達拉特旗某典型井工煤礦采煤沉陷區(qū)生態(tài)修復治理工程探討

1 研究區(qū)概況

　　1.1 地形地貌

　　研究區(qū)地形呈西南高東北低的趨勢，海拔1000～1500m，南部是丘陵土石山區(qū)，在鄂爾多斯臺地北端，占總面積的54%，礦藏豐富，地勢起伏較大，水土流失嚴重;中部為庫布其沙漠，占總面積的19%，宜林宜牧，水土流失嚴重;北部為黃河沖積平原，占總面積的27%，地勢平坦，是國家商品糧基地和國家農業(yè)綜合開發(fā)區(qū)。

　　1.2 氣候特征

　　研究區(qū)屬典型溫帶大陸性氣候，年均日照時數3000h，年均氣溫6.1～7.1℃，極端最高氣溫39.6℃，極端最低氣溫-30.3℃。平均相對濕度54%，蒸發(fā)量2130.5mm，無霜期135～150d，年均降水量240～360mm，降水主要集中在7—9月份。最大積雪厚度380mm，年平均風速2.7m/s。

　　1.3 土壤類型

　　研究區(qū)在內蒙古生態(tài)功能區(qū)劃中屬于庫布其沙地東段沙地植被防風固沙生態(tài)屏障功能區(qū)。地帶性土壤有栗鈣土、棕鈣土、栗褐土;非地帶性土壤以風沙土為主，其次是灰漠土、淤灌土、鹽土等。

　　1.4 植被情況

　　治理區(qū)土壤沙漠化較嚴重，地表大部為黃土覆蓋，海拔1000～1500m;地帶性植被類型為典型草原植被。鄂爾多斯臺地基本為流動和半固定沙丘，風沙土在全旗土壤中占絕對比重，質地與生產性能不良，僅長一些沙蒿、灌木和雜草，水土流失嚴重。治理區(qū)所在地區(qū)土壤貧瘠而干旱，植被稀少。

　　1.5 水文地質

　　本井田主要開采煤層位于當地侵蝕基準面以下，但附近無大的地表水體，地形有利于自然排水。淺部第4系松散層分布極不均勻，厚度為0～44.70m，主要為透水不含水層，在地勢平坦開闊的河谷地帶，含有孔隙潛水。深部煤系地層巖石裂隙不發(fā)育，地下水補給條件差，地下水以靜儲量為主。本井田水文地質類型為二類二型，即以孔隙、裂隙含水層為主的水文地質條件中等的礦床。

　　1.6 地區(qū)經濟

　　煤礦位于鄂爾多斯市東勝區(qū)西北部的達拉特旗昭君鎮(zhèn)境內，距東勝區(qū)僅35km。近幾年隨著地方經濟的不斷發(fā)展，投資環(huán)境得到較大改善，道路交通、電力設施已初具規(guī)模。區(qū)域內居民以從事農業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為主，經濟收入比較可觀，是當地經濟發(fā)展較快的地區(qū)之一。

　　2 礦區(qū)治理環(huán)境分析

　　2.1 治理區(qū)地質環(huán)境現狀

　　根據現場實地調查，經過多年井下開采，地面已形成采空沉陷區(qū)。按照治理區(qū)對礦山地質災害、占用損毀土地、含水層破壞、地形地貌景觀4大類礦山地質環(huán)境問題進行論述[1-3]。地質災害影響現狀：治理區(qū)位于高頭窯煤礦的采空沉陷區(qū)內;根據現場調查，存在地表裂隙、地面塌陷地質災害。含水層影響現狀：本區(qū)域地下存在大面積采空區(qū)，采空區(qū)破壞了基巖裂隙水含水層的結構使各含水層間產生了水力聯系，但由于礦區(qū)內的含水層富水性弱，對含水層影響程度較輕。對地形地貌景觀影響現狀：本區(qū)域已引發(fā)地表裂隙及地面塌陷等地質環(huán)境問題，對地形地貌景觀影響嚴重。土地資源影響現狀：本區(qū)域對土地資源影響程度較輕。

　　2.2 治理區(qū)地質環(huán)境預測

　　研究區(qū)主要在地面沉陷區(qū)范圍內，對其進行排矸，然后在矸石場上部進行覆土，恢復植被，達到沉陷區(qū)治理的目的。地質災害影響預測：排矸場最終坡角為22°，最終邊坡安全穩(wěn)定系數滿足要求，因此排矸場對地質災害影響程度較輕。含水層影響預測：主要是在沉陷區(qū)進行排矸，排矸工程位于地下含水層之上，因此排矸場對含水層結構影響程度較輕;排矸場雨水不會滲到地下，對地下水水質無影響;因此未來排矸工程對地下水水質影響程度較輕。地形地貌景觀影響預測：排矸場覆土，恢復治理，達到沉陷區(qū)治理的目的，未來排矸場對地形地貌景觀影響較輕。土地資源影響預測：對排矸場覆土，進行植被恢復，達到生態(tài)修復的目的，對土地資源影響程度較輕。

　　2.3 治理區(qū)生態(tài)修復方法

　　本工程地面沉陷治理方法采用煤礦選煤廠洗選產生的煤矸石對沉陷區(qū)溝谷進行填充、黃土覆蓋、壓實、平整方式將地貌重塑后，最終將整治后的土地恢復為人工牧草地[4，5]。地面沉陷治理方案采用土壤重構原理，把表土重構在回填矸石上部，使上部土層仍然在上部，下部巖層仍在下部，表土覆土厚度0.5m。矸石填充過程中，每5m厚夾蓋黃土1層（厚度為0.5m）。頂部每成型1個平臺進行統(tǒng)一覆土，并系統(tǒng)改造1次。通過對土地進行平整并根據土地適宜性評價將土地恢復成人工牧草地，達到沉陷區(qū)綠化、土地綜合利用、改善環(huán)境的生態(tài)效果。

　　3 治理區(qū)生態(tài)修復工程及工程量估算

　　3.1 土地復墾適宜性評價

　　本期恢復治理主要復墾區(qū)域為排矸場。本方案共選出地形坡度、排灌條件、有效土層厚度、土壤質地、損毀程度、降雨量、區(qū)位條件（道路設施）等7項參評因子，依據適宜性等級評定結果，綜合分析本次治理及復墾責任區(qū)自然條件和社會條件，結合公眾意見和政策因素，并考慮工程施工難易程度以及技術可行性等方面的因素，確定本期治理及復墾責任區(qū)最終復墾方向為草地，草種選擇適合當地生長的紫花苜蓿，具有一定經濟效益。通過生態(tài)治理區(qū)水土資源平衡分析可知，本治理項目覆土區(qū)域覆土厚度50mm，土源取自原沉陷區(qū)治理工程中剝離的表土，復墾過程中用水主要取自礦井處理后的水。 　　3.2 排矸場排棄工程

　　排矸場排棄工程結束后，在其邊坡和平臺覆土并平整，覆土厚度為50mm，平整厚度為30mm，然后種草恢復植被。

　　3.3 排矸場地質環(huán)境恢復治理工程量估算

　　沉陷區(qū)面積20hm2，后期排矸過程與北部已有排矸場進行合并，故排矸場實際治理面積為22.89hm2。排矸場臺階平臺和邊坡覆土面積22.89hm2，覆土厚度50mm，覆土量11.45萬m3;排矸場臺階平臺和邊坡平整面積22.89hm2，平整厚度30mm，平整量6.87萬m3;根據礦區(qū)生態(tài)分布情況和適宜性分析，本次礦山恢復植被選用草種為紫花苜蓿和當地雜草，所需紫花苜蓿457.8kg，當地雜草343.4kg。經測算，覆土綠化工程施工費預計為173萬元。

　　3.4 水土流失防治措施

　　每個治理區(qū)防治措施都以植物措施為主，主體工程采取的措施主要包括表土覆蓋和治理區(qū)植被恢復措施[6，7]。平臺及臺階設排水溝，周邊平臺周邊設置擋水圍埂，最終平臺設置網絡圍埂;為防止治理區(qū)遭受風蝕和水蝕，對治理區(qū)回填、整平和覆土后采取種草恢復植被措施，邊坡采用沙柳網格護坡，尺寸2m×2m，網格內撒播苜蓿。平臺布設30m×20m的網格圍埂，網格內撒播苜蓿。表土堆放場地最終也進行綠化，恢復植被;為減少施工過程中因風蝕造成的水土流失，在風季施工期內，增加灑水降塵措施。