采煤塌陷区矿山地质环境治理模式

2012-01-09徐友宁陈华清

中国矿业 2012年11期

乔冈，徐友宁，何芳，陈华清

(1.西安地质矿产研究所，陕西西安 710054；2.长安大学环境科学与工程学院，陕西西安 710054)

煤炭作为一种重要的矿产资源，在我国能源结构中占有重要地位[1]，然而，煤炭资源在开发过程中产生的环境负效应却不容忽视[2]，矿业开发诱发的地面塌陷、地裂缝等地质灾害、含水层破坏、土地压占破坏、地形地貌景观破坏以及水土环境污染等矿山地质环境问题层出不穷，屡见不鲜，曾多次造成人员伤亡，带来巨大经济损失，严重威胁着矿区居民的生命财产安全。采煤塌陷地质灾害如何形成，具有什么特征，危害有多大以及治理的关键技术等问题备受国内外研究学者关注[3-8]。近年来，武强[9]、张进德[10]和徐友宁等[11]针对我国采煤沉陷、地面塌陷及地裂缝等矿山地质环境问题，研究了分布特征及诱发因素，提出了预防措施、治理对策等。但是，矿山地质环境治理模式研究，仍是薄弱环节。本文通过收集全国典型矿山地质环境治理成果资料，分析了不同煤矿山采煤塌陷地质灾害表现形式以及相应治理思路，结合采煤塌陷的形成条件，发育特征，总结出采煤塌陷两种不同的治理模式，这对于指导采煤塌陷区矿山地质环境治理工作具有重要意义。

1 表现形式

采煤塌陷受地形地貌条件、地层岩性结构、煤层特征以及开采方式影响，地面塌陷特征各有差异，通常表现形式有：塌陷坑及塌陷槽、塌陷盆地、波状地貌及地裂缝等。

2 治理思路

针对不同煤矿山采煤塌陷地质灾害表现形式，结合采煤塌陷的形成条件，发育特征，归纳了5类具有代表性的采煤塌陷区矿山地质环境治理思路，分析了每一种思路的治理对象(也即采煤塌陷不同的表现形式)，治理目标以及使用条件和范围等。

2.1 植树造林

1)治理对象及治理目标。对于大型塌陷盆地，则宜采用植树造林的方法，大力发展林业。

2)适用条件与范围。对于地表没有积水的大型塌陷盆地，考虑到采用塌陷坑回填治理的方法，工程量巨大，不宜采用，为了充分利用闲置的土地，考虑采用植树造林的方法来达到防风固沙，绿化城市的目的，生态用水可以采用先进的滴灌技术。这种治理方法适合干旱地区大型采煤沉陷盆地的治理。

2.2 打造农业生态园区

1)治理对象及治理目标。采取回填塌陷坑及塌陷槽、波状地貌及地裂缝的方法，以恢复耕地为主，打造农业生态园区。

2)适用条件与范围。适用于地表形成较浅的塌陷坑，塌陷坑回填工程量较小，可以将采煤沉陷区改造成农业生态园区，大力发展农业。

2.3 建设矿山地质公园

1)治理对象及治理目标。对临城靠厂的塌陷区，则结合城镇的建设规划，建设矿山地质公园。

2)适用条件与范围。适用于开采塌陷区邻近城市，且塌陷区面积较小，在地表的表现形式多样化的塌陷区，为了体现矿山地质公园的建设和城市建设相协调的原则，保留一些具有代表意义的塌陷景观，可以把采煤沉陷区打造成矿山地质公园，大力开发旅游资源。

2.4 新建鱼塘，发展养殖业

1)治理对象及治理目标。对大面积长期积水的塌陷盆地，以新建鱼塘为主，形成鱼鸭混养、禽蛋加工等综合开发利用格局。

2)适用条件与范围。这种治理方法适用于大面积长期积水的塌陷盆地，在积水区域内，根据地表塌陷量大小分布情况，在积水较深的区域建设深水养殖塘，浅水区主要用于种植水产经济作物；浅水域周边地区治理为蔬菜基地[12]。这种治理方法适用于气候比较湿润、降雨量大的地区。

2.5 结合历史，开发旅游资源

1)治理对象及治理目标。结合历史文化名城和旅游生态城市建设，营造湿地旅游景观。

2)适用条件与范围。适用于开采塌陷区地表形成大面积较深积水区域，且周边有历史文化名城，可以将塌陷区的治理和历史文化名城、旅游生态城市建设结合起来，以生态恢复治理为主，将塌陷区改造成湖泊、湿地等景观，大力发展旅游业。

综上所述，依据不同的地形地貌、气象水文、地层岩性以及采煤塌陷区的特征，结合地理人文特色资源，概括的讲，当前国内外对采煤塌陷区治理思路主要体现在以下五个方面：①发展林业资源；②打造农业生态园区；③建设矿山地质公园；④兴建鱼塘，发展养殖业；⑤以生态恢复治理为主，大力开发旅游资源。

3 治理模式研究

对于具体的采煤塌陷区，就经济、环境以及社会效益而言，应采用什么治理方法最为合理，成为众所关注的事情。

通过对上述治理方法的分析，依据采煤塌陷形成的背景条件，总结出以下两种采煤沉陷的治理模式(表1)。

3.1 采煤塌陷区形成积水的治理模式

这种治理模式的前提条件是地表塌陷特征是地面弯曲变形，裂隙不发育；地表是黏性土等细颗粒地层岩性，其渗透性能差；地区降雨量丰富，可以及时补充积水区域水量损失。

地表存在积水的塌陷区，其地表特征是塌陷所形成的地面弯曲带，由于没有裂缝，且地表以黏性土为主，渗透性能差，因此，降水可以在沉陷区弯曲带聚集起来形成积水区域，积水区域形状不同，可以形成不同厚度的水层；在治理的同时，针对不同水层厚度，结合人文地理特征，可以将塌陷区改造成具有不同功能的闲置土地重利用区，例如：鱼塘、水库、湖泊、湿地等，大力发展养殖业、开发旅游资源，对带动当地的经济发展具有重要意义。

表1 采煤塌陷区矿山地质环境治理模式

3.2 采煤塌陷区没有积水的治理模式

这种治理模式适用于地表没有形成积水的采煤沉陷区，多用于气候干旱，降雨稀少，蒸发强烈，土质疏松，渗透性能好，采煤沉陷区不易形成大面积、长时间积水区域，生态环境脆弱，因此，依据塌陷坑的规模大小，结合治理的工程量，将采煤塌陷区回填，恢复为耕地；将大型的沉陷盆地植树造林，改造成为绿洲带，大力发展林业资源。例如：植树造林、打造农业生态园区、建设矿山地质公园等。

多数情况受不同因素的制约，不同条件的组合，即使在同一地区，其采煤塌陷区的治理模式也并非单一，通常情况，因地制宜，对不同的采煤塌陷区，可以采用以上两种模式综合进行整治。

4 宁夏石嘴山采煤沉陷区治理案例分析

宁夏石嘴山市惠农区采煤塌陷区矿山地质环境综合治理方法包括植树造林、打造农业生态园区、建设矿山地质公园等，治理效果显著，是一个矿山地质环境综合治理较为典型的案例，其治理理念值得类似地区借鉴。

4.1 基本情况

惠农采煤沉陷区位于石嘴山惠农城市建成区的中心，其突出的地质环境问题已经严重影响到人居环境、工农业生产及城市发展规划，制约石嘴山市在资源枯竭城市转型进程中的城市及环境建设。

1)沉陷区内“满目疮痍、萧条衰败”的地形地貌景观，恶劣的生态环境，无异于城市中心的一处黑洞。

2)惠农采煤塌陷区内的工业及民用建筑遭到变形破坏，其影响范围之大，破坏程度之深，其周边居民的正常生产生活难以继续。

3)沉陷区内地裂缝、高陡边坡、土壤侵蚀等次生地质灾害现象发育，地下水位不断下降，土地及水资源均遭受不同程度破坏。

4.2 治理目标

依据规划，惠农采煤沉陷区矿山地质环境治理项目的实施，最终将形成“一带二区三湖四点”为特色的“城市生态公园”。在此目标的指引下，治理项目的实施预计可以实现以下三个目标。

1)恢复塌陷区大面积土地资源的重新利用，彻底改变塌陷区萧瑟荒芜的地形地貌景观。

2)消除地裂缝、地面塌陷、土壤侵蚀等地质灾害带来的不利影响，全面遏制塌陷区日渐严重的水土流失。

3)实现塌陷区的植被覆盖，恢复自然生态，改善塌陷区的生态环境。

4.3 治理任务

结合石嘴山市采煤沉陷区的实际情况，采取的具体治理思路体现在以下几个方面。

1)对塌陷裂缝发育区进行地貌重塑，进行裂缝整治及塌陷坑填埋，将塌陷区改造为坡度适宜(2°～15°)的缓坡地形，为土壤的重构与土地复垦奠定基础。

2)对于基岩塌陷区及上覆松散层塌陷区的土壤进行工程覆土及施肥改良，以恢复其种植功能。

3)在积水塌陷区及周边修筑挡土墙，以防止带来新的煤矸石污染。

4)在塌陷区内规划绿化管网滴灌工程，以保证项目实施后林木生产条件。

5)采取多林种结合的绿化工程设计，乔灌结合，构建多林种相结合的综合防护体系和结构合理、良性循环的生态系统。

4.4 技术路线

治理项目可行性研究工作之前，首先对之前惠农采煤区已经治理、待治理情况进行调研，在现场踏勘、群众调研的基础上，针对性的收集引发惠农采煤沉陷区的矿井开采资料，综合当地气象资料、工程地质水文资料，全面了解惠农采煤沉陷区的地质环境现状与问题。在对国内外有关采煤塌陷区治理的理论经验基础上，结合石嘴山市土地利用规划、惠农区采煤沉陷区治理规划，提出切实可行的治理方案。