辛建寶

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

我國“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭將一直是我國的主體能源[1-2]，長期以來，煤炭資源以其豐富、廉價、可靠的特性一直處于人類能源供給的重要地位[3]。煤炭資源的開發(fā)利用具有明顯的生命周期性，從煤炭的開發(fā)利用角度出發(fā)，煤礦全生命周期是指煤炭從原煤的開采到最終廢棄物處理所經(jīng)歷的各個階段和整個過程。煤炭資源的勘查、開發(fā)、利用是一個龐大復(fù)雜的非線性多元化系統(tǒng)，科學(xué)劃分煤炭全生命周期階段，系統(tǒng)研究新形勢下的地質(zhì)保障技術(shù)體系，是實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)升級、安全生產(chǎn)、清潔高效利用的必要基礎(chǔ)[4-5]。

基于扎魯特旗扎哈淖爾露天礦（以下簡稱“扎哈淖爾露天礦”）地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)恢復(fù)治理現(xiàn)狀及成果，結(jié)合煤礦初步設(shè)計、用地性質(zhì)、開采進度計劃、用地進度計劃、中長期規(guī)劃及年度設(shè)計等技術(shù)文件，對扎哈淖爾露天礦全生命周期地質(zhì)環(huán)境變化及生態(tài)治理區(qū)域進行規(guī)劃。通過結(jié)合實際地質(zhì)條件和開采條件，為扎哈淖爾露天礦剩余服務(wù)期限生態(tài)恢復(fù)及轉(zhuǎn)型發(fā)展方向提供指導(dǎo)，同時為其他露天煤礦全生命周期規(guī)劃提供借鑒。

1 礦區(qū)總體概況

扎魯特旗扎哈淖爾露天礦屬于霍林河煤田二號露天采區(qū)，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市西北端，在霍林郭勒市和扎魯特旗境內(nèi)，屬于低山丘陵與山間河谷平原地帶。煤田整體呈東西走向，東西長13.27 km，南北寬1.15～3.58 km，礦區(qū)面積30.517 7 km2。

1）采場現(xiàn)狀。露天采場內(nèi)四號聯(lián)絡(luò)路將采坑依次分成東、西2 部分，西部采坑三煤組與四煤組縱向開采，東部采坑三煤組縱采快速靠界，四煤組橫采內(nèi)排。由于露天礦多家外包單位形成各自獨立的空重車線，露天采場內(nèi)尚未形成有效連貫的工作線布置，開采作業(yè)順序復(fù)雜。

2）開采工藝。扎哈淖爾露天礦為大型生產(chǎn)露天礦，生產(chǎn)規(guī)模為18 Mt/a。目前扎哈淖爾露天礦表土層采用輪斗工藝，其余土層剝離采用外包形式。中部巖石層采用1 套半連續(xù)剝離工藝（單斗-卡車+半移動式破碎站-帶式輸送機半連續(xù)工藝）和單斗卡車工藝。采煤采用單斗-卡車+半移動式破碎站-帶式輸送機半連續(xù)工藝，現(xiàn)狀有2 套半連續(xù)系統(tǒng)。

3）生產(chǎn)系統(tǒng)。扎哈淖爾露天礦煤系統(tǒng)共有2 套生產(chǎn)系統(tǒng)，2 套煤破碎站能力均為850 萬t/a，并經(jīng)由端幫帶式輸送機運至地表進而運往儲煤場?，F(xiàn)有露天礦已經(jīng)實現(xiàn)雙環(huán)運輸，有南北兩側(cè)卡車出入溝，均能實現(xiàn)卡車裝車外運。剝離半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)能力7.6 Mm3/a，該系統(tǒng)主要用于采場中下部剝離物料的破碎、運輸、排卸，節(jié)省設(shè)備生產(chǎn)運距及提升高度。表土松散層為輪斗挖掘機-帶式輸送機-排土機連續(xù)開采工藝，輪斗挖掘機水平分層、端工作面方式采掘，單臺階開采，帶式輸送機兩采一移，選用的輪斗的設(shè)備型號為6 600 m3/h，整個輪斗系統(tǒng)的理論能力為1 000 萬m3。

截至目前，礦山排土場總占地面積為1 449 hm2，已開展生態(tài)恢復(fù)面積844 hm2，包括撒播草種、栽植喬木灌木，結(jié)合客土噴播技術(shù)進行生態(tài)恢復(fù)治理。供水系統(tǒng)土建部分完成管路鋪設(shè)30 km，修建泵房6座、蓄水池6 處，蓄水能力達3.5 萬m3。噴灌系統(tǒng)安裝467.93 hm2、滴灌系統(tǒng)安裝33.27 hm2、臨時灌溉系統(tǒng)安裝286.33 hm2。

2 全生命周期動態(tài)開采過程

1）開采進度計劃設(shè)計。扎哈淖爾露天礦于2021年提前實現(xiàn)全面內(nèi)排，剝離工藝系統(tǒng)需在2023 年新增1 套巖石半連續(xù)工藝，因此2022 年西幫需要逐漸緩幫成工作幫，為新增的巖破系統(tǒng)提供空間位置。露天礦開采進度計劃設(shè)計見表1。

表1 露天礦開采進度計劃設(shè)計

2）露天礦開采動態(tài)模擬。根據(jù)開采進度計劃，工作幫逐年向西推進，內(nèi)排土場隨之跟進。到2021 年，露天礦實現(xiàn)完全內(nèi)排，工作線轉(zhuǎn)向完成。2023—2032年，露天采場工作線長度達到頂峰，這期間露天礦推進度較小，內(nèi)排土場與露天采場跟隨緊密，最大程度降低剝離運距。2032—2040 年，受礦權(quán)界幾何形態(tài)影響，露天礦剝離工作線逐年降低，推進度較大，此時內(nèi)排土場推進速度快，各年的可復(fù)墾面積較大。2040—2049 年，露天礦進入尾聲，到2046 年露天采場到界限，內(nèi)排土場頂部可全部進行復(fù)墾，2049 年開采結(jié)束后，露天礦尾坑可進行復(fù)墾，露天礦開采動態(tài)模擬如圖1。

圖1 露天礦開采動態(tài)模擬

3）用地計劃。以開采計劃時間節(jié)點為編制單元編制露天礦用地計劃包括露天礦現(xiàn)有占地面積、各年新增的占地面積、排土場各年可綠化面積。露天礦用地計劃一覽表見表2。

表2 露天礦用地計劃一覽表

3 全生命周期治理規(guī)劃

3.1 地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)恢復(fù)治理的特點及規(guī)劃原則

3.1.1 時間尺度

1）生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)準備期。以2020 年為現(xiàn)狀節(jié)點，2020—2023 年為第1 階段，2021 年扎哈淖爾露天礦通過技術(shù)優(yōu)化、空間綜合利用等方式提前實現(xiàn)全面內(nèi)排，減少土地資源的占用。排土場實現(xiàn)全部內(nèi)排，持續(xù)進行生態(tài)恢復(fù)工作，提升水土保持功能，提高生態(tài)恢復(fù)區(qū)域生物多樣性，涵養(yǎng)水土，局部區(qū)域建設(shè)景觀點，為下階段生態(tài)轉(zhuǎn)型打好基礎(chǔ)。

2）生態(tài)提升轉(zhuǎn)型收益期。在煤礦正常生產(chǎn)階段，在不打破礦山上階段生態(tài)恢復(fù)成果的基礎(chǔ)上，避免生態(tài)恢復(fù)產(chǎn)生空窗期，將生態(tài)成果轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟收益，發(fā)展畜牧養(yǎng)殖、文化旅游、景觀公園等生態(tài)產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建生態(tài)、生產(chǎn)、生活三位一體的人工生態(tài)型礦區(qū)。

3）退出工業(yè)化生產(chǎn)恢復(fù)原生草原期。在煤礦生產(chǎn)結(jié)束后，對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施進行拆除，將排土場、露天采場、地面道路等區(qū)域進行近自然的地形重塑，周邊草原地貌相協(xié)調(diào)，恢復(fù)原生的草原生態(tài)系統(tǒng)。

3.1.2 空間尺度

1）露天采場治理。為避免在煤礦開采過程中開挖面的長時間裸露，對裸露的邊幫和臺階進行臨時復(fù)墾綠化，開采結(jié)束在消除采礦地質(zhì)災(zāi)害后，對采坑進行全面生態(tài)恢復(fù)，形成草原坑塘地貌。

2）外排土場治理。利用外排土場人工排棄形成的高低錯落，層次分明地貌條件，在生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)牧業(yè)、肉牛、文化旅游等生態(tài)產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建生態(tài)排土場。

3）內(nèi)排土場治理。采坑向前推進，內(nèi)排及時跟進，縮短作業(yè)面工作長度，減小擾動土地面積及破壞草原植被的時間，將生態(tài)恢復(fù)與內(nèi)排共同推進，滾動治理，打造平緩的草原生態(tài)地貌。

3.2 生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)準備期規(guī)劃

以2021 年開始實現(xiàn)全面內(nèi)排為分界點，基于現(xiàn)階段生態(tài)恢復(fù)成果，對到界區(qū)域進行土壤改良及生態(tài)恢復(fù)，達到防治水土流失，實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)的目的，通過構(gòu)造局部景觀點，提升扎哈淖爾露天礦企業(yè)形象。經(jīng)過2 年（2022—2023 年）的生態(tài)恢復(fù)，使外排土場具有可以實現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)開墾的條件，為礦區(qū)向生態(tài)型經(jīng)濟礦區(qū)發(fā)展打好基礎(chǔ)。生態(tài)基礎(chǔ)準備期生態(tài)功能分區(qū)包括水土保持工程區(qū)、南排生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)、工業(yè)展示區(qū)、高位水池區(qū)和生態(tài)恢復(fù)實驗基地。2023年扎哈淖爾露天礦功能分區(qū)圖如圖2。

圖2 2023 年扎哈淖爾露天礦功能分區(qū)圖

3.3 生態(tài)提升轉(zhuǎn)型收益期規(guī)劃

該階段為2024—2049 年，在生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)準備期的復(fù)墾成果基礎(chǔ)上，通過規(guī)劃促進礦區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快礦區(qū)轉(zhuǎn)型升級，使礦山成為復(fù)墾土地生態(tài)恢復(fù)和礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略模式的樣板，堅持生態(tài)環(huán)境保護與煤炭資源開發(fā)并重的原則，建立生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。生態(tài)提升轉(zhuǎn)型收益期生態(tài)功能分區(qū)包括休閑觀光區(qū)、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)、游牧文化主題區(qū)、生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、綠島濕地公園、礦坑生態(tài)園、綜合管理中心、礦山工業(yè)技術(shù)展示區(qū)及生態(tài)恢復(fù)試驗基地。

2024—2031 年主要對外排土場進行系統(tǒng)性功能分區(qū)，依據(jù)排土場現(xiàn)有地形進行科學(xué)規(guī)劃，在恢復(fù)排土場區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的同時，為扎哈淖爾露天礦復(fù)墾區(qū)發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新型園區(qū)打下基礎(chǔ)。本階段主要新增生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)（北排土場）、生態(tài)垂釣園、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)（清潔工業(yè)區(qū)改造）和休閑觀光區(qū)（南排生態(tài)恢復(fù)區(qū)和高位水池區(qū)結(jié)合）。

2032—2040 在生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃過渡期，通過增加生態(tài)防護林帶及綠色景觀隔離帶，構(gòu)建天然景觀。生態(tài)防護林帶規(guī)劃利用外排場、內(nèi)排場原有的地勢進行景觀改造，種植各種景觀樹種，開展農(nóng)光互補，建設(shè)綠島濕地公園，構(gòu)建游牧文化主題區(qū)和生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)。全力打造新型產(chǎn)業(yè)模式的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，為打造礦區(qū)復(fù)墾土地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的標桿夯實基礎(chǔ)。本階段新增分區(qū)主要包括游牧文化主題區(qū)、綠島濕地公園（生態(tài)垂釣園擴建）和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)。

基于2032—2040 年游牧文化主題區(qū)、綠島濕地公園及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)，規(guī)劃集畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)光互補、蒙中藥材種植為主導(dǎo)的經(jīng)濟綜合體，實現(xiàn)集科技、文化、旅游為一體的礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展新思路，打造一軸（生態(tài)展示觀光軸）、一心（礦區(qū)綜合管理中心）、一帶（景觀大道觀光帶）、兩園（綠島濕地公園、礦坑生態(tài)園）、八區(qū)（游牧文化主題區(qū)、休閑觀光區(qū)、礦山工業(yè)技術(shù)展示區(qū)、生態(tài)試驗基地、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、蒙中藥材種植區(qū)、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)和生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)）的生態(tài)配置模式，發(fā)展生態(tài)循環(huán)可持續(xù)農(nóng)業(yè)。露天礦各階段功能分區(qū)圖如圖3。

圖3 露天礦各階段功能分區(qū)圖

3.4 退出工業(yè)化生產(chǎn)恢復(fù)原生草原期

將綠島濕地公園、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)、休閑觀光區(qū)、工業(yè)技術(shù)展示區(qū)、生態(tài)恢復(fù)基地、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范、生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)及游牧文化主題區(qū)進行拆除，清除全部硬化設(shè)施及地面構(gòu)筑物，進行土地平整后恢復(fù)為草地；將蒙中藥材種植區(qū)進行土地平整后恢復(fù)為草地；露天采場利用先進的邊坡復(fù)綠技術(shù)，結(jié)合露天礦形成的形態(tài)進行生態(tài)治理，對采坑邊坡進行削坡，塑造近自然的原始坡面恢復(fù)草原植被，對采坑巖層邊坡采取掛網(wǎng)客土噴播、飄臺護坡、種植槽+SNS 柔性防護網(wǎng)等技術(shù)進行生態(tài)治理?；謴?fù)礦區(qū)內(nèi)草原植被的生物多樣性，進行近自然的地形重塑，與周邊草原地貌相協(xié)調(diào)，使礦區(qū)回歸原生態(tài)草原。

4 社會效益和生態(tài)效益

1）社會效益。經(jīng)過逐年改造最終將建設(shè)功能分區(qū)有休閑觀光區(qū)、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)、游牧文化主題區(qū)、生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、綠島濕地公園、礦坑生態(tài)園及生態(tài)恢復(fù)試驗基地，同時擁有文化傳承、休閑旅游、生態(tài)保護等功能，成為礦區(qū)生態(tài)治理發(fā)展的新方向[6]。將促進礦區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，大力推進礦區(qū)的果、林、菜、畜優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展與旅游為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)形態(tài)[7]；豐富了當?shù)鼐用竦男蓍e文化生活，提高生活幸福指數(shù)，更能吸引外來游客，提高當?shù)氐穆糜萎a(chǎn)業(yè)收入；各區(qū)域的建設(shè)還為當?shù)鼐用裉峁┝烁嗟木蜆I(yè)機會，在一定程度上提高了當?shù)氐木蜆I(yè)率。多個功能區(qū)可以服務(wù)于周邊群眾，提升了企業(yè)形象，增加了社會效益。

2）生態(tài)效益?，F(xiàn)階段扎哈淖爾露天礦生產(chǎn)區(qū)域裸露地面較多可能造成粉塵污染，對環(huán)境十分不利，通過對排土場的綜合治理可以有效涵養(yǎng)水源，控制水土流失，增加土壤肥力，改善氣候條件，促進礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，提高抗自然災(zāi)害能力[8]。通過林木的種植，可有效提高土地的林草覆蓋率，對防風(fēng)固沙、防止水土流失、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、凈化空氣、調(diào)節(jié)地方小氣候及生物多樣性都起到了不可估量的作用[9]。

5 結(jié)語

科學(xué)劃分和研究煤炭資源全生命周期各階段的地質(zhì)任務(wù)和科技創(chuàng)新方向，是實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)升級及清潔高效利用的必要基礎(chǔ)。建立新時代煤炭資源全生命周期地質(zhì)保障技術(shù)體系是期望煤炭生產(chǎn)單位能緊跟新時代需求，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級與健康可持續(xù)發(fā)展。扎哈淖爾露天礦全生命周期地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃制定了礦山全生命周期綠色發(fā)展的總體目標和主要任務(wù)，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的整體性出發(fā)，立足礦區(qū)自然、經(jīng)濟及社會條件，提出礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)治理總體思路、技術(shù)指標、實施方案及保障措施，科學(xué)指導(dǎo)礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)工作，形成示范帶動效應(yīng)，在生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)上，結(jié)合礦區(qū)的區(qū)域位置、用地性質(zhì)，打造生態(tài)經(jīng)濟示范區(qū)。