木里煤矿生态环境修复治理模式

梁峰伟，刘士杰，霍 豪，侯春刚

（1.中煤地华盛水文地质勘察有限公司 环境分公司，河北 邯郸 056004；2.中国煤炭地质总局 水文地质工程地质环境地质勘查院，河北 邯郸 056001）

0 引 言

木里矿区煤炭储量丰富，煤层厚、煤质好、构造简单有规律，是青海省重要的煤矿区，也是青海省炼焦煤资源地，区域内构造简单，煤层埋深浅，主要以露天开采为主。木里矿区开采活动主要集中于聚乎更矿和江仓矿，近年来因采矿活动，木里矿区形成多处大型渣山、露天采坑等，对生态环境造成了极大的损伤。随着现代社会可持续发展理念的不断深入，高原高寒区域的露天矿山环境恢复治理成为了一种迫切需求，现有的露采矿山生态环境修复技术是基于低海拔的区域治理，不能完全满足高原高寒区域的治理要求。

通常的治理模式为3 个阶段：一是矿坑、渣山的整治与地形地貌的重塑；二是覆土；三是进行复绿。如果采用常规方法进行大规模削坡减载、渣土回填、覆土后复绿施工工艺，存在工程量巨大、覆土土源难解决、在高原高寒区域无法有效的保证水源涵养且无法有效解决煤水混合后由于冲刷淋滤产生的二次污染。

在高原高寒区域矿山生态环境修复方面，国内已经有相关专家学者进行了相关的研究工作。其中王佟等[1-2]对高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术进行研究等，通过削坡减载、土壤重构、水系连通，从技术层面上实现了高原高寒区域的复绿。

本文依托木里矿区生态整治项目（标段一） 聚乎更七号井施工需求，结合青海省木里矿区聚乎更七号井采坑、渣山一体化治理工程设计方案，探索了一种高原高寒区域露采矿山环境恢复治理方案，集合了削坡减载、土壤重构、水系连通、煤炭资源保护重塑冻土层、高原种草七步法、高原种草播种后处理等方法，消除了露采矿山对土地资源的影响及产生的地质灾害隐患，极大降低了工程量，降低了工人劳动强度，提高了高原高寒区域露采矿山恢复治理的复绿质量。

1 概 况

木里矿区聚乎更七号井地处青海省海西州木里镇，所处位置是青藏高原典型的生态脆弱区[3]，区内多分布大片冻土和高寒草甸等湿地植被，区域生态敏感脆弱，易遭破坏，且难于恢复。矿区位于祁连山区域水源涵养地同时是生态安全屏障的重要组成部分，地处黄河支流大通河发源地，生态环境地位非常重要。采坑呈西北至东南走向，采坑长3.93 km，宽0.41 km，坑口标高4 150.87—4 167.09 m，采坑最低为3 995.65 m，开采深度19～32 m，坑口面积149.40 万m2，采坑容积1 398.10 万m3；西坑含3 个积水坑，深度10.15 ～11.04 m，积水量共计73.80 万m2，主要揭露地层为中侏罗统木里组和江仓组底部碎屑岩，岩性以粉砂岩、泥岩为主夹细砂岩，采坑周边形成南北2 处渣山，北渣山占地面积约104.63 万m2，渣山高度20 m；南渣山占地面积约55.84 万m2，渣山高度30 m（图1），工程包括以中部分水岭为界东、西采坑两处采坑的地形整治，裸露易自燃煤层3 处的煤层封填保护及该区域的人造冻土层再造、全区的水系连通、土壤重构、复绿工程。

图1 施工前治理区现状Fig.1 Present situation of treatment area before construction

2 修复治理技术

遵循生态系统的整体性、系统性、动态性及其内在规律，修复为主、治理为要，对七号井采坑渣山治理、植被恢复、水环境和水资源以及冻土保护等统筹规划、综合治理，进行一体化修复。实现水源涵养、冻土保护、生态恢复、资源储备、分区管控，实现节约优先兼生态保护，自然恢复兼资源保护的统一结合，打造高原高寒区域矿山生态恢复治理验证工程，综合七号井开采现状，结合工程地质和水文地质条件，提出了资源保护+采坑部分回填+边坡与渣山整治+水系自然连通+植被复绿的修复治理模式，项目执行中遵守“边实施、边评估、边整改”的施工原则，主要的治理设计原则如下。

2.1 工程勘查

该工程执行地质三边原则即“边施工、边勘查”的同时进行渣山边坡与采坑边坡稳定性评价，根据评价本着实事求水的原则优化调整设计方案。

2.2 煤矿资源保护

本着保护煤矿资源、保护生态环境的原则，对已剥露残煤进行剥离倒运。同时将煤层露头开挖至地下0.5 ～0.8 m，对煤层露头进行红黏土回填封堵、浇水冻实、分层封填碾压，确保煤层不被氧化重塑冻土层。保护煤炭资源重塑原始冻土层见封填煤层、重塑冻土层示意如图2 所示。

图2 封填煤层、重塑冻土层示意Fig.2 Sealing coal seam and remodeling permafrost layer

2.3 采坑部分回填

考虑七号井采坑既有中间高两端低的地形特征（以场地中部分水岭为界，分水岭界标高约4 160 m，西采坑回填至4 149—4 160 m 标高，东采坑回填至4 088—4 160 标高），治理后的采坑坑底由西端至分水岭至东端形成纵向标高依次为4 149 —4 160—4 088 m 的坑底地形，即中间高两端低，回填方量来源于采坑刷坡及北侧不稳定渣山，尽量减少对已复绿渣山的扰动。

2.4 边坡与渣山整治

为消除滑坡和崩塌等地质灾害，对采坑两侧的边坡进行削坡，实现边坡整治，治理形成台阶分布式稳定边坡，在确保边坡稳定的同时，也便于后期的生态恢复，局部稳定的岩质边坡，不做大范围削坡，只清除表层松散石块。

2.5 水系自然连通

采坑整治完成后，东西坑交界处为分水岭，分别向两侧沿中线设置有3°～5°的斜坡将西坑积水集中排泄至西侧低洼处，并对水质变化进行长期观测，最终将水自然导至哆嗦河，避免积水及冻融对整治后边坡产生破坏。

2.6 植被复绿

对治理区裸露边坡及全部建筑物进行拆除后覆土复绿，具体如下。

（1） 第一步种草基质层重塑。将筛选的渣土覆盖或就地翻耕，检出大块砾石。形成深度为25~30 cm 的种草基层，25~30 cm 深度种草基质层中直径大于5 cm 的石块不超过10%，就地选材避免了客土产生的高费用及对生态环境的破坏[4]。

（2） 第二步修建排水沟。治理区内坡面每间隔30~50 m 修建排水沟，采坑边坡平台修筑拦水坝，排水沟及拦水坝组合形成排水网络。形成“湖联珠串、山水相映”的和谐景观。

（3） 第三步改良渣土。捡石后渣土中拌入羊板粪、和有机肥。将羊板粪（每亩用量33 m2，厚度为5 cm）、颗粒有机肥（平台区每亩用量750 kg，坡地每亩用量1 000 kg），摊铺在种草基质层上，采用机械或人工方法，均匀拌入草种基质层，深度大于15 cm。保障了植被生长需要，为下一步植物自然演替打下了基础。

（4） 第四步施肥。用缓释颗粒有机肥（平台区每亩用量750 kg，坡地每亩用量1 000 kg），通过机械或人工方式，使用在种草基质层表面。

（5） 第五步播种。选用4 种高原原生牧草种（平地12 kg/亩，坡地16 kg/亩） 和15 kg/亩牧草专用肥混合，通过飞播、机械撒播或人工撒播等方式，撒播在草种基质层面层。

（6） 第六步耙耱镇压。为保证草种入土深度，更有利于草种萌发，推荐入土深度1~2 cm，坡面推荐人工使用多齿犁耙耱，平面可以用钢丝刷加铁链加槽钢组合进行耙耱。

（7） 第七步无纺布铺设。镇压完成后，铺设无纺布。推荐使用每平方米20 g 左右规格的无纺布，边缘重叠处用石块压紧压实，即可起到保温保墒的作用又能够自然降解，避免了无纺布对治理区的污染。

3 治理效果

项目严格依照资源保护+ 采坑部分回填+ 边坡与渣山整治+水系自然连通+植被复绿的修复的治理模式，经过为期2 a 的生态修复治理，清除了治理区内裸露煤层并通过煤层封填、浇水冻实、分层碾压重塑了人工冻土层保护了煤炭资源。通过“随坡就形”修筑排水系统导通了自然水系使治理区内水系连通；通过人工或机械捡石、土壤重构使治理区土壤各养分指标达到了植被生长需要；通过“种草七步法”规范了种草流程及方法增加了施工效率，提高了出苗成效。经过监测项目植被出苗数达到了平均9 300 株/m2、治理区植被覆盖率达到了85%以上，次年植被返青情况良好，为治理区内植被形成自然演替、正向演替打下坚实基础。达到了治理目的，形成了“远山、近湖、山水相映”的和谐景观（图3）。

图3 施工前后对比图Fig.3 Comparison before and after construction

4 结 语

木里矿区生态修复治理是目前我国在高原、高寒、高海拔地区开展的大面积矿山生态修复治理的首例成功示范性工程。国内外鲜有成功经验和成熟模式可借鉴，该项目的顺利高效实施具有很强的探索和试验意义。解决了地貌景观、植被、冻土、水系及湿地破坏、土地占损毁、土地沙化与水土流失、渣山及矿坑边坡失稳、煤炭资源破坏等生态环境问题，降低了工程施工总量，杜绝了过渡治理、有效提高施工质量。