楊繼飛

（山西煤炭進出口集團有限公司，太原 030006）

煤礦塌陷區(qū)的治理及相關(guān)問題研究

楊繼飛

（山西煤炭進出口集團有限公司，太原 030006）

煤炭是一種重要的能源礦產(chǎn)，對社會經(jīng)濟發(fā)展有著十分重要的作用。人們對煤炭資源的過度開發(fā)，使得地下礦層采空礦層的上部巖層的平衡遭受到破壞，出現(xiàn)大范圍的彎曲塌落，加重了水土流失、環(huán)境污染等問題，嚴重破壞了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。本文在闡述煤礦塌陷地內(nèi)涵、形成和分類的基礎上，分析塌陷區(qū)對環(huán)境的影響，從煤礦塌陷區(qū)生態(tài)重建機制、生態(tài)恢復和治理、生態(tài)工程建設等方面分析如何打造高效的煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。

煤礦塌陷區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)；重建；恢復；治理

1 煤礦塌陷區(qū)概述

1.1 煤礦塌陷地的形成

在開采煤礦的過程中，由于開采操作不當，煤礦開采區(qū)周圍的巖體原有應力容易遭受破壞。應力雖然在重新組合后達到了平衡，但是在這個過程中巖層和地表出現(xiàn)了連續(xù)性的變動、變形以及非連續(xù)性的破壞，這種現(xiàn)象被稱為開采塌陷。煤炭作為一種重要的開采物，在對其進行開采操作時不可避免地會破壞巖層和地表下層，導致出現(xiàn)大量土地塌陷的現(xiàn)象，即采煤塌陷。

1.2 煤礦塌陷區(qū)的分類

1.2.1 非積水塌陷干旱地

非給水塌陷干旱地占總體塌陷面積的41%左右，具有不給水、地形起伏大的特點，發(fā)生的同時會伴隨耕作操作不便和農(nóng)作物的減產(chǎn)等現(xiàn)象。

1.2.2 塌陷沼澤地

塌陷沼澤地一般分布在地勢平坦、排水不通暢的地區(qū)，在總體煤礦塌陷區(qū)中所占的比重不大。煤礦塌陷發(fā)生后伴隨而來的還有沼澤化、次生鹽漬化等，會加重農(nóng)作物的種植難度。

1.2.3 季節(jié)性給水煤礦塌陷

這種塌陷形式一般發(fā)生在塌陷區(qū)域的內(nèi)部，受局部地塊塌陷的影響，也會導致周圍的地面地表降低，對農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了不利的影響[1]。

1.2.4 常年性的淺積水塌陷地

這種煤礦塌陷形式的下沉深度比較大，在發(fā)生之后容易導致農(nóng)作物絕產(chǎn)、土地結(jié)構(gòu)變形等。

1.2.5 常年深給水塌陷地

常年深給水塌陷地一般在3 m之上，最高的深度達到12 m左右。常年深給水塌陷地的特點是地表會下沉到地下水位以下，并形成一種封閉性的水域。常年深給水塌陷地的水質(zhì)良好、水量足夠，適合發(fā)展?jié)O業(yè)。

2 煤礦塌陷區(qū)對周圍環(huán)境的影響

2.1 煤礦塌陷區(qū)對土地資源的影響

在旱季時，煤礦生產(chǎn)過程中不會出現(xiàn)廢水，但是在雨季，受地表滲濾的影響，井下開采的時候會出現(xiàn)地下水，地下水受地勢的影響從高處流向低處。在煤礦開采的過程中，大量煤矸石堆存及煤炭露天的不合理堆放會導致雨水下滲，使得當?shù)貐^(qū)域地下水的化學成分超過規(guī)定值，并對當?shù)氐叵滤h(huán)境產(chǎn)生了一定的污染。煤礦開采產(chǎn)生的廢棄水雖然沒有對地表植物和地下水產(chǎn)生不利的影響，卻額外增加了懸浮顆粒物，提高了地區(qū)地表水有害物質(zhì)數(shù)量。同時，采礦作業(yè)使淺層水被疏干，會導致當?shù)厝嗣竦纳睢⑸a(chǎn)用水減少，甚至還會導致居民的搬遷。

煤礦塌陷現(xiàn)象還會對地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，表現(xiàn)在土壤養(yǎng)分的流失、土地的變形、土地的破壞、土地發(fā)生貧瘠等，加劇了當?shù)氐母珊祮栴}。另外，地表塌陷還會對地表原有的基本形態(tài)產(chǎn)生影響，加劇了水對土地的侵蝕。

2.2 煤礦塌陷對水資源的影響

在對地下煤層開采到一定程度之后，地表會發(fā)生不同程度的移動和變形，使得地表出現(xiàn)大面積的塌陷，進而導致塌陷區(qū)域內(nèi)的水資源受到破壞，加重了生態(tài)環(huán)境的惡化，破壞了農(nóng)業(yè)發(fā)展。

2.3 煤礦塌陷對生態(tài)環(huán)境和植被生長的破壞

煤礦塌陷區(qū)地表裸露植物會遭受到不同程度的破壞，地表植被數(shù)量會大幅度減少，在煤礦塌陷深度超過2 m時還會出現(xiàn)不同程度的植物根系斷裂以及植物死亡。另外，煤礦塌陷會導致地表張口出現(xiàn)裂縫，在一定程度上加重了水土流失，使得地面出現(xiàn)大量閑散土地，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的破壞[2]。

3 煤礦塌陷區(qū)的生態(tài)重建機制

煤礦區(qū)生態(tài)問題是各種因素共同作用的結(jié)果，煤礦區(qū)域的開墾要以實現(xiàn)整個地區(qū)的保護為基本目標，但是在實際的煤礦區(qū)治理中，單一的工程治理是無法實現(xiàn)這一發(fā)展目標的。為此，土地生態(tài)系統(tǒng)重建修復的過程需要將生物措施和工程管理措施結(jié)合，二者互相輔助來進行生態(tài)系統(tǒng)的重建。煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)重建措施具體表現(xiàn)在三個方面。

3.1 地貌重塑

煤礦區(qū)的生產(chǎn)活動受到原有地貌的影響，由此可以將煤礦區(qū)分為凹形地貌和凸形地貌兩種。凹形地貌是指露天開采煤礦形成的塌陷地貌，凸型地貌則是伴隨煤礦開采而產(chǎn)生的一種堆墊地貌。地貌重塑是土壤重構(gòu)的前提，受不同煤礦區(qū)地貌地不同影響，地貌重塑的技術(shù)是不同的?？紤]到凹形地貌存在積水，可以應用疏排法進行土地的修復。而對于不會積水的凸形地貌，則可以應用重填復墾法的方式設計相應的標高，并結(jié)合土地平整技術(shù)來完善田間配套設施，從而為農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供重要的支持。

3.2 土壤重構(gòu)

土壤重構(gòu)是礦山土地復墾的重要工作，對土地復墾工作成效有著十分重要的作用。土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵，其性質(zhì)和土壤肥力對土地生態(tài)系統(tǒng)效果有著十分重要的作用。在重構(gòu)土壤的時候，人們不能對當?shù)氐耐寥肋M行破壞，要盡可能應用重構(gòu)技術(shù)。復墾土壤重構(gòu)具體分成工程重構(gòu)和生物重構(gòu)兩種。

受開采工藝和施工條件、地形地貌不同的影響，煤炭開采過程中會對土地帶來不同程度的破壞，為此，結(jié)合不同的采礦工藝和巖土條件要應用不同的工程重構(gòu)方式。常見的工程重構(gòu)方式有表土剝離和回填工藝。表土剝離需要結(jié)合施工機械的寬度從外到內(nèi)地對每一拖鏟運機的寬度范圍土方量進行預算，之后將復墾區(qū)域劃分成不同的區(qū)域和條帶，再按照時序進行施工。在每一個工期都需要進行一條帶的施工操作。

生物重構(gòu)是指在工程重構(gòu)基礎上，應用化學、物理等措施對重構(gòu)土壤剖面的結(jié)構(gòu)進行改造，從而提升土壤的生產(chǎn)能力。生物重構(gòu)的方法包括化學改良法、施肥改良法、微生物改良法三種。化學改良法能夠?qū)λ嵝酝寥肋M行改良，平衡土壤的酸堿度，促進土壤中的微生物活動。施肥改良適合應用在新構(gòu)造的土壤中，通過施肥改良能夠保證土壤肥料酸堿的平衡。微生物改良則主要是調(diào)節(jié)重構(gòu)土壤中的各個成分，從而在最大限度上發(fā)揮出不同肥料的作用。

3.3 植被恢復

生態(tài)系統(tǒng)的恢復注重應用較短的時間和投入來獲得較大的收益，這一點也體現(xiàn)在植被的恢復上。植被的恢復需要考慮煤礦土地復墾目標、氣候條件、社會經(jīng)濟條件和土壤條件，之后結(jié)合這些條件來對樹種進行綜合考慮，從而提升植被恢復生態(tài)效益。

4 煤礦塌陷區(qū)的生態(tài)修復和治理

4.1 煤礦塌陷區(qū)的實際情況

煤礦塌陷區(qū)的土地大多用來農(nóng)業(yè)耕作，在被破壞后出現(xiàn)了比較嚴重的土壤退化。受地區(qū)水位上升的影響，一些水會露出地表，進而出現(xiàn)湖泊、沼澤，導致土地無法耕種。煤礦塌陷區(qū)對村莊的建筑物產(chǎn)生了比較大的破壞，導致很多村莊不得不搬遷。煤礦塌陷區(qū)的開采對當?shù)仉娐?、交通都帶來了不同程度的破壞，地區(qū)出現(xiàn)了耕地減少和剩余勞動力增多的現(xiàn)象，加劇了當?shù)馗偁幍牟黄胶庖约吧鐣牟话捕ā?/p>

4.2 煤礦塌陷區(qū)生態(tài)修復和治理的總體目標和原則

4.2.1 目標

第一，廢水排放指標。受不同地區(qū)不同污染物的影響，煤礦塌陷區(qū)廢水回收率和處理率的指標都很高。第二，固體廢棄物的指標。煤礦塌陷區(qū)固體廢棄物的排放指標在80%左右。第三，煤礦塌陷區(qū)恢復治理指標。將煤礦地區(qū)恢復治理率從原來的17%提升到40%左右。

4.2.2 原則

煤礦塌陷區(qū)的治理需要遵循以下幾個原則：第一，堅持復墾和生產(chǎn)建設統(tǒng)一規(guī)劃和合理安排的原則。第二，城鎮(zhèn)、道路、河流等建設和生態(tài)環(huán)境保護結(jié)合的原則。第三，統(tǒng)籌開展復墾、排土工作，打造城市生態(tài)農(nóng)業(yè)。第四，堅持重點治理和一般治理結(jié)合的原則。將煤礦塌陷區(qū)重點治理和與之相關(guān)的地段劃分為一級環(huán)境恢復治理區(qū)域，結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況采取科學的治理方法來制定出不同區(qū)域的環(huán)境恢復治理方案。

4.3 煤礦塌陷區(qū)治理空間框架

煤礦塌陷區(qū)治理和煤礦開采地區(qū)的范圍保持一致，在城市的各個地區(qū)分布一定的煤礦塌陷區(qū)治理區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)有地區(qū)的自然情況，建設具有農(nóng)業(yè)觀光、樹林、房舍等綜合功能的特色產(chǎn)業(yè)，從而為城市發(fā)展提供更多生物資源，改善當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，打造生態(tài)農(nóng)業(yè)。

煤礦塌陷區(qū)治理空間框架主要包含三個功能區(qū)。一是生態(tài)恢復核心區(qū)。生態(tài)恢復區(qū)由大片森林和湖面共同組成，是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的關(guān)鍵。生態(tài)恢復核心區(qū)域的總體環(huán)境良好、空氣干凈、噪聲少、污染少，經(jīng)過長時間的治理發(fā)展，該地區(qū)的煤炭塌陷區(qū)域基本恢復了穩(wěn)定，一些區(qū)域還被開發(fā)成中高檔房地產(chǎn)項目。二是生態(tài)恢復緩沖區(qū)。生態(tài)恢復緩沖區(qū)包括森林、景觀林、農(nóng)田、防護林、苗圃等。為了減少煤礦塌陷帶來的經(jīng)濟損失，需要在區(qū)域范圍內(nèi)設置一定的補救措施，加強對土地資源的合理利用。三是生態(tài)旅游開發(fā)區(qū)。生態(tài)旅游開發(fā)區(qū)的建設要和當?shù)芈糜钨Y源密切配合，為游客的休憩提供重要的支持。

4.4 煤礦開采過程中對特殊景觀的保護

煤礦地區(qū)礦產(chǎn)資源的開采需要進行嚴格的規(guī)劃管理，在礦產(chǎn)資源開采的過程中要嚴格保護生態(tài)環(huán)境，將煤礦開采活動對周圍環(huán)境的不利影響降到最低。具體來說，要做好以下幾點工作：第一，嚴格限制已經(jīng)建成的地貌景觀和地質(zhì)遺跡保護區(qū)內(nèi)的開采活動，不選擇會對水土環(huán)境帶來污染的礦業(yè)企業(yè)。第二，在風景名勝區(qū)要禁止破壞生態(tài)環(huán)境的活動，并評估礦產(chǎn)開采活動的影響和災害發(fā)生的可能。第三，在文物重點保護區(qū)域內(nèi)禁止各種影響文物保護的采礦活動，并要進一步加強對文物的保護。

5 煤礦塌陷區(qū)的生態(tài)工程設計

5.1 充填復墾

5.1.1 煤矸石充填復墾法

在煤礦沉陷區(qū)應用煤矸石充填復墾，這可以讓已經(jīng)受到破壞的土地重新具備生態(tài)經(jīng)濟價值。加強對廢棄矸石的重新利用，可以避免矸石山壓占土地，減少其對生態(tài)環(huán)境的污染。矸石山壓占土地和對生態(tài)環(huán)境的污染適合應用在沉陷深度比較大、面積比較小的廢棄地。這樣的區(qū)域往往水源條件不理想，在復墾操作之前需要對選用的煤殲石進行化學成分分析，保證選擇的充填材料所含毒性不超標。煤矸石充填復墾法主要包括煤矸石充填建設復墾和農(nóng)業(yè)復墾。

煤矸石充填建設復墾是應用煤礦區(qū)域現(xiàn)有的矸石山充填塌陷區(qū)，之后用來建設房屋，達到理想的復墾效果。煤矸石充填農(nóng)業(yè)復墾是指用煤矸石充填塌陷區(qū)，造地復田，在將塌陷土取出后，將土堆積在一旁，土堆積到一定高度之后進行壓實操作，壓實完成后進行耕種。在塌陷區(qū)進行復墾操作時，要結(jié)合塌陷深度來確定回填物的結(jié)構(gòu)特點，將對不利于植被生長的回填物放置在下面，之后進行煤矸石的回填。

5.1.2 粉煤灰充填復墾法

應用粉煤灰進行煤炭塌陷區(qū)的復田，通過管道將粉煤灰送到煤炭塌陷區(qū)進行造地復田。利用粉煤灰充填復墾既可以解決灰塵危害，又可以為煤炭塌陷區(qū)的復墾造地提供充足的填充材料。用電廠粉煤灰作為充填材料對采煤沉陷地進行復墾，一般適合應用在距離電廠10 km左右的采煤沉陷區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)變廢為寶。

5.2 非充填復墾

5.2.1 淺塌陷區(qū)的非充填復墾

淺塌陷區(qū)一般在煤層厚度不大的礦區(qū)，這種形式的開墾會直接提升地下水位，地表產(chǎn)生的大量積水會導致農(nóng)業(yè)絕產(chǎn)。高潛水位的地區(qū)還會出現(xiàn)大面積的塌陷，為此需要采取疏導水系的方式進行治理，即結(jié)合塌陷區(qū)的地理位置，對塌陷區(qū)進行開挖，并應用挖出的泥土將塌陷區(qū)的邊緣填高。淺塌陷區(qū)的非充填復墾包括以下幾種類型：第一，低潛水塌陷區(qū)。該區(qū)域是指淺水位雖然上升但是基本不會出現(xiàn)因為積水帶來的原水位下降現(xiàn)象，受損后的地貌是高低不平的丘陵地貌。對于這種類型塌陷區(qū)的治理，采取的是圍山轉(zhuǎn)綠色工程，在盆地底部挖井灌溉，使得復墾后的塌陷區(qū)成為澆灌保護和農(nóng)果相間的生態(tài)系統(tǒng)。第二，中潛水位塌陷區(qū)。該地區(qū)是指局部出現(xiàn)積水或者存在季節(jié)性積水的煤炭塌陷區(qū)。這類區(qū)域的復墾模式是將塌陷盆地底部開挖成能夠養(yǎng)魚的深水池塘，使開挖的池塘具備澆灌和蓄洪的功能，將塌陷之前的單一陸生農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)樗懡Y(jié)合的綜合生態(tài)農(nóng)業(yè)。

5.2.2 大面積塌陷區(qū)的治理

大面積塌陷區(qū)常年被水淹沒，積累的水不利于發(fā)展農(nóng)業(yè)和林業(yè)，但是適合發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)。深度積水塌陷的原因大多是因為水源過于充足，水文和水質(zhì)基本良好，周圍存在大量的河灘，為魚類的生產(chǎn)提供了重要的支持，有利于實現(xiàn)漁業(yè)又好又快發(fā)展。

為了進一步促進漁業(yè)發(fā)展，在深積水的位置上可以用網(wǎng)箱來養(yǎng)魚，并配備相關(guān)技術(shù)人員，采取科學的方式養(yǎng)魚。但是，現(xiàn)階段大多數(shù)的深積水塌陷區(qū)域采用的是人工放養(yǎng)的方式，總體獲益較少。因此，要結(jié)合實際將原有的粗放式養(yǎng)魚變成集約化養(yǎng)魚，加快發(fā)展水產(chǎn)品綜合工業(yè)。另外，在發(fā)展?jié)O業(yè)的同時，還可以建設水上公園、污水處理廠等，解決礦區(qū)職工的休憩問題。

6 結(jié)語

煤礦塌陷區(qū)的整治對地方經(jīng)濟發(fā)展有著十分重要的影響，在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展下，我國有效的土地資源每年都在減少，人均耕地面積持續(xù)減少，出現(xiàn)了比較嚴重的土地資源匱乏現(xiàn)象。同時，對有限土地資源的不合理利用，對人們的生存環(huán)境帶來了不可估計的破壞，甚至威脅到人們的生命安全。在這樣的情況下，做好煤礦塌陷區(qū)的治理，不管是對改善人們的生活，還是有效解決煤炭塌陷帶來的環(huán)境污染問題以及實現(xiàn)煤礦塌陷區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型都起到十分重要的作用，需要引起有關(guān)人員的重視。為此，政府相關(guān)部門要結(jié)合地方發(fā)展實際，創(chuàng)新煤礦塌陷區(qū)的工作方式，將現(xiàn)代治理方法和傳統(tǒng)治理方式結(jié)合，在處理煤礦塌陷區(qū)問題的同時，注重對周圍生態(tài)環(huán)境的保護。從實際情況來看，采煤塌陷區(qū)的生態(tài)恢復和治理是一項復雜化、綜合化、系統(tǒng)化的工作，需要各部門密切配合，按部就班地完成各項工作，促進區(qū)域經(jīng)濟和生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)發(fā)展。

1 尹伶俐，張芹芹.煤礦塌陷區(qū)的治理對策分析[J].綠色科技，2011，（1）：93-94.

2 古 鋒，李濟生，翟迎新.煤礦采煤塌陷區(qū)高壓供電線路常規(guī)治理技術(shù)研究與應用[J].煤礦現(xiàn)代化，2011，（3）：43-45.

Study on the Treatment of Coal Mine Subsidence Area and Related Problems

Yang Jifei
(Shanxi Coal Import & Export Group Co., Ltd., Taiyuan 030006, China)

Coal is an important energy mineral, and plays a very important role in social and economic development. The coal resources development of excessive, make the underground mined ore seam in the upper strata of the balance suffered damage, slumping bending in large scale, increased soil erosion, environmental pollution, serious damage to the ecological environment for human survival. Based on the description of the coal mine collapse connotation, formation, classification,analysis of the impact of subsidence on the environment, on the collapse of the ecological reconstruction mechanism,ecological restoration and ecological engineering construction management, from the analysis of how to build coal mine coal mine area ecological system efficiency.

coal mine subsidence area; ecological system; reconstruction; restoration; Governance

X171

A

1008-9500(2017)09-0106-04

2017-07-26

楊繼飛（1989-），男，山西五臺人，碩士研究生，從事知識產(chǎn)權(quán)管理工作。