贵州省鬃岭煤矿区生态环境问题与修复措施研究

林德洪，曾晓林，刘汉武

(1.贵州省地质矿产勘查开发局114地质队，贵州 遵义 563000； 2.贵州省地矿局第二工程勘察院，贵州 遵义 563000)

矿产资源是人类社会发展不可或缺的原材料之一，尤其是现代化工业、航空航天等领域对矿产资源的需求逐渐增多，主要体现在：①矿产资源数量方面，如石油、煤炭、金属资源等；②种类方面，如稀有、稀散和稀土资源等，在航空航天的应用越来越广泛[1-3]。但是，矿产资源的过度开发或者不合理开发容易造成生态环境问题，对区域生态系统影响较大[4-5]。在“绿水青山就是金山银山”的环保国策下，加强矿山生态环境修复治理，逐步走向可持续发展的道路是缓解矿产资源开发与环境保护之间矛盾的主要途径。鉴于此，本文以贵州鬃岭煤矿矿山为研究对象，分析矿山地质环境问题，进而提出治理方案，为推动绿色矿山发展提供参考。

1 矿山开采历史及现状

研究区位于上扬子地块黔北隆起区之织金穹盆构造变形区，区域构造发育，对矿山生态环境存在一定的影响[6-8]。鬃岭煤矿区范围为114 km2，重点勘查区42 km2，区内煤炭资源丰富，自20世纪60年代以来，民采严重，形成了大量的小煤窑。经过此次矿山环境问题调查发现，矿区内共发现小煤窑64处、老煤窑97处，地面塌陷坑8处，明显的裂缝59条，受影响泉点35处；矿区内累计设置采矿权70余个，形成采空区范围累计达15 km2，多分布在鬃岭镇及勺窝乡一带。研究区煤矿资源以井下开采模式为主，主要为斜井开拓，走向长壁采煤，放炮及手镐落煤，人工装车，机械运载，坑木支护；选矿方法均采用重选的工艺；煤矸石岩石种类主要为高岭石泥岩、泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，均为露天堆弃。

2 矿山地质环境问题

2.1 地质灾害问题

研究区地质灾害发育，此次调查共识别出崩塌、滑坡和地面塌陷等灾害54处。其中，崩塌(危岩体)38处，主要分布在左家营村—鬃岭镇—湖坝村一带，在坪菁村附近也分布有较多的崩塌灾害；滑坡及不稳定斜坡灾害共9处，主要分布在坪菁村、祠堂边村、尾巴村以及没天地村等区域；地面塌陷共7处，主要集中在鬃岭镇采空区和石板坡村采空区范围内(图1)。由图1可知：鬃岭煤矿区内的地质灾害在空间上与采空区以及开采区密切相关，其中崩塌体多集中分布在正在开采区域，而地面塌陷主要分布在较老的采空区内，滑坡不仅与开采区相关，而且与矿山运输公路等具有良好的吻合关系。同时，根据对已识别出的54处地质灾害分析可知，其中48处灾害是人类采矿活动诱发形成。

2.2 水体污染问题

研究区水体污染问题主要包括农村面源污染、工业矿业污水源、煤矸石堆场污染、老(小)窑矿坑排水和线状污染河流(溪沟)等类型。其中，工矿业污染8处，老(小)窑矿坑排水6处，煤矸石堆场98处，线状污染河流(溪沟)12处。

图1 鬃岭煤矿区地质灾害分布Fig.1 Distribution map of geological disasters Zongling Coal Mine Area

农村面源污染主要分布在河坝河小流域与后河小流域内(图2)，与农村生活污水、生活垃圾以及农户燃煤散堆污染等有关，按照农村人均垃圾产生量0.4 kg/d计算，得到农村面源区产生垃圾量为14.55 t/d，生活污水排放量2 290.9 m3/d。根据现场调查农村面源污染区及周边存在的生活污水直排24处，排污量1 114.56 m3/d；生活垃圾149处，占地面积31.00 hm2，堆积体积14 941.5 m3；农户燃煤散堆182处，占地面积2.96 hm2。

工业矿业污水在矿区内较为严重，根据调查发现矿区地表水pH值为7.28～9.45，水质类型主要为HCO3·SO4-Ca·Na、HCO3·SO4-Ca型；地下水pH值为6.09～8.12，水质类型主要为HCO3·SO4-Ca·Na、HCO3·SO4-Ca型；污泥的pH值为7.33～8.18，呈碱性，污泥中重金属铁、锰含量超高。由图2可知，工业矿业污水主要分布在河坝河小流域与后河小流域内，该区域是老(小)窑和采空区密集分布区域。由此可知，矿区内的工业矿业污水主要与煤炭资源的开采有关。

2.3 地表河网及地貌景观破坏问题

研究区的河道岸坡类型主要有土质岸坡及浆砌石岸坡两类，其中土质岸坡形态主要为V形斜坡土质岸坡地带，河岸土质特性为粉质黏土及含碎石粉质黏土，浆砌石岸坡形态主要为U形。经调查，研究区共调查发现35处土质岸坡垮塌点，9处浆砌石岸坡垮塌点。河道岸坡垮塌总长度共计2 001.5m，垮塌总规模5.94×104m3；其中塌岸规模大于1.0×104m3的有2处，塌岸规模0.5×104～1.0×104m3的有1处，塌岸规模0.2×104～0.5×104m3的有5处，塌岸规模≤0.2×104m3的有36处。岸坡塌岸类型主要为圆弧滑动及平面滑动2种形式，其中圆弧滑动的有25处，平面滑动的有19处，垮塌区平面形态多呈带状及舌状，局部沿河道两岸呈串珠状分布(图3)。

图2 鬃岭煤矿区水环境及河道污染分布Fig.2 Distribution of water environment and river pollution in Zongling Coal Mine Area

图3 鬃岭煤矿区连片山体崩塌地形地貌景观破坏照片Fig.3 Photo of landscape destruction of mountain collapse and landscape in Zongling Coal Mine Area

2.4 土地压占及水土流失问题

土地压占问题在煤矿资源开采中极为明显，尤其是井下开采模式。随着煤炭资源的不断开发利用，可形成大规模的运输巷道等，导致矿山地表大面积堆积矸石、碎石等(图4)；同时，老矿区废弃的工矿企业占地、宅基地占地以及矿渣占地等，均占用了地表大量的耕地、林地等资源，使得鬃岭煤矿区土地压占总面积共计83个地块297.91 hm2。另外，选矿废渣随意堆放以及高强度的农业垦殖极易造成地表水流失，调查统计显示矿区内轻度以下的水土流失面积为104.7 km2，占矿区总面积的91.32%；中度水土流失区面积为0.087 km2，占矿区总面积的0.08%；重度以上水土流失面积为9.86 km2，占矿区总面积的8.60%。

图4 鬃岭煤矿区土地压占现状照片Fig.4 Photo of land pressure cccupancy in Zongling Coal Mine Area

3 矿山生态环境修复规划

3.1 方案优选原则

针对鬃岭煤矿区已存在各类矿山地质环境问题，结合绿色矿山发展最终目的，此次矿山生态环境修复方案的制定遵循以下原则：①从已有矿山地质环境问题出发，识别关键问题，分析其影响因素，再从影响因素出发，按治标治本的思路提出解决矿山地质环境问题的恢复治理方案；②从人与自然和谐共生的目标出发，提升各生态服务功能区的生态服务功能，具体是提升人居安全保障、提升纳雍县鬃岭煤矿区水源涵养服务功能、开展水土保持、改善和提升人居环境，为当地产业发展创造生态条件；③策划出如何科学、环保地利用现有自然资源去解决目前已经发生的以及未来可能发生的矿山地质环境问题，形成新的业态，并形成长效机制，可因地制宜地策划出“解决问题、实现目标”的恢复治理方案[9-13]。

根据矿山生态环境修复原则，采用必选分析方法，初步拟定2个方案：①以工程措施为主的方案Ⅰ；②以政策帮扶和指引为主的方案Ⅱ。本文以地表水污染修复治理为例进行比选分析，其比选结果见表1。推荐方案为：以方案Ⅰ为主，辅助方案Ⅱ。

3.2 矿山生态环境修复方案

矿山环境地质问题是矿山资源开采与保护之间的矛盾关系，因此，矿山生态环境治理必须坚持以“自然恢复为主，人为干预为辅”的治理理念，这是由于人为干预活动仅仅是在恢复治理初期具有较大的作用，后期与区域生态环境系统关系密切。研究区位于贵州乌蒙山区内，其气候条件以及自然生态系统对矿山治理恢复极为有利。因此，本文选择“从源到汇、从山上到山下”的治理思路，最终实现“控源治汇、山上保护山下自然恢复”的目的。根据上述目的，此次将鬃岭煤矿区划分出：辅助恢复区1处(勺窝)、自然恢复区3处(小屯、压落菁和大坪地)、综合治理恢复区1处(鬃岭)和珍稀植物保护区2处(吊水岩、雍熙)(图5)。

表1 研究区矿山生态环境问题修复措施分析Tab.1 Analysis of restoration measures for mine ecological environment problems

图5 鬃岭煤矿区矿山地质环境恢复治理规划Fig.5 Geological environment restoration and governance plan of Zongling Coal Mine Area

3.3 治理措施分析

虽然矿山生态环境问题多，且不同问题相互交织影响，但是通过问题的源头追溯以及成因分析认为，可将治理措施集中在地质灾害防治、河道水环境治理以及土地复垦3个方面。

(1)地质灾害防治措施。地质灾害的防治设计一般需要结合地质灾害的发育特征、稳定性现状、发展趋势以及危害对象等因素综合分析后选择安全、经济的措施。根据工作区内54处地质灾害的基本情况，综合研究认为可采用5个主要措施辅助多种措施的治理手段。①针对治理难度大或治理效益低的19处地灾隐患点，采用永久搬迁避让措施；②对于整体稳定性较好，但是易发生小规模崩塌及落石的24处隐患点，采用以被动网、拦石墙、落石槽为主、辅助危岩清除的措施；③对岩体破碎、单体危岩规模不大的2处危岩带，采用主动防护网工程措施，亦可减少工程措施对生态环境的破坏；④对于斜坡堆积较厚、受煤矿山开采影响形成的滑坡及不稳定斜坡等3处地灾隐患点，采用抗滑桩、挡土墙、排水沟的单一措施或组合措施；⑤对地质结构脆弱、处于基本稳定—欠稳定状态，目前无变形迹象或者变形迹象不明显的6处地灾隐患点，暂时未达到工程治理或搬迁避让必要的，则采用自动化监测防治措施，根据灾害变形情况确定综合防治措施。

(2)河道水环境治理措施。造成研究区地表水污染及河网破坏的原因较多，有农村燃煤污染及生活污水、河道岸坡坍塌及淤积，矿坑排水、选煤排水、煤炭运输线污染、矸石堆淋滤液污染，企业排污、养殖场排污、酿酒、豆制品小作坊排污等。在治理过程中，将遵循“点、线、面”结合的治理思路，采取源头治理、源头控制，沿河道及支沟分段分散净化水质改善水生态环境的措施，最终达到区域治理的效果。具体可以采取小规模分散收集、小型生物净化湿地、急流缓滩、河滩湿地、河岸顺势生态防护、一体化生活污水处理装置及生活污水收集管网等综合治理措施，最终目标是改善河道水环境、提升地表水生态服务功能。

河坝河植物缓冲带(人工湿地)治理预期效果如图6所示。河坝河通过上游及源头管控、中游多级治理后，下游利用地理条件再采用植物缓冲处理，缓冲带根据地理形状及地质特征确定缓冲带的工艺方案为多级表面流人工强化系统；上游的污水经缓冲带入口新建水渠拦截后，由引水渠导流引入配水区，使污水均匀分布到初沉净化区，经短暂停留后，污水由重力流依次经第一级挺水植物净化区、第二级挺水植物与浮叶植物净化区和第三级沉水植物净化区，完成污染物的去除后，经出水导流区排入下部河流及地下水系统。

图6 河坝河植物缓冲带(人工湿地)治理预期效果Fig.6 Expected effect of plant buffer zone(constructed wetland) in Heba River

(3)土地复垦措施。研究区造成土地损毁和压占主要因素有矸石堆场、废弃工业场地、废弃宅基地和地质灾害，而且为分散式，从而导致在土地压占及破坏复垦时，将面临工程点分散、单点面积小、难以规划成产业的特点，一般结合周边地类复耕、复林、复园。综合分析后将工作区内的受损土地复垦分为3类，分别采取不同的复垦措施：①地质灾害治理整体搬迁废弃宅基地复垦区，该区原为纳雍县鬃岭镇城镇居民点，采取复林、复园恢复自然生态；②废弃工况用地及渣石堆场复垦区，该区域分布较为分散，采取复耕、复园措施；③风电场项目土地复垦区，该区域因风电场的修建需要临时用地、渣场等造成对土地的挖损及占压，采取复林措施。

3.4 社会经济效益

研究区大规模的采煤活动形成了一系列采空区，进而诱发了一系列滑坡、崩塌以及地面塌陷等地质灾害，同时导致大量水土流失、地貌景观破坏等，严重制约了当地生态环境的可持续发展。采取上述治理处理后，有效地缓解了当地经济发展与生态环境之间的矛盾，恢复耕地面积226.80 hm2，恢复林地面积571.33 hm2，使山体得到复绿，有效地预防矿山地质灾害的发生，改善矿区地质环境生态系统承载力，更有利于促进“生态实验区”建设的进程，生态效益明显。

4 结论

通过对研究区生态环境问题的识别诊断以及修复措施的研究，发现生态环境保护修复具有问题多、目标交叉、学科交叉的特点，需要综合比对研究，还需要考虑资金来源和使用。由此从技术角度出发，应注意将解决生态环境问题中的安全问题和污染问题放到第一位，并在此前提下来讨论融合及兼顾，甚至适当照顾地方需求，提高社会的可接受度，以便生态修复措施能够落地实施。

参考文献(References)：

[1] 秦格.煤炭矿区生态环境补偿机制研究[D].徐州：中国矿业大学，2009.

[2] 温久川.矿区生态环境问题及生态恢复研究[D].呼和浩特：内蒙古大学，2012.

[3] 付薇.矿区生态环境综合治理协同机制与对策研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2010.

[4] 唐尧，王立娟，李复勇.基于“高分+”的矿山生态环境调查与恢复治理应用研究[J].国土资源信息化，2020(5)：19-24.

Tang Yao，Wang Lijuan，Li Fuyong.Applied research on investigation and restoration of mine ecological environment based on "high score "[J].Land and Resources Informatization，2020(5)：19-24.

[5] 张闯，刘世冲，尚晓雨.山西省某县矿山生态环境恢复治理总体规划研究[J].地质灾害与环境保护，2020，31(2)：106-110.

Zhang Chuang，Liu Shichong，Shang Xiaoyu.Study on the master plan for restoration and control of mine ecological environment in a county of Shanxi Province[J].Geological Hazards and Environmental Protection，2020，31(2)：106-110.

[6] 王佳.呼和浩特大青山五道沟矿山生态恢复及旅游区景观规划设计[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2019.

[7] 李振华.长治市华晟荣煤矿地质环境影响分析与治理研究[D].成都：成都理工大学，2018.

[8] 张津裕，蔡俊林，李成文，等.核桃岩沟南区煤矸石堆场生态修复实践[J].能源与环保，2020，42(6)：25-28，34.

Zhang Jinyu，Cai Junlin，Li Chengwen，et al.Practice of ecological restoration of coal gangue pile in south area of Hetaoyan Gully[J].China Energy and Environmental Protection，2020，42(6)：25-28，34.

[9] 张梦露.贵州省煤炭开采对生态环境的破坏及对策研究[J].煤炭经济研究，2017，37(6)：58-62.

Zhang Menglu.Study on the damage and countermeasures of coal mining to ecological environment in Guizhou Province[J].Coal Economic Research，2017，37(6)：58-62.

[10] 郭东杰.矿山地质环境综合治理与土地复垦工程设计[J].能源与环保，2020，42(3)：13-16.

Guo Dongjie.Design of mine geological environment comprehensive treatment and land reclamation engineering[J].China Energy and Environmental Protection，2020，42(3)：13-16.

[11] 吴历勇.煤矿区生态恢复理论与技术研究进展[J].矿产保护与利用，2012(4)：54-58.

Wu Liyong.Advances in theory and technology of ecological restoration in coal mine area[J].Conservation and Utilization of Mineral Resources，2012(4)：54-58.

[12] 曹希强，马燕，赵鸿燕.河南省煤矿区生态环境地质问题及其防治对策[J].矿业安全与环保，2006，33(S1)：130-132.

Cao Xiqiang，Ma Yan，Zhao Hongyan.Ecological environment and geological problems in coal mining areas in Henan Province and their control measures[J].Mining Safety & Environmental Protection，2006，33(S1)：130-132.

[13] 党晋华.山西省煤矿区生态环境的问题与挑战[J].中国煤炭，2021，47(1)：117-121.

Dang Jinhua.Problems and challenges of ecological environment in coal mine areas of Shanxi[J].China Coal，2021，47(1)：117-121.