杜家溝煤礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)的研究

邵元虎

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司計(jì)劃發(fā)展部資源科，山西 霍州 031400）

霍州煤電集團(tuán)河津杜家溝煤礦是由原杜家溝煤業(yè)、原楊洼煤礦、原高門溝煤業(yè)和原朝陽公司兼并重組而成，年生產(chǎn)能力60萬t。該煤礦可采煤層3、4、7層，總可采厚度1.2～1.3m。礦區(qū)的斷裂構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層分布連續(xù)性差。礦區(qū)地下水位較高，地形標(biāo)高較低的塌陷區(qū)域極易成為塌陷積水區(qū)。本文主要是就該礦煤炭開采與加工利用引發(fā)的環(huán)境問題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)措施。

1 煤炭開采與加工利用引發(fā)的環(huán)境問題

杜家溝煤礦的開采對(duì)自然景觀格局及生態(tài)環(huán)境造成了較大影響，主要表現(xiàn)在地表塌陷，耕地?fù)p毀，水面擴(kuò)大，地面建筑、城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施破壞等。同時(shí)，礦區(qū)的煤礦生產(chǎn)和居民生活產(chǎn)生的廢水及固體廢棄物排放會(huì)造成一定的環(huán)境污染問題。

1.1 地表塌陷與自然景觀格局改變

由于礦區(qū)地處平原地帶，煤層產(chǎn)狀平緩且累計(jì)可采厚度較大，開采導(dǎo)致的地面和塌陷區(qū)積水現(xiàn)象極為普遍。截至2017年底，杜家溝煤礦地表塌陷區(qū)總面積已達(dá)4500hm2，積水區(qū)域面積為1107hm2，占地表影響面積的32.62%，并以每年175hm2的速度增加。礦區(qū)采煤塌陷導(dǎo)致耕地大量減少，失地農(nóng)民約3萬人，對(duì)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)造成影響。同時(shí)，塌陷區(qū)居民搬遷耗費(fèi)大量建設(shè)資金，新遷居民無地可耕。另外，采煤塌陷很大程度上改變了礦區(qū)的自然景觀格局，除傳統(tǒng)農(nóng)田景觀外，城市空間布局也受到較大影響，塌陷區(qū)增加大片積水區(qū)域，形成了新的自然景觀格局并對(duì)城市規(guī)劃及發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1.2 水環(huán)境與水資源條件改變

由于礦區(qū)地下水位較高，塌陷深度較大區(qū)域大多成為地面水體，部分水域與天然水系聯(lián)通。礦區(qū)因塌陷積水極大地改善了礦區(qū)水資源條件。礦區(qū)現(xiàn)共有采煤塌陷區(qū)8處多，可利用的塌陷水域總庫(kù)容約1200×104m3。在部分相對(duì)封閉區(qū)域，塌陷區(qū)水質(zhì)相對(duì)較好，塌陷區(qū)水域水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。但是很多塌陷水域和淮北市天然地表水系貫通，受地表河流排污及人為活動(dòng)影響較大，水質(zhì)相對(duì)較差，為Ⅲ～Ⅴ水體，主要污染物為有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽類，水體污染較為嚴(yán)重的區(qū)域給塌陷區(qū)水環(huán)境保護(hù)帶來相當(dāng)?shù)膲毫Α?/p>

1.3 煤礦固體廢棄物

杜家溝煤礦是一個(gè)以精煤生產(chǎn)為主的企業(yè)，每年煤炭洗選不可避免地產(chǎn)生大量的煤矸石，選煤廠每年產(chǎn)生矸石和生產(chǎn)礦井每年產(chǎn)生的矸石一共約300×104t。這些矸石不僅占用土地，還會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，對(duì)周圍空氣和水體造成影響。因此，與煤礦固體廢棄物綜合削減治理工程相關(guān)的煤矸石安全處理與處置技術(shù)研究顯得尤為重要。

2 礦區(qū)環(huán)境綜合治理技術(shù)研究

礦區(qū)的企業(yè)在進(jìn)行煤炭資源開發(fā)的同時(shí)，積極開展礦區(qū)環(huán)境治理技術(shù)研究與實(shí)踐。包括有利于礦區(qū)環(huán)境保護(hù)與治理的礦區(qū)煤炭資源開發(fā)的規(guī)劃設(shè)計(jì)及開采工藝研究、水系治理與塌陷水域水質(zhì)控制技術(shù)研究、土地復(fù)墾和煤矸石處置處理技術(shù)等方面的研究和工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)采前規(guī)劃以提升塌陷區(qū)治理和資源轉(zhuǎn)化利用效果，采后分區(qū)分類治理，保障區(qū)域水資源與水環(huán)境功能，土地高效利用，以及生態(tài)環(huán)境與自然人文景觀相和諧。

2.1 礦區(qū)資源開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)與開采工藝

杜家溝煤礦礦區(qū)地面建筑物密集，存在嚴(yán)重的建筑物壓煤?jiǎn)栴}。針對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、采區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育、工作面間多數(shù)需留設(shè)斷層煤柱的特點(diǎn)，開展采動(dòng)覆巖分區(qū)隔離注漿充填減少地面下沉采煤技術(shù)研究，并在該礦井成功實(shí)施，采動(dòng)覆巖分區(qū)隔離注漿充填工藝如圖1所示。

圖1 采動(dòng)覆巖分區(qū)隔離注漿充填工藝示意圖

2.2 礦區(qū)水環(huán)境綜合治理與污染控制技術(shù)

礦區(qū)的地面天然水體少，河流小且少，蓄水能力弱。區(qū)內(nèi)人均水資源量327m3，不足全國(guó)的1/2和全省的1/4。因此，開展塌陷區(qū)水環(huán)境污染控制技術(shù)的研究，保護(hù)水資源環(huán)境，實(shí)現(xiàn)雨洪水資源化，對(duì)緩解淮北市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源短缺的矛盾具有戰(zhàn)略意義。該礦區(qū)目前建設(shè)有煤焦化電產(chǎn)業(yè)基地，年最大用水量約2500×104m3。為解決用水問題，滿足工業(yè)園建設(shè)發(fā)展需要，集團(tuán)公司發(fā)起成立礦區(qū)的水務(wù)有限責(zé)任公司，建設(shè)了引供水配套工程，該工程以中水、礦井疏干水作為水源，日處理凈水3.1×104t，設(shè)計(jì)投資2800萬元。同時(shí)，在煤礦塌陷區(qū)投資建立水庫(kù)，以有效利用雨洪資源。

其中塌陷區(qū)Ⅰ位于河流攔河閘上游1500m處，與河流干流連成一體；塌陷區(qū)Ⅱ位于攔河閘左側(cè)，兩塌陷區(qū)之間有連通溝，建有控制閘。塌陷區(qū)Ⅱ向工業(yè)園輸水，承擔(dān)著調(diào)蓄水和應(yīng)急儲(chǔ)備兩大功能。通過項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)工業(yè)園的水庫(kù)進(jìn)行預(yù)挖深處理，使園區(qū)水庫(kù)有效擴(kuò)容；同時(shí)對(duì)原有已受到開采損害的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，形成濱湖公園1.1hm2，有效地改善了礦區(qū)的環(huán)境質(zhì)量和景觀格局。

2.3 土地復(fù)墾與高效利用

杜家溝礦區(qū)主要為土地利用率高的農(nóng)業(yè)耕作區(qū)域，人口密集，土地墾殖程度高，人均占有耕地面積不足800m2。結(jié)合該礦的生產(chǎn)工況，決定利用煤矸石進(jìn)行墊底復(fù)墾技術(shù)的應(yīng)用。

充填復(fù)墾工藝主要由表層熟土剝離、邊界與標(biāo)高設(shè)計(jì)、基質(zhì)分層充填、平整碾壓和表土還原等環(huán)節(jié)構(gòu)成。在充填復(fù)墾技術(shù)研究中，解決了如下問題：一是根據(jù)復(fù)墾土地利用類型的不同，在考慮經(jīng)濟(jì)性前提下，研究解決最小覆土厚度，阻止煤矸石中微量有害元素通過暴露或植物根系吸收、累積遷移而對(duì)人體產(chǎn)生危害；二是針對(duì)農(nóng)林復(fù)墾用地植物生長(zhǎng)對(duì)水分和養(yǎng)分的要求，揭示水分運(yùn)動(dòng)特征，以促進(jìn)降雨入滲與蒸發(fā)條件下土壤水分和養(yǎng)分的植物有效性。經(jīng)復(fù)墾后動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，表層土壤與地下水中未發(fā)現(xiàn)污染跡象，煤矸石造地符合國(guó)家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 煤矸石利用

煤矸石進(jìn)行分類與資源化利用。熱值高的用于燃燒發(fā)電，熱值低的用于制磚，部分用于建筑路基，或井下充填開采。當(dāng)前霍州煤電集團(tuán)已建設(shè)擁有裝機(jī)容量4×30萬kW的煤矸石綜合利用電廠1座，主要用來處理杜家溝煤礦等礦區(qū)的煤矸石。年產(chǎn)量近3億標(biāo)塊的煤矸石磚廠也建成投產(chǎn)，可消耗部分煤矸石，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

3 礦區(qū)環(huán)境治理綜合效益

杜家溝煤礦在開展環(huán)境綜合治理研究的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害、塌陷土地、煤矸石等方面的環(huán)境工程實(shí)踐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和安全效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

土地整理與復(fù)墾工程使得礦區(qū)新增農(nóng)業(yè)和建設(shè)用地198.13hm2，恢復(fù)園林綠地和城市交通用地172.21hm2，建成的平原水庫(kù)為附近工業(yè)和居民生活用水提供保障，每年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收入71.13萬元。另外，塌陷區(qū)還形成了景觀、休閑水域248.73hm2，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益253.86萬元。

3.2 環(huán)境效益分析

方案的實(shí)施環(huán)境效益顯著。具體表現(xiàn)在：

（1）通過塌陷區(qū)的恢復(fù)治理減輕對(duì)地形地貌景觀的破壞

通過對(duì)地面塌陷、地裂縫的恢復(fù)治理，可以防止塌陷區(qū)的地面因裂縫、塌陷、滑坡、崩塌等災(zāi)害的影響而支離破碎，防止水土流失和土地沙漠化，減輕了對(duì)地形地貌景觀的破壞，有效地改善了礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量，使得礦區(qū)土地的使用功能得到恢復(fù)和增加，對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、建設(shè)和諧礦區(qū)、和諧社會(huì)具有積極的作用。

（2）通過恢復(fù)植被有效地改善生態(tài)環(huán)境

通過對(duì)受地面塌陷和地裂縫影響的林地、草地采取補(bǔ)種油松和白羊草等措施，可以恢復(fù)和增加植被覆蓋率，進(jìn)一步促進(jìn)野生動(dòng)物的繁殖，減少風(fēng)沙，調(diào)節(jié)氣候，凈化空氣，美化環(huán)境，改善生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)有利于生產(chǎn)生活、環(huán)境優(yōu)美的礦山生態(tài)環(huán)境。

3.3 社會(huì)效益

本項(xiàng)目地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案的實(shí)施，將極大地避免地質(zhì)災(zāi)害的威脅，使各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大大降低，有效地保障了礦區(qū)附近的村莊、土地、水等資源，營(yíng)造了一個(gè)良好的生產(chǎn)和工作環(huán)境。