空区存在地下火区、地表裂缝以及煤炭资源不能完全回收等问题。

本文主要从3个方面论述露天开采在矿井采空区治理的应用前景，通过对采空区危害的介绍分析采空区制约生产的主要因素，同时列举露天开采在治理采空区方面的优势，阐明露天开采的优势及可行性；介绍露天开采在治理采空区方面面临的挑战，为露天开采面临的问题提供一些思考，为露天开采工作及采空区治理工作的开展提供理论参考和建议。

1 采空区的危害

1.1 降低土地质量

井工煤矿开采主要包括地质灾害、水体污染、地表河网及河道景观破坏、土地压占及损毁、地貌景观破坏等问题，其对于生态环境的损伤没有露天开采直接，但是其危害程度不低于露天矿的破坏。同时某些矿井规模较小，管理并不规范，形成的历史遗留问题较大，严重影响区域土地质量。

地下煤层开采后，在上覆岩层发生移动与变形的同时，岩层还会沿着断层面发生滑动，在断层基岩露头处的地表出现台阶状的破坏，导致地面构筑物无法建设。某些小型矿井对浅煤层进行乱挖滥采，造成埋藏浅、表土层薄、基岩大面积出露，形成的采空区塌陷裂隙，导致采空区漏风严重，出现地下火区，使地表温度升高。同时，地表裂缝纵横，地下火区燃烧产生的烟尘从裂缝溢出，导致土地无法继续使用。若不进行治理，采空区将逐步转变为沉陷区，地表积水裂缝频发，地表植被成活率低，严重降低土地质量[9]。

1.2 影响社会稳定

社会稳定是立国根基，只有稳定才能压倒一切，群众对于采空区的现状无法接受或者直接造成经济损失，都可能造成群体性事件，影响社会稳定。随着城市化进程加快，群众对生活质量要求提高，但资源开采行业不可避免会影响群众生活，如果随着矿产开挖开采形成采空区，发生地面沉陷，影响周围居民生产生活安全，同时采空区还会形成矿震，对周围居民的生活造成影响，因此可能激化社会矛盾，社会稳定会面临一定威胁。

1.3 造成煤炭资源损失

由于小型矿井过分追求利益，仅开发易于开采的区域，导致大量的煤炭资源未进行开采，有一部分形成火煤，如不进行治理将会使煤炭资源大量损失。同时采空区残留煤柱，一般工作面区段隔离煤柱倾斜长10m不回收，断裂构造煤柱不回收，则会导致煤炭资源的损失。目前治理的方式一般为注浆和回填裂缝，将采煤区封堵充填可以实现治理效果。但治理投入较大，且在治理后，剩余的煤炭资源再次开采的经济性较差，因此剩余的煤炭资源将永久封存，若再次开发势必会造成二次破坏。

2 露天开采在矿井采空区治理的优势

2.1 有效治理采空火区

露天开采是治理采空区和火区的重要手段，其经济性也是诸多治理手段中最合理的。火煤埋藏于地下，在形成地表裂缝后，火区的范围及着火点呈现发散状态，起火位置难以寻找，火区治理难度较大。如不进行露天剥挖，则难以完全消除地下着火点，通过露天开采可以采用开挖后注水降温的方法进行治理，有效灭除起火点。该方式仅需通过专业仪器初步确定采空区和火区的位置便可进行治理，减少寻找起火点的困难，彻底消除高温明火。同时，由于采空区和火区治理进行的主要工序和设备均是常规露天生产工艺，劳动生产率高、开采损失贫化小、开采成本低，所以其经济合理性是较好的，工序和设备相对成熟，没有卡脖子的技术难点。

2.2 露天开采使采空区地形重塑

可以通过合理的规划使采区地形重塑是露天开采最大的优势，制约露天开采的重要原因是露天开采对原生地层的破坏，但对于采空区此类已经历过采矿活动的采矿迹地，通过露天开采反而可以得到更好的效果。在重塑过程中可以以流域为单元，以邻近未扰动的地形水文形态特征作为设计参照目标，利用ArcGIS技术重新规划矿区的子流域及沟道，从宏观尺度重构矿区的流域流通性。通过露天剥离可以将原有采空区及低洼地带填平，构建规则性的台阶地貌或广阔的平地，从而使土地结构更规整，易于再次开发利用。地形重塑形成的大面积土地更利于机械化作业和管理，通过进行经果林栽植、农业种植或搭建大棚区种植花卉等，使土地性质转变，提升土地流转能力，从而使采矿用地转变为农业用地。同时地形重塑可以根据需要人工构造丘陵台阶地貌，在其基础上构建光伏、风电等清洁能源用地，该类用地对土地质量要求不高，但对土地的地质稳定性要求极高，因此通过地形重塑可以使原本无法建造构筑物的采空区土地得以利用。

2.3 露天开采治理采空区效益显著

在政府主管部门监管下进行露天开采，可以有效解决采空区存在火区及露头煤的问题，治理地下采空区，回收难以回收的煤炭资源。减少煤炭资源的自燃，保护煤炭资源，通过回收煤炭资源产生经济效益可以带动企业对采空区治理的积极性。采用露天开采将地表进行地貌重塑，将采矿工艺与后期转型发展相结合，进而将采空区治理、露天开采以及生态转型发展进行统筹考虑，合理进行地形重塑，在排弃过程中充分考虑远期发展地块割裂及路网布设等问题，降低土地后续开发利用的成本，提高土地性质转变的可达性。

基于露天开采治理采空区社会效益显著，由于很多小型矿井的开采，土地损毁严重，治理难度较高，对居民的生产生活稳定造成了较大影响，在周围居民的固有印象中，该区域便是矿区，尽管停止开采，地质隐患一天不消除，该区域的土地资源也无法正常使用。因此，选用露天开采的方式便可以很好地解决这个问题。通过彻底消除采空区并进行地形重塑，可以有效地重新利用土地，转变土地性质，社会效益显著。

2.4 露天开采生态修复技术成果丰富

目前针对于露天开采生态修复的研究较多，研究的层次较为丰富。从设计规划角度，目前很多露天矿正在进行《矿山生态修复规划设计》、《全生命周期地质环境恢复治理与生他恢复规划》、《矿山生态恢复成果监测与分析》、《绿色矿山规划》、《矿山地质环境恢复治理与土地复垦规划》(三合一报告、四合一报告)等指导生态修复的相关规划，在生态修复上也取得了显著成果，真正的使到界区域还建一片绿水青山。目前除了在露天采场区域内无良好的治理措施外，对于其它永久到界及临时到界区域的生态修复措施基本无难点，同时有较多矿山基于现有排土场开展生态农牧业，取得了良好效果。露天矿地形重塑可以采用仿自然地貌的方式，将遥感技术与地形重塑相结合，提取周围地貌特点，基于归一化植被指数，将外排土场构建尾台阶式，形成仿自然地貌的斜坡式和波浪式等边坡，最大程度消除采矿痕迹。因此，采用露天开采进行地形重塑后，其土地的生态修复及开发使用基于现有技术是完全可以实现的。

3 露天开采在矿井采空区治理应用面临的挑战

露天开采在矿井采空区治理上具备一定的优势，但在推广方面仍然面临很大的挑战。在政策层面面临很大的阻力，目前国家对于煤炭资源的政策主要是去产能，在生态环保方面的政策也是限制露天开采，因此能否将采矿区转变为露天开采仍需要遵循政府对于能源调控的安排进行。只有在类似方面良好的政策引领，才能确保露天开采的顺利进行。

在实施层面存在一定的挑战，目前矿山企业的素质良莠不齐，对于矿山开采的理念以及矿山生态修复的理念各有不同，实施若是没有明确的规划作指引，所谓的地质环境治理可能就会转变为盗挖盗采煤炭资源的外衣。因此，在采空区进行露天开采前应进行开发利用方案、储量核实以及生态规划等相关文件作为指引，不能漫无目的地进行挖采，要做到有组织、有规划，这样才能更持久的将这项工作进行推广，彰显露天开采的优越性。

在矿山污染防治方面存在一定的挑战，露天开采最大的危害便是对原生地层的破坏，采空区也是对土地的一种破坏形式，但应用于采空区这种危害便会减小，但露天开采带来的粉尘污染是无法进行避免的，这也是进行露天开采的又一项重大挑战。随着露天开采技术的提高，绿色开采手段不断丰富，对于开采重要环节的降尘方法较多，因此在进行露天开采之前要对粉尘污染进行严格的防控，应用先进的抑尘技术对卡车、破碎站、道路运输、爆破、生产系统等产尘环节进行粉尘治理，把露天矿产尘降到最小。

在矿山生态环境治理方面存在一定的挑战，采空区存在地裂缝和地下火区等地质灾害，但由于其对地面直接损伤较小，因此还具有一定的生态修复效果，但如果改用露天开采，地表植被将会完全毁坏，对于生态环境的影响过于直观。因此，需要对露天采场尽早完成内排，实现采排覆一体化，减少矿区在开采过程中的裸露面，提高矿山绿化率，改变露天矿山大深坑的形象，将露天矿建成绿水青山。

4 露天开采在矿井采空区治理应用的展望

露天采矿和地下开采本就是相辅相成的，寻求最经济合理的煤炭资源获取模式才是对资源最大的利用。在2030年前，煤炭作为主要能源的战略地位仍然不能改变，同时碳达峰对于煤炭的开采与利用是一项重要挑战，露天开采回收矿井部分剩余的煤炭资源是对于区域煤炭资源回收以及煤炭保障的重要手段。因此，如何做好降低露天开采对外界的损伤，将露天开采后的生态修复做到与周围地貌相融合，是露天开采能否应用于治理的关键。目前国内露天开采的比例远低于国外水平，这对于露天开采是一项机遇，只有将露天矿生态修复的基础打牢，严格执行矿山的生态修复策略，才能真正使露天开采得到认可。因此，对于露天开采在矿井采空区治理应用存在以下展望。

露天开采彻底改善矿井采空区的地层条件和地形地貌，将开采对地层的扰动降到最低；露天开采与区域水文流域特征相结合，修复后消除地下水降落漏斗，改善地下水赋存条件；露天开采在土地综合利用方面做到边开采边利用，将到界的排土场转变土地利用性质，实现全生命周期的矿山生态经济体。重构平缓地貌，结合现代化农业技术，恢复机械化耕种，提高农业生产效率。

5 结论

露天开采在对采空区治理存在明显优势，经济效益和社会效益显著，具备一定可行性。但在实际应用过程中还应注意以下问题。

在实施过程中应在行政主管部门的管控下进行，不能擅自开挖、盲目挖取煤炭资源，应服从能源调控政策，按采矿证产能采煤。开采应具有明确的开发利用方案作为指引，开采工艺及开采顺序应明确；矿山生态规划应与开发利用方案并进，实现矿山全生命周期的生态保护。开采过程中应控制粉尘、噪声等污染对周边的影响，降低露天开采对环境的影响。露天开采应遵循采排覆一体化的原则，及时实现内排，减少矿区地表裸露面，降低水土流失。进行开采前应对形成的地形地貌、远期的利用方向、生态修复措施等进行系统性规划，展现出以开采对于采空区生态环境治理的美好愿景，绘制绿水青山的生态蓝图。