礦坑地質環境恢復治理及生態修復研究

陳學龍

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第十一地質大隊，新疆 昌吉 831100）

為全面貫徹“保護自然資源，保護良好的生態環境”的基本國策，堅持“綠水青山就是金山銀山”的理念，修復硫磺溝鎮由于露天煤炭開采破壞的生態環境，開展生態環境治理恢復工作，以“兩清兩美一綠”為抓手，以“綠色＋”理念引領經濟社會發展轉型，推動昌吉市綠色低碳循環濟發展，形成人與自然和諧發展現代化建設新格局[1-5]。

1 工程概況

治理區位置及交通：治理區位于昌吉市硫磺溝鎮中莊子西北側1km 處，行政區劃隸屬昌吉市硫磺溝鎮管轄。交通較為便利(見圖1)。

治理區包含CK26礦坑及F1、F2兩個煤矸石堆，礦坑面積80800m2，煤矸石堆面積為61200m2，治理區總面積為430000m2，如圖2 所示。硫磺溝鎮社會總產值23.15億元，一產產值860萬元、二產產值225000萬元、三產產值 5635 萬元，一、二、三產比例為 0.38∶97.19∶2.43。由此可以看出，工業在其經濟結構中占據著絕對優勢，是一個典型的工礦業城鎮。現狀硫磺溝工業以礦產品開采業最為突出，其他工業項目發展相對緩慢。工業總產值22.5億元，占總值的97.19%。

根據周邊煤礦水文資料可知，含水層富水性弱，初見水位標高1196m，單位涌水量小于0.1L/(s·m)，采集水樣進行水質分析，測得地下水礦化度3.10g/L，pH值7.6，為中性咸水，水質極差，為H2SO4-Na·Ga型水。水文地質條件簡單。治理區出露的工程地質巖組為粉質土、粉砂巖、砂礫巖及煤層。其主要特征為：分布于整個治理區內，地表巖性主要為粉質土，厚度1.5～12.5m，工程地質條件較差；地基承載力在200kPa 以上，工程地質條件良好。

2 治理區主要地質環境問題

2.1 地質環境現狀

治理區位于昌吉市硫磺溝鎮政府西側約3km 處，治理區內有礦坑一處，兩個煤矸石堆分布在礦坑東側與北側(見圖2)。

CK26 礦坑因露天煤炭開采所形成，東西長約390m，南北寬約250m，礦坑區面積139767m2，礦坑深度在10～40m，最大深度20m，礦坑體積約1136000m3。礦坑南、西、東側邊坡坡度較大，巖性為礫巖和砂質泥巖互層、煤層(見圖3)。煤矸石堆F1位于 CK26 北側約 150m 處，面積約 48100m2，體積約184234m3，煤矸石堆厚度約為5～13m，煤矸石堆成分主要為采剝碎石碎塊以及煤渣，現已風化成粉末狀。

煤矸石堆F2 位于CK26 東側約50m 處，面積約13100m2，體積約23256m3，煤矸石堆厚度約為3～10m左右，煤矸石堆成分主要為采剝碎石碎塊以及煤渣，現已風化成粉末狀。

2.2 治理區生態環境現狀

2.2.1 治理區植被發育情況

治理區土地類型為天然牧草地，采礦活動破壞了地表原生土壤及植被，現狀礦坑與周邊環境極不協調。治理區屬溫帶大陸干旱—半干旱氣候，土壤與植被自然恢復時間漫長。以目前礦坑南側礦坑面上判斷，該礦坑土壤厚度在15～30cm 左右，且該處雨水充沛，植被生長較好，植被覆蓋率高。南側山坡上可見灌木叢，在低洼地帶成條帶生長。礦坑對生態環境破壞主要發生在礦坑區和煤矸石堆積區，煤矸石堆主要包括廢石、煤矸石堆和雜土(見圖4)。

2.2.2 煤矸石堆對生態環境的影響

露天堆放的煤矸石堆經雨水淋濾后，可能產生酸性水等含有有害元素的水，對周圍的土地或地下水造成一定污染。

2.3 主要地質環境問題及危害

嚴重破壞原有地質環境，造成土地資源的浪費。礦坑及煤矸石堆的存在，使原有的地質環境遭到嚴重破壞，致使植被消失。礦坑南側深度最深處為25m，南側邊坡坡度為70°～75°，近于直立，受后期礦坑活動的影響，邊坡及頂部堆積處，治理區內有牧民轉場流動放牧活動，礦坑的高陡邊坡會對農牧民、牛、羊等牲畜造成威脅，對農牧民生命財產造成損失(見圖5)。

3 地質環境治理與生態環境修復方案

3.1 治理思路

為實現地質環境治理的目的，并結合當地規劃，在不破壞原始地形地貌及植被，不引發新的地質環境問題的原則下，具體劃分方案如下：礦坑西側需回填區域劃分為A治理區，礦坑周邊削坡區域劃分為B治理區，礦坑西南側需筑坡段劃分為C治理區，礦坑東側、北側煤矸石堆及礦坑底部已回填區域劃分為D 區,火燒區劃為E區。其中B治理區劃分為4個治理分區、D治理區劃分為3個治理分區(見圖6)。

根據治理目的、治理工程設計原則綜合確定本次治理工程設計的總體思路如下：

A治理區：將治理區內B2治理分區內廢料拉運至A治理區進行回填壓實，同時將B1治理分區內部分削方量進行就近推運回填；

B 治理區：B1 治理分區內削下回填料用于就近筑坡；B2 治理分區內削下回填料均拉運至A區及C 區進行回填；B3治理分區內削下回填料部分推運至C區，剩余部分均拉運至C治理區用于筑坡；

C 治理區：為筑坡區，回填料由B 治理區拉運回填筑坡；

D治理區：為整飾平整區；

E治理區（火燒區）：根據相關要求，對火燒區采用黃土覆蓋壓實，進行封閉滅火，覆土厚度為1m，治理結束后，設置鐵絲圍欄防護，并設立警示牌。

各區治理工作達到設計要求、消除地質災害隱患后，從B3 區拉運黃土對各區進行地表覆土，播撒草籽植草覆綠，最終達到生態修復的目的。依據治理思路，確定各工程的具體治理技術路線，如圖7所示。

經土方平衡計算，礦坑回填A 區由削方B1 區的X1、X2 削方段的部分削方量(應減去筑坡Z1、Z2 段的量)推運回填，不足方量由削方B2 區的X6 削方段拉運回填；

根據土方平衡計算，Z1 段筑坡方量由B1 區的X1削方段的部分削方量(減去回填礦坑A 區的量)推運回填以及B3 區的X4 削方段拉運筑坡；Z2 段筑坡方量由B1區的X2削方段的部分削方量(減去回填礦坑A區的量)推運回填、B2區的X6和B3區的X4拉運回填；Z3段筑坡方量由削方B4 區的X7 削方推運回填；不足方量由B3 區的X3 削方段的削方量推運回填、X4 削方段的削方量拉運回填和X5削方段的部分方量拉運回填。

3.2 生態修復思路

3.2.1 總體修復思路

從B3治理分區拉運黃土對礦坑進行覆土，覆土后對礦坑區域進行撒草籽復綠。與周邊環境相協調，達到地質環境治理和生態環境修復的目的。

3.2.2 具體修復思路及預期修復效果

礦坑回填工作結束后，進行種草復綠工作。種草復綠工作內容主要包括覆土、草籽選擇、草籽播撒、播后管護等內容。

（1）覆土。覆土區域為整個治理區，地表覆土主要從 B3 區 X5 削方段拉運 58272m3，從 X4 削方段拉運10730m3。

設計覆土厚度為0.2m，一般治理區覆土面積為2262310m3，拉運覆土方量為51520m3，平均運距200～500m；火燒區覆土面積17482m3，設計覆土厚度為1m，拉運覆土方量17482m3，平均運距200～500m。

（2）草種的選擇。生態環境相似原則：所選植物品種與原有植被中的本土植物生態環境相似；適應性原則：所選草種能夠適應修復地段的水熱條件并生長良好；觀賞性原則：所選草種能夠形成良好的景觀；因地制宜原則：不同地段的水熱條件不同，須依據植物立地條件的變化選擇適宜的草種組合；一年生和多年生相結合的原則：一年生草種作為先鋒植物能迅速覆蓋，對多年生草種幼苗起到一定的保護作用，同時增加當年的植被覆蓋和生物產量；禾本科和豆科相結合的原則：豆科植物生長具有固氮、聚水作用，改變土壤有機質，可以為禾本科植物生長提供養份；禾本科植物較豆科植物耐旱，發達的根系可以有效改變土壤的通透性。主要根據治理區周邊不同地段氣候條件進行選擇。結合治理區區域種草相關經驗，播種量設計80kg/hm2，所有選用的草種都應是國家標準規定的合格種子，種子應有相關部門出具的檢驗報告和合格證書。

（3）草籽播撒及播后管護。覆土工程結束后進行播撒草籽，由于治理范圍相對較小且比較分散，采用人工撒播機進行撒播。根據以往經驗，草籽埋深以1～2cm 為宜，利于草籽的發芽生長。播撒完成后就近利用治理區湖水對覆土面進行適當灑水。如有植被覆蓋達不到要求的斑塊，需再次用人工撒播的方式實施補播修復。

3.3 治理工程設計

依據上述治理方案設計原則、治理思路和土方平衡計算結果進行理方案設計。

（1）礦坑回填。按照設計標高對A區進行回填，由B1 區采用3m3裝載機配合88kW 推土機削方就近推運回填72552m3，運距0～100m；采用2m3挖掘機配合20t自卸車由B2 區拉運回填61161m3，運距100～500m，共計回填方量為133713m3。

（2）邊坡堆筑。A 治理區回填完畢后，就近將B1區削坡富余方量推運至C1區回填高陡邊坡Z1段進行筑坡工作，方量57720m3，采用3m3裝載機配合88kW推土機削方就近推運回填筑坡，運距0～100m；C 區回填高陡邊坡Z2 段筑坡工作，先將B1 區的X2 削方段的方量63000m3，采用3m3裝載機配合88kW 推土機削方就近推運回填筑坡，運距0～100m；C 區回填高陡邊坡Z3段筑坡工作，先將B4 區的X7 削方段的方量17238m3，削方B3區區的X3削方段；不足方量自B3區的X4削方段，拉運回填 59587m3，B2 區的 X6 削方段，拉運回填30864m3，采用2m3挖掘機配合20t 自卸車拉運回填筑坡，運距100～500m。

（3）平整整飾。治理回填及筑坡、削坡工程完成后，對治理區進行平整，平整標高誤差控制在±0.2m，平整面積為279792m2。

（4）設置鐵絲圍欄、警示牌。治理區采空區不僅會造成地面塌陷，且危及周邊人、畜生命安全，在利用物探工程查明治理區采空區位置后，設置鐵絲網及警示牌。

3.4 治理工程設計指標

根據土方平衡計算結果和治理工程采用的施工方法，綜合確定本次治理工程設計的各項指標如下：分層回填、壓實度控制指標。礦坑回填過程中，均采用分層回填碾壓的方式進行，分層回填厚度不大于1.0m，回填過程中利用施工機械自重及車輛滿載重量對回填土方進行碾壓，由于治理區恢復后只用于種草綠化，壓實度不小于0.80。標高及坡度控制。在充分考慮周邊地質環境的前提下，在治理區內設置剖面對標高及地形坡降進行控制。治理后標高與設計標高誤差控制在±30cm以內，坡度、坡角不大于設計值。

4 結論

通過對地質環境治理項目的實施，基本恢復露天煤礦開采形成礦坑及煤矸石堆破壞的土地資源，使治理區地質環境與周邊地形地貌相協調。消除了礦坑對人民生命及財產構成的安全隱患，對礦區地表植被保護、土地恢復發揮了積極作用。對改善當地生態環境和社會經濟發展具有促進意義。同時，通過項目實施可恢復土地面積279792m2(27.9hm2)，不僅促進當地畜牧業的發展，而且對即將興起的旅游業起到積極的推動作用，治理效果顯著。地質環境整治工程功在當代，利在千秋，是深入貫徹落實十九大精神、綠水青山就是金山銀山及科學發展觀的最好實踐，是惠及人民大眾的公益基礎建設。地質環境的整治效果，重在保護，能使每位公民都牢固樹立起地質環境保護意識，共建美好家園。