新時期露天煤礦的生態修復技術應用

劉夢薇

（中煤科工集團北京土地整治與生態修復科技研究院有限公司，北京 100013）

1 概述

在新時期，世界煤炭的增長趨勢越發的明顯，這幾年以來，印度和中國的煤炭產量增長較為迅速，兩國的煤炭增量占據了世界煤炭增量的近乎四分之一，而伴隨著世界煤炭消費增長，對于煤炭的需要也是越來越大。我國作為世界上的煤炭產量大國，具體“貧油、多煤、少氣”的特征，由于這些特征影響，導致我國長期以來用作發電等能源消耗較大的原料都來自于煤炭，我國的煤炭資源量十分的豐富，同時由于具有多年來的開采經驗，每年的開采當量十分穩定，在我國煤炭儲量高居全球第四寶座的“保證”之下，煤炭就成為了關乎我國國計民生的重要能源[1]-[3]。

圖1 我國的露天煤礦分布圖

我國的煤炭資源分布較為廣泛，其中也多有聚集，在我國的西部，煤炭資源較為富集，而在我國的中部和東部，伴隨著地質臺階的延伸，煤炭儲量也在逐漸減少。我國煤炭資源的主產區一般認為在內蒙古、山西等省，這些地區氣候較為干旱，植被較為稀少，因此水土流失的情況也是頗為嚴重，再加上因為煤炭富集而導致的開采無序，這也更進一步的加劇了生態環境問題。根據統計，在我國的“十四五”規劃期間，我國的煤炭產業基地也將主要存在這些地區，根據對于資料的查詢，發現露天煤礦的產量占據了我國煤炭產量的半壁江山以上。作為世界上露天煤礦開采的第一大國，我國的露天煤礦的開采歷史已經超過了100 多年，開采地區植被的稀少、生態環境脆弱是制約煤炭開采地生態環境治理的主要問題，再加上開采煤礦也會產生大量的垃圾以及廢棄物，排土場中的廢棄物如果無法得到集中處理與有效整治，對未來整個露天煤礦的礦區生態環境治理將會帶來極大的危害，對當地的群眾、牲畜的生命安全也會帶來極大的隱患。所以目前，在新時期對于露天煤礦的生態修復技術就成為了現階段科研人員進行研究的重點。在此之前，已經有全球的許多學者對整個煤礦的生態修復進行了較為徹底的摸排、研究，對于土壤、植被的復原也進行了較為深刻的技術總結與技術研發，但是與此同時，相對而來的是關于生態徹底治理方面，仍舊會存在極大的疏漏，筆者希望通過研究論證，對我國實際工區進行詳盡的摸排之后，給出一套全新的解決方案[4-6]。

2 生態重建技術介紹

露天煤礦的開采手段一般認為與其他開采方式不同，地下采礦往往會造成地表的塌陷，但是對于地表生態的破壞，相較于露天煤礦的開采而言，會相對小一些，露天煤礦則反之，這種現象往往存在于我國的廣大北部地區，這些地區稀疏的植被、惡劣的氣候、沙漠的侵蝕也給環境的治理工作帶來了一系列較難解決的問題[7]。這些地區平常的生態環境就已經非常令人擔心，再加上長期的無序開采礦產以及其他人為的活動，都會讓我國露天煤礦主產區的生態環境常常會遭受嚴峻的考驗。這些地區由于水土流失較為嚴重，也同時會造成一系列次生災害的發生，這些都給礦區百姓的人身、財產安全帶來了諸多不利影響。因此，為了重塑排土場的生態環境，以及為了植被森林的恢復，尋找可持續性的、可操作性的生態修復技術尤為重要[8-10]。

3 黃土高原某排土場生態修復技術應用

3.1 黃土高原西北部某露天煤礦開采項目概況

黃土高原某露天煤礦坐落在黃河東岸，由于黃土厚度較大，植被較少覆蓋，因此水土流失等地質災害頻發。工區之中最為常見的就是劇烈的地形切割，沖溝發育多呈“V”字形，基巖僅在溝谷中有零星出露。該礦區呈現東高西低的地形，最高可達1200m，最低也有800m，高差在400m 左右，屬于中-低山區。工區東西寬6 千米，南北產9 千米，總面積近55 平方千米，設計生產能力達到300 萬噸/ a，同時也建有自營的500 萬噸/ a 選煤廠。其排土場可以劃分為A 段、B 段、C 段三個區域，此三個區域地形都較為復雜，是排放渣石的場所。

3.2 削坡放坡的技術流程

目前對于削坡放坡的技術說法不一，一般認為都是通過長臂挖掘機一次挖掘成型后，再利用黃土進行掩埋。因為排土場獨特的位置與獨特的結構，造成的結果就是非常容易造成水土流失，所以土壤沒辦法很好的坡面上進行覆蓋，坡面上的砂石和土壤經常會出現崩塌、掉落的情況，最終造成平臺底部厚度大、上面薄，最終造成栽種植被成活率低，財政資金的用度大多浪費于此。

圖2 削坡放坡技術流程圖（據前人總結）

此套技術在實踐中證明：其可以很好的減少排土場臺階的角度，達到邊坡穩定的效果，同時也可以很好的提升所栽植被的成活率，降低工作的成本與工作強度。

3.3 露天煤礦地形重塑的控制

此套技術，可以見下圖所得，測定綠化臺階的設計高度為100m 左右，且坡折角大于35 度，在確定了綠化臺階的高度和坡折角之后可以進行技術實施。在技術的實踐里，坡面角一般在30 度左右，臺階高度H1=20m，H2=25m。1 臺階通過優化最終可以變為2 臺階，對整個坡面進行系統的優化，可以有效的改良整個坡面的植被栽種條件，對于水土保持具有非常大的意義，此套技術目前已經在我國西北的一些大中型煤炭生產基地進行推廣。

圖3 項目工程設計示意圖

在進行作業時，比較重要的就是利用短臂挖掘機進行削坡。具體的削坡流程是先降低坡面的高度，并且減小坡面角，很多耐干旱、耐鹽堿的植物就可以在坡面上很好的成活，植被的茂密也可以讓植被很好的融入周圍的環境之中，對于綠植草籽的播撒量，一般在每平方千米20 公斤左右，并且需要時常對潑面進行灑水養護，可以保證植被的成活概率。針對坡面灑水，可以利用礦坑之中的涌水，在一定程度上解決了礦坑中的排水困難，又可以經濟節約的達到培養植被的目的，具有一定的經濟效益。

根據實際情況，可以列出如下的公式進行計算，對綠化臺階巖土體的重度r、最終坡面的粘聚力C、內摩擦角φ、面積A，巖石體積V 這些參數進行獲取，得到的結果就是設計出來的最終坡面角。

在此套公式中，粘聚力C與內摩擦角φ 是通過經驗所得，在Ka 高于1 時，需要保證邊坡的穩定安全系數同時高于1。進而通過算出Ka 高于1 時的最終坡面角，定量的得到最終的邊坡穩定性，對于綠植的成活率有著很好的保障。

與此同時，可以對排土場進行生態修復的方法還有很多，其中也包括：在進行降坡和削坡的作業的時候，對土壤的成分進行研究、排查，在土壤中加入一定水分，或者在土壤中加入一定量的粘結劑，可以很好的保證土壤在坡面上有效凝結。因為露天煤礦自身的地理位置制約，多處于我國中西部等較為干旱貧瘠的地區，常年無雨同時也導致空氣的蒸發速度更快，水分易流失會讓新栽植物更加難以存活。而摻雜有一定劑量的土壤保濕劑的覆蓋土，正好可以解決這一問題。覆蓋土一般會選擇黃土，因為黃土具有其獨特的性能，也就是粘性好、水分蒸發小、在坡面上覆蓋易于保持，這都給生態治理工作帶來了極大的利好。

在坡面上進行作業時，通常情況下都是采取打田字格的方式進行操作，在邊坡上打半米見方的田字格，可以有效的保證作業時坡面的平整性，也可以保證灑藥作業的均勻，對于水土保持較為利好，也可以解決在受到坡度影響時不利于澆水灌溉等一系列的問題。

4 技術帶來的優勢與成果

筆者通過大量文獻調研與實際工作，針對我國新時期露天煤礦的生態修復技術應用做了一定的研究，并且通過鮮明舉證的方式，結合一些偏遠地區技術落后、財政資金不足等一系列的缺點進行研究。在實際的技術落地過程當中，必須要讓多方面措施有機的結合起來，在開采過程中減少對植被的破壞也能在很大程度上減少生態修復的工作量。

露天煤礦的生態保護技術的施行帶來了以下優勢：（1）對于臺階坡面的角度較大的問題，研究人員可以通過采用特種土壤以及特種土壤粘合劑的方式加以解決，植被不能很好生長的問題的產生不單關乎著生態美觀的問題，更關乎著附近礦區的人民群眾的生命財產的安全問題；（2）可以有效的預防各種地質災害的發生，保護部周圍礦區人民的生命財產安全的同時，也讓被破壞的礦區生態進一步恢復；（3）可以通過對當地的自然景觀、自然植被進行人工模擬、人工創造，創造性的用一些生態島、生態綠地的方式為附近的動植物提供更好的棲息地，保證環境的整體改善進一步落到實處。當然技術的推廣施行也更進一步的說明了社會對于生態保護的決心，新時期我國"綠水青山就是金山銀山"的理念也將會進一步的幫助露天煤礦生態修復技術的更加成熟完善。