煤矿塌陷区的治理及相关问题研究

杨继飞

（山西煤炭进出口集团有限公司，太原 030006）

煤矿塌陷区的治理及相关问题研究

杨继飞

（山西煤炭进出口集团有限公司，太原 030006）

煤炭是一种重要的能源矿产，对社会经济发展有着十分重要的作用。人们对煤炭资源的过度开发，使得地下矿层采空矿层的上部岩层的平衡遭受到破坏，出现大范围的弯曲塌落，加重了水土流失、环境污染等问题，严重破坏了人类赖以生存的生态环境。本文在阐述煤矿塌陷地内涵、形成和分类的基础上，分析塌陷区对环境的影响，从煤矿塌陷区生态重建机制、生态恢复和治理、生态工程建设等方面分析如何打造高效的煤矿区生态系统。

煤矿塌陷区；生态系统；重建；恢复；治理

1 煤矿塌陷区概述

1.1 煤矿塌陷地的形成

在开采煤矿的过程中，由于开采操作不当，煤矿开采区周围的岩体原有应力容易遭受破坏。应力虽然在重新组合后达到了平衡，但是在这个过程中岩层和地表出现了连续性的变动、变形以及非连续性的破坏，这种现象被称为开采塌陷。煤炭作为一种重要的开采物，在对其进行开采操作时不可避免地会破坏岩层和地表下层，导致出现大量土地塌陷的现象，即采煤塌陷。

1.2 煤矿塌陷区的分类

1.2.1 非积水塌陷干旱地

非给水塌陷干旱地占总体塌陷面积的41%左右，具有不给水、地形起伏大的特点，发生的同时会伴随耕作操作不便和农作物的减产等现象。

1.2.2 塌陷沼泽地

塌陷沼泽地一般分布在地势平坦、排水不通畅的地区，在总体煤矿塌陷区中所占的比重不大。煤矿塌陷发生后伴随而来的还有沼泽化、次生盐渍化等，会加重农作物的种植难度。

1.2.3 季节性给水煤矿塌陷

这种塌陷形式一般发生在塌陷区域的内部，受局部地块塌陷的影响，也会导致周围的地面地表降低，对农业发展产生了不利的影响[1]。

1.2.4 常年性的浅积水塌陷地

这种煤矿塌陷形式的下沉深度比较大，在发生之后容易导致农作物绝产、土地结构变形等。

1.2.5 常年深给水塌陷地

常年深给水塌陷地一般在3 m之上，最高的深度达到12 m左右。常年深给水塌陷地的特点是地表会下沉到地下水位以下，并形成一种封闭性的水域。常年深给水塌陷地的水质良好、水量足够，适合发展渔业。

2 煤矿塌陷区对周围环境的影响

2.1 煤矿塌陷区对土地资源的影响

在旱季时，煤矿生产过程中不会出现废水，但是在雨季，受地表渗滤的影响，井下开采的时候会出现地下水，地下水受地势的影响从高处流向低处。在煤矿开采的过程中，大量煤矸石堆存及煤炭露天的不合理堆放会导致雨水下渗，使得当地区域地下水的化学成分超过规定值，并对当地地下水环境产生了一定的污染。煤矿开采产生的废弃水虽然没有对地表植物和地下水产生不利的影响，却额外增加了悬浮颗粒物，提高了地区地表水有害物质数量。同时，采矿作业使浅层水被疏干，会导致当地人民的生活、生产用水减少，甚至还会导致居民的搬迁。

煤矿塌陷现象还会对地区土壤结构产生不利的影响，表现在土壤养分的流失、土地的变形、土地的破坏、土地发生贫瘠等，加剧了当地的干旱问题。另外，地表塌陷还会对地表原有的基本形态产生影响，加剧了水对土地的侵蚀。

2.2 煤矿塌陷对水资源的影响

在对地下煤层开采到一定程度之后，地表会发生不同程度的移动和变形，使得地表出现大面积的塌陷，进而导致塌陷区域内的水资源受到破坏，加重了生态环境的恶化，破坏了农业发展。

2.3 煤矿塌陷对生态环境和植被生长的破坏

煤矿塌陷区地表裸露植物会遭受到不同程度的破坏，地表植被数量会大幅度减少，在煤矿塌陷深度超过2 m时还会出现不同程度的植物根系断裂以及植物死亡。另外，煤矿塌陷会导致地表张口出现裂缝，在一定程度上加重了水土流失，使得地面出现大量闲散土地，对当地的生态环境产生了严重的破坏[2]。

3 煤矿塌陷区的生态重建机制

煤矿区生态问题是各种因素共同作用的结果，煤矿区域的开垦要以实现整个地区的保护为基本目标，但是在实际的煤矿区治理中，单一的工程治理是无法实现这一发展目标的。为此，土地生态系统重建修复的过程需要将生物措施和工程管理措施结合，二者互相辅助来进行生态系统的重建。煤矿区生态系统重建措施具体表现在三个方面。

3.1 地貌重塑

煤矿区的生产活动受到原有地貌的影响，由此可以将煤矿区分为凹形地貌和凸形地貌两种。凹形地貌是指露天开采煤矿形成的塌陷地貌，凸型地貌则是伴随煤矿开采而产生的一种堆垫地貌。地貌重塑是土壤重构的前提，受不同煤矿区地貌地不同影响，地貌重塑的技术是不同的。考虑到凹形地貌存在积水，可以应用疏排法进行土地的修复。而对于不会积水的凸形地貌，则可以应用重填复垦法的方式设计相应的标高，并结合土地平整技术来完善田间配套设施，从而为农业的发展提供重要的支持。

3.2 土壤重构

土壤重构是矿山土地复垦的重要工作，对土地复垦工作成效有着十分重要的作用。土壤作为生态系统的关键，其性质和土壤肥力对土地生态系统效果有着十分重要的作用。在重构土壤的时候，人们不能对当地的土壤进行破坏，要尽可能应用重构技术。复垦土壤重构具体分成工程重构和生物重构两种。

受开采工艺和施工条件、地形地貌不同的影响，煤炭开采过程中会对土地带来不同程度的破坏，为此，结合不同的采矿工艺和岩土条件要应用不同的工程重构方式。常见的工程重构方式有表土剥离和回填工艺。表土剥离需要结合施工机械的宽度从外到内地对每一拖铲运机的宽度范围土方量进行预算，之后将复垦区域划分成不同的区域和条带，再按照时序进行施工。在每一个工期都需要进行一条带的施工操作。

生物重构是指在工程重构基础上，应用化学、物理等措施对重构土壤剖面的结构进行改造，从而提升土壤的生产能力。生物重构的方法包括化学改良法、施肥改良法、微生物改良法三种。化学改良法能够对酸性土壤进行改良，平衡土壤的酸碱度，促进土壤中的微生物活动。施肥改良适合应用在新构造的土壤中，通过施肥改良能够保证土壤肥料酸碱的平衡。微生物改良则主要是调节重构土壤中的各个成分，从而在最大限度上发挥出不同肥料的作用。

3.3 植被恢复

生态系统的恢复注重应用较短的时间和投入来获得较大的收益，这一点也体现在植被的恢复上。植被的恢复需要考虑煤矿土地复垦目标、气候条件、社会经济条件和土壤条件，之后结合这些条件来对树种进行综合考虑，从而提升植被恢复生态效益。

4 煤矿塌陷区的生态修复和治理

4.1 煤矿塌陷区的实际情况

煤矿塌陷区的土地大多用来农业耕作，在被破坏后出现了比较严重的土壤退化。受地区水位上升的影响，一些水会露出地表，进而出现湖泊、沼泽，导致土地无法耕种。煤矿塌陷区对村庄的建筑物产生了比较大的破坏，导致很多村庄不得不搬迁。煤矿塌陷区的开采对当地电路、交通都带来了不同程度的破坏，地区出现了耕地减少和剩余劳动力增多的现象，加剧了当地竞争的不平衡以及社会的不安定。

4.2 煤矿塌陷区生态修复和治理的总体目标和原则

4.2.1 目标

第一，废水排放指标。受不同地区不同污染物的影响，煤矿塌陷区废水回收率和处理率的指标都很高。第二，固体废弃物的指标。煤矿塌陷区固体废弃物的排放指标在80%左右。第三，煤矿塌陷区恢复治理指标。将煤矿地区恢复治理率从原来的17%提升到40%左右。

4.2.2 原则

煤矿塌陷区的治理需要遵循以下几个原则：第一，坚持复垦和生产建设统一规划和合理安排的原则。第二，城镇、道路、河流等建设和生态环境保护结合的原则。第三，统筹开展复垦、排土工作，打造城市生态农业。第四，坚持重点治理和一般治理结合的原则。将煤矿塌陷区重点治理和与之相关的地段划分为一级环境恢复治理区域，结合当地的实际情况采取科学的治理方法来制定出不同区域的环境恢复治理方案。

4.3 煤矿塌陷区治理空间框架

煤矿塌陷区治理和煤矿开采地区的范围保持一致，在城市的各个地区分布一定的煤矿塌陷区治理区域，结合现有地区的自然情况，建设具有农业观光、树林、房舍等综合功能的特色产业，从而为城市发展提供更多生物资源，改善当地的生态环境，打造生态农业。

煤矿塌陷区治理空间框架主要包含三个功能区。一是生态恢复核心区。生态恢复区由大片森林和湖面共同组成，是生态环境系统中的关键。生态恢复核心区域的总体环境良好、空气干净、噪声少、污染少，经过长时间的治理发展，该地区的煤炭塌陷区域基本恢复了稳定，一些区域还被开发成中高档房地产项目。二是生态恢复缓冲区。生态恢复缓冲区包括森林、景观林、农田、防护林、苗圃等。为了减少煤矿塌陷带来的经济损失，需要在区域范围内设置一定的补救措施，加强对土地资源的合理利用。三是生态旅游开发区。生态旅游开发区的建设要和当地旅游资源密切配合，为游客的休憩提供重要的支持。

4.4 煤矿开采过程中对特殊景观的保护

煤矿地区矿产资源的开采需要进行严格的规划管理，在矿产资源开采的过程中要严格保护生态环境，将煤矿开采活动对周围环境的不利影响降到最低。具体来说，要做好以下几点工作：第一，严格限制已经建成的地貌景观和地质遗迹保护区内的开采活动，不选择会对水土环境带来污染的矿业企业。第二，在风景名胜区要禁止破坏生态环境的活动，并评估矿产开采活动的影响和灾害发生的可能。第三，在文物重点保护区域内禁止各种影响文物保护的采矿活动，并要进一步加强对文物的保护。

5 煤矿塌陷区的生态工程设计

5.1 充填复垦

5.1.1 煤矸石充填复垦法

在煤矿沉陷区应用煤矸石充填复垦，这可以让已经受到破坏的土地重新具备生态经济价值。加强对废弃矸石的重新利用，可以避免矸石山压占土地，减少其对生态环境的污染。矸石山压占土地和对生态环境的污染适合应用在沉陷深度比较大、面积比较小的废弃地。这样的区域往往水源条件不理想，在复垦操作之前需要对选用的煤歼石进行化学成分分析，保证选择的充填材料所含毒性不超标。煤矸石充填复垦法主要包括煤矸石充填建设复垦和农业复垦。

煤矸石充填建设复垦是应用煤矿区域现有的矸石山充填塌陷区，之后用来建设房屋，达到理想的复垦效果。煤矸石充填农业复垦是指用煤矸石充填塌陷区，造地复田，在将塌陷土取出后，将土堆积在一旁，土堆积到一定高度之后进行压实操作，压实完成后进行耕种。在塌陷区进行复垦操作时，要结合塌陷深度来确定回填物的结构特点，将对不利于植被生长的回填物放置在下面，之后进行煤矸石的回填。

5.1.2 粉煤灰充填复垦法

应用粉煤灰进行煤炭塌陷区的复田，通过管道将粉煤灰送到煤炭塌陷区进行造地复田。利用粉煤灰充填复垦既可以解决灰尘危害，又可以为煤炭塌陷区的复垦造地提供充足的填充材料。用电厂粉煤灰作为充填材料对采煤沉陷地进行复垦，一般适合应用在距离电厂10 km左右的采煤沉陷区，能够实现变废为宝。

5.2 非充填复垦

5.2.1 浅塌陷区的非充填复垦

浅塌陷区一般在煤层厚度不大的矿区，这种形式的开垦会直接提升地下水位，地表产生的大量积水会导致农业绝产。高潜水位的地区还会出现大面积的塌陷，为此需要采取疏导水系的方式进行治理，即结合塌陷区的地理位置，对塌陷区进行开挖，并应用挖出的泥土将塌陷区的边缘填高。浅塌陷区的非充填复垦包括以下几种类型：第一，低潜水塌陷区。该区域是指浅水位虽然上升但是基本不会出现因为积水带来的原水位下降现象，受损后的地貌是高低不平的丘陵地貌。对于这种类型塌陷区的治理，采取的是围山转绿色工程，在盆地底部挖井灌溉，使得复垦后的塌陷区成为浇灌保护和农果相间的生态系统。第二，中潜水位塌陷区。该地区是指局部出现积水或者存在季节性积水的煤炭塌陷区。这类区域的复垦模式是将塌陷盆地底部开挖成能够养鱼的深水池塘，使开挖的池塘具备浇灌和蓄洪的功能，将塌陷之前的单一陆生农业转变为水陆结合的综合生态农业。

5.2.2 大面积塌陷区的治理

大面积塌陷区常年被水淹没，积累的水不利于发展农业和林业，但是适合发展养殖业和旅游业。深度积水塌陷的原因大多是因为水源过于充足，水文和水质基本良好，周围存在大量的河滩，为鱼类的生产提供了重要的支持，有利于实现渔业又好又快发展。

为了进一步促进渔业发展，在深积水的位置上可以用网箱来养鱼，并配备相关技术人员，采取科学的方式养鱼。但是，现阶段大多数的深积水塌陷区域采用的是人工放养的方式，总体获益较少。因此，要结合实际将原有的粗放式养鱼变成集约化养鱼，加快发展水产品综合工业。另外，在发展渔业的同时，还可以建设水上公园、污水处理厂等，解决矿区职工的休憩问题。

6 结语

煤矿塌陷区的整治对地方经济发展有着十分重要的影响，在社会经济的快速发展下，我国有效的土地资源每年都在减少，人均耕地面积持续减少，出现了比较严重的土地资源匮乏现象。同时，对有限土地资源的不合理利用，对人们的生存环境带来了不可估计的破坏，甚至威胁到人们的生命安全。在这样的情况下，做好煤矿塌陷区的治理，不管是对改善人们的生活，还是有效解决煤炭塌陷带来的环境污染问题以及实现煤矿塌陷区产业转型都起到十分重要的作用，需要引起有关人员的重视。为此，政府相关部门要结合地方发展实际，创新煤矿塌陷区的工作方式，将现代治理方法和传统治理方式结合，在处理煤矿塌陷区问题的同时，注重对周围生态环境的保护。从实际情况来看，采煤塌陷区的生态恢复和治理是一项复杂化、综合化、系统化的工作，需要各部门密切配合，按部就班地完成各项工作，促进区域经济和生态系统的循环发展。

1 尹伶俐，张芹芹.煤矿塌陷区的治理对策分析[J].绿色科技，2011，（1）：93-94.

2 古 锋，李济生，翟迎新.煤矿采煤塌陷区高压供电线路常规治理技术研究与应用[J].煤矿现代化，2011，（3）：43-45.

Study on the Treatment of Coal Mine Subsidence Area and Related Problems

Yang Jifei
(Shanxi Coal Import & Export Group Co., Ltd., Taiyuan 030006, China)

Coal is an important energy mineral, and plays a very important role in social and economic development. The coal resources development of excessive, make the underground mined ore seam in the upper strata of the balance suffered damage, slumping bending in large scale, increased soil erosion, environmental pollution, serious damage to the ecological environment for human survival. Based on the description of the coal mine collapse connotation, formation, classification,analysis of the impact of subsidence on the environment, on the collapse of the ecological reconstruction mechanism,ecological restoration and ecological engineering construction management, from the analysis of how to build coal mine coal mine area ecological system efficiency.

coal mine subsidence area; ecological system; reconstruction; restoration; Governance

X171

A

1008-9500(2017)09-0106-04

2017-07-26

杨继飞（1989-），男，山西五台人，硕士研究生，从事知识产权管理工作。