寧武縣汾河流域礦山環境生態修復理論及實踐研究

摘要：寧武縣地處汾河上游，煤炭資源豐富，開采歷史悠久，但開采方式粗放，導致地質災害頻發、環境破壞，影響水資源補給體系和區域植被生境。本文結合現狀問題調查結果，從治理策略和工程措施實踐兩個方面總結寧武縣汾河流域礦山環境生態修復的方法，以期為我國流域礦山修復提供借鑒。

關鍵詞：汾河流域；礦山環境；生態修復；災害治理；廢棄地造林；寧武縣

中圖分類號：X171.4 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）04-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.037

Theoretical and Practical Research on Ecological Restoration of Mine Environment in the Fenhe River Basin， Ningwu County

BAI Yu， CHENG Liang， LIU Qian

（Northwest Engineering Corporation Limited， Xi’an 710000， China）

Abstract： Ningwu county is located in the upper reaches of Fenhe River， with abundant coal resources and a long history of mining， however， the extensive mining methods have led to frequent geological disasters and environmental damage， affecting the water supply system and regional vegetation habitat. Based on the investigation results of current problems， this paper summarizes the methods of ecological restoration of mine environment in Fenhe River basin of Ningwu county from two aspects of governance strategies and engineering measures practice， which has certain reference significance for the restoration of mine in China’s watershed.

Keywords： Fenhe River basin; mine environment; ecological restoration; disaster management; afforestation of abandoned land; Ningwu county

汾河是黃河第二大支流，孕育三晉文明，被譽為山西省的母親河。寧武縣地處汾河上游的管涔山腹地，汾河發源于寧武縣境內雷鳴寺泉，流域范圍內東西兩側分水嶺地帶山巒重疊，為地勢高峻的石質山區，中間地帶寬闊平坦、溝壑縱橫，大部被厚度不均的松散黃土層覆蓋。汾河中上游為礦產資源富集區，寧武縣的煤量居汾河流域首位，煤田儲量豐、煤質優煤層厚。寧武縣煤炭開采歷史悠久，環境問題突出。雖然寧武縣已經開展采煤方法改革及礦井現代化建設，但目前仍存在嚴重的植被退化、水土流失、水體污染和泉水斷流，導致崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等環境問題。

1 現狀問題調查

長期粗放的煤礦開采導致寧武縣汾河沿線林區與礦區出現大量的環境問題，如礦渣石亂堆亂放、地表塌陷、煤層自燃、地下采空區和生態環境退化等。

1.1 地質災害頻發

寧武縣汾河沿線煤礦開采造成的礦山采空區內，地面塌陷和地裂縫多，規模大，破壞土地資源，損毀耕地、林地，毀壞公路、建筑等地面設施。采煤引起地下礦層采空沉陷，切割山體斜坡，在暴雨、水流等因素的作用下極易形成滑坡[1-2]。修路切坡等采礦相關工程、礦坑排棄物推進、露天采礦排土場排棄等的不合理也將造成滑坡災害，如圖1所示。滑坡表面結構疏松，有可能進一步發生滑動和崩塌，崩塌堆積體壓占農田，威脅坡前建筑物及居民安全，如圖2所示。礦山開采過程產生大量的尾礦、煤矸石、生活垃圾、粉煤灰和露采排棄物等松散堆積物，為泥石流的發生提供物源條件，危害巨大。

1.2 生態環境破壞

采礦活動占用大量土地資源，露天開采煤礦形成大量的地表剝離和挖損破壞，導致植被退化（見圖3），加速土地的干旱和退化，嚴重破壞汾河流域的自然環境。礦業開發導致自然環境的巨變，原生的森林生態系統遭到毀滅性打擊，大片天然林枯死，生物群落消失，生態系統的平衡被打破，形成自然界中的礦業孤島，割裂自然環境的整體性。粗放的礦業開采活動打破森林生態平衡系統，管涔山林區現存大量工礦廢棄地和礦業開發破壞后的荒地（見圖4），嚴重影響原始林區中動植物的繁衍和生存，引起森林生態系統功能的嚴重退化。

1.3 水資源體系破壞

煤礦開采改變地下水自然流場及補、徑、排條件，形成以礦井為中心的大面積降落漏斗，改變降水、地表水與地下水的轉化關系和自然平衡。采礦引起的地質災害破壞含水層及礦山地下水，造成水井枯竭、泉水斷流等危害。同時，由于植被退化，地表水源涵養能力下降，地表水與地下水失衡，加劇流域的水土流失，形成惡性循環[3]。礦坑積水、地表裂縫、水裂隙帶、鉆孔封閉不良等問題導致礦業污水進入地下水系統，直接破壞的水資源總量約為4.08億t[2]。

1.4 煤層自燃嚴重

寧武縣石炭系太原組5號煤層（露頭較大）皆為氣煤，煤層為中灰、中高硫、高熱值的長焰煤，其自燃傾向性為Ⅰ級，煤層自燃是寧武縣汾河流域主要地質災害之一。煤層露頭導致煤質水分、灰分、氧元素含量及腐質酸含量明顯增加，煤的黏結性降低，加劇該區域煤層的自燃傾向性。由于寧武縣煤層厚度較大（9.0～12.1 m），熱積聚條件良好，煤層瓦斯含量低，采空區與塌陷區為煤層自燃提供連續的供氧通道，增加煤炭的自燃風險。寧武縣煤田自燃點達20多處，煤層自燃面積約為10.0 km2，分布于薛家洼鄉、陽方口鎮、鳳凰鎮、東寨鎮、余莊鄉和西馬坊鄉。長期的煤層自燃極易引發森林火災，產生無法估量的經濟損失。煤層自燃產生的大量CO、CO2、SO2、NO2和粉塵排放到大氣中，導致空氣有害物質超標，嚴重時易形成酸雨，造成大片植被枯死，嚴重破壞生態環境。

2 治理策略

2.1 大力實施生態立縣，嚴禁礦業開發威脅水源保護

結合生態文明建設總體要求，統籌地質、地貌、生態和水源等要素，嚴控礦業開發帶來的潛在生態環境風險，劃定重點水源保護區，嚴禁礦業開采引發生態及地質問題，針對已開發的礦區進行關停。面對礦業開采帶來的次生災害，加大治理力度。突出火區治理、地質災害治理兩大要點，重點推進生態敏感區、居民生活區廢棄礦山治理和敏感礦山提升，對植被破壞嚴重、地表裸露、廢棄物堆積的礦山加大復綠力度。

2.2 探查火區成因及范圍，實施因地制宜的綜合治理

綜合分析地形地貌、開采方式、侵蝕堆渣等火區成因，開展全面調查，細化火源類型、成因、位置等細節，采用遙感、測量、驗證等手段確定火區邊界。根據不同特性，對火區進行分區分類治理，采用先處理低位火源后處理高位火源的治理思路，對高溫采空區巷道進行有序治理，實現科學、經濟、適用、有效的綜合治理效益。

2.3 以生態治理為主線，恢復工礦區生態環境功能

粗放的礦區開發嚴重破壞礦區及周邊的生態環境，地表植被遭到嚴重破壞，水土流失嚴重。根據不同的工礦廢棄地類型，采取經濟合理、技術可行的生態治理措施，利用生物治理措施，依據地貌、地表條件確定造林模式，實現生態修復，增強保水能力，恢復工礦區生態環境功能。

2.4 嚴格管理，加強引導監督，建設綠色礦區

改變粗放的礦業開發模式，精細嚴格管理，完備管理體系，形成多方監督機制，以綠色礦區為出發點，制定礦區長期開發與保護方案，將綠色理念貫穿在生產與發展的全過程。注重開采工藝及裝備設施的標準制定，減少地表開挖、廢渣堆積等，合理引導環境恢復及土地復墾，建立高效工業污水處理系統，合理規劃尾礦處理措施。

3 工程措施實踐

3.1 結合環境保護要求，禁止重點保護區礦業開采

寧武縣汾河流域巖溶泉資源豐富，是汾河源頭地表水源補給的重要方式。由于地質條件上水煤共存的基本環境特征，受大規模采煤開礦等因素影響，煤礦開采后形成的裂隙導水帶、地面沉降帶均能波及地表，造成裂縫、崩塌、沉降等各種地面變形，破壞上覆含水層原有的補給、徑流與排泄條件，導致近年泉水流量衰減趨勢明顯，地下水水質受到影響。根據《山西省泉域水資源保護條例》等相關上位規劃，寧武縣汾河流域劃定禁采區，禁止在巖溶大泉重點保護區、構造連通區內開采煤礦，對于已開采的煤礦，實施關閉，禁止傾倒、排放工業廢渣、污水及其他廢棄物，全面消除采煤對巖溶水環境的影響。

3.2 采用綜合探查技術，針對不同特性實施煤層自燃治理

對于煤層自燃的治理，首先要采取自燃火源探測手段。通過收集并分析地質資料，開展煤火地面調查，查明存在自燃問題的煤礦窯口、井口、采空區、私挖濫采等情況，分析火源位置與冒煙孔洞、裂隙等，推測自燃位置及進風通道形態，查明火區發育的總體形態及初步位置。其次結合熱紅外遙感、高精度磁測和地面活性炭測氡法進行綜合探查。最后采用鉆探驗證火區范圍，確定火區的影響深度及類型。寧武縣煤礦內不同特征的火區采取針對性治理措施：一是針對巖層高溫打穿鉆孔，主要采取阻斷淹沒法進行治理；二是針對大空間立體火區，主要采用大流量灌注高倍數阻化泡沫法；三是針對明火巷道，主要采用區域隔離法，并輔助以覆蓋挖除的措施；四是針對高溫虛量鉆孔，主要采用多階段降溫法和隔離帶降溫法進行治理。

3.3 多措并舉，施行礦山地質災害綜合治理

根據寧武縣汾河流域多類型的地質災害，實施分類型治理。一是滑坡治理。針對黃土滑坡，修建截水溝與排水溝工程，消除水蝕源頭，對滑坡潛在區坡面進行清理，對陡坡上部削坡，減小邊坡角度，在不穩定區域坡腳修建重力式擋墻或抗滑擋墻，再對后緣地裂縫、塌陷坑進行填埋，同時布局滑坡監測設備監測滑坡動態信息[4]。二是崩塌治理。針對礦區崩塌，應清理危險巖體和崩積物，并在崩塌區設置擋土墻，設置監測系統。三是不穩定斜坡。可清除部分上部巖土體，降低臨空面高度，減小上部荷載和斜坡坡度，提高穩定性，降低危巖（土）體的危險程度。建立巡查制度，通過形變測量和地面觀察等手段監測裂縫變形。四是地面塌陷、地裂縫治理。針對塌陷、地裂縫問題，采用地下采空區充填法進行預防，也可在地表沉降或塌陷發生后，使用壓力注漿法改善巖體應力狀態，預防沉降或塌陷發展。對于有復墾需求的區域，實施農田復墾或進行植草造林生態恢復。五是泥石流災害防治。廢渣（矸石）堆放區修筑擋矸壩，對堆填區進行平整、壓實和覆土，種草種樹，恢復植被。對溝谷內形成物源的地帶進行河道清理，使洪水排泄通暢，順溝筑擋矸壩，防止引發泥石流。六是災害評估。對重要地質災害隱患點進行詳細勘察，實施地質災害評估，在危險性高的區域設置災害警示牌或警戒線。地質災害易發區可采用先搬遷后治理的解決措施。

3.4 因地施策，分類實施工礦廢棄地造林

經過多年開發和利用，寧武縣工礦廢棄地自然植被和成片完整的自然土壤極為稀少，自然環境惡劣，水土流失嚴重，浪費大量土地資源。結合礦山生態治理，利用造林種草等手段，恢復地表植被，是改善礦山生態現狀的重要途徑。根據不同的工礦廢棄地特征，因地施策，采用不同的造林模式。對于新排放形成的煤矸石山、山體孔隙率高的舊有煤矸石山、形成多年的零星分散的小煤矸石山，可采用煤矸石山全面覆土造林模式。對于因煤矸石山廢棄的荒山荒地，在植樹點挖大坑，進行黃土換填，再植樹造林。對于采石場廢棄地，造林時應盡可能選擇耐干旱、耐貧瘠的喬灌木樹種，以喬灌木混交林為主，也可采用喬灌草模式。堆間空地采用人工植苗造林，應根據實際情況見縫插針。栽植后及時澆水，并用石塊覆蓋穴面，增強種植穴保水能力，提高造林成活率。

4 結語

汾河是黃河的重要支流，寧武縣汾河流域礦山環境治理和生態修復意義重大，對于黃河流域高質量發展具有重大影響。寧武縣汾河流域應尊重地域生態環境本底，順應國家政策，進一步治理災害，修復自然生境，恢復土地資源，實現區域環境的整體提升。充分發揮政府、社會、科技的作用，推進綠色礦山建設，以生態設計為出發點，建立長期的生態保護方案，在礦山勘查、找礦、采礦、選礦、尾礦生態環境治理等環節落實綠色發展理念。

參考文獻

1 張春燕.北京市典型廢棄礦山生態修復模式研究[D].北京：北京林業大學，2019：11-12.

2 胡 鍇，樊 娟.山西省礦山環境地質問題及其防治對策研究[J].地下水，2010（1）：146-148.

3 張建萍.淺析山西省礦山環境地質問題的基本特征及主要類型[J].華北國土資源，2004（3）：38-40.

4 郝排山，郝金玉.山西省忻州市綠色礦山創建與實踐[J].資源信息與工程，2020（1）：43-45.