达拉特旗某典型井工煤矿采煤沉陷区生态修复治理工程探讨

1 研究区概况

　　1.1 地形地貌

　　研究区地形呈西南高东北低的趋势，海拔1000～1500m，南部是丘陵土石山区，在鄂尔多斯台地北端，占总面积的54%，矿藏丰富，地势起伏较大，水土流失严重;中部为库布其沙漠，占总面积的19%，宜林宜牧，水土流失严重;北部为黄河冲积平原，占总面积的27%，地势平坦，是国家商品粮基地和国家农业综合开发区。

　　1.2 气候特征

　　研究区属典型温带大陆性气候，年均日照时数3000h，年均气温6.1～7.1℃，极端最高气温39.6℃，极端最低气温-30.3℃。平均相对湿度54%，蒸发量2130.5mm，无霜期135～150d，年均降水量240～360mm，降水主要集中在7—9月份。最大积雪厚度380mm，年平均风速2.7m/s。

　　1.3 土壤类型

　　研究区在内蒙古生态功能区划中属于库布其沙地东段沙地植被防风固沙生态屏障功能区。地带性土壤有栗钙土、棕钙土、栗褐土;非地带性土壤以风沙土为主，其次是灰漠土、淤灌土、盐土等。

　　1.4 植被情况

　　治理区土壤沙漠化较严重，地表大部为黄土覆盖，海拔1000～1500m;地带性植被类型为典型草原植被。鄂尔多斯台地基本为流动和半固定沙丘，风沙土在全旗土壤中占绝对比重，质地与生产性能不良，仅长一些沙蒿、灌木和杂草，水土流失严重。治理区所在地区土壤贫瘠而干旱，植被稀少。

　　1.5 水文地质

　　本井田主要开采煤层位于当地侵蚀基准面以下，但附近无大的地表水体，地形有利于自然排水。浅部第4系松散层分布极不均匀，厚度为0～44.70m，主要为透水不含水层，在地势平坦开阔的河谷地带，含有孔隙潜水。深部煤系地层岩石裂隙不发育，地下水补给条件差，地下水以静储量为主。本井田水文地质类型为二类二型，即以孔隙、裂隙含水层为主的水文地质条件中等的矿床。

　　1.6 地区经济

　　煤矿位于鄂尔多斯市东胜区西北部的达拉特旗昭君镇境内，距东胜区仅35km。近几年随着地方经济的不断发展，投资环境得到较大改善，道路交通、电力设施已初具规模。区域内居民以从事农业和养殖业为主，经济收入比较可观，是当地经济发展较快的地区之一。

　　2 矿区治理环境分析

　　2.1 治理区地质环境现状

　　根据现场实地调查，经过多年井下开采，地面已形成采空沉陷区。按照治理区对矿山地质灾害、占用损毁土地、含水层破坏、地形地貌景观4大类矿山地质环境问题进行论述[1-3]。地质灾害影响现状：治理区位于高头窑煤矿的采空沉陷区内;根据现场调查，存在地表裂隙、地面塌陷地质灾害。含水层影响现状：本区域地下存在大面积采空区，采空区破坏了基岩裂隙水含水层的结构使各含水层间产生了水力联系，但由于矿区内的含水层富水性弱，对含水层影响程度较轻。对地形地貌景观影响现状：本区域已引发地表裂隙及地面塌陷等地质环境问题，对地形地貌景观影响严重。土地资源影响现状：本区域对土地资源影响程度较轻。

　　2.2 治理区地质环境预测

　　研究区主要在地面沉陷区范围内，对其进行排矸，然后在矸石场上部进行覆土，恢复植被，达到沉陷区治理的目的。地质灾害影响预测：排矸场最终坡角为22°，最终边坡安全稳定系数满足要求，因此排矸场对地质灾害影响程度较轻。含水层影响预测：主要是在沉陷区进行排矸，排矸工程位于地下含水层之上，因此排矸场对含水层结构影响程度较轻;排矸场雨水不会渗到地下，对地下水水质无影响;因此未来排矸工程对地下水水质影响程度较轻。地形地貌景观影响预测：排矸场覆土，恢复治理，达到沉陷区治理的目的，未来排矸场对地形地貌景观影响较轻。土地资源影响预测：对排矸场覆土，进行植被恢复，达到生态修复的目的，对土地资源影响程度较轻。

　　2.3 治理区生态修复方法

　　本工程地面沉陷治理方法采用煤矿选煤厂洗选产生的煤矸石对沉陷区沟谷进行填充、黃土覆盖、压实、平整方式将地貌重塑后，最终将整治后的土地恢复为人工牧草地[4，5]。地面沉陷治理方案采用土壤重构原理，把表土重构在回填矸石上部，使上部土层仍然在上部，下部岩层仍在下部，表土覆土厚度0.5m。矸石填充过程中，每5m厚夹盖黄土1层（厚度为0.5m）。顶部每成型1个平台进行统一覆土，并系统改造1次。通过对土地进行平整并根据土地适宜性评价将土地恢复成人工牧草地，达到沉陷区绿化、土地综合利用、改善环境的生态效果。

　　3 治理区生态修复工程及工程量估算

　　3.1 土地复垦适宜性评价

　　本期恢复治理主要复垦区域为排矸场。本方案共选出地形坡度、排灌条件、有效土层厚度、土壤质地、损毁程度、降雨量、区位条件（道路设施）等7项参评因子，依据适宜性等级评定结果，综合分析本次治理及复垦责任区自然条件和社会条件，结合公众意见和政策因素，并考虑工程施工难易程度以及技术可行性等方面的因素，确定本期治理及复垦责任区最终复垦方向为草地，草种选择适合当地生长的紫花苜蓿，具有一定经济效益。通过生态治理区水土资源平衡分析可知，本治理项目覆土区域覆土厚度50mm，土源取自原沉陷区治理工程中剥离的表土，复垦过程中用水主要取自矿井处理后的水。 　　3.2 排矸场排弃工程

　　排矸场排弃工程结束后，在其边坡和平台覆土并平整，覆土厚度为50mm，平整厚度为30mm，然后种草恢复植被。

　　3.3 排矸场地质环境恢复治理工程量估算

　　沉陷区面积20hm2，后期排矸过程与北部已有排矸场进行合并，故排矸场实际治理面积为22.89hm2。排矸場台阶平台和边坡覆土面积22.89hm2，覆土厚度50mm，覆土量11.45万m3;排矸场台阶平台和边坡平整面积22.89hm2，平整厚度30mm，平整量6.87万m3;根据矿区生态分布情况和适宜性分析，本次矿山恢复植被选用草种为紫花苜蓿和当地杂草，所需紫花苜蓿457.8kg，当地杂草343.4kg。经测算，覆土绿化工程施工费预计为173万元。

　　3.4 水土流失防治措施

　　每个治理区防治措施都以植物措施为主，主体工程采取的措施主要包括表土覆盖和治理区植被恢复措施[6，7]。平台及台阶设排水沟，周边平台周边设置挡水围埂，最终平台设置网络围埂;为防止治理区遭受风蚀和水蚀，对治理区回填、整平和覆土后采取种草恢复植被措施，边坡采用沙柳网格护坡，尺寸2m×2m，网格内撒播苜蓿。平台布设30m×20m的网格围埂，网格内撒播苜蓿。表土堆放场地最终也进行绿化，恢复植被;为减少施工过程中因风蚀造成的水土流失，在风季施工期内，增加洒水降尘措施。