土石山区露天煤矿外排土场生态重建研究

朱 丽

(包头师范学院资源与环境学院，内蒙古自治区包头市，014030)

我国露天煤矿大多处于干旱或半干旱的生态脆弱区，煤炭资源的开发会进一步对矿区的土地资源和生态环境造成严重破坏，在我国土地资源紧缺和环境不断恶化的背景下，矿区土地复垦和生态重建活动有着重要的现实意义。

在矿区中被压占的排土场是生态重建的重点，不仅仅因为其受到压占而形成的堆土区破坏了原有植被，更是由于其改变了当地原有的地形地貌，具有发生地质灾害的潜在危险性。基于此，排土场的生态重建需要根据当地地形条件和重塑地貌因地制宜的进行植被恢复。

1 项目及项目区概况

1.1 项目概况

神华集团水泉露天矿位于内蒙古自治区土默特右旗大青山区，是大青山煤田的一部分，处于煤田的中东部。水泉露天煤矿是神华集团包头矿业有限责任公司2005年接收和开发的一个改扩建项目，项目区原有个体小型露天煤矿一座，产量约为10万t/a。2005年初，适逢国家对个体小煤矿进行资源整合，包头矿业公司经申请获得水泉—黑土坝项目区整个探矿权，其中包括小型露天煤矿采区。

根据划定矿区范围内的煤层赋存状况和地表条件，水泉露天矿田批复境界内资源储量(纯量)为63.58 Mt，划定的开采境界内可采储量为27.23 Mt，露天矿设计服务年限为21.2 a。按照开采境界的形状和煤层赋存情况，沿着煤层走向，按约700～1250 m宽度共划分3个采区，其中II采区为首采区，首采区设计服务年限为7.1 a。

本工程自2007年7月开工建设，2008年1月底建成投产，主要开采Cu2号煤层，采矿许可证范围内累计探明煤炭资源储量为6358万t，截至2016年已消耗资源量为1620.52万t，截至2016年12月保有资源储量为4737.48万t。

1.2 项目区概况

项目区位于阴山山脉之大青山西段，受造山运动的影响，呈中高山区地貌。地形总体为南高北低，最大落差为392 m。由于大气降水排泄的冲刷，形成大致南北向的沟谷数条，地形地貌极为复杂。

项目区年降水量少且集中，蒸发量大，地下水主要补给来源以大气降水为主。由于区内沟谷纵横，大气降水快速排泄于较大的沟谷流出区外，补给岩层甚少。几条大的沟谷常年有水，雨季大雨时可形成山洪，蜿蜒曲折向山前平原排出。

本区属大陆性气候，冬季寒冷，夏季炎热，春季多风，秋季多雨。昼夜温差大，最高气温在7月、8月和9月，最低气温在12月至翌年1月，年均降水量约为366.60 mm，年均蒸发量约为2099.6 mm，最大风速为24 m/s。

2 外排土场破坏情况

本项目排土场为外排土场，位于露天采场北侧，排土场面积较大，东西长约为2000 m，南北宽为50～400 m，堆置高度为60～80 m，分4个台阶，占地面积为45 hm2，废石量约为400万m3。

2.1 外排土场位置选择及主要参数

2.1.1 选择原则

外排土场的选择主要考虑因素为外部排土场占地少且运距近，处于矿田批复范围内，底部地质条件好以确保生产安全。

2.1.2 排土场位置及主要参数

从本露天矿的实际出发，设计选择首采区北部作为露天矿生产初期的外排土场，该处距离Ⅰ、Ⅱ采区较近，平面范围也能够满足露天矿首采区的全部外排量，随着采场的推进逐步实现内排，排土场排放过程中分台阶有序排弃，每个台阶高约为25 m，排弃物料为土岩混排，物料自然安息角和台阶坡面角均为36°，排土场最终帮坡角为20°。

2.2 排弃计划

外排土场从2008年1月底启用，至2014年底排满并转为内排，外排土场排弃进度计划表见表1。

表1 外排土场排弃进度计划表

2.3 外排土场破坏类型及程度分析

根据现状进行调查后发现，排土场用于废石堆放，主要破坏类型为压占。本项目外排土场占地面积为45 hm2，堆置高度为60～80 m，平均堆高为70 m，堆置台阶为20 m，边坡为36°左右。由于排弃物较破碎、松散且堆置高度较高，在降雨及人为因素下极可能引发崩塌和滑坡等地质灾害，进而毁坏耕地、房屋、道路、桥梁和阻塞河道等，对原生的地形、地貌和景观造成毁坏。

2.3.1 土地破坏程度分级

在土地破坏程度评价中按矿山破坏土地类型来选择主要参评因素，把本项目土地破坏程度等级确定为三级标准，分别是一级(轻度破坏)、二级(中度破坏)和三级(重度破坏)。各评价因素的具体等级标准目前在国内外尚无精确的划分值，根据相似项目区破坏因素的调查统计情况参考相关学科的实际经验数据，压占土地破坏程度评价标准见表2。

表2 压占土地破坏程度评价标准

2.3.2 外排土场土地破坏程度的评价

本项目中的边坡坡度从最终帮坡角20°和台阶坡面角36°这两个方面进行描述，对照压占土地破坏程度评价标准，分别为轻度破坏和重度破坏，对边坡坡度这一评价因子做了平均，确定为中度破坏并进行相关分析。土地压占破坏程度评价因素及破坏程度表见表3。

表3 土地压占破坏程度评价因素及破坏程度表

对照压占土地破坏程度评价标准，分析本项目外排土场评价因子，并结合实际情况及专家打分确定每个评价因子的权重，乘以质量系数，得到外排土场土地破坏分值为270分，其破坏程度为重度破坏。

3 外排土场土地复垦及生态重建

3.1 外排土场生态重建的总体思路

外排土场占地面积较大，水土流失形式多样，侵蚀强度大、危害大且治理难度较大，根据外排土场的土壤条件和地形等特点，应采取综合防护工程措施，从根本上控制水土流失。采取的技术方法是修正外排土场的边坡角，使其低于堆体的自然边坡角度，对其进行平整、压实和覆土之后进行植被的恢复。

3.2 生态重建的具体措施

3.2.1 平整与夯实

对外排土场顶部和边坡整形，排土场顶部就势平整。利用推土机对顶部进行整平，之后利用重物使其反复自由坠落对排土场顶部及边坡进行夯击，以提高其密实度，使基础更扎实。

3.2.2 覆土

由于排土场土壤破坏严重，土壤肥力不足，因此对外排土场平台复垦区域先进行覆土，覆土来源于排土场堆放前开挖和堆放的表土，采用装卸车运土和人工摊平的方法，并在覆土前先铺适量的农家肥，提高土壤肥力。

3.2.3 林草设计

外排土场经过土地平整、夯实和覆土后复垦为人工草地与林地混搭，草种选择为羊草。

(1)立地条件。外排土场平台和边坡土壤多为黄土，土壤养分含量较低，水分条件较差。

(2)草树种选择。造林树种应选择耐干旱、耐瘠薄、抗逆性强、抗粉尘污染能力强的树种，经综合分析后选择柠条与羊草混交。

(3)造林种草设计。外排土场的造林种草应根据其土壤、水分和立地条件综合配置，优先选择当地乡土树种，因此灌木和牧草选用耐旱、适于当地生长的柠条和羊草。建议种植柠条的株距为2 m，行距为2 m，需苗量为2500株/hm2，种植面积为13.4570 hm2，总需苗量为33643株；在外排土场边坡种植羊草，需种量为30 kg/hm2，种植面积为3.8574 hm2，总需籽量115.722 kg。

(4)造林技术措施。根据矿区的土壤条件，柠条采用穴状整地，穴直径为40 cm，深为30 cm；种草采用全面整地，整地时间一般为春、夏、秋三季，随整地随造林；柠条于早春土壤解冻后植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，分层覆土、踏实。草籽在雨季播种，人工播深2～3 cm，牧草采用羊草，播后耙耱镇压；种子要经过精选和消毒，硬实种子要进行种皮处理；造林后及时灌水2～3次，一般为一周浇灌一次，成活后半月浇灌一次，每年除草2～3次。

3.3 分年度实施

3.3.1 2015年度外排土场生态重建实施情况

2014年底外排土场服务期满，2015年对外排土场的平台、边坡进行平整和压实，平整方量为31054.5 m3，压实面积为10.3515 hm2。外排土场边坡覆土面积为10.3515 hm2，覆土厚度为0.3 m，覆土量为31054.5 m3。

3.3.2 2016年度外排土场生态重建实施情况

2016年对外排土场进行绿化，种植柠条33643株，种植羊草面积为3.8574 hm2。

3.3.3 排土场土地复垦和生态重建效果

就土地适应性来看，复垦后的土地坡度有所减小，但复垦后的土壤结构发生了变化，土壤有效土层厚度及土壤养分在复垦初期的几年内很难得到改善，复垦后的土地是要经过较长的时间才能得到显著的改善，因此土地复垦后的初期，土地适宜性与复垦前差异不大，目前仅适于种草。

就植被盖度来看，外排土场没有占用耕地，全部为荒草地，原地貌林草覆盖率达到15%左右。外排土场复垦前后对比图如图1所示。

由图1可以看出，复垦后的林草覆盖率达到90%左右，效果比较明显。

图1 外排土场复垦前后对比图

4 外排土场生态重建的意义

针对土石山区露天煤矿外排土场可能发生的崩塌和滑坡等地质灾害以及对矿区工作人员及其周边

居民具有一定的威胁，通过生态重建和种植植被等方式，可以预防崩塌和滑坡等地质灾害的发生，消除地质灾害对人员和设备的危害，消除人们对地质灾害的恐慌，实现一定的减灾效益。

外排土场生态系统的恢复也是生态环境问题，尽快恢复复垦地的生态功能和防止生态环境进一步恶化的重要途径就是人工重建植被。通过生态重建恢复为草地与林地，不仅提高了项目区的土地利用率和植被覆盖率，而且有助于土地植被的保持、恢复和改善，有利于当地生态环境的改善，同时对社会经济可持续发展具有重要意义。

[1] 张新,董霁红.采煤塌陷地土地复垦项目后评价研究[J].中国煤炭，2010(3)

[2] 钱奎梅,王丽萍.煤炭矿区复垦效果评价[J].中国煤炭,2011(11)

[3] 张立平,张世文,叶回春等.露天煤矿区土地损毁与复垦景观指数分析[J].资源科学,2014(1)

[4] 孙小虎.矿区土地复垦理论及方案设计研究[D].西北农林科技大学,2012

[5] 李文超，李继，李希耀等.伊敏露天矿复垦绿化技术研究[J].露天采矿技术，2016(6)

[6] 王翔，李晋川，岳建英等.安太堡露天矿复垦地不同人工植被恢复下的土壤酶活性和肥力比较[J].环境科学，2013(9)

[7] 万伦来，王袆茉，任雪萍.安徽省废弃矿区土地复垦的生态系统服务功能多情景模拟[J].资源科学，2014(11)