土石山區露天煤礦外排土場生態重建研究

朱 麗

(包頭師范學院資源與環境學院，內蒙古自治區包頭市，014030)

我國露天煤礦大多處于干旱或半干旱的生態脆弱區，煤炭資源的開發會進一步對礦區的土地資源和生態環境造成嚴重破壞，在我國土地資源緊缺和環境不斷惡化的背景下，礦區土地復墾和生態重建活動有著重要的現實意義。

在礦區中被壓占的排土場是生態重建的重點，不僅僅因為其受到壓占而形成的堆土區破壞了原有植被，更是由于其改變了當地原有的地形地貌，具有發生地質災害的潛在危險性。基于此，排土場的生態重建需要根據當地地形條件和重塑地貌因地制宜的進行植被恢復。

1 項目及項目區概況

1.1 項目概況

神華集團水泉露天礦位于內蒙古自治區土默特右旗大青山區，是大青山煤田的一部分，處于煤田的中東部。水泉露天煤礦是神華集團包頭礦業有限責任公司2005年接收和開發的一個改擴建項目，項目區原有個體小型露天煤礦一座，產量約為10萬t/a。2005年初，適逢國家對個體小煤礦進行資源整合，包頭礦業公司經申請獲得水泉—黑土壩項目區整個探礦權，其中包括小型露天煤礦采區。

根據劃定礦區范圍內的煤層賦存狀況和地表條件，水泉露天礦田批復境界內資源儲量(純量)為63.58 Mt，劃定的開采境界內可采儲量為27.23 Mt，露天礦設計服務年限為21.2 a。按照開采境界的形狀和煤層賦存情況，沿著煤層走向，按約700～1250 m寬度共劃分3個采區，其中II采區為首采區，首采區設計服務年限為7.1 a。

本工程自2007年7月開工建設，2008年1月底建成投產，主要開采Cu2號煤層，采礦許可證范圍內累計探明煤炭資源儲量為6358萬t，截至2016年已消耗資源量為1620.52萬t，截至2016年12月保有資源儲量為4737.48萬t。

1.2 項目區概況

項目區位于陰山山脈之大青山西段，受造山運動的影響，呈中高山區地貌。地形總體為南高北低，最大落差為392 m。由于大氣降水排泄的沖刷，形成大致南北向的溝谷數條，地形地貌極為復雜。

項目區年降水量少且集中，蒸發量大，地下水主要補給來源以大氣降水為主。由于區內溝谷縱橫，大氣降水快速排泄于較大的溝谷流出區外，補給巖層甚少。幾條大的溝谷常年有水，雨季大雨時可形成山洪，蜿蜒曲折向山前平原排出。

本區屬大陸性氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，春季多風，秋季多雨。晝夜溫差大，最高氣溫在7月、8月和9月，最低氣溫在12月至翌年1月，年均降水量約為366.60 mm，年均蒸發量約為2099.6 mm，最大風速為24 m/s。

2 外排土場破壞情況

本項目排土場為外排土場，位于露天采場北側，排土場面積較大，東西長約為2000 m，南北寬為50～400 m，堆置高度為60～80 m，分4個臺階，占地面積為45 hm2，廢石量約為400萬m3。

2.1 外排土場位置選擇及主要參數

2.1.1 選擇原則

外排土場的選擇主要考慮因素為外部排土場占地少且運距近，處于礦田批復范圍內，底部地質條件好以確保生產安全。

2.1.2 排土場位置及主要參數

從本露天礦的實際出發，設計選擇首采區北部作為露天礦生產初期的外排土場，該處距離Ⅰ、Ⅱ采區較近，平面范圍也能夠滿足露天礦首采區的全部外排量，隨著采場的推進逐步實現內排，排土場排放過程中分臺階有序排棄，每個臺階高約為25 m，排棄物料為土巖混排，物料自然安息角和臺階坡面角均為36°，排土場最終幫坡角為20°。

2.2 排棄計劃

外排土場從2008年1月底啟用，至2014年底排滿并轉為內排，外排土場排棄進度計劃表見表1。

表1 外排土場排棄進度計劃表

2.3 外排土場破壞類型及程度分析

根據現狀進行調查后發現，排土場用于廢石堆放，主要破壞類型為壓占。本項目外排土場占地面積為45 hm2，堆置高度為60～80 m，平均堆高為70 m，堆置臺階為20 m，邊坡為36°左右。由于排棄物較破碎、松散且堆置高度較高，在降雨及人為因素下極可能引發崩塌和滑坡等地質災害，進而毀壞耕地、房屋、道路、橋梁和阻塞河道等，對原生的地形、地貌和景觀造成毀壞。

2.3.1 土地破壞程度分級

在土地破壞程度評價中按礦山破壞土地類型來選擇主要參評因素，把本項目土地破壞程度等級確定為三級標準，分別是一級(輕度破壞)、二級(中度破壞)和三級(重度破壞)。各評價因素的具體等級標準目前在國內外尚無精確的劃分值，根據相似項目區破壞因素的調查統計情況參考相關學科的實際經驗數據，壓占土地破壞程度評價標準見表2。

表2 壓占土地破壞程度評價標準

2.3.2 外排土場土地破壞程度的評價

本項目中的邊坡坡度從最終幫坡角20°和臺階坡面角36°這兩個方面進行描述，對照壓占土地破壞程度評價標準，分別為輕度破壞和重度破壞，對邊坡坡度這一評價因子做了平均，確定為中度破壞并進行相關分析。土地壓占破壞程度評價因素及破壞程度表見表3。

表3 土地壓占破壞程度評價因素及破壞程度表

對照壓占土地破壞程度評價標準，分析本項目外排土場評價因子，并結合實際情況及專家打分確定每個評價因子的權重，乘以質量系數，得到外排土場土地破壞分值為270分，其破壞程度為重度破壞。

3 外排土場土地復墾及生態重建

3.1 外排土場生態重建的總體思路

外排土場占地面積較大，水土流失形式多樣，侵蝕強度大、危害大且治理難度較大，根據外排土場的土壤條件和地形等特點，應采取綜合防護工程措施，從根本上控制水土流失。采取的技術方法是修正外排土場的邊坡角，使其低于堆體的自然邊坡角度，對其進行平整、壓實和覆土之后進行植被的恢復。

3.2 生態重建的具體措施

3.2.1 平整與夯實

對外排土場頂部和邊坡整形，排土場頂部就勢平整。利用推土機對頂部進行整平，之后利用重物使其反復自由墜落對排土場頂部及邊坡進行夯擊，以提高其密實度，使基礎更扎實。

3.2.2 覆土

由于排土場土壤破壞嚴重，土壤肥力不足，因此對外排土場平臺復墾區域先進行覆土，覆土來源于排土場堆放前開挖和堆放的表土，采用裝卸車運土和人工攤平的方法，并在覆土前先鋪適量的農家肥，提高土壤肥力。

3.2.3 林草設計

外排土場經過土地平整、夯實和覆土后復墾為人工草地與林地混搭，草種選擇為羊草。

(1)立地條件。外排土場平臺和邊坡土壤多為黃土，土壤養分含量較低，水分條件較差。

(2)草樹種選擇。造林樹種應選擇耐干旱、耐瘠薄、抗逆性強、抗粉塵污染能力強的樹種，經綜合分析后選擇檸條與羊草混交。

(3)造林種草設計。外排土場的造林種草應根據其土壤、水分和立地條件綜合配置，優先選擇當地鄉土樹種，因此灌木和牧草選用耐旱、適于當地生長的檸條和羊草。建議種植檸條的株距為2 m，行距為2 m，需苗量為2500株/hm2，種植面積為13.4570 hm2，總需苗量為33643株；在外排土場邊坡種植羊草，需種量為30 kg/hm2，種植面積為3.8574 hm2，總需籽量115.722 kg。

(4)造林技術措施。根據礦區的土壤條件，檸條采用穴狀整地，穴直徑為40 cm，深為30 cm；種草采用全面整地，整地時間一般為春、夏、秋三季，隨整地隨造林；檸條于早春土壤解凍后植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，分層覆土、踏實。草籽在雨季播種，人工播深2～3 cm，牧草采用羊草，播后耙耱鎮壓；種子要經過精選和消毒，硬實種子要進行種皮處理；造林后及時灌水2～3次，一般為一周澆灌一次，成活后半月澆灌一次，每年除草2～3次。

3.3 分年度實施

3.3.1 2015年度外排土場生態重建實施情況

2014年底外排土場服務期滿，2015年對外排土場的平臺、邊坡進行平整和壓實，平整方量為31054.5 m3，壓實面積為10.3515 hm2。外排土場邊坡覆土面積為10.3515 hm2，覆土厚度為0.3 m，覆土量為31054.5 m3。

3.3.2 2016年度外排土場生態重建實施情況

2016年對外排土場進行綠化，種植檸條33643株，種植羊草面積為3.8574 hm2。

3.3.3 排土場土地復墾和生態重建效果

就土地適應性來看，復墾后的土地坡度有所減小，但復墾后的土壤結構發生了變化，土壤有效土層厚度及土壤養分在復墾初期的幾年內很難得到改善，復墾后的土地是要經過較長的時間才能得到顯著的改善，因此土地復墾后的初期，土地適宜性與復墾前差異不大，目前僅適于種草。

就植被蓋度來看，外排土場沒有占用耕地，全部為荒草地，原地貌林草覆蓋率達到15%左右。外排土場復墾前后對比圖如圖1所示。

由圖1可以看出，復墾后的林草覆蓋率達到90%左右，效果比較明顯。

圖1 外排土場復墾前后對比圖

4 外排土場生態重建的意義

針對土石山區露天煤礦外排土場可能發生的崩塌和滑坡等地質災害以及對礦區工作人員及其周邊

居民具有一定的威脅，通過生態重建和種植植被等方式，可以預防崩塌和滑坡等地質災害的發生，消除地質災害對人員和設備的危害，消除人們對地質災害的恐慌，實現一定的減災效益。

外排土場生態系統的恢復也是生態環境問題，盡快恢復復墾地的生態功能和防止生態環境進一步惡化的重要途徑就是人工重建植被。通過生態重建恢復為草地與林地，不僅提高了項目區的土地利用率和植被覆蓋率，而且有助于土地植被的保持、恢復和改善，有利于當地生態環境的改善，同時對社會經濟可持續發展具有重要意義。

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