露天煤礦全生命周期生態環境保護管理研究

趙 宇，謝景立，陳 闖，李云峰

（國家電投集團內蒙古能源有限公司，內蒙古 通遼 028011）

煤炭是支撐經濟社會發展和進步的主要基礎性能源，根據地質賦存條件，一般分為地下開采和露天開采2 種類型。隨著大型煤田的發現，露天開采比重逐步增加，2020 年露天開采煤炭產量達到9.5 億t，占總量的18%，對保證能源供給安全發揮著越來越重要的作用。

1 露天煤礦生態環境保護現狀

1）露天煤礦開采方式特點及對環境的影響。露天煤礦開采具有安全性高、開采效率高、采出率高、成本低等優點，但露天開采對環境的破壞也是客觀存在的[1]，伴隨著煤層覆蓋物的全面揭露，采場和外排土場的原始生態被直接改變，“水氣聲渣”等廢棄物直接暴露于周邊環境，這種“直接性”影響引起了更為廣泛的關注。

2）對策措施及成效。為有效控制露天開采對生態環境的影響，自然資源、生態環境等政府主管部門及行業協會、科研院所、企業等有關方面做了很多有益的探索和實踐，并取得了顯著成效。國家電投內蒙古公司煤炭產業起步于1976 年開發建設的霍林河煤田，歷經40 余年的發展，現已擁有5 處千萬噸級現代化露天煤礦，總產能達到8 100 萬t，為東北地區經濟社會發展提供了強有力的能源支撐，旗下露天煤礦已全部列入內蒙古自治區綠色礦山名錄。2018年以來，內蒙古公司投入資金12 億元，完成礦山生態修復33 km2。到界排土場治理率達到了100%、地表腐殖土利用率達到了100%、水土流失治理率達到了95%、植被覆蓋度達到了90%、土壤養分提高了1～2 個等級，礦區生態環境得到明顯改善。

2 存在的主要問題

2.1 煤礦與礦區整體環境融入度不夠

現行《規劃環境影響評價技術導則（煤炭工業礦區總體規劃）》雖然有“預防和減輕不良環境影響的對策和措施”的相關要求，但僅僅是提出對“礦區及其周圍重要環境保護目標和生態敏感區”的保護措施，而對于全礦區的生態環境治理還沒有更為詳盡的安排，各處煤礦處于“各自為戰”的狀態，在物種選擇、水資源利用、生態產業化等方面或“標準不一”或“千篇一律”，治理成效千差萬別，生態功能分區劃分混亂，與礦區周邊生態環境協調一致性亟待提高。

2.2 復墾綠化與各主要生產環節系統整合度不足

復墾綠化雖是生態修復治理最為關鍵的環節，但往往作為最后一道工序，工作著力點集中于事后管控，前置環節介入廣度、深度不足，不僅大幅推高了治理費用，也在很大程度上弱化了治理成效。據統計，傳統排土場復墾綠化總費用中地形重塑施工費用達到50%以上，而物料質量差是其中最大的影響因素。

1）采掘、排土進度計劃不匹配。霍林河煤田地層一般沉積有砂巖、泥巖、黃土。土壤整體偏堿性，其組分或風化氧化程度不同綠化適宜性也有所不同，總體表現為有機質含量低、氮元素嚴重不足、磷含量低，需要補充大量的含氮有機肥、含磷有機肥來滿足植物生長需求。大多數煤礦僅對第四系地表土采取單獨采裝、堆放的辦法加以重復利用，對于其他地層的巖土并未依據其適宜性有計劃地排棄，有的造成大量砂巖、砂礫巖排棄于到界區域，造成植被難于直接立地生長。

2）疏干排水與綠化復用缺乏有效銜接。所屬露天煤礦排土場復墾綠化前，防排水系統不完善，也未與復墾綠化供用水系統有效銜接，排土場及其周邊地表降雨逕流沒有得到有效疏導、存蓄及就地充分利用，既存在因排水不暢而引發的水土流失問題，也有因干旱缺水導致植物生長不利的情況。同時，后期建設的外部引水、供水設施，不僅發生了大量的基礎二次開挖、換填費用，還需要避讓甚至損毀部分現有設施，施工難度巨大。

3）鉆孔爆破環節管控缺乏針對性。露天煤礦剝離大多采用深孔松動爆破方式，既能保證采掘設備正常作業，又能有效降低爆破成本，規定爆破后每萬立米物料中大塊不超過3 塊即滿足要求，露天煤礦主要采掘設備對應的大塊單邊尺寸見表1。按現場施工普遍使用的最小型液壓挖掘機，爆后物料單邊長度限值為1.28 m，這雖可滿足采裝作業要求，但對于復墾綠化來說，物料粒度偏大且不均勻，造成排土臺階坡面起伏不平，特別是坡底大塊居多，不具備植物立地條件，必須進行全面清理整形，而且物料粒度越大整理難度越大，需要將其覆蓋住的表土用量也就越多，施工費用也就越高。

表1 露天煤礦主要采掘設備對應的大塊單邊尺寸

4）物料排棄環節控制缺乏有效性。在外排土場建設階段，大部分露天煤礦采取“先按境界全部排滿、再逐層向上堆積”的發展方式，既存在排土場長期處于活動狀態，無法及時進行修復治理的問題，也存在集中到界面積過大，企業面臨工程量和資金雙重壓力的困難。同時，沒有結合復墾綠化工作要求，對排土場到界臺階實施有效管理，臺階坡面角按物料自然安息角設定（約33°），大大增加了坡面整形覆土、灌溉系統布設、植物養護等環節作業難度及安全風險。在排土場形成的最后階段，特別是最上部臺階排土作業過程中，往往放松了工作線平整度管控，很多排土場頂面存在起伏不平的狀況，甚至為“利用空間、控降成本”，在頂面上進行“碼堆”作業，留下大面積“土堆”，為后續的復墾綠化增加了很大困難。

3 應對措施及建議

礦區生態環境是一個包含山水林田湖草等各要素的有機系統，生態環境保護也應以系統思維考量、以整體觀念推進，必須進行全方位、全地域、全過程治理。

3.1 加強礦區生態宏觀管控

1）總體規劃管理。應堅持并落實“1 個礦區1 個開發主體”要求，進一步加大礦區煤礦整合力度，在開釆技術允許的條件下，最大化擁有先進產能煤礦規模，減少礦區同時生產煤礦數量，降低開發過程環境影響輻射范圍和強度。統籌規劃礦區建設布局與開發時序，促進已有供水、供電、設備維修等輔助系統場地與設施共用、復用，盡量減少工業廣場用地面積。抓緊研究制定相鄰露天煤礦邊界資源聯合開采政策措施，探索建立開拓運輸系統、采空區、邊角空閑土地等資源的交互共享機制，把采排時空關系優化從單體礦山提升到礦區層面，將煤炭開采對生態環境擾動限定在最小范圍[2]。

2）統籌推進礦區生態環境治理。探索建立“政府積極引導、開發主體牽頭、建設單位負責”的礦區生態環境大保護工作機制，綜合礦區環境保護、地質災害防治、水土保持等專業領域規定，以及當地經濟社會發展要求，組織制定礦區環境保護工作實施規劃，整合全礦區之力在水資源綜合利用、保護治理技術攻關、生態產業合理布局等方面實現共治共享，提高綠色礦區建設質量和效率[3-4]。

3）正確認識和把握生態修復治理規律。生態環境治理要遵循自然規律，實施近自然的生態修復，重建后的生態要與周邊原始環境渾然一體。要堅持因地制宜、因礦制宜選擇治理技術措施，要堅持鄉土植物優先、多品種組合，從生態適應性、抗逆性、持續性、多樣性等特性出發篩選物種。要堅持經濟合理、管護簡單，實現在修復期間勤維護，養護期間少維護，成長期后不維護，實現植被的自然生長和演替。

3.2 加強生產環節系統整合

1）露天煤礦綠色開采工藝。露天煤礦綠色開采工藝在原有概念基礎上，加入“生態恢復”工藝環節而形成的內涵更加豐富的新工藝系統。露天煤礦綠色開采工藝系統為完成采掘、運輸、排卸、生態恢復主要工藝環節的設備和作業方式的總稱。在露天礦生產過程中，要將復墾綠化作為主要生產環節，開設專章進行專項設計，確定年度復墾及綠化面積、時間，明確整形覆土、種植及補種補植工程量、施工技術標準，為高質量推進復墾綠化提供科學依據。

2）強化采礦設計和生產計劃管理。在編制年度采礦設計、日常生產計劃時，要把生態環境保護和復墾綠化作為主要任務，并將相關工作要求融入到采剝工程位置安排，開拓運輸系統布置等環節中，科學編制并嚴格執行開采，排土場初期，表土需堆放在臨時儲土場，堆存期間進行臨時管護措施[5]。

3）強化水資源綜合利用。露天煤礦復墾綠化用水主要來自于大氣降水及處理后的疏干水、生產生活污水，基本建設階段就應圍繞礦區綠化需要，在露天煤礦初步設計及其水土保持方案、環境影響評價等專篇中，對復墾綠化用水系統進行科學規劃設計，提供儲蓄設施、供排水管網、灌溉系統的施工圖紙和進度計劃，隨疏干排水及采礦、排土等主體工程同步一次性建成投運。

3.3 加強到界邊坡的物料管理

通過盡量減少底盤抵抗線，將炮孔密集系數控制在3.5～5.5，采用分段裝藥結構，選取合理的炮孔填塞長度并進行高質量填充，適當縮小炮孔直徑，采取多排孔微差壓碴爆破技術等措施，可以較好地控制爆后物料粒度和均勻度[6]。在充分借鑒成功實踐經驗的基礎上，要結合本礦地層不同巖性特征，總結形成適合復墾綠化的鉆孔爆破參數。

3.4 加強排土環節管控

1）在初步設計階段。要對外排土場的發展方式進行優選，加快形成并持續擴大排土場到界面積，確保擾動區域生態環境得到及時恢復。排土線規格、排棄方式要劃分成發展和到界2 個階段設計，既要有利于提高作業效率、保證生產安全，也要滿足復墾綠化施工、植物立地、水土保持等生態修復治理工作要求，特別是臺階坡面角不能按自然安息角設施，臺階高度要控制在10 m 以下。嘗試將到界階段的排土方式調整為挖掘機排土，通過對排棄物料的“精準”控制，確保排土場到界臺階按設計規格一次性形成，以大幅降低后期排土場整形費用[7-8]。

2）在生產建設階段。要加強排土場設計管理，依據復墾綠化用水系統規劃設計，合理劃分排土場匯水區域，精確標定各排土臺階高度及橫縱向坡度，利用臺階之間聯絡坡道、專用排水溝渠等，建立起完善的大氣降水匯集系統。要嚴格執行排土場質量控制標準，工作面平整度要符合規定，堅決避免在到界區域隨意散排或“碼堆”作業，確保大氣降水由“散流漫灌”變為“有序逕流”，并順暢匯集進入儲水設施加以復用。

4 結語

生態文明建設已納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局中，作為有著“安全生產風險小、資源回收率高、供應保障能力強、運行成本低”等顯著優勢的露天煤礦，要實現綠色可持續發展，絕不能重復“先污染后治理”“邊污染邊治理”的老路，必須由“事后治理”向“事前保護”轉變，由“后期修復”向“全鏈條管控”轉變，堅定不移走“生態優先、綠色發展之路”。