赤峰市元寶山煤田風水溝煤礦采空塌陷的生態恢復治理模式探討

戴 英 (中國地質大學(北京)工程技術學院，北京 100083)

內蒙古自治區煤炭資源豐富，煤炭開發為地區經濟發展作出了巨大貢獻。但煤炭在開發利用的同時，煤礦區地質環境遭到了嚴重破壞，嚴重影響礦區及其周圍人民生命財產安全和正常的生活生產秩序［1］。特別是在內蒙古自治區，由于北方干旱的氣候和水文條件，造就了極其脆弱的自然生態環境。筆者以赤峰市元寶山煤田風水溝煤礦為例，探討了礦區地面塌陷的治理措施和防治對策。

1 礦區概況

風水溝煤礦位于位于赤峰市中心城區的東部，距中心城區約50 km，行政區劃屬于內蒙古自治區赤峰市元寶山區風水溝鎮所轄，礦區地理坐標為 42°22'40．3″～42°24'53．8″N，119°21'44．6″～119°24'15．1″E。風水溝煤礦處于元寶山煤田的東北部，井田邊界南起8號煤層露頭，北至煤層可采邊界，東起F40斷層，西至F1斷層，走向平均長2．4 km，傾斜寬3．2 km，面積 7．672 5 km2。

風水溝煤礦設計生產規模為210萬t/a，規模屬于大型;服務年限為34 a。風水溝煤礦2006年已基本達產，現處于正常生產期。礦區內人口密度大，在煤炭開采過程中不可避免地出現了破壞地表和植被、堆置矸石山、地下采空而地面發生塌陷等問題，造成土地損毀及人員傷亡和財產損失。其中，地面塌陷是礦山的主要地質環境問題。

2 礦區地質環境條件

2．1 自然地理概況 礦區地貌類型屬于丘陵，為半干旱大陸性季風氣候，全年日照充足，降水量小，蒸發量大。年平均氣溫6～7℃，年均降水量369．3mm，年際間降水分配不均，多年平均蒸發量1 919．5 mm。礦區內地表水系不發育，無河流、池塘或灌溉渠，地表水資源貧乏。礦區土壤類型為褐土，為發育在黃土母質上的幼年土壤，呈地帶性分布，土層厚度為37～350 cm，土壤質地為沙壤，土壤容重約為1．35 g/cm3。礦區地處蒙古—達烏里植物區系、華北植物區系和東北植物區系的交匯處，植物種類較豐富，具有明顯的山地荒坡特色，包括本氏針茅、甘草—雜草類等植物群系，植被蓋度10% ～30%。此外，還有雜生并鑲嵌分布有野生山杏、人工栽植的梨樹、楊樹、榆樹、柳樹、油松、落葉松以及羊草、胡枝子、草木樨等優良飼用草種。礦區總占地面積7．974 3 km2，其中井田面積為7．672 5 km2，礦區工業廣場(固廢物堆放場及生活區)分布在井田外，占地面積為0．301 8 km2。從礦山土地利用現狀來看，林地面積為5．393 518 km2，耕地2．278 982 km2，工礦用地0．301 8 km2。井田范圍內無村莊分布。

2．2 地質環境條件 礦區大地構造單元為華北地臺內蒙臺隆的赤峰斷隆，煤田處于天山－陰山東西向構造帶與NNE向新華夏系第二沉降帶的復合部位，區域構造格架為一組北東—南西向雁行排列斷陷型含煤盆地。風水溝煤礦地表均為第四系全新統覆蓋，下伏地層為白堊系九佛堂組、阜新組、孫家灣組。主要巖性以粗、細巖為主，砂泥巖次之，白堊系阜新組地層為礦區主要含煤地層，含二、三、四、五、六、七、八共7組18層煤。礦山主要開采三、五、六煤組中的3-2、5-1A、5-1C、6-3B 5個煤層(表1)。風水溝煤礦礦床分布特征決定了采空區具有埋藏淺、大面積連續分布、易發生地面塌陷等特征。

表1 主要可采煤層特征

3 礦區采空塌陷現狀

風水溝煤礦與地方小煤礦礦山開采方式為井工開采，管理方式為頂板全陷落法的。煤炭開采是由上而下分層、分階段開采，使地面塌陷在開采初期就迅速發生且破壞影響也比較嚴重。由于資源萎縮，一些小煤礦以殘采為主，開采原國有礦山的安全煤柱或剩余的邊角余料，在采區加大了地面塌陷的災害效應。

現狀條件下，風水溝煤礦為幾個煤礦整合礦山，中部和南部分布有3個采空區，在采空區內存在地面塌陷。采空塌陷區均為原風水溝煤礦與安慶溝煤礦、東山煤礦、原風水溝鎮一礦、多種經營公司小井一隊、多種經營公司小井二隊開采5、6煤組所形成的采空塌陷。塌陷區呈長條形沿170°N方向展布，塌陷區內分布有不規則排列的連體和單體塌陷坑36個，多數塌陷坑相互貫通，無單體邊界，因塌陷區人員難以進入，目測口徑約3～70 m不等，深度2～7 m，塌陷幅度層次不齊，中心地段塌陷幅度大，向邊緣延伸逐漸轉為寬窄不等的地面裂縫(圖1)，由垂直位移逐漸過渡為水平位移，下塌幅度由大變小。塌陷區破壞、占用土地類型為林地、耕地，現狀塌陷面積為2．42 km2。根據礦山開采方案，預測未來塌陷區將擴大到 4．926 6 km2。

風水溝煤礦地面塌陷具有影響范圍大、生態環境破壞嚴重、對人居工程危害性大的特點，其治理難度大。2007年，國務院制定出臺《國務院關于促進資源型城市可持續發展的若干意見》之后，風水溝煤礦所在地區平莊也面臨著經濟轉型，整治環境則是經濟轉型的首要條件［2］，當前國家也逐步加大了對礦山地質環境治理的資金投入，并重視地質災害的防治，因此做好礦區損毀土地的整治和生態恢復工作至關重要［3］。根據礦區的實際情況，風水溝煤礦采空塌陷治理方案應采用工程措施、生物措施、工程措施與生物措施相組合的方案。

4 采空塌陷土地功能恢復措施

4．1 工程措施 根據礦區自然地理和礦山開采特點，風水溝煤礦采空塌陷土地功能恢復措施宜采用回填－削坡－局部整平－覆土－綠化的治理方式，對塌陷區內的桶狀塌陷坑進行回填，對塌陷區內的陡邊坡削坡、塌陷裂縫與凸凹不平的地段依據周圍地形進行局部整平，最終實現治理后的塌陷區與周圍的生態環境相對協調的目的。風水溝煤礦采空塌陷治理工程主要是采用削坡回填、整平等工程措施達到基本恢復塌陷區地表形態的目的，在此基礎上進行植被恢復工作。

4．1．1 回填工程量。地面塌陷區總面積為4．926 6 km2，經測算地面塌陷幅度較大地段面積為120 500 m2。預測塌陷深度平均為4 m，除去平整厚度0．5 m，回填深度以3．5 m計，累計回填工程量約為421 750 m3。

4．1．2 地面平整工程量。地面塌陷區內的所有回填區都需要進行平整恢復耕地治理，另外估計塌陷幅度較小區域(1 084 500 m2)及地裂縫區域部分地段(372 160 m2)也需要進行平整治理，累計需要平整治理的面積為1 456 660 m2。

4．1．3 監測工程量。為防止人畜誤入塌陷區，在采空區影響范圍內設置20處固定警示標識(水泥預制)。在采空塌陷區內建立地面塌陷監測點，以研究地面塌陷的動態特征，并對地質災害預警工程提供技術指導和依據。

4．2 生物措施 根據礦區所處地段和自然地帶類型(立地類型組)的不同，在對礦區采空塌陷區現有植被恢復治理工程進行分析評價的基礎上，提出風水溝礦區植被恢復優化模式，同時對未進行治理的塌陷區提供植被恢復參考方案。礦區天然植被類型為喬木或灌木林，所以將風水溝礦區塌陷區植被恢復優化模式確定為喬灌草－人工促進自然恢復型。風水溝礦區所處自然地帶為溫暖半干旱典型草原，適生樹種可選擇、鄉土雜交楊、家榆、樟子松、紫穗槐、旱柳、山荊子、黃刺玫、玫瑰、樹錦雞兒、沙棘、山杏、文冠果、筐柳、垂枝榆。適生草種可選擇紫花苜蓿、黃花苜蓿、草木樨、羊草、草木樨、甘草。

根據上述工程措施和生物措施，設計風水溝礦區采空塌陷區種植牧草4．926 6 km2。針對整治后的塌陷坑底部較平坦，集水面積相對集中，水分條件較好，在恢復草地的基礎上可種植用材林。設計采用長方形布設栽植鄉土雜交楊。設計株距、行距均為4 m，需要種植鄉土雜交楊或油松各91 041株。嚴重沉陷區域北側有大量裂縫分布的緩坡丘陵區，經填埋地裂縫、壓實整治后宜建設經濟林地。根據風水溝礦區的實際情況及資金投入，風水溝礦北植被的恢復與重建應以選樹適地的途徑來實現。本著選樹適地的原則，針對治理區土地貧瘠、風大、春季干旱的特點，結合樹種的特性，堅持以鄉土樹種為主，并適當引進新的優良品種。

5 結論

風水溝煤礦煤炭資源瀕臨枯竭，地面塌陷突出，礦山地質環境破壞嚴重，且危害性極大，治理難度大，所需資金大。通過對礦區地面塌陷現狀及危害的分析，提出治理總體思路及措施，突出“以人為本”的精神。通過治理后可恢復礦區及周邊環境，改善當地人民生活生產條件。另外，在追求快速開發煤炭資源的同時，應加大地質環境保護和地質災害治理力度，加強煤炭資源綜合開發和集約利用，促進煤炭資源開發與礦區地質環境保護協調發展［4］。

［1］趙承勇，張青鎖，田東升，等．河南省礦山地面塌陷地質環境調查研究報告［R］．鄭州:河南省地質環境監測院，2005．

［2］陶山丹．城市轉型背景下赤峰市平莊城區城鎮空間形態演變［D］．北京:北京工業大學，2012．

［3］霍改蘭，喬文光，劉占敏．內蒙古大雁礦區采礦損毀土地整治措施［J］．安徽農業科學，2014，42(8):2427 －2428．

［4］田東升．煤礦區地質災害對新農村建設的影響［J］．地質災害與環境保護，2010(21):7－11．