蔣少杰

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽合肥 230001）

0 引言

淮南市是安徽省乃至華東地區(qū)煤炭資源最豐富、分布最集中的地區(qū)之一，同時也存在許多因煤炭資源枯竭而關(guān)閉的廢棄煤礦?；茨鲜邪斯絽^(qū)建礦采煤較早，長期的煤炭開采導(dǎo)致部分礦山煤炭資源枯竭并關(guān)閉，成為廢棄煤礦。礦山是一個具有特殊社會環(huán)境以及自然環(huán)境要素的場地，具有人類工程活動強(qiáng)烈、對自然環(huán)境破壞性大、破壞類型多樣、地域分布廣、破壞持續(xù)時間長等特點[1]，廢棄煤礦存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其治理工作受到地方政府有關(guān)部門以及專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。其中，嚴(yán)家平等總結(jié)了淮南開采塌陷區(qū)的分布特征及土地資源利用現(xiàn)狀，探討了塌陷區(qū)土地綜合治理的保障措施[2]；張瑋根據(jù)采煤塌陷區(qū)的不同類型，研究了因采煤塌陷導(dǎo)致失去生產(chǎn)能力的土地復(fù)墾和生態(tài)功能恢復(fù)的機(jī)理和實現(xiàn)路徑[3]；許良驥等針對兩淮礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理現(xiàn)狀，探討了礦山地質(zhì)環(huán)境治理“兩大層次、三大類型、六種模式”的多元治理技術(shù)模式[4]。

淮南八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦由于長期開采形成了嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問題。本文通過對該礦開展詳細(xì)的礦山地質(zhì)調(diào)查工作，查明了由于礦山開采造成的采空地面塌陷、土地資源破壞以及地貌景觀損毀等問題，在借鑒淮南市礦山生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗和模式的基礎(chǔ)上，提出了合理有效的治理措施。通過礦山生態(tài)修復(fù)，將因礦山開采活動而受損的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到接近于采礦前的自然生態(tài)環(huán)境或恢復(fù)成與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)的其他生態(tài)環(huán)境[1]，以達(dá)到改善周邊人居環(huán)境的目的。

1 礦區(qū)概況

1.1 地形地貌

八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦位于江淮波狀平原北部，地形西南高、東北低，并向淮河傾斜。該礦區(qū)處于一級階地上，因處于新莊孜煤礦采煤塌陷區(qū)中，局部塌陷坑地勢低洼，地面標(biāo)高最低處僅6.9 m，平水期塌陷坑積水面積約8.9 hm2（1hm2=10000 m2），積水深度3.0～4.0 m。積水區(qū)范圍受季節(jié)影響，汛期最大積水面積可達(dá)12.0 hm2。

1.2 地質(zhì)背景

本區(qū)屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)徐淮地層分區(qū)淮南地層小區(qū)，區(qū)域地層由老到新依次有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和第四系?；茨系貐^(qū)在構(gòu)造位置上隸屬于華北板塊的東南緣[5]；屬于中朝準(zhǔn)地臺南緣的淮河臺坳與江淮臺隆的復(fù)合部位。區(qū)內(nèi)近東西向構(gòu)造與北北東向構(gòu)造復(fù)合、疊加。位于秦嶺緯向構(gòu)造帶的北緣，地處軸向北西西、向東傾伏的復(fù)向斜構(gòu)造中的八公山背斜西翼。

1.3 礦山概況

八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦位于八公山東麓的淮河南岸，新莊孜煤礦的北翼，該礦于1986年建成投產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)類型為集體煤礦，設(shè)計生產(chǎn)能力3 萬噸/年，2001年因煤炭資源枯竭關(guān)閉。礦井開采方式為井工開采，開采范圍為B6-B11 煤層、C13 煤層，開采上限為煤層露頭、下限為-245 m[6]。礦內(nèi)布置了提升井和回風(fēng)主井，采用斜井開拓方式，采用走向長壁采煤法采煤、全部垮落法管理頂板。由于井下開采及全部垮落法管理頂板，形成了采空地面塌陷、地貌景觀破壞等礦山地質(zhì)環(huán)境問題[7]，對地面道路、水土環(huán)境造成了一定程度的破壞。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

2.1 采空地面塌陷

采空地面塌陷均由地下開采煤炭資源所引發(fā)，礦井采用全部垮落法管理頂板，從煤層頂部由下向上依次垮落、斷裂、離層及彎曲，并在地表一定范圍內(nèi)形成下沉盆地，其采空地面塌陷的面積、形狀、深度受開采深度和采煤厚度的控制。根據(jù)《淮南礦業(yè)集團(tuán)謝家集八公山地區(qū)開采影響穩(wěn)沉評價報告》分析結(jié)果，取采深600 m、采厚5 m、煤層傾角30°、推進(jìn)速度2 m/d，得到最大下沉曲線顯示：淮南煤礦開采對地表影響的起始期（即開始階段）持續(xù)150 天左右，活躍期持續(xù)450天左右，衰退期持續(xù)300 天左右。地表移動持續(xù)總時間為起始期、活躍期和衰退期的時間總和，即900 天，約2.5年。2001年八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦關(guān)閉，至今已有21年，現(xiàn)采空區(qū)已基本穩(wěn)沉[8]。

礦區(qū)采空地面塌陷嚴(yán)重，原新莊孜煤礦造成地面整體塌陷變形最大深度約10 m，八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦復(fù)采造成塌陷局部加重，形成21個大小不一的塌陷坑塘，現(xiàn)狀調(diào)查水域面積約9.5 hm2，積水最深達(dá)6.5 m。采空地面塌陷不僅嚴(yán)重破壞土地資源及地形地貌，而且造成礦區(qū)周邊居民人身、財產(chǎn)安全受到威脅，生活環(huán)境質(zhì)量下降。

2.2 土地資源破壞

八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦礦區(qū)面積44.82 hm2，其中恢復(fù)治理林地面積33.14 hm2，治理塌陷水塘面積11.68 hm2。初步現(xiàn)狀條件下，先期新莊孜煤礦與后期復(fù)采在礦區(qū)內(nèi)形成了塌陷區(qū)，局部形成了塌陷水塘，水深1.0～6.5 m。破壞的土地類型大多為耕地、林地，對土地?fù)p毀較嚴(yán)重，同時造成地表水損失，加劇土地干旱。礦區(qū)土地利用類型主要為獨立工礦用地和旱地，地面上礦山建設(shè)單元主要為工業(yè)廣場以及遺留下的建筑設(shè)施及臨時性用房，礦區(qū)之外邊緣地帶有一些新莊孜煤礦工房與居民房。

2.3 水土環(huán)境影響

2.3.1 水環(huán)境

礦山“三廢”排放中以液體和固體廢棄物為主[9]。礦區(qū)產(chǎn)生的廢水主要有生活污水和礦井排水，生活污水年排放量約5000 m3，一般都經(jīng)過簡單凈化處理達(dá)標(biāo)后排放。根據(jù)《淮南市八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理設(shè)計》，井下排放礦坑水年產(chǎn)出量約15000 m3，其主要污染物指標(biāo)錳、鐵、氨氮離子背景值較高，其廢水經(jīng)新莊孜煤礦污水站處理后排放，未檢出超標(biāo)的組分，礦區(qū)水環(huán)境質(zhì)量尚未受到污染，礦山活動對水環(huán)境質(zhì)量影響一般，不影響周邊居民用水和農(nóng)作物生長。礦區(qū)的廢渣主要為采煤礦山產(chǎn)生的矸石，累計積存量為24000 m3，壓占部分土地資源。

2.3.2 土壤環(huán)境

礦區(qū)地貌類型為一級階地，由于開采塌陷影響，地形高差大，區(qū)內(nèi)表層土壤主要為黏土和沙壤土，地表多裸露或被矸石所覆蓋，水土流失較嚴(yán)重。

3 廢棄煤礦礦山生態(tài)修復(fù)

3.1 修復(fù)目標(biāo)與任務(wù)

八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦開采引發(fā)的地面塌陷、土地資源破壞等問題嚴(yán)重影響了附近居民的正常生活，造成了土地資源的閑置與浪費，限制了八公山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，對該礦山廢棄地開展生態(tài)修復(fù)治理的需求日益凸顯。礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)應(yīng)與原始的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，做到一礦一方案，一礦一景點，將礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)融入到當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，實現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展。依據(jù)該礦山地質(zhì)環(huán)境治理設(shè)計，修復(fù)治理目標(biāo)主要為：使修復(fù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到徹底改善，改變礦區(qū)周邊臟亂差環(huán)境，消除礦山開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害隱患及環(huán)境視覺污染，通過治理可使項目區(qū)寶貴的土地資源得到恢復(fù)，修復(fù)為林地和漁業(yè)養(yǎng)殖用地，為本區(qū)發(fā)展創(chuàng)造良好的社會環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境以及生態(tài)效益共贏的目標(biāo)。

為實現(xiàn)礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)確定的上述目標(biāo)，本次修復(fù)工程的主要任務(wù)為：工業(yè)廣場、堆煤占地植樹造林區(qū)（Ⅰ區(qū)），拆除廢棄辦公室、材料庫等，清理建筑垃圾、廢棄煤矸石堆，客土植樹，恢復(fù)為林地；平整場地造林區(qū)（Ⅱ區(qū)），對分布耕地、雜樹的區(qū)域進(jìn)行場地整平，整治為林地；修建魚塘（Ⅲ區(qū)），修整塌陷坑積水區(qū)，挖深墊淺、修整邊坡，修筑岸緣綠化道路，整治為魚塘；其他工程為修建排洪溝、水泥道路、機(jī)耕道路。通過對礦區(qū)的治理，實現(xiàn)藍(lán)天、綠地、碧水相親的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)分區(qū)示意圖見圖1。

圖1 八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦生態(tài)修復(fù)分區(qū)示意圖Figure 1. Zoning of ecological remediation of the local abandoned coal mine in Badongshan District

3.2 修復(fù)工程措施

為了推進(jìn)廢棄礦山由“大地傷疤”向“生態(tài)綠地”轉(zhuǎn)變[10]，實現(xiàn)廢棄礦山空間再利用，對區(qū)內(nèi)進(jìn)行場地平整、修建魚塘、植被復(fù)綠等方面的生態(tài)修復(fù)與治理，探索國土空間的修復(fù)與再造，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展騰出更多空間。根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征，有針對性地布局修復(fù)工程，恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)綜合修復(fù)目標(biāo)。

3.2.1 拆除、清運工程

主要分布在工業(yè)廣場、堆煤占地植樹造林區(qū)（Ⅰ區(qū)）。對該區(qū)內(nèi)工業(yè)廣場的絞車房、材料庫等廢棄建筑物進(jìn)行拆除，拆除面積3800 m2，產(chǎn)生建筑垃圾5480 m3，清運處理建筑垃圾至塌陷區(qū)進(jìn)行低洼地帶回填，從而達(dá)到治理環(huán)境的同時節(jié)約利用資源。清運煤矸石堆24000 m3，煤矸石中的黑矸石用來發(fā)電和燒制磚瓦，白矸石用來回填塌陷區(qū)、填筑路基。通過對矸石的綜合利用，不僅解決了煤矸石壓占土地、污染環(huán)境的問題，同時也取得了經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.2 地形平整工程

工業(yè)廣場、堆煤占地植樹造林區(qū)（Ⅰ區(qū)），建筑物拆除、建筑垃圾和煤矸石清運后，局部區(qū)域高低不平；位于礦區(qū)的西北部和中部的平整場地造林區(qū)（Ⅱ區(qū)），由于受采煤塌陷的影響，改變原有地形地貌，使原本平坦的地形變?yōu)榈貏莸屯菹蛩輩^(qū)中心傾斜的斜坡地形，汛期低洼地區(qū)易積水。擬對Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)整體依勢平整，將地勢較高處的土體削低回填地勢較低區(qū)，消除區(qū)內(nèi)起伏不平的地面，同時將塌陷坑開挖產(chǎn)生的土體運至該區(qū)，并進(jìn)行表層覆土，整平覆土后地形坡度小于2°，有利于樹木的灌溉和汛期排水需求。

3.2.3 修建魚塘工程

修建魚塘（Ⅲ區(qū)），對該區(qū)內(nèi)開采塌陷形成的不規(guī)則積水塘和地勢低洼地段進(jìn)行適當(dāng)挖深墊淺。按照施工順序，將水塘開挖地區(qū)的表層熟土提前剝離，臨時堆放到外圍空地上待用，目的是作為其他治理分區(qū)的表層覆土，土料熟化程度高，富含腐殖質(zhì)和有機(jī)物，可直接植樹；對高出設(shè)計要求的部分進(jìn)行挖深，并將這些土方運走用于低洼地區(qū)回填覆土；挖方完成后，對水塘邊坡進(jìn)行修整，對塘底進(jìn)行整平，形成水塘中心相對較深，周圍較淺。對水塘岸緣改造，用毛石修砌，臨水坡坡度設(shè)計為1∶0.5，修建的魚塘最高保水水位低于塘岸0.5 m，保水深度最少為2.5 m。魚塘除有水產(chǎn)養(yǎng)殖功能外，還具有蓄水灌溉功能。水塘坡頂修建寬度為1.5 m的環(huán)塘道路，并進(jìn)行綠化。

3.2.4 復(fù)綠工程

Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)場地依勢整平后，開展治理分區(qū)內(nèi)植樹工作，場地標(biāo)高低于+10.0 m 以下的區(qū)域，由于汛期受降雨影響，種植喜水樹種，選擇垂柳、水杉等；場地標(biāo)高高于+10.0 m 種植常青喬木，選擇高桿女貞、烏桕等。植樹行距3.0 m，株距3.0 m，直徑3～5 cm，并及時進(jìn)行后期的澆水、施肥養(yǎng)護(hù)，防治病蟲害，確保成活率。

3.2.5 道路修整工程

塌陷區(qū)主要道路改造為水泥混凝土道路，路面寬4.0 m，混凝土路面兩側(cè)坡度不大于45°。在整理后的場地基礎(chǔ)上充填路基，路基主要利用場地中清理的碎石土填筑，道路結(jié)構(gòu)為二層，底層鋪設(shè)碎石土，平均厚度為30 cm，應(yīng)分層充填，分層碾壓，每充填10 cm，重型平碾4～6 遍，壓實系數(shù)應(yīng)大于0.97；頂部25 cm 澆灌C35混凝土。

塌陷區(qū)水塘改造恢復(fù)為精養(yǎng)魚塘，魚塘外面整修環(huán)塘道路，滿足生產(chǎn)需求，同時可垂釣，發(fā)展旅游，提高經(jīng)濟(jì)價值。環(huán)塘道路寬1.5 m，平整水塘岸緣路面，在整理后的基礎(chǔ)上鋪墊路基，路基主要利用黏土，道路結(jié)構(gòu)為二層，底層鋪設(shè)黏土，平均厚度為20 cm，應(yīng)分層充填，分層碾壓，每充填10 cm，中型平碾2～4遍，壓實系數(shù)應(yīng)大于0.97；頂部用卵石或瓦片鋪墊，厚度10 cm。

3.2.6 泄洪溝工程

根據(jù)地形沿水塘整修泄洪溝，將礦區(qū)內(nèi)的水塘連接成活水，有利于畜牧養(yǎng)殖；同時，根據(jù)以往汛期來臨時實際雨水情況均衡各個水塘的水位，滿足與方便農(nóng)林灌溉需要。泄洪溝采用漿砌石結(jié)構(gòu)，梯形斷面，上口寬1.5 m，下底寬1.0 m，深1.5 m，C15 混凝土護(hù)面，護(hù)面厚度10 cm。

3.3 治理成效

本項目主要治理工程為場地整治工程、清理煤矸石、修砌魚塘、綠化工程等，其中拆除廢棄建筑物面積3800 m2，清運煤矸石堆24000 m3，地形平整33.14 hm2，覆蓋客土15000 m3；區(qū)內(nèi)修整道路1583 m，修建環(huán)塘道路5021 m，修建泄洪溝953 m，種植喜水及常青喬木共需36823棵。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)規(guī)劃示意圖見圖2。

圖2 八公山區(qū)屬地方廢棄煤礦生態(tài)修復(fù)規(guī)劃示意圖Figure 2. Ecological remediation plan of the local abandoned coal mine in Badongshan District

通過以上治理措施的實施，取得了一定的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。其中生態(tài)效益方面，通過本修復(fù)工程的實施，將在較大程度上改變了因地貌景觀破壞造成的視覺污染，改善了大氣污染狀況，減輕了水土流失，有效地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，極大地改善了周圍居民的生活環(huán)境。經(jīng)濟(jì)效益方面，通過植樹造林、修建魚塘、養(yǎng)殖水產(chǎn)等措施，新增林業(yè)用地約33.14 hm2，精養(yǎng)魚塘約11.68 hm2，其中坑塘水面按照每公頃價值3 萬元計算，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)約35 萬元。社會效益方面，修復(fù)工程的實施，將進(jìn)一步減少礦山地質(zhì)環(huán)境惡化對周圍村民生活的影響，增強(qiáng)人民的生活質(zhì)量，維護(hù)社會的和諧穩(wěn)定，同時，對進(jìn)一步提高人民的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識，推進(jìn)美好鄉(xiāng)村建設(shè)步伐，具有一定的積極作用。

4 結(jié)論

通過對礦區(qū)開展工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等專項調(diào)查，基本查明了礦山開采引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，有針對性地實施治理工程，達(dá)到了理想的治理效果。通過該項目的實施不僅改善了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，也恢復(fù)了大量的土地資源，取得了一定的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，同時也為淮南煤礦礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)提供了依據(jù)及參考。