淮南市八公山区属地方废弃煤矿矿山生态修复示范工程实践

蒋少杰

（安徽省地质环境监测总站，安徽合肥 230001）

0 引言

淮南市是安徽省乃至华东地区煤炭资源最丰富、分布最集中的地区之一，同时也存在许多因煤炭资源枯竭而关闭的废弃煤矿。淮南市八公山区建矿采煤较早，长期的煤炭开采导致部分矿山煤炭资源枯竭并关闭，成为废弃煤矿。矿山是一个具有特殊社会环境以及自然环境要素的场地，具有人类工程活动强烈、对自然环境破坏性大、破坏类型多样、地域分布广、破坏持续时间长等特点[1]，废弃煤矿存在的矿山地质环境问题及其治理工作受到地方政府有关部门以及专家学者的广泛关注。其中，严家平等总结了淮南开采塌陷区的分布特征及土地资源利用现状，探讨了塌陷区土地综合治理的保障措施[2]；张玮根据采煤塌陷区的不同类型，研究了因采煤塌陷导致失去生产能力的土地复垦和生态功能恢复的机理和实现路径[3]；许良骥等针对两淮矿区矿山地质环境治理现状，探讨了矿山地质环境治理“两大层次、三大类型、六种模式”的多元治理技术模式[4]。

淮南八公山区属地方废弃煤矿由于长期开采形成了严重的矿山地质环境问题。本文通过对该矿开展详细的矿山地质调查工作，查明了由于矿山开采造成的采空地面塌陷、土地资源破坏以及地貌景观损毁等问题，在借鉴淮南市矿山生态修复经验和模式的基础上，提出了合理有效的治理措施。通过矿山生态修复，将因矿山开采活动而受损的生态系统恢复到接近于采矿前的自然生态环境或恢复成与周围环境相协调的其他生态环境[1]，以达到改善周边人居环境的目的。

1 矿区概况

1.1 地形地貌

八公山区属地方废弃煤矿位于江淮波状平原北部，地形西南高、东北低，并向淮河倾斜。该矿区处于一级阶地上，因处于新庄孜煤矿采煤塌陷区中，局部塌陷坑地势低洼，地面标高最低处仅6.9 m，平水期塌陷坑积水面积约8.9 hm2（1hm2=10000 m2），积水深度3.0～4.0 m。积水区范围受季节影响，汛期最大积水面积可达12.0 hm2。

1.2 地质背景

本区属华北地层大区晋冀鲁豫地层区徐淮地层分区淮南地层小区，区域地层由老到新依次有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和第四系。淮南地区在构造位置上隶属于华北板块的东南缘[5]；属于中朝准地台南缘的淮河台坳与江淮台隆的复合部位。区内近东西向构造与北北东向构造复合、叠加。位于秦岭纬向构造带的北缘，地处轴向北西西、向东倾伏的复向斜构造中的八公山背斜西翼。

1.3 矿山概况

八公山区属地方废弃煤矿位于八公山东麓的淮河南岸，新庄孜煤矿的北翼，该矿于1986年建成投产，经济类型为集体煤矿，设计生产能力3 万吨/年，2001年因煤炭资源枯竭关闭。矿井开采方式为井工开采，开采范围为B6-B11 煤层、C13 煤层，开采上限为煤层露头、下限为-245 m[6]。矿内布置了提升井和回风主井，采用斜井开拓方式，采用走向长壁采煤法采煤、全部垮落法管理顶板。由于井下开采及全部垮落法管理顶板，形成了采空地面塌陷、地貌景观破坏等矿山地质环境问题[7]，对地面道路、水土环境造成了一定程度的破坏。

2 矿山地质环境问题

2.1 采空地面塌陷

采空地面塌陷均由地下开采煤炭资源所引发，矿井采用全部垮落法管理顶板，从煤层顶部由下向上依次垮落、断裂、离层及弯曲，并在地表一定范围内形成下沉盆地，其采空地面塌陷的面积、形状、深度受开采深度和采煤厚度的控制。根据《淮南矿业集团谢家集八公山地区开采影响稳沉评价报告》分析结果，取采深600 m、采厚5 m、煤层倾角30°、推进速度2 m/d，得到最大下沉曲线显示：淮南煤矿开采对地表影响的起始期（即开始阶段）持续150 天左右，活跃期持续450天左右，衰退期持续300 天左右。地表移动持续总时间为起始期、活跃期和衰退期的时间总和，即900 天，约2.5年。2001年八公山区属地方废弃煤矿关闭，至今已有21年，现采空区已基本稳沉[8]。

矿区采空地面塌陷严重，原新庄孜煤矿造成地面整体塌陷变形最大深度约10 m，八公山区属地方废弃煤矿复采造成塌陷局部加重，形成21个大小不一的塌陷坑塘，现状调查水域面积约9.5 hm2，积水最深达6.5 m。采空地面塌陷不仅严重破坏土地资源及地形地貌，而且造成矿区周边居民人身、财产安全受到威胁，生活环境质量下降。

2.2 土地资源破坏

八公山区属地方废弃煤矿矿区面积44.82 hm2，其中恢复治理林地面积33.14 hm2，治理塌陷水塘面积11.68 hm2。初步现状条件下，先期新庄孜煤矿与后期复采在矿区内形成了塌陷区，局部形成了塌陷水塘，水深1.0～6.5 m。破坏的土地类型大多为耕地、林地，对土地损毁较严重，同时造成地表水损失，加剧土地干旱。矿区土地利用类型主要为独立工矿用地和旱地，地面上矿山建设单元主要为工业广场以及遗留下的建筑设施及临时性用房，矿区之外边缘地带有一些新庄孜煤矿工房与居民房。

2.3 水土环境影响

2.3.1 水环境

矿山“三废”排放中以液体和固体废弃物为主[9]。矿区产生的废水主要有生活污水和矿井排水，生活污水年排放量约5000 m3，一般都经过简单净化处理达标后排放。根据《淮南市八公山区属地方废弃煤矿矿山地质环境治理设计》，井下排放矿坑水年产出量约15000 m3，其主要污染物指标锰、铁、氨氮离子背景值较高，其废水经新庄孜煤矿污水站处理后排放，未检出超标的组分，矿区水环境质量尚未受到污染，矿山活动对水环境质量影响一般，不影响周边居民用水和农作物生长。矿区的废渣主要为采煤矿山产生的矸石，累计积存量为24000 m3，压占部分土地资源。

2.3.2 土壤环境

矿区地貌类型为一级阶地，由于开采塌陷影响，地形高差大，区内表层土壤主要为黏土和沙壤土，地表多裸露或被矸石所覆盖，水土流失较严重。

3 废弃煤矿矿山生态修复

3.1 修复目标与任务

八公山区属地方废弃煤矿开采引发的地面塌陷、土地资源破坏等问题严重影响了附近居民的正常生活，造成了土地资源的闲置与浪费，限制了八公山区经济发展。因此，对该矿山废弃地开展生态修复治理的需求日益凸显。矿山废弃地生态修复应与原始的地质生态环境相结合，做到一矿一方案，一矿一景点，将矿山废弃地生态修复融入到当地的经济发展过程中，实现矿山可持续发展。依据该矿山地质环境治理设计，修复治理目标主要为：使修复区的生态环境得到彻底改善，改变矿区周边脏乱差环境，消除矿山开采引发的地质灾害隐患及环境视觉污染，通过治理可使项目区宝贵的土地资源得到恢复，修复为林地和渔业养殖用地，为本区发展创造良好的社会环境，实现经济、社会、环境以及生态效益共赢的目标。

为实现矿山废弃地生态修复确定的上述目标，本次修复工程的主要任务为：工业广场、堆煤占地植树造林区（Ⅰ区），拆除废弃办公室、材料库等，清理建筑垃圾、废弃煤矸石堆，客土植树，恢复为林地；平整场地造林区（Ⅱ区），对分布耕地、杂树的区域进行场地整平，整治为林地；修建鱼塘（Ⅲ区），修整塌陷坑积水区，挖深垫浅、修整边坡，修筑岸缘绿化道路，整治为鱼塘；其他工程为修建排洪沟、水泥道路、机耕道路。通过对矿区的治理，实现蓝天、绿地、碧水相亲的矿区生态环境。矿区生态修复分区示意图见图1。

图1 八公山区属地方废弃煤矿生态修复分区示意图Figure 1. Zoning of ecological remediation of the local abandoned coal mine in Badongshan District

3.2 修复工程措施

为了推进废弃矿山由“大地伤疤”向“生态绿地”转变[10]，实现废弃矿山空间再利用，对区内进行场地平整、修建鱼塘、植被复绿等方面的生态修复与治理，探索国土空间的修复与再造，为当地经济发展腾出更多空间。根据矿区地质环境特征，有针对性地布局修复工程，恢复矿区生态环境，实现综合修复目标。

3.2.1 拆除、清运工程

主要分布在工业广场、堆煤占地植树造林区（Ⅰ区）。对该区内工业广场的绞车房、材料库等废弃建筑物进行拆除，拆除面积3800 m2，产生建筑垃圾5480 m3，清运处理建筑垃圾至塌陷区进行低洼地带回填，从而达到治理环境的同时节约利用资源。清运煤矸石堆24000 m3，煤矸石中的黑矸石用来发电和烧制砖瓦，白矸石用来回填塌陷区、填筑路基。通过对矸石的综合利用，不仅解决了煤矸石压占土地、污染环境的问题，同时也取得了经济效益。

3.2.2 地形平整工程

工业广场、堆煤占地植树造林区（Ⅰ区），建筑物拆除、建筑垃圾和煤矸石清运后，局部区域高低不平；位于矿区的西北部和中部的平整场地造林区（Ⅱ区），由于受采煤塌陷的影响，改变原有地形地貌，使原本平坦的地形变为地势低洼向塌陷区中心倾斜的斜坡地形，汛期低洼地区易积水。拟对Ⅰ区、Ⅱ区整体依势平整，将地势较高处的土体削低回填地势较低区，消除区内起伏不平的地面，同时将塌陷坑开挖产生的土体运至该区，并进行表层覆土，整平覆土后地形坡度小于2°，有利于树木的灌溉和汛期排水需求。

3.2.3 修建鱼塘工程

修建鱼塘（Ⅲ区），对该区内开采塌陷形成的不规则积水塘和地势低洼地段进行适当挖深垫浅。按照施工顺序，将水塘开挖地区的表层熟土提前剥离，临时堆放到外围空地上待用，目的是作为其他治理分区的表层覆土，土料熟化程度高，富含腐殖质和有机物，可直接植树；对高出设计要求的部分进行挖深，并将这些土方运走用于低洼地区回填覆土；挖方完成后，对水塘边坡进行修整，对塘底进行整平，形成水塘中心相对较深，周围较浅。对水塘岸缘改造，用毛石修砌，临水坡坡度设计为1∶0.5，修建的鱼塘最高保水水位低于塘岸0.5 m，保水深度最少为2.5 m。鱼塘除有水产养殖功能外，还具有蓄水灌溉功能。水塘坡顶修建宽度为1.5 m的环塘道路，并进行绿化。

3.2.4 复绿工程

Ⅰ区、Ⅱ区场地依势整平后，开展治理分区内植树工作，场地标高低于+10.0 m 以下的区域，由于汛期受降雨影响，种植喜水树种，选择垂柳、水杉等；场地标高高于+10.0 m 种植常青乔木，选择高杆女贞、乌桕等。植树行距3.0 m，株距3.0 m，直径3～5 cm，并及时进行后期的浇水、施肥养护，防治病虫害，确保成活率。

3.2.5 道路修整工程

塌陷区主要道路改造为水泥混凝土道路，路面宽4.0 m，混凝土路面两侧坡度不大于45°。在整理后的场地基础上充填路基，路基主要利用场地中清理的碎石土填筑，道路结构为二层，底层铺设碎石土，平均厚度为30 cm，应分层充填，分层碾压，每充填10 cm，重型平碾4～6 遍，压实系数应大于0.97；顶部25 cm 浇灌C35混凝土。

塌陷区水塘改造恢复为精养鱼塘，鱼塘外面整修环塘道路，满足生产需求，同时可垂钓，发展旅游，提高经济价值。环塘道路宽1.5 m，平整水塘岸缘路面，在整理后的基础上铺垫路基，路基主要利用黏土，道路结构为二层，底层铺设黏土，平均厚度为20 cm，应分层充填，分层碾压，每充填10 cm，中型平碾2～4遍，压实系数应大于0.97；顶部用卵石或瓦片铺垫，厚度10 cm。

3.2.6 泄洪沟工程

根据地形沿水塘整修泄洪沟，将矿区内的水塘连接成活水，有利于畜牧养殖；同时，根据以往汛期来临时实际雨水情况均衡各个水塘的水位，满足与方便农林灌溉需要。泄洪沟采用浆砌石结构，梯形断面，上口宽1.5 m，下底宽1.0 m，深1.5 m，C15 混凝土护面，护面厚度10 cm。

3.3 治理成效

本项目主要治理工程为场地整治工程、清理煤矸石、修砌鱼塘、绿化工程等，其中拆除废弃建筑物面积3800 m2，清运煤矸石堆24000 m3，地形平整33.14 hm2，覆盖客土15000 m3；区内修整道路1583 m，修建环塘道路5021 m，修建泄洪沟953 m，种植喜水及常青乔木共需36823棵。矿区生态修复规划示意图见图2。

图2 八公山区属地方废弃煤矿生态修复规划示意图Figure 2. Ecological remediation plan of the local abandoned coal mine in Badongshan District

通过以上治理措施的实施，取得了一定的生态效益、经济效益及社会效益。其中生态效益方面，通过本修复工程的实施，将在较大程度上改变了因地貌景观破坏造成的视觉污染，改善了大气污染状况，减轻了水土流失，有效地保护了生态环境，极大地改善了周围居民的生活环境。经济效益方面，通过植树造林、修建鱼塘、养殖水产等措施，新增林业用地约33.14 hm2，精养鱼塘约11.68 hm2，其中坑塘水面按照每公顷价值3 万元计算，直接经济效益达约35 万元。社会效益方面，修复工程的实施，将进一步减少矿山地质环境恶化对周围村民生活的影响，增强人民的生活质量，维护社会的和谐稳定，同时，对进一步提高人民的生态环境保护意识，推进美好乡村建设步伐，具有一定的积极作用。

4 结论

通过对矿区开展工程地质、环境地质等专项调查，基本查明了矿山开采引发的矿山地质环境问题，有针对性地实施治理工程，达到了理想的治理效果。通过该项目的实施不仅改善了矿区生态环境，也恢复了大量的土地资源，取得了一定的社会、经济、环境效益，同时也为淮南煤矿矿山废弃地生态修复提供了依据及参考。