焦作采煤沉陷區(qū)土地綜合整治與生態(tài)重建

摘要：采煤活動引起的地表沉陷和生態(tài)環(huán)境問題是制約礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。以焦作礦區(qū)為例，開采沉陷面積達70.16 km2，最大沉陷深度超過8 m，導(dǎo)致一系列嚴重生態(tài)環(huán)境問題，如土壤侵蝕、土壤肥力下降、植被退化等。在低山丘陵沉陷區(qū)土地修筑梯田或改為緩坡地，在平原沉陷區(qū)采用排水、煤矸石或粉煤灰充填、挖深墊淺等工程措施。同時，采用種植大豆、花生等豆科植物或禾本科植物、增施有機肥等措施提高復(fù)墾土壤質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)；綜合整治；生態(tài)重建；焦作

中圖分類號：TD88 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）14-3283-03

我國90%左右煤炭產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱，突出的生態(tài)與環(huán)境問題主要表現(xiàn)為地表沉陷引發(fā)土地資源破壞、煤矸石堆放壓占土地及其在雨水淋溶作用下對周邊生態(tài)環(huán)境的污染、礦井排水導(dǎo)致水資源破壞等。以煤礦開采區(qū)土地資源破壞為例，截至2007年，采煤沉陷區(qū)面積總計達8 000 km2，且新沉陷區(qū)面積仍以較快速度增加。由沉陷、污染等原因造成的土地退化嚴重影響了當?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)和生活。

近年來，針對煤炭開采引發(fā)的生態(tài)與環(huán)境問題已經(jīng)開展了大量的研究工作，一些土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)與重建工程也是卓有成效的。例如，開采沉陷預(yù)防及控制技術(shù)、沉陷區(qū)地表恢復(fù)及復(fù)墾技術(shù)、煤矸石山植被覆綠及景觀重建技術(shù)、復(fù)墾土壤重構(gòu)技術(shù)、礦區(qū)環(huán)境綜合治理技術(shù)及其應(yīng)用等[1-5]，對不同破壞條件下礦區(qū)土壤、植被、生物等進行了大量深入研究[6-8]。通過在不同礦區(qū)的實踐表明，這些工程和生物技術(shù)措施能較好地改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，一定程度上促進了礦區(qū)社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。以河南省焦作礦區(qū)為例，在分析礦區(qū)土地退化狀況的基礎(chǔ)上，針對礦區(qū)自然地理條件差異和土地破壞特征，提出相應(yīng)的生態(tài)重建和綜合治理措施，為該礦區(qū)開展土地復(fù)墾和生態(tài)重建提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

礦區(qū)位于河南省西北部，地處太行山脈與豫北平原的過渡地帶，地勢西北高東南低，面積達4 000 km2。主要生產(chǎn)低灰、特低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)無煙煤，是我國六大無煙煤生產(chǎn)基地之一，也是河南省特大型煤炭基地之一。礦區(qū)屬暖溫帶半干旱半濕潤區(qū)，年均降雨量610 mm，降雨主要集中于6～8月，占全年的55%，年平均氣溫14.2 ℃。礦區(qū)地下水資源豐富，主要有第三系、第四系砂礫層水，地下水埋深一般在1.6～21.2 m。

2 采礦對土地資源的破壞

2.1 采礦引起的地表沉陷

焦作礦區(qū)屬于厚煤層和多煤層開采，具有礦井分布范圍廣，開采深度變化大，地表沉陷面積大，移動持續(xù)時間長等特點。礦區(qū)開采已百余年，原有13個礦井，其中6個礦井已關(guān)閉，現(xiàn)有生產(chǎn)礦井7個，多數(shù)進入殘采期。

礦區(qū)生產(chǎn)活動形成了分布較廣的沉陷區(qū)，據(jù)統(tǒng)計，13個礦井生產(chǎn)產(chǎn)生的沉陷總面積70.16 km2（表1），其中穩(wěn)定沉陷區(qū)48.16 km2，非穩(wěn)定沉陷區(qū)22.00 km2。礦區(qū)地表沉陷深度多在1.20～4.30 m，平均深度為3.10 m，最大下沉深度達8.19 m，最大地表水平位移達1.96 m。地表沉陷對土地的破壞程度多為輕度和中度，主要表現(xiàn)為部分土地易形成積水，使土壤鹽漬化，土壤肥力下降；坡度變化，導(dǎo)致水土流失；在淺部開采區(qū)、急傾斜煤層露頭開采區(qū)，地面出現(xiàn)沉陷坑、沉陷漏斗，導(dǎo)致水分喪失，影響農(nóng)作物的生長；采空區(qū)邊緣地表附近出現(xiàn)裂縫，其長度一般為30～150 m，寬度0.03～2.00 m，深度為2～3 m，最深可達幾十米。

地表沉陷對農(nóng)田的影響主要表現(xiàn)在灌溉條件受到破壞，但其耕作功能沒有被完全破壞，大多情況下經(jīng)過合理規(guī)劃和必要整治，仍能恢復(fù)耕作能力和生產(chǎn)水平。地表沉陷對農(nóng)田的破壞程度多為輕度和中度，其中，輕度主要表現(xiàn)為地面有輕微變形，不影響耕作，也不影響作物的生長，水土流失略有增加，主要集中在采區(qū)中央位置；中度主要表現(xiàn)為地面沉陷破壞比較嚴重，出現(xiàn)明顯的縫、坡、坎等，影響農(nóng)田耕種，導(dǎo)致減產(chǎn)，也影響作物生長，水土流失有所加劇，主要分布在下沉盆地的邊緣部分。

2.2 開采沉陷對水體產(chǎn)生影響

地下開采導(dǎo)致覆巖及地表破壞，從而使地下、地面水體受到破壞，導(dǎo)致含水層水位下降、地面河流干枯，并破壞地下、地面水資源。由于開采沉陷使含水層水位下降，植被生長受到影響，土壤更干燥，加劇了礦區(qū)的土地退化。

焦作礦區(qū)礦井涌水量約1.7億t/a，每噸煤排水量約60 t。礦井水綜合利用水平低，大量水外排，造成水資源嚴重浪費；同時，排放的礦井水中含有大量煤粉、巖粉等懸浮物質(zhì)以及其他污染物，污染周圍土壤和其他水體。

2.3 采礦破壞植被引發(fā)水土流失加劇

北部低山丘陵區(qū)露天開采礦，地表物質(zhì)的剝離、擾動、搬運、塌落和堆積，造成大面積的植被破壞和山體土體穩(wěn)定性下降，土壤抗侵蝕能力降低，產(chǎn)生的廢石、廢渣等，在暴雨侵蝕下極易形成規(guī)模較大的水土流失。同時，采礦活動對林草植被的破壞，易使得水土流失加劇，也導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能持續(xù)下降。

3 沉陷區(qū)土地綜合治理與生態(tài)重建技術(shù)

3.1 沉陷區(qū)工程復(fù)墾技術(shù)

3.1.1 低山丘陵沉陷區(qū) 主要分布在焦作礦區(qū)北部，為太行山前坡地，地表地勢起伏較大，地下開采后引起地表下沉、塌陷、移動，塌陷區(qū)內(nèi)裂縫遍布，高差變化較大[9]。低山丘陵沉陷區(qū)及積水沉陷區(qū)的邊坡地帶，可改造成梯田或緩坡地，重建為保水保土、農(nóng)果相間的陸地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。

梯田的水平高度應(yīng)根據(jù)地面坡度的陡緩、土層的厚度、工程量大小、植被種類、耕作機械化的程度等因素綜合考慮。一般在地形坡度小于5°的情況下，田面寬以30 m左右為宜；10°以上丘陵陡坡田面寬以不小于8 m為宜，最小不小于2 m。梯田邊坡大小與田坎高度和筑埂材料有關(guān)，可以土坎為主。該區(qū)域土壤質(zhì)地為壤土，田坎高度與田坎占地寬度比值一般取1∶0.3～1∶0.4，以保證田坎穩(wěn)定和減少占地為原則。坡地田面坡度的大小和坡向，要以不沖不淤為原則。

根據(jù)沉陷區(qū)地面坡度，在坡度較小情況下修筑梯田施工可以采用條帶法。具體是沿著坡面將之分為若干條帶，施工順序為間隔條帶剝離堆放表土，再進行底土平整，修筑田坎，待其完成后將堆存于兩側(cè)條帶內(nèi)的堆存表土復(fù)填到該條帶之上，并剝離兩側(cè)條帶內(nèi)表土堆存于已經(jīng)平整好的條帶上，進行平整后回填剝離的表土。

地面整治結(jié)束以后，以種植果樹為主，間種花生、大豆等模式進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。由于施工過程中可能造成土壤養(yǎng)分損失或者貧化，可以增施發(fā)酵后的家畜糞便或者其他有機物料以增加土壤有機質(zhì)含量，并施用氮磷等肥料滿足作物養(yǎng)分需求。

3.1.2 平原沉陷區(qū) 在焦作礦區(qū)南部，地表地勢較為平坦，地下大面積正規(guī)作業(yè)開采形成的塌陷盆地相對平緩，地表破壞程度較輕，塌陷區(qū)土地高差一般在3 m以內(nèi)[9]?？梢圆扇∫韵鹿こ碳夹g(shù)進行治理：

1）疏排水法。主要針對地表沉陷不大，且正常的排水措施和地表整修工程能保證土地的恢復(fù)利用，確保第一層煤開采后的淺沉陷區(qū)正常種植。

2）挖深墊淺法。將未來積水區(qū)表土預(yù)先取出，根據(jù)預(yù)測下沉等值線，平整周圍緩坡地，所挖精養(yǎng)魚塘一方面可以養(yǎng)魚，另一方面又可泄洪蓄水，提高沉陷區(qū)防洪抗旱能力；同時，在積水前治理有利于機械化施工，提高治理效率，避免積水后給施工帶來的困難。對于大面積的沉陷地，特別是大面積積水或積水很深的水域、未穩(wěn)定沉陷地、暫難復(fù)墾的沉陷地，可直接利用，如網(wǎng)箱養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、種植淺水藕等。在礦井工業(yè)場地附近利用積水沉陷坑修建小型水上公園，提供休閑場所。

3）廢棄物充填法。利用煤矸石或鍋爐灰渣進行復(fù)墾，但在復(fù)墾過程中要注意防止二次污染，并優(yōu)先考慮遷村等的建筑復(fù)墾或近地重建，對于市區(qū)內(nèi)或者周邊沉陷區(qū)復(fù)墾后也可以考慮作為生態(tài)用地，建設(shè)森林公園或者其他休閑場所。

3.2 沉陷區(qū)生物復(fù)墾技術(shù)

在復(fù)墾區(qū)內(nèi)種植花生、大豆等作物或者一年生豆科植物，以改善土壤理化性質(zhì)。利用含硫較高的煤矸石作為充填物時，應(yīng)防止其氧化后致土壤pH減小，可使用石膏、氯化鈣、堿性磷酸鹽等調(diào)節(jié)劑，改良土壤的酸堿性。將糞便、秸稈、有機廢渣等發(fā)酵后施用到復(fù)墾后土壤中，增加土壤有機質(zhì)的含量，改良礦區(qū)土壤結(jié)構(gòu)，消除一些過黏、過沙土壤的不良理化特性。

3.3 其他整治保護治理措施

3.3.1 地面水體保護措施 隨著井下煤層的開采，地面之上的水體可能遭受不同程度的影響和破壞。地面水體保護與治理應(yīng)結(jié)合沉陷穩(wěn)定后可能出現(xiàn)的沉陷積水區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃，制定措施。對于人工河堤及水利設(shè)施應(yīng)加以維護、加固，保證其正常使用。

3.3.2 路、橋、管、線保護措施 井田范圍內(nèi)的公路、橋涵、高壓線等設(shè)施因地表變形會遭受一定程度的影響，可采用地面維護、調(diào)整、加固、修復(fù)，必要時改線，以保證設(shè)施運行安全、不間斷。

4 結(jié)論

1）根據(jù)地形地貌，沉陷區(qū)可簡單分為低山丘陵沉陷區(qū)和平原沉陷區(qū)，分別采用不同的土地工程復(fù)墾和生物復(fù)墾技術(shù)。低山丘陵沉陷區(qū)以修筑梯田或緩坡地為主；平原沉陷區(qū)以恢復(fù)種植為主，可種植花生、大豆等作物同時根據(jù)情況因地制宜，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖或者修建水上公園等。

2）在進行生態(tài)重建和綜合治理過程中，既要科學(xué)規(guī)劃，減少投資，變廢為寶，又要考慮地區(qū)自然、經(jīng)濟、技術(shù)現(xiàn)狀，還要遵循生態(tài)學(xué)原理，以求達到最大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。

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