神东公司煤炭项目水土保持生态保护技术探索与实践

刘　军，杜　卿，李　昊

(1.中国神华神东煤炭集团 环保管理处 水保监测站，陕西 神木 719300；2.黄河上中游管理局，陕西 西安 710021)



神东公司煤炭项目水土保持生态保护技术探索与实践

刘军1，杜卿2，李昊2

(1.中国神华神东煤炭集团 环保管理处 水保监测站，陕西 神木 719300；2.黄河上中游管理局，陕西 西安 710021)

主动型治理；技术创新；“三期三圈”；煤炭项目；神东公司

介绍了神东公司在水土保持生态保护方面的技术创新，包括主动型生态保护道路，开采前、开采中、开采后“三期”生态治理理念，外围防护圈、周边常绿圈、中心美化圈“三圈”生态治理模式等技术要点，实现了生态效益、经济效益和社会效益的多赢，解决了煤炭开采与脆弱生态保护的矛盾，为我国能源战略西移探索了一条主动型的水土保持生态保护途径。

神东公司地跨内蒙古、陕西、山西三省区，是神华产业链的源头和重要组成部分。自1985年开发建设以来，坚持“高起点、高技术、高质量、高效率、高效益”的建设方针，依托神华集团矿电化路港航一体化运营模式，形成了以 “生产规模化、技术现代化、队伍专业化、管理信息化”为特征的千万吨矿井群生产模式，创建了以“本质安全型、质量效益型、科技创新型、资源节约型、和谐发展型”为核心的煤炭生产企业。目前，拥有15个矿井，产能超过2亿t，安全、生产、技术、经济等主要指标达到国内第一、世界领先水平。

神东矿区地处毛乌素沙地与黄土高原过渡地带，生态十分脆弱，干旱少雨，多年平均降水量 360 mm，年蒸发量2 300 mm；原生植被种类单一，平均植被覆盖率仅3%～11%，风蚀区面积占总面积的 70%，是全国水土流失重点监督区与治理区。面对脆弱的自然生态，神东将环境建设纳入公司总体发展战略规划，形成了集公司决策、部门管理、矿厂负责、专业化运行为一体的管理体系；成立了以董事长为首的水保绿化管理委员会，负责水保绿化工作的决策与规划；设立了与煤矿同级的水保管理处，实现了水保绿化工作专业化管理；公司各职能部门负责建设期间水保管理，公司各矿、厂、中心负责生产期间水保管理；制定了《神东公司水保绿化管理办法》等60多项制度、标准，设立了水保台账，形成了公司、矿厂、区队三级制度体系。截至2015年底，公司累计投入水保资金14.5亿元，完成生态治理面积达240 km2，矿区植被覆盖率由开发初的3%～11% 提高到60%以上，神东矿区不仅没有因大规模开发而造成环境破坏，而且使原有的脆弱生态实现正向演替，在荒漠化地区建成了一片绿洲。

1　技术创新

神东矿区作为国家级能源战略西移的重点工程，开发建设过程中面临着大规模煤炭资源开采与脆弱生态保护的尖锐矛盾，事关生态安全与能源安全。鉴于此，神东在矿区开发初期，就对煤炭开发与环境保护问题进行了认真审视。西方发达国家在过去100多年的发展中，消耗了大量的能源与资源，以牺牲环境为代价完成了工业化进程，资源开发与生态保护没有可借鉴的经验。我国虽已确立了 “开发与治理并重”及“三同时”等治理的原则与制度，但仍处于“边开发边治理”与“先开发后治理”状态，对于生态脆弱区如何实现大规模资源开发与环境保护协同发展，尚无成功范例可供借鉴。

传统的理念、技术、经验不能给予神东矿区开发建设提供借鉴与支撑，神东将视线转向了环境学之外更广阔的科学领域，运用水土保持科技创新技术指导神东矿区大规模煤炭资源开发与生态保护协同发展的工程实践，为2亿t矿区开发建设提供了技术理论支撑。

神东公司针对水土保持生态保护开展了21项系统研究，其中自主研发的“荒漠化地区大型煤炭生产基地生态环境综合防治技术”获得国家科技进步二等奖，其主要创新在于如下4个方面。

1.1探索了一条主动型生态保护的道路

(1)从时间顺序上先治后采。神东从生态系统功能性角度出发，建设初期针对矿区大面积的流动与半固定沙地，不论是否属于企业井田范围责任区，在采前均进行了全面、系统的防治，有效建立了生态保障体系。

(2)在水平空间上治大防小。神东从生态系统整体性角度出发，对矿区生态环境进行大范围防治，控制采矿扰动造成的局部退化。对矿区周边风沙区公路、铁路、山体及水土流失严重的小流域实施了大范围的水土保持生态建设工程，仅建设初期就治理流动沙地103 km2，有效控制了开采扰动对矿区生态的影响。

(3)在垂直空间上采治互动。神东公司从生产和生态协同的角度出发，通过采用超大工作面整体沉降等一系列井下绿色开采技术，减少了对地表环境的损伤；通过采取裂缝封堵、生态修复等一系列技术，加快了沉陷区地表生态恢复速度，从而有效保护与建设了地表生态。

(4)在资金保障上以采促治，以治保采。神东生态水保资金主要来自于基本建设项目配套与生产专项资金提取。从开发建设伊始，每开采1 t煤提取0.45元专项用于生态防治，在全国煤炭系统中率先建立了生态治理资金长效保障机制，形成了以煤业发展促进生态治理，以生态治理保障煤业发展的良性循环局面。

1.2创新性地提出了“三期”生态环境治理理念

结合神东矿区自然生态特征与生产影响特征，提出了“三期”生态环境治理理念。采前大面积高标准治理，增强区域生态保护功能，使生态环境具有一定的抗开采扰动的能力；采中创新井下绿色开采技术，尽量减少对生态环境的影响；采后构建持续稳定的区域生态系统，实现生态资源可持续利用。

(1)开采前，通过实施防风固沙、水土保持等措施不断增强地表生态系统功能，提高生态系统的抗开采扰动能力，避免大规模开采导致生态退化。

(2)开采中，通过采取井下超大工作面整体沉降、矿井水井下存储净化利用、井下煤矸石置换等绿色开采技术，从源头防控 “三废”的产生，实现地表整体均匀沉降少破碎、矿井水井下存储净化利用少外排、煤矸石井下填充置换少升井，从而实现开采对地表生态的影响最小化。

(3)开采后，以“开采一次性煤炭资源，建设永续利用的生态资源”为目标，首先采取封育围护、人工促进自然恢复、微生物复垦等技术措施，全面修复开采对地表生态的影响；其次采取沉陷区生态功能优化等技术措施，大力营造沉陷区生态经济林，建设永续利用的地上生态资源宝库。

1.3创新集成了“三圈”生态治理模式

根据生态功能圈构建理论，结合矿区自然与生产特点，将神东矿区划分为外围防护圈、周边常绿圈、中心美化圈3个生态功能圈，互为关联、渐次增强、动态扩展。

(1)针对矿区外围大面积的流动沙地，神东公司结合自身特点，不断创新流动沙丘治理、半固定沙丘植被恢复和铁路公路沙害防治技术，人工调控植被演替方向与速度，优化以草为主、草灌结合的林分结构，构建了矿区外围宽幅立体生态防护体系。以治沙为基础建设的巴图塔沙柳林基地，治理面积10 km2，成为集治沙、造林、产业化为一体的综合治理样板区。外围防护圈生态功能构建就是以植物措施为主，机械措施为辅，多手段、快速度、大范围相结合，对占矿区总面积79%的风沙区进行控制性治理，为整体生态功能的构建打下基础。

(2)针对矿井周边水土流失严重的裸露山地，优化了水土保持整地技术，创新了针阔与乔灌综合混交造林技术和小流域综合治理技术，主要建设了 “两山一湾”周边常绿林，治理面积19 km2，既控制了山地水土流失，又营造了常绿景观。建成了连接外围防护圈与中心美化圈的主要生态林带，使之成了保护中心区的重要生态屏障。

(3)针对开发初期荒芜的生产生活环境，创新集成水保绿化、园林景观、生态城镇建设技术，建设森林化厂矿、园林化小区，使各厂矿、生活小区各具特色，绿地率达到35%，人均公共绿地超过10 m2，营造了优美和谐的生产生活环境，形成了人才、环境、效益的良性互动。

神东矿区大规模地开发建设必然形成大量的地面建筑，主要是矿井工业场区与生活住宅区，这是矿区生产生活的中心区域。由于这类区域的建设对地表的扰动强度大，甚至要完全破坏地表生态或造成严重的水土流失，因此必须对这类区域进行生态功能构建。同时由于这类区域是人们从事生产和生活的主要场所，因此在建设中还需要体现以人为本的思想，构建景观，创造优美的生产生活空间。神东工矿建设区生态功能与景观构建技术集水土保持技术、植被建设技术、园林建造技术、景观建造技术、市政建设技术等为一体，配合外围防护圈与周边生态圈，形成“三圈”整体生态功能。

1.4地表生态建设关键技术与示范工程

神东公司以“三期”“三圈”生态建设理念与模式为基础，积极探索生态建设技术，与水利部、陕西省水土保持局、中国矿业大学、内蒙古农业大学等单位合作开展了30多项研究，形成了地表生态建设的技术体系；开展了大柳塔沉陷区等生态示范工程建设，建成了一系列省级与国家级示范样板工程。

1.4.1影响规律与关键技术研究

(1)开采对生态环境的影响规律。超大综采工作面能增加均匀沉降区面积，相对降低了采动覆岩的损伤程度。大规模煤炭开采对乔、灌、草的影响程度依次减弱，局部对草本生长有促进作用，沉陷土地具有自修复能力。

(2)水的协同利用技术。系统研究沉陷区土壤水分承载力，采取保水、节水、增强植物吸水等技术措施，协同利用矿井水、土壤水、大气降水，有效保护与建设地表生态。

(3)生态优化配置技术。系统研究沉陷区植物群落演替规律，人工调控演替方向与促进建设速度，优化草、灌、乔林分结构，协同植物、动物、微生物生物链关系，构建物种多样、持续稳定的生态系统。

1.4.2主要示范工程

(1)地质环境治理技术与示范。矿区主要有沙地与黄土两种地貌类型，采煤造成沉降、裂缝等现象在黄土区表现较为明显，神东自主研发了柳杆障蔽生态锚固坡等一系列技术，有效地治理了沉降、裂缝。

(2)水土保持技术与示范。采用水保整地和林草种植相结合的水保技术，实施了“两山一湾”(大柳塔东、西山和上湾周边区域)水土保持工程和一系列小流域(红石圈小流域、白敖包小流域等)综合治理工程。大柳塔西山治理区被陕西省水保局命名为“水土保持示范工程”，上湾红石圈小流域治理工程被水利部命名为“全国水土保持生态环境建设示范工程”。

(3)水源涵养技术与示范。为保护矿区的净水资源，神东对哈拉沟、石圪台、考考赖沟、公涅尔盖沟等水源地采取源头层层设防、河道束水归槽等生物措施，防止沙土侵蚀，保护与涵养净水资源，完成治理8.8 km2。

(4)微生物复垦技术与示范。针对神东矿区干旱、贫瘠、地表沉降、植被受损等特点，神东公司于2008年开始和中国矿业大学(北京)合作开展微生物复垦关键技术研究与试验。通过从当地土壤中筛选出适宜的丛枝菌根真菌，培养后接种于植物根系，增强植物根系对土壤水分和养分的吸收，从而攻克了塌陷区生态治理中土地贫瘠、干旱缺水和塌陷伤根三大技术难题，植物成活率和植株生长量均提高了10%以上。

(5)大柳塔水土保持科技示范园建设。神东规划建设了集科研与示范为一体的大柳塔水土保持科技示范园，在大柳塔水土保持科技示范园建设了沙棘、文冠果、长柄扁桃(野樱桃)3个经济林试验示范基地。规划建设50 km2，目前已完成一期建设15 km2，完成投资3 200 万元。2014年该园被陕西省水土保持局评为省级水土保持科技示范园。神东公司在大柳塔水土保持科技示范园开展了水土保持径流观测、风蚀监测、生态环境监测3个监测项目和根系观测、品种展示、污泥培肥池、矸石利用、水保工程、微生物试验等 7项科研与示范工作。

2　三大效益

(1)生态效益。监测数据表明，神东矿区开发面积160 km2，治理土地面积达240 km2，治理面积大于开采面积；矿区植被覆盖率由开发初的3%～11% 提高到目前的60%以上，生态环境不仅没有遭到破坏，反而得到了大大改善。建成了生态系统稳定、功能完善的地表生态环境。

(2)经济效益。采用保水开采技术，在保护水资源的同时，大大减少了矿井的排水费用。此外，因采用井下分布式水库储水技术，而无需对矿井水进行地面处理，使矿井水直接循环利用，既节省了排污费、污水处理费用，又解决了矿区水资源不足的难题，为矿区脆弱生态环境的绿色建设、综合治理奠定了基础。神东矿区因节水和提高生态修复效率，间接获经济效益19.78亿元。

(3)社会效益。神东公司大规模、高标准建设生态环境，在解决自身可持续发展的基础上，也为国家、地方生态建设做出了贡献。神东矿区生态建设涉及4个旗县10个乡镇5万hm2耕地，治理后土地利用结构日趋合理，为当地农民脱贫致富奠定了基础。生态林建设在改善生存环境的同时，也改变了当地群众的精神面貌。生态林的产业化发展，为当地群众提供了致富的门路，大规模生态建设为社会提供了大量就业机会，为矿区分流人员创造了较大的再就业空间，减轻了社会就业压力。

3　结　语

经过30多年的开发建设，神东矿区不仅建成了2亿t级现代化大型煤炭生产基地，而且将矿区由沙漠建成了绿洲。通过理念创新、技术创新，解决了大规模煤炭开采与脆弱生态环境保护的矛盾，为我国能源战略西移探索了一条主动型的水土保持生态保护途径。

(责任编辑孙占锋)

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1000-0941(2016)09-0035-03

刘军(1968—)，男，陕西榆林市人，政工师，主要从事水土保持生态环境监测方面的工作。

2016-08-01