煤矿开采区生态环境治理分析——以织金某煤矿片区为例.pdf

016西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES煤矿开采区生态环境治理分析以织金某煤矿片区为例田其博（贵州省地质环境监测院，贵州贵阳550009)【摘要】织金某煤矿片区由于煤矿开采对区内生态环境造成了较大破坏。本文基于现场调查及统计，针对区内存在的地质环境问题提出了废水引流处理、老碉封堵、土地复垦等治理修复措施，并从社会效益、环境效益和生态效益三方面分析了治理修复的必要性，为矿区生态环境治理提供了依据。【关键词煤矿；生态环境；治理措施；织金某煤矿长期以来，煤矿资源的开发在很大程度上带动了当地经济社会的发展，但矿业生产在促进当地经济发展的同时，也对矿区生态环境造成了较大的破坏,诸如压占及损毁自然资源（包括土地资源、植被资源、水资源及原始地貌景观资源）、污染地质环境（包括土壤环境及水资源环境）等，对区内及周边的人居环境造成了很大的影响和破坏，制约了区内人口、资源、环境全面协调和可持续发展 2 。因此，对区内多年采矿活动造成破坏的生态环境进行恢复治理对经济发展具有十分重要的意义。1.矿区概况织金某煤矿片区位于贵州省毕节市织金县珠藏镇，属高原型气候，冬夏季早晚温差较大，昼夜温差经常在10 以上，降雨多集中于5 8 月间。年平均气温14.1，月平均最高气温为2 5.4，历年极端最高气温为3 3.5，极端最低气温-10 C，雨量充沛，年总降雨量为8 8 0.2 1881.7mm，年平均降雨量12 43 mm，历年月最大降雨量为610.6mm，历年月最少为4.4mm，日最大降雨量为17 1.8 mm，降雪最早时间11月12 日，终雪最晚时间为3 月7 日，最大积雪深度为3 0 cm，10 月至翌年3 月均见有霜冻，最长霜冻时间达13 1天。区内出露的地层主要为二叠系和第四系，二叠系分布最为广泛。二叠系大隆组岩性以灰色薄至中厚层硅质岩、硅质页岩为主，夹砂岩、泥岩，厚1 2 0 m，与下伏长兴组为整合接触关系。二叠系长兴组岩性主要由灰、深灰色中厚层灰岩、燧石灰岩、泥灰岩组成，常夹黄色砂岩、泥质粉砂岩、钙质砂岩、钙质泥岩及0 1层炭质泥岩或煤层。二叠系龙潭组为一套典型的海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积岩系，主要由灰、灰黄色细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩组成。二叠系玄武岩组岩性为绿灰色，块状，隐晶质或拉斑玄武岩，夹火山角砾岩，具气孔状、杏仁状、流纹状构造，顶部常见白灰色玄武质火山碎屑凝灰岩，分布于含煤地层底部。在这一煤矿片区共设置四个治理区，分别为凤凰山至座窝寨片区、珠藏镇龙山村片区、大新桥水库木桥片区、青山羊场片区，均有水泥公路进人场区，治理交通条件总体便利。2.矿区地质环境问题凤凰山至座窝寨片区主要包括凤凰山片区矿坑内存在大量矿坑废水，座窝寨至丫口田一带土地遭受严重破坏，露天采坑和研石堆、废土堆随处可见，给当地居民生活留下诸多隐患3 。区内受采煤活动影响，道路已经受到不同程度的损毁，出现行车道窄、路面起伏大、道路积水，严重影响道路通行，损毁长度12.2 km。该区需要治理面积为7.0 9 km珠藏镇龙山村片区根据勘查，该片区5个小煤窑过去开采过程中形成了不同程度的煤石堆积体(4,煤研石堆积压占的土地面积共计约9 18 0 m，堆积研石总体积约6 0 2 1.6 m，对土地破坏面积0.2 6 km。大新桥水库木桥片区在大新桥水库上游汇水区分布了较多的老煤窑，而该水库正是织金县城的饮用水源地，为了保护水源水质，来自废弃矿山的废水流经当地许多地段。冲沟矿渣、酸性矿坑废水中的废水沉淀物和有害成分严重威胁当地居民用水安全5。该区需要治理面积为1.1km。青山羊场片区该片区内矿山开采形成了1个明显的采空沉陷区，位于原青山煤矿开采矿界范围内，同时除了该沉陷区外，在整个区内还有14个地面塌陷坑和5条地裂缝，采空沉陷区、地面塌陷坑以及地裂缝对区内土地造成了很大程度的破坏，矿山开采损毁的土地资源面积约0.3 8 km3.矿区生态环境治理措施治理区主要的四个治理片区，治理面积总计8.83km。根据各个片区不同情况设定技术路线图（图1）,并提出治理措施。凤凰山片区矿接入老水排水管道原有污水厂坑水治理凤凰山至座窝废弃矿渣清理寨片区座窝寨土地茶叶种植复垦灌溉网茶园建设公路修复12.2 km种植步道龙山村土地复垦场平后恢复为林地及草地珠藏镇龙山村片区搬迁避让安置场地建设居民生活区小煤碉废水及冲冲沟石笼护岸+沿线柳杉大新桥水库木沟土地侧蚀治理种植桥片区水库上游土地复恢复为林地及草地，种植垦及生物降解水生植物降解老采区地面塌陷青山羊场片区土地恢复为林地及草地破坏复图1治理设计技术路线图作者简介田其博（19 8 5一），男，本科，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。西部资源017WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期凤凰山至座窝寨片区据统计，凤凰山至座窝寨片区48 个老碉中，有3 0 个老仍有污水排出，其老碉水可通过管网收集后排人原有污水处理厂进行处理，措施一共包括7 条废水主管线及废水支管，将老碉水经沉砂井初步沉砂，泥水分离后排人矿区污水管网系统，最终排入污水处理厂处理达标后排放水体。管线沿地形纵向坡度设置，尽量沿自然水体（沟渠、河道）单侧埋设污水干管，以减少管线沟槽开挖工程量。管道采用MPVE环保排污双壁波纹，管径为40 0 800mm，整体覆土控制不小于1.0 m，局部覆土不足0.5m及下穿冲沟处采用2 0 cm混凝土满包处理。其余18 个无水老碉需采取毛石混凝土进行封堵 7 ,采用毛石混凝土封堵老碉，洞口表面采用M15水泥砂浆抹面清光，毛石混凝土工作量为47 2.8 0 m，M15水泥砂浆抹面清光面积47.2 8 m。老碉封堵顺序自里而外的后退式修建浆砌石，封堵厚度2 0.0 m，沟壁厚度0.3 0 m，施工结束后采用M15水泥砂浆抹面清光10 0 mm。所有的块石均须坐在新拌和砂浆上，砂浆缝必须砂浆饱满，石块间不得直接紧靠，采用毛石混凝土封堵。老封堵施工结束后，在所有废弃矿洞口外显眼位置设立永久性明显警示牌，彻底消除公共安全隐惠。治理区茶园规划范围为珠藏镇座窝寨至丫口田一带，规划面积1.0 km。该区段地形地貌较为复杂，起伏较大并且植被发育（植被主要为柳杉、灌木），具有较厚的土层。主要治理措施为宜作园地。规划选择土壤酸性和比较集中成片的地方划为茶区，把宜茶土地尽量建成茶园，坡度过陡和山顶、山脊宜划为林区。将茶园的道路分为主干道、支道和步行道，互相连接组成道路网。坡度较大处的支道、步道修成“S”字形缓路迁回而上，以减少水土冲刷并便于行走。坡度在10 以下的缓坡步道不必修“s字形而可开成直道。茶园道路的设置要便于园地的管理和运输畅通，尽量缩短路程，减少弯路。在次干道和支道应每隔200m设置一个错车道。为了少占用土地，应尽可能做到路、沟相结合，以排水沟的堤坎作道路。排蓄水系统应将土地设置成15斜坡，以利于排水。根据排蓄兼顾的原则，建立一套设有隔离沟、纵沟、横沟沉沙坑、集水井组成的排水、蓄水系统，既可防止雨水径流冲刷茶园土壤，又可蓄水抗旱和解决施肥、喷药用水，这样就可变水害为水利，并可减少表土随水流失，做到小雨不出园，大雨不成灾。茶树种植：选择生长健壮，苗高2 0 cm以上，茎粗0.3 cm，分枝23 个，根系发达，无严重病虫危害的无性系云雾绿茶苗进行定植。对该区因采矿损毁的12.2 km道路进行修复，修复地点位于珠藏镇华山村一羊场坡一带，共3 段，其中主线一条，支线两条。主要修复措施为路面拓宽、平（纵断）面优化及路面硬化，加强排水和边坡防护，提高公路通行质量。充分利用原有公路的行车道和土路肩，平面适当调整，尽量少改路线、少占田地、杜绝拆迁房屋；纵向设计以少量路基找平填方为主、挖方为辅，杜绝大挖大填；必要路段修建排水边沟、涵管，浆砌石护坡墙、路堤，做到平面顺适、纵坡均衡、横面合理。珠藏镇龙山村片区针对珠藏镇龙山村片区的治理措施为土地复垦，将受损土地复垦为柳杉林、草地。柳杉种植：林地主要选择柳杉，柳杉苗根据设计的株行距在地面上确定各乔木的种植穴，在平坦开阔地做到横平竖直，整齐美观，地形复杂或范围较小时，依据地形变化进行布置定点，做到疏密适当，自然流畅，按“品”字形种植，间距2 m。植苗时保证苗木根系舒展，按“三埋两踩一提苗”操作技术，确保回填土压实，定植后及时浇灌定根水。草地播种：草地选择冷季型草种早熟禾种植。将土壤深翻到2 0 cm，清除表土内树根、石块、建筑垃圾等杂物，整平地面，灌透水后进行播种，播种量15 2 0 g/m，确定播种量后，将要播种的地分块，按所分面积及播种量称量好种子，拌三倍细沙，分两次均匀撒于土表，用人工耙子粑一遍，然后在表面覆大约1cm厚的细沙和肥料的混合物，之后用瓷子压一遍。大新桥水库木桥片区针对大新桥水库木桥片区存在的问题，采用冲沟内矿渣清理、老碉封堵及研石堆清除、冲沟堆放格宾石笼、生物措施降解四种措施进行治理。矿渣清理：冲沟内矿渣清理主要针对大新桥水库上游木桥片区5条自然冲沟，为便于沟体内格宾石笼的铺装及其对酸性废水的处理效果，对冲沟进行残余矿渣及垃圾进行清理，清理工程量约112 0 m。老碉封堵及石堆清除：老碉封堵及研石堆清除与凤凰山至座窝寨片区措施方法一致。冲沟堆放格宾石笼措施为了综合水体酸性，防止沟体两侧土体受冲蚀，维持原有地形地貌，同时兼具减缓流速的功能，最大限度地保护区域耕地不受流失。冲沟堆放格宾石笼：格宾石笼网设计如图2 所示，宽1.0m，高1.0 m，单层堆放，网目8 0 x100mm，网面丝径为2.7mm，包覆PVC后丝径3.7 mm，镀锌量大于2 50 g/m，抗拉强度大于40 0 MPa，格宾网填石采用的石料为碳酸盐岩，石质均匀，无裂纹，坚固新鲜，粒径控制在10 cm30mm，且级配良好；叠水段，采用粒径大于40 cm的碳酸盐岩干垒。网箱及与沟壁处铺设一层2 0 0 g/m的土工布。另外在沟体陡坡处设置景观垒石消能。生物措施降解主要应用在织金县珠藏镇木桥村，总面积约1.1km。主要措施为场地周边复绿 8 ,在复垦区外围选择柳杉树和毛竹作为植树复绿的种苗类型。该场地区域平均年降雨量在12 0 0 mm，年平均温度高于10 C,且区域整体坡度较陡，大多数大于2 0，场地土壤结构松散，土壤呈酸性，土地pH值适宜柳杉树生长。另外毛竹生长较快，四季常青，基本没有枯枝落叶，不仅具有很强的景观效果，还有一定的经济价值，可栽植在环岛上。建设水生植物带：选择当地优势挺水植物，芦苇、香蒲、蒸（菱白）、荷花，其繁殖能力，环境适应能力都非常突出。主要繁殖方式是产生发达的地下匍匐茎进行克隆生018西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES长，因此可以在短时间内形成较大的单优群落。选择竹叶眼子菜作为栽种的沉水植物，可以适应在河流等流水中生长，除了水生，可以适应枯水后的湿生，对水位波动具有一定的耐受力。花絮挺出水面，种子易收集。生态修复区道路工程：为了保护土地复垦区等自然树木和植被，区内道路的设计是在利用原有地块分割区和现有道路的前提下形成的自由型道路系统。路宽以2.4m为主。道路总长9.3 km。道路采用15cm厚的碎石垫层，路面采用水泥混凝土路面。过水坝设计：通过过水坝设置，能在丰水期拦蓄足够的水量，保证多余的水量能宣泄下去，又能在枯水期有足够的水量满足水面的形成。由于上游片区起点到水库区河底面高差较大，为减少土石方量开挖，通过修建5道过水坝以达到蓄水位。原始沟面线格宾石笼聚酯长纤无纺布水位线开挖区域20.4m镀锌覆塑格宾挡墙图2 格宾石笼网箱布置图青山羊场片区青山片区矿山生态环境治理主要为羊场坡土地复垦工程9，主要为土地复垦及道路修复。主要措施有柳杉种植与草坪播种,其种植方式与珠藏镇龙山村片区一致。另外还有对羊场坡受损泥结石路2.3 km进行毛石路基铺垫及硬化，厚2 0 cm，路宽4.5m，总面积2 3 8 5m。对跳花节戏台子进行修，主要为场地硬化，硬化面积16 3 7 m。4.效益分析社会效益煤矿开采区生态环境治理可以恢复治理区大部分耕地和林地，改善土地利用结构、合理利用土地、改善区域环境、促进生态良性循环。恢复的林、灌植被，还能防治治理区水土流失和土地沙化，提高当地生活质量，促进区内经济和社会经济的发展，同时为创建和谐社会奠定了社会基础 10 环境效益煤矿开采区生态环境治理可以使矿区生态环境大大改善，恶化的环境迅速得到扭转，改善和提高了当地居民的生活环境。通过对矿山土地复垦和植被恢复，不仅改变了矿山风貌，而且起到了防风固沙、保持水土的作用。随着农田水利等基础设施的建设、植被和防护林的建设，使治理区面貌焕然一新，大大改善农业生态环境、区域小气候。利用生态系统进行土地复垦具有净化功能，使进入矿区的河水、生活污水、处理后的酸性矿山废水得到进一步净化，并实现资源化，同时对通过降雨等其他途径进入矿区的污染物也有净化作用，对保护周边人民饮用水水质具有重要意义。项目的实施，维护了生态平衡，并且通过治理，提高了群众保护地质环境的意识，对当地今后人类与自然协调、可持续、健康发展有重大意义。经济效益煤矿开采区生态环境治理可以改善当地的农业结构，有利于村镇建设发展。对带动当地旅游产业的蓬勃发展有着战略性意义，每年可增加经济效益约12 0 0 万元。公路修复12.2 km，可方便珠藏镇华山村和凤凰村约6 50 0 人出行，公路沿线1.6 7 km旱地种植和约2.0 km草地（林地）的开发利用，每年带来的潜在经济价值约18 0 0 万元。5.结论(1)由于煤矿开采，造成矿区一系列的地质环境问题，主要问题包括矿坑废水危害，矿区道路受损，煤研石堆积，形成采空沉陷区。(2)针对矿区的地质环境问题，提出治理措施，主要治理措施有修建管道进行排污处理，废弃矿渣处理，道路修复，冲沟堆放格宾石笼、生物措施降解等。(3)通过效益分析认为，对采矿活动造成破坏的生态环境进行恢复治理，在社会、环境、经济三方面均将产生可观的效益，对当地的经济发展有重要意义。参考文献1耿殿明，姜福兴.我国煤炭矿区生态环境问题分析 J.中国煤炭，2 0 0 2(0 7）：2 1-2 4+4.2范英宏，陆兆华，程建龙，等.中国煤矿区主要生态环境问题及生态重建技术 J.生态学报，2 0 0 3（10）：2 144-2 152.3谢宏全，张光灿.煤研石山对生态环境的影响及治理对策J.北京工业职业技术学院学报，2 0 0 2 0 3：2 7-3 0+6 2.4臧熹.潼关县矿山地质环境恢复治理的思考 J.能源与节能,2 0 2 1(11):7 0-7 2.5高晓星，王晓宇.煤矿研石山环境治理及生态修复技术研究 J.能源与环保，2 0 2 3,45（0 1)：2 7-3 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