矿坑地质环境恢复治理及生态修复研究

陈学龙

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100）

为全面贯彻“保护自然资源，保护良好的生态环境”的基本国策，坚持“绿水青山就是金山银山”的理念，修复硫磺沟镇由于露天煤炭开采破坏的生态环境，开展生态环境治理恢复工作，以“两清两美一绿”为抓手，以“绿色＋”理念引领经济社会发展转型，推动昌吉市绿色低碳循环济发展，形成人与自然和谐发展现代化建设新格局[1-5]。

1 工程概况

治理区位置及交通：治理区位于昌吉市硫磺沟镇中庄子西北侧1km 处，行政区划隶属昌吉市硫磺沟镇管辖。交通较为便利(见图1)。

治理区包含CK26矿坑及F1、F2两个煤矸石堆，矿坑面积80800m2，煤矸石堆面积为61200m2，治理区总面积为430000m2，如图2 所示。硫磺沟镇社会总产值23.15亿元，一产产值860万元、二产产值225000万元、三产产值 5635 万元，一、二、三产比例为 0.38∶97.19∶2.43。由此可以看出，工业在其经济结构中占据着绝对优势，是一个典型的工矿业城镇。现状硫磺沟工业以矿产品开采业最为突出，其他工业项目发展相对缓慢。工业总产值22.5亿元，占总值的97.19%。

根据周边煤矿水文资料可知，含水层富水性弱，初见水位标高1196m，单位涌水量小于0.1L/(s·m)，采集水样进行水质分析，测得地下水矿化度3.10g/L，pH值7.6，为中性咸水，水质极差，为H2SO4-Na·Ga型水。水文地质条件简单。治理区出露的工程地质岩组为粉质土、粉砂岩、砂砾岩及煤层。其主要特征为：分布于整个治理区内，地表岩性主要为粉质土，厚度1.5～12.5m，工程地质条件较差；地基承载力在200kPa 以上，工程地质条件良好。

2 治理区主要地质环境问题

2.1 地质环境现状

治理区位于昌吉市硫磺沟镇政府西侧约3km 处，治理区内有矿坑一处，两个煤矸石堆分布在矿坑东侧与北侧(见图2)。

CK26 矿坑因露天煤炭开采所形成，东西长约390m，南北宽约250m，矿坑区面积139767m2，矿坑深度在10～40m，最大深度20m，矿坑体积约1136000m3。矿坑南、西、东侧边坡坡度较大，岩性为砾岩和砂质泥岩互层、煤层(见图3)。煤矸石堆F1位于 CK26 北侧约 150m 处，面积约 48100m2，体积约184234m3，煤矸石堆厚度约为5～13m，煤矸石堆成分主要为采剥碎石碎块以及煤渣，现已风化成粉末状。

煤矸石堆F2 位于CK26 东侧约50m 处，面积约13100m2，体积约23256m3，煤矸石堆厚度约为3～10m左右，煤矸石堆成分主要为采剥碎石碎块以及煤渣，现已风化成粉末状。

2.2 治理区生态环境现状

2.2.1 治理区植被发育情况

治理区土地类型为天然牧草地，采矿活动破坏了地表原生土壤及植被，现状矿坑与周边环境极不协调。治理区属温带大陆干旱—半干旱气候，土壤与植被自然恢复时间漫长。以目前矿坑南侧矿坑面上判断，该矿坑土壤厚度在15～30cm 左右，且该处雨水充沛，植被生长较好，植被覆盖率高。南侧山坡上可见灌木丛，在低洼地带成条带生长。矿坑对生态环境破坏主要发生在矿坑区和煤矸石堆积区，煤矸石堆主要包括废石、煤矸石堆和杂土(见图4)。

2.2.2 煤矸石堆对生态环境的影响

露天堆放的煤矸石堆经雨水淋滤后，可能产生酸性水等含有有害元素的水，对周围的土地或地下水造成一定污染。

2.3 主要地质环境问题及危害

严重破坏原有地质环境，造成土地资源的浪费。矿坑及煤矸石堆的存在，使原有的地质环境遭到严重破坏，致使植被消失。矿坑南侧深度最深处为25m，南侧边坡坡度为70°～75°，近于直立，受后期矿坑活动的影响，边坡及顶部堆积处，治理区内有牧民转场流动放牧活动，矿坑的高陡边坡会对农牧民、牛、羊等牲畜造成威胁，对农牧民生命财产造成损失(见图5)。

3 地质环境治理与生态环境修复方案

3.1 治理思路

为实现地质环境治理的目的，并结合当地规划，在不破坏原始地形地貌及植被，不引发新的地质环境问题的原则下，具体划分方案如下：矿坑西侧需回填区域划分为A治理区，矿坑周边削坡区域划分为B治理区，矿坑西南侧需筑坡段划分为C治理区，矿坑东侧、北侧煤矸石堆及矿坑底部已回填区域划分为D 区,火烧区划为E区。其中B治理区划分为4个治理分区、D治理区划分为3个治理分区(见图6)。

根据治理目的、治理工程设计原则综合确定本次治理工程设计的总体思路如下：

A治理区：将治理区内B2治理分区内废料拉运至A治理区进行回填压实，同时将B1治理分区内部分削方量进行就近推运回填；

B 治理区：B1 治理分区内削下回填料用于就近筑坡；B2 治理分区内削下回填料均拉运至A区及C 区进行回填；B3治理分区内削下回填料部分推运至C区，剩余部分均拉运至C治理区用于筑坡；

C 治理区：为筑坡区，回填料由B 治理区拉运回填筑坡；

D治理区：为整饰平整区；

E治理区（火烧区）：根据相关要求，对火烧区采用黄土覆盖压实，进行封闭灭火，覆土厚度为1m，治理结束后，设置铁丝围栏防护，并设立警示牌。

各区治理工作达到设计要求、消除地质灾害隐患后，从B3 区拉运黄土对各区进行地表覆土，播撒草籽植草覆绿，最终达到生态修复的目的。依据治理思路，确定各工程的具体治理技术路线，如图7所示。

经土方平衡计算，矿坑回填A 区由削方B1 区的X1、X2 削方段的部分削方量(应减去筑坡Z1、Z2 段的量)推运回填，不足方量由削方B2 区的X6 削方段拉运回填；

根据土方平衡计算，Z1 段筑坡方量由B1 区的X1削方段的部分削方量(减去回填矿坑A 区的量)推运回填以及B3 区的X4 削方段拉运筑坡；Z2 段筑坡方量由B1区的X2削方段的部分削方量(减去回填矿坑A区的量)推运回填、B2区的X6和B3区的X4拉运回填；Z3段筑坡方量由削方B4 区的X7 削方推运回填；不足方量由B3 区的X3 削方段的削方量推运回填、X4 削方段的削方量拉运回填和X5削方段的部分方量拉运回填。

3.2 生态修复思路

3.2.1 总体修复思路

从B3治理分区拉运黄土对矿坑进行覆土，覆土后对矿坑区域进行撒草籽复绿。与周边环境相协调，达到地质环境治理和生态环境修复的目的。

3.2.2 具体修复思路及预期修复效果

矿坑回填工作结束后，进行种草复绿工作。种草复绿工作内容主要包括覆土、草籽选择、草籽播撒、播后管护等内容。

（1）覆土。覆土区域为整个治理区，地表覆土主要从 B3 区 X5 削方段拉运 58272m3，从 X4 削方段拉运10730m3。

设计覆土厚度为0.2m，一般治理区覆土面积为2262310m3，拉运覆土方量为51520m3，平均运距200～500m；火烧区覆土面积17482m3，设计覆土厚度为1m，拉运覆土方量17482m3，平均运距200～500m。

（2）草种的选择。生态环境相似原则：所选植物品种与原有植被中的本土植物生态环境相似；适应性原则：所选草种能够适应修复地段的水热条件并生长良好；观赏性原则：所选草种能够形成良好的景观；因地制宜原则：不同地段的水热条件不同，须依据植物立地条件的变化选择适宜的草种组合；一年生和多年生相结合的原则：一年生草种作为先锋植物能迅速覆盖，对多年生草种幼苗起到一定的保护作用，同时增加当年的植被覆盖和生物产量；禾本科和豆科相结合的原则：豆科植物生长具有固氮、聚水作用，改变土壤有机质，可以为禾本科植物生长提供养份；禾本科植物较豆科植物耐旱，发达的根系可以有效改变土壤的通透性。主要根据治理区周边不同地段气候条件进行选择。结合治理区区域种草相关经验，播种量设计80kg/hm2，所有选用的草种都应是国家标准规定的合格种子，种子应有相关部门出具的检验报告和合格证书。

（3）草籽播撒及播后管护。覆土工程结束后进行播撒草籽，由于治理范围相对较小且比较分散，采用人工撒播机进行撒播。根据以往经验，草籽埋深以1～2cm 为宜，利于草籽的发芽生长。播撒完成后就近利用治理区湖水对覆土面进行适当洒水。如有植被覆盖达不到要求的斑块，需再次用人工撒播的方式实施补播修复。

3.3 治理工程设计

依据上述治理方案设计原则、治理思路和土方平衡计算结果进行理方案设计。

（1）矿坑回填。按照设计标高对A区进行回填，由B1 区采用3m3装载机配合88kW 推土机削方就近推运回填72552m3，运距0～100m；采用2m3挖掘机配合20t自卸车由B2 区拉运回填61161m3，运距100～500m，共计回填方量为133713m3。

（2）边坡堆筑。A 治理区回填完毕后，就近将B1区削坡富余方量推运至C1区回填高陡边坡Z1段进行筑坡工作，方量57720m3，采用3m3装载机配合88kW推土机削方就近推运回填筑坡，运距0～100m；C 区回填高陡边坡Z2 段筑坡工作，先将B1 区的X2 削方段的方量63000m3，采用3m3装载机配合88kW 推土机削方就近推运回填筑坡，运距0～100m；C 区回填高陡边坡Z3段筑坡工作，先将B4 区的X7 削方段的方量17238m3，削方B3区区的X3削方段；不足方量自B3区的X4削方段，拉运回填 59587m3，B2 区的 X6 削方段，拉运回填30864m3，采用2m3挖掘机配合20t 自卸车拉运回填筑坡，运距100～500m。

（3）平整整饰。治理回填及筑坡、削坡工程完成后，对治理区进行平整，平整标高误差控制在±0.2m，平整面积为279792m2。

（4）设置铁丝围栏、警示牌。治理区采空区不仅会造成地面塌陷，且危及周边人、畜生命安全，在利用物探工程查明治理区采空区位置后，设置铁丝网及警示牌。

3.4 治理工程设计指标

根据土方平衡计算结果和治理工程采用的施工方法，综合确定本次治理工程设计的各项指标如下：分层回填、压实度控制指标。矿坑回填过程中，均采用分层回填碾压的方式进行，分层回填厚度不大于1.0m，回填过程中利用施工机械自重及车辆满载重量对回填土方进行碾压，由于治理区恢复后只用于种草绿化，压实度不小于0.80。标高及坡度控制。在充分考虑周边地质环境的前提下，在治理区内设置剖面对标高及地形坡降进行控制。治理后标高与设计标高误差控制在±30cm以内，坡度、坡角不大于设计值。

4 结论

通过对地质环境治理项目的实施，基本恢复露天煤矿开采形成矿坑及煤矸石堆破坏的土地资源，使治理区地质环境与周边地形地貌相协调。消除了矿坑对人民生命及财产构成的安全隐患，对矿区地表植被保护、土地恢复发挥了积极作用。对改善当地生态环境和社会经济发展具有促进意义。同时，通过项目实施可恢复土地面积279792m2(27.9hm2)，不仅促进当地畜牧业的发展，而且对即将兴起的旅游业起到积极的推动作用，治理效果显著。地质环境整治工程功在当代，利在千秋，是深入贯彻落实十九大精神、绿水青山就是金山银山及科学发展观的最好实践，是惠及人民大众的公益基础建设。地质环境的整治效果，重在保护，能使每位公民都牢固树立起地质环境保护意识，共建美好家园。