废弃矿山地质环境恢复治理实践研究——以同心县某煤矿恢复治理工程为例

杨川枫，李凤洋，程国强，马 晶，王 楠

（宁夏回族自治区水文环境地质调查院，银川 750021）

同心县是宁夏回族自治区矿业大县，矿产资源及地理区位优势明显，加强矿产资源保护与勘查、开发利用对同心县高质量发展至关重要，是助推黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设的重要基础保障。2023年2月，同心县政府依据宁夏回族自治区自然资源厅的相关要求，编制《同心县矿产资源总体规划（2021—2025年）》。该规划指出，规划期内部署实施重点治理项目5 个，采取回填矿坑、平整土地、混播草籽等措施，修复地形地貌、恢复地表植被、防止水土流失，不断提高矿山生态修复的综合效益，逐步构建废地变绿地，废矿变绿源，自然景观与周边生态环境相互交融、和谐共生的生态系统。本文以同心县某煤矿恢复治理工程为例，研究废弃矿山地质环境恢复治理，为区域废弃矿山地质环境恢复治理提供参考。

1 矿区概况

本煤矿位于同心县，占地面积为0.823 2 km2，为井工开采矿山。矿区内赋存多种类型的地下水，矿体位于地下水位以下，充水含水层富水性弱，补给条件差，大部分井田属水文地质条件简单的矿床，单位涌水量小于0.1 L/（s·m）。矿床条件简单，煤层顶底板岩层组合以粉砂岩、砂质泥岩为主，岩石易软化、泥化，均属中等难冒落顶板。井田范围内断层比较发育，以北西走向的一组断层为主，其次为南北走向，后者被前者切割，北西向断层水平断距一般都在20 m 以上，落差最大超过100 m。本煤矿采用井工开采，矿山地质环境复杂程度属中等。开采过程中未出现采空区地面塌陷等现象，但是工业场地的建立破坏原有的地形地貌景观，可能引发采空区地面塌陷、压占破坏土地资源、改变局部地形地貌景观等[1-3]，其环境影响主要表现为3 点。矿山地质环境问题预测如图1所示。

图1 矿山地质环境问题预测

1.1 地质灾害风险

矿区内地质灾害主要考虑泥石流与地面塌陷[4-5]。矿区地表发育多条小型冲沟，主要成因为降雨。沟谷切割较浅，两岸无崩塌、滑坡等地质现象发育，冲沟水量小，沟底纵坡降小，基本未发生水土流失、坡面侵蚀现象。沟底松散堆积物较少，松散堆积物厚度小于0.5 m。小型冲沟均未形成泥石流沟谷。经现状评估，泥石流灾害危险性小。结合煤矿目前的开采条件，本次地面塌陷预测评价采用概率积分法。预测评价结果如表1所示。经预测评估，采空区地面塌陷发生的可能性大，规模为中等，地面塌陷对矿山地质环境的影响程度为较严重。

表1 预测评价结果

1.2 地形地貌景观破坏

矿区工业场地包括生活区、办公室、矸石场和选煤厂等，占地面积为12.26 hm2。工业场地的建设使原生的地形地貌景观发生改变，也改变工业场地一带原生植被的生存条件。因此，已建工业场地对地形地貌景观的破坏较严重。

1.3 含水层破坏

开采区矿井充水主要来自太原组砂岩及灰岩含水层组，在主井开采时，井正常涌水量为20 m3/h，最大涌水量为25 m3/h。经野外调查，采空区地下含水层水位下降幅度较小，对矿区周边村民生产生活用水的影响小。现状评估表明，矿区开采对含水层的破坏程度较轻。

2 生态修复措施

本煤矿因地制宜，综合施策，以期实现生态修复。一是工程治理措施，二是监测管理措施，三是生物治理措施。

2.1 工程治理措施

2.1.1 地面塌陷治理

矿区属于黄土低缓丘陵区，塌陷区治理只需要将下沉变形较大地段、塌陷坑、伴随地裂缝进行填埋夯实并修整地表。可采用机械施工，用细粒土削高填低修整塌陷区，有针对性地进行地质地貌景观恢复治理。

2.1.2 工业场地治理

矿山闭坑后，矿区工业场地的建筑物将废弃，为此首先应将工业场地内废弃的建筑物拆除、平整。根据开发利用方案及现状调查，工业场地占地面积为12.26 hm2，建筑占地面积为13 800 m2，拆除后的堆积高度为0.4 m，因此需要拆除的废弃物约为5 520 m3，拆除后的废弃物清运至排矸场进行堆放，平整场地面积为12.26 hm2。

2.1.3 废弃井筒回填封堵

矿区内共有废弃并筒7 个，均未进行治理。废弃井筒需要进行回填封堵。井筒充填工程在距井口20 m 处砌墙，然后进行分段压实回填，距离井口5 m处再砌墙，填筑砂土、碎石土等并压实。

2.2 监测管理措施

2.2.1 地面塌陷监测

本煤矿存在的主要地质灾害为地面塌陷，目前煤矿处于停止开采的状态，但已经形成的地面塌陷仍有进一步发展的趋势。为随时掌握塌陷发展情况，明确塌陷对地面现有建筑物的影响，在已确定的地面塌陷影响范围周边布置一定数量的地表变形监测点进行监测。

2.2.2 地裂缝监测

目前，地裂缝错位监测主要采用裂缝计测量法与简易测缝法。综合考虑经济成本，矿区地裂缝监测采用简易测缝法，即在地裂缝处垂直布设监测点，埋设骑缝式简易观测桩，定期使用钢卷尺、游标卡尺测量裂缝的长度、宽度、形态和延伸方向等。监测频率暂定为一月一次，在丰水期和降雨量较大的时间段，增加监测频率。

2.2.3 地形地貌景观监测

本煤矿主要采用井下作业方式，地面建设有采煤辅助建筑。煤炭转运时，有煤渣散落在生产区道路上，对地形地貌景观与土地资源造成影响。要对采煤辅助建筑与生产区道路进行监测，确保对地形地貌景观影响较大的行为得到管理控制。

2.3 生物治理措施

该矿山对土地的损毁主要为挖损和压损，对土地及植被造成严重的损毁。因此，土地复垦措施主要为塌陷区与压占区复垦工程、植被重建工程。塌陷区损毁形式主要为塌陷过程中形成的裂隙破坏及地表不均匀沉降，复垦主要采取土地平整、播撒草籽、林地补植补造等措施。废旧建筑物拆除后，原压占区使用黄土进行覆土，覆土厚度为0.3 m，覆土后的工业场地采用播撒草籽的方式复绿。

3 治理成效分析

塌陷区对塌陷与地裂缝进行填埋夯实，消除地质灾害隐患。地面塌陷及地裂缝会引起裸土地、林地、草地等土地的损毁，在土方工程和地裂缝填充工程结束后，进行土地复垦和生态重建，改善地形地貌景观的视觉效果。同时，因矿区已封闭，无人员、车辆、房屋、机械设备等固定承灾体，矿区内地质灾害发生率降低，安全隐患减小。工业场地恢复治理后，矿区与周围环境的不协调问题得到缓解，压占破坏的土地资源得到初步修复，局部可见新生植被，生态资源在多个植被生长周期内有望恢复。

4 结语

截至2020年底，同心县14 个闭坑矿山累计完成地质环境恢复治理面积76 hm2。经核查，全县历史遗留矿山共计52处，累计面积为351 hm2。截至2020年底，同心县已投入648 万元资金对小洪沟水源地周边历史遗留露天矿山开展生态环境恢复治理，治理面积为32 hm2。矿山地质环境恢复治理取得良好的生态效益和社会效益，但历史遗留矿山地形地貌破坏、水土流失、植被破坏等生态环境问题仍然较为突出，历史遗留矿山生态修复工作任重道远。本煤矿恢复治理工程的实施可以有效防止煤矿开采诱发地质灾害，减轻现有地质灾害的影响，促进社会经济与生态环境的可持续发展，为同心县生态文明建设提供示范引领。