神東公司煤炭項(xiàng)目水土保持生態(tài)保護(hù)技術(shù)探索與實(shí)踐

劉　軍，杜　卿，李　昊

(1.中國神華神東煤炭集團(tuán) 環(huán)保管理處 水保監(jiān)測站，陜西 神木 719300；2.黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

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神東公司煤炭項(xiàng)目水土保持生態(tài)保護(hù)技術(shù)探索與實(shí)踐

劉軍1，杜卿2，李昊2

(1.中國神華神東煤炭集團(tuán) 環(huán)保管理處 水保監(jiān)測站，陜西 神木 719300；2.黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

主動型治理；技術(shù)創(chuàng)新；“三期三圈”；煤炭項(xiàng)目；神東公司

介紹了神東公司在水土保持生態(tài)保護(hù)方面的技術(shù)創(chuàng)新，包括主動型生態(tài)保護(hù)道路，開采前、開采中、開采后“三期”生態(tài)治理理念，外圍防護(hù)圈、周邊常綠圈、中心美化圈“三圈”生態(tài)治理模式等技術(shù)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的多贏，解決了煤炭開采與脆弱生態(tài)保護(hù)的矛盾，為我國能源戰(zhàn)略西移探索了一條主動型的水土保持生態(tài)保護(hù)途徑。

神東公司地跨內(nèi)蒙古、陜西、山西三省區(qū)，是神華產(chǎn)業(yè)鏈的源頭和重要組成部分。自1985年開發(fā)建設(shè)以來，堅(jiān)持“高起點(diǎn)、高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率、高效益”的建設(shè)方針，依托神華集團(tuán)礦電化路港航一體化運(yùn)營模式，形成了以 “生產(chǎn)規(guī)?；?、技術(shù)現(xiàn)代化、隊(duì)伍專業(yè)化、管理信息化”為特征的千萬噸礦井群生產(chǎn)模式，創(chuàng)建了以“本質(zhì)安全型、質(zhì)量效益型、科技創(chuàng)新型、資源節(jié)約型、和諧發(fā)展型”為核心的煤炭生產(chǎn)企業(yè)。目前，擁有15個(gè)礦井，產(chǎn)能超過2億t，安全、生產(chǎn)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等主要指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)第一、世界領(lǐng)先水平。

神東礦區(qū)地處毛烏素沙地與黃土高原過渡地帶，生態(tài)十分脆弱，干旱少雨，多年平均降水量 360 mm，年蒸發(fā)量2 300 mm；原生植被種類單一，平均植被覆蓋率僅3%～11%，風(fēng)蝕區(qū)面積占總面積的 70%，是全國水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)與治理區(qū)。面對脆弱的自然生態(tài)，神東將環(huán)境建設(shè)納入公司總體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，形成了集公司決策、部門管理、礦廠負(fù)責(zé)、專業(yè)化運(yùn)行為一體的管理體系；成立了以董事長為首的水保綠化管理委員會，負(fù)責(zé)水保綠化工作的決策與規(guī)劃；設(shè)立了與煤礦同級的水保管理處，實(shí)現(xiàn)了水保綠化工作專業(yè)化管理；公司各職能部門負(fù)責(zé)建設(shè)期間水保管理，公司各礦、廠、中心負(fù)責(zé)生產(chǎn)期間水保管理；制定了《神東公司水保綠化管理辦法》等60多項(xiàng)制度、標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)立了水保臺賬，形成了公司、礦廠、區(qū)隊(duì)三級制度體系。截至2015年底，公司累計(jì)投入水保資金14.5億元，完成生態(tài)治理面積達(dá)240 km2，礦區(qū)植被覆蓋率由開發(fā)初的3%～11% 提高到60%以上，神東礦區(qū)不僅沒有因大規(guī)模開發(fā)而造成環(huán)境破壞，而且使原有的脆弱生態(tài)實(shí)現(xiàn)正向演替，在荒漠化地區(qū)建成了一片綠洲。

1　技術(shù)創(chuàng)新

神東礦區(qū)作為國家級能源戰(zhàn)略西移的重點(diǎn)工程，開發(fā)建設(shè)過程中面臨著大規(guī)模煤炭資源開采與脆弱生態(tài)保護(hù)的尖銳矛盾，事關(guān)生態(tài)安全與能源安全。鑒于此，神東在礦區(qū)開發(fā)初期，就對煤炭開發(fā)與環(huán)境保護(hù)問題進(jìn)行了認(rèn)真審視。西方發(fā)達(dá)國家在過去100多年的發(fā)展中，消耗了大量的能源與資源，以犧牲環(huán)境為代價(jià)完成了工業(yè)化進(jìn)程，資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。我國雖已確立了 “開發(fā)與治理并重”及“三同時(shí)”等治理的原則與制度，但仍處于“邊開發(fā)邊治理”與“先開發(fā)后治理”狀態(tài)，對于生態(tài)脆弱區(qū)如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展，尚無成功范例可供借鑒。

傳統(tǒng)的理念、技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)不能給予神東礦區(qū)開發(fā)建設(shè)提供借鑒與支撐，神東將視線轉(zhuǎn)向了環(huán)境學(xué)之外更廣闊的科學(xué)領(lǐng)域，運(yùn)用水土保持科技創(chuàng)新技術(shù)指導(dǎo)神東礦區(qū)大規(guī)模煤炭資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)協(xié)同發(fā)展的工程實(shí)踐，為2億t礦區(qū)開發(fā)建設(shè)提供了技術(shù)理論支撐。

神東公司針對水土保持生態(tài)保護(hù)開展了21項(xiàng)系統(tǒng)研究，其中自主研發(fā)的“荒漠化地區(qū)大型煤炭生產(chǎn)基地生態(tài)環(huán)境綜合防治技術(shù)”獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，其主要?jiǎng)?chuàng)新在于如下4個(gè)方面。

1.1探索了一條主動型生態(tài)保護(hù)的道路

(1)從時(shí)間順序上先治后采。神東從生態(tài)系統(tǒng)功能性角度出發(fā)，建設(shè)初期針對礦區(qū)大面積的流動與半固定沙地，不論是否屬于企業(yè)井田范圍責(zé)任區(qū)，在采前均進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的防治，有效建立了生態(tài)保障體系。

(2)在水平空間上治大防小。神東從生態(tài)系統(tǒng)整體性角度出發(fā)，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行大范圍防治，控制采礦擾動造成的局部退化。對礦區(qū)周邊風(fēng)沙區(qū)公路、鐵路、山體及水土流失嚴(yán)重的小流域?qū)嵤┝舜蠓秶乃帘３稚鷳B(tài)建設(shè)工程，僅建設(shè)初期就治理流動沙地103 km2，有效控制了開采擾動對礦區(qū)生態(tài)的影響。

(3)在垂直空間上采治互動。神東公司從生產(chǎn)和生態(tài)協(xié)同的角度出發(fā)，通過采用超大工作面整體沉降等一系列井下綠色開采技術(shù)，減少了對地表環(huán)境的損傷；通過采取裂縫封堵、生態(tài)修復(fù)等一系列技術(shù)，加快了沉陷區(qū)地表生態(tài)恢復(fù)速度，從而有效保護(hù)與建設(shè)了地表生態(tài)。

(4)在資金保障上以采促治，以治保采。神東生態(tài)水保資金主要來自于基本建設(shè)項(xiàng)目配套與生產(chǎn)專項(xiàng)資金提取。從開發(fā)建設(shè)伊始，每開采1 t煤提取0.45元專項(xiàng)用于生態(tài)防治，在全國煤炭系統(tǒng)中率先建立了生態(tài)治理資金長效保障機(jī)制，形成了以煤業(yè)發(fā)展促進(jìn)生態(tài)治理，以生態(tài)治理保障煤業(yè)發(fā)展的良性循環(huán)局面。

1.2創(chuàng)新性地提出了“三期”生態(tài)環(huán)境治理理念

結(jié)合神東礦區(qū)自然生態(tài)特征與生產(chǎn)影響特征，提出了“三期”生態(tài)環(huán)境治理理念。采前大面積高標(biāo)準(zhǔn)治理，增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)保護(hù)功能，使生態(tài)環(huán)境具有一定的抗開采擾動的能力；采中創(chuàng)新井下綠色開采技術(shù)，盡量減少對生態(tài)環(huán)境的影響；采后構(gòu)建持續(xù)穩(wěn)定的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)資源可持續(xù)利用。

(1)開采前，通過實(shí)施防風(fēng)固沙、水土保持等措施不斷增強(qiáng)地表生態(tài)系統(tǒng)功能，提高生態(tài)系統(tǒng)的抗開采擾動能力，避免大規(guī)模開采導(dǎo)致生態(tài)退化。

(2)開采中，通過采取井下超大工作面整體沉降、礦井水井下存儲凈化利用、井下煤矸石置換等綠色開采技術(shù)，從源頭防控 “三廢”的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)地表整體均勻沉降少破碎、礦井水井下存儲凈化利用少外排、煤矸石井下填充置換少升井，從而實(shí)現(xiàn)開采對地表生態(tài)的影響最小化。

(3)開采后，以“開采一次性煤炭資源，建設(shè)永續(xù)利用的生態(tài)資源”為目標(biāo)，首先采取封育圍護(hù)、人工促進(jìn)自然恢復(fù)、微生物復(fù)墾等技術(shù)措施，全面修復(fù)開采對地表生態(tài)的影響；其次采取沉陷區(qū)生態(tài)功能優(yōu)化等技術(shù)措施，大力營造沉陷區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)林，建設(shè)永續(xù)利用的地上生態(tài)資源寶庫。

1.3創(chuàng)新集成了“三圈”生態(tài)治理模式

根據(jù)生態(tài)功能圈構(gòu)建理論，結(jié)合礦區(qū)自然與生產(chǎn)特點(diǎn)，將神東礦區(qū)劃分為外圍防護(hù)圈、周邊常綠圈、中心美化圈3個(gè)生態(tài)功能圈，互為關(guān)聯(lián)、漸次增強(qiáng)、動態(tài)擴(kuò)展。

(1)針對礦區(qū)外圍大面積的流動沙地，神東公司結(jié)合自身特點(diǎn)，不斷創(chuàng)新流動沙丘治理、半固定沙丘植被恢復(fù)和鐵路公路沙害防治技術(shù)，人工調(diào)控植被演替方向與速度，優(yōu)化以草為主、草灌結(jié)合的林分結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了礦區(qū)外圍寬幅立體生態(tài)防護(hù)體系。以治沙為基礎(chǔ)建設(shè)的巴圖塔沙柳林基地，治理面積10 km2，成為集治沙、造林、產(chǎn)業(yè)化為一體的綜合治理樣板區(qū)。外圍防護(hù)圈生態(tài)功能構(gòu)建就是以植物措施為主，機(jī)械措施為輔，多手段、快速度、大范圍相結(jié)合，對占礦區(qū)總面積79%的風(fēng)沙區(qū)進(jìn)行控制性治理，為整體生態(tài)功能的構(gòu)建打下基礎(chǔ)。

(2)針對礦井周邊水土流失嚴(yán)重的裸露山地，優(yōu)化了水土保持整地技術(shù)，創(chuàng)新了針闊與喬灌綜合混交造林技術(shù)和小流域綜合治理技術(shù)，主要建設(shè)了 “兩山一灣”周邊常綠林，治理面積19 km2，既控制了山地水土流失，又營造了常綠景觀。建成了連接外圍防護(hù)圈與中心美化圈的主要生態(tài)林帶，使之成了保護(hù)中心區(qū)的重要生態(tài)屏障。

(3)針對開發(fā)初期荒蕪的生產(chǎn)生活環(huán)境，創(chuàng)新集成水保綠化、園林景觀、生態(tài)城鎮(zhèn)建設(shè)技術(shù)，建設(shè)森林化廠礦、園林化小區(qū)，使各廠礦、生活小區(qū)各具特色，綠地率達(dá)到35%，人均公共綠地超過10 m2，營造了優(yōu)美和諧的生產(chǎn)生活環(huán)境，形成了人才、環(huán)境、效益的良性互動。

神東礦區(qū)大規(guī)模地開發(fā)建設(shè)必然形成大量的地面建筑，主要是礦井工業(yè)場區(qū)與生活住宅區(qū)，這是礦區(qū)生產(chǎn)生活的中心區(qū)域。由于這類區(qū)域的建設(shè)對地表的擾動強(qiáng)度大，甚至要完全破壞地表生態(tài)或造成嚴(yán)重的水土流失，因此必須對這類區(qū)域進(jìn)行生態(tài)功能構(gòu)建。同時(shí)由于這類區(qū)域是人們從事生產(chǎn)和生活的主要場所，因此在建設(shè)中還需要體現(xiàn)以人為本的思想，構(gòu)建景觀，創(chuàng)造優(yōu)美的生產(chǎn)生活空間。神東工礦建設(shè)區(qū)生態(tài)功能與景觀構(gòu)建技術(shù)集水土保持技術(shù)、植被建設(shè)技術(shù)、園林建造技術(shù)、景觀建造技術(shù)、市政建設(shè)技術(shù)等為一體，配合外圍防護(hù)圈與周邊生態(tài)圈，形成“三圈”整體生態(tài)功能。

1.4地表生態(tài)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與示范工程

神東公司以“三期”“三圈”生態(tài)建設(shè)理念與模式為基礎(chǔ)，積極探索生態(tài)建設(shè)技術(shù)，與水利部、陜西省水土保持局、中國礦業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作開展了30多項(xiàng)研究，形成了地表生態(tài)建設(shè)的技術(shù)體系；開展了大柳塔沉陷區(qū)等生態(tài)示范工程建設(shè)，建成了一系列省級與國家級示范樣板工程。

1.4.1影響規(guī)律與關(guān)鍵技術(shù)研究

(1)開采對生態(tài)環(huán)境的影響規(guī)律。超大綜采工作面能增加均勻沉降區(qū)面積，相對降低了采動覆巖的損傷程度。大規(guī)模煤炭開采對喬、灌、草的影響程度依次減弱，局部對草本生長有促進(jìn)作用，沉陷土地具有自修復(fù)能力。

(2)水的協(xié)同利用技術(shù)。系統(tǒng)研究沉陷區(qū)土壤水分承載力，采取保水、節(jié)水、增強(qiáng)植物吸水等技術(shù)措施，協(xié)同利用礦井水、土壤水、大氣降水，有效保護(hù)與建設(shè)地表生態(tài)。

(3)生態(tài)優(yōu)化配置技術(shù)。系統(tǒng)研究沉陷區(qū)植物群落演替規(guī)律，人工調(diào)控演替方向與促進(jìn)建設(shè)速度，優(yōu)化草、灌、喬林分結(jié)構(gòu)，協(xié)同植物、動物、微生物生物鏈關(guān)系，構(gòu)建物種多樣、持續(xù)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

1.4.2主要示范工程

(1)地質(zhì)環(huán)境治理技術(shù)與示范。礦區(qū)主要有沙地與黃土兩種地貌類型，采煤造成沉降、裂縫等現(xiàn)象在黃土區(qū)表現(xiàn)較為明顯，神東自主研發(fā)了柳桿障蔽生態(tài)錨固坡等一系列技術(shù)，有效地治理了沉降、裂縫。

(2)水土保持技術(shù)與示范。采用水保整地和林草種植相結(jié)合的水保技術(shù)，實(shí)施了“兩山一灣”(大柳塔東、西山和上灣周邊區(qū)域)水土保持工程和一系列小流域(紅石圈小流域、白敖包小流域等)綜合治理工程。大柳塔西山治理區(qū)被陜西省水保局命名為“水土保持示范工程”，上灣紅石圈小流域治理工程被水利部命名為“全國水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)示范工程”。

(3)水源涵養(yǎng)技術(shù)與示范。為保護(hù)礦區(qū)的凈水資源，神東對哈拉溝、石圪臺、考考賴溝、公涅爾蓋溝等水源地采取源頭層層設(shè)防、河道束水歸槽等生物措施，防止沙土侵蝕，保護(hù)與涵養(yǎng)凈水資源，完成治理8.8 km2。

(4)微生物復(fù)墾技術(shù)與示范。針對神東礦區(qū)干旱、貧瘠、地表沉降、植被受損等特點(diǎn)，神東公司于2008年開始和中國礦業(yè)大學(xué)(北京)合作開展微生物復(fù)墾關(guān)鍵技術(shù)研究與試驗(yàn)。通過從當(dāng)?shù)赝寥乐泻Y選出適宜的叢枝菌根真菌，培養(yǎng)后接種于植物根系，增強(qiáng)植物根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收，從而攻克了塌陷區(qū)生態(tài)治理中土地貧瘠、干旱缺水和塌陷傷根三大技術(shù)難題，植物成活率和植株生長量均提高了10%以上。

(5)大柳塔水土保持科技示范園建設(shè)。神東規(guī)劃建設(shè)了集科研與示范為一體的大柳塔水土保持科技示范園，在大柳塔水土保持科技示范園建設(shè)了沙棘、文冠果、長柄扁桃(野櫻桃)3個(gè)經(jīng)濟(jì)林試驗(yàn)示范基地。規(guī)劃建設(shè)50 km2，目前已完成一期建設(shè)15 km2，完成投資3 200 萬元。2014年該園被陜西省水土保持局評為省級水土保持科技示范園。神東公司在大柳塔水土保持科技示范園開展了水土保持徑流觀測、風(fēng)蝕監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測3個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目和根系觀測、品種展示、污泥培肥池、矸石利用、水保工程、微生物試驗(yàn)等 7項(xiàng)科研與示范工作。

2　三大效益

(1)生態(tài)效益。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，神東礦區(qū)開發(fā)面積160 km2，治理土地面積達(dá)240 km2，治理面積大于開采面積；礦區(qū)植被覆蓋率由開發(fā)初的3%～11% 提高到目前的60%以上，生態(tài)環(huán)境不僅沒有遭到破壞，反而得到了大大改善。建成了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、功能完善的地表生態(tài)環(huán)境。

(2)經(jīng)濟(jì)效益。采用保水開采技術(shù)，在保護(hù)水資源的同時(shí)，大大減少了礦井的排水費(fèi)用。此外，因采用井下分布式水庫儲水技術(shù)，而無需對礦井水進(jìn)行地面處理，使礦井水直接循環(huán)利用，既節(jié)省了排污費(fèi)、污水處理費(fèi)用，又解決了礦區(qū)水資源不足的難題，為礦區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境的綠色建設(shè)、綜合治理奠定了基礎(chǔ)。神東礦區(qū)因節(jié)水和提高生態(tài)修復(fù)效率，間接獲經(jīng)濟(jì)效益19.78億元。

(3)社會效益。神東公司大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)生態(tài)環(huán)境，在解決自身可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，也為國家、地方生態(tài)建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。神東礦區(qū)生態(tài)建設(shè)涉及4個(gè)旗縣10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5萬hm2耕地，治理后土地利用結(jié)構(gòu)日趨合理，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富奠定了基礎(chǔ)。生態(tài)林建設(shè)在改善生存環(huán)境的同時(shí)，也改變了當(dāng)?shù)厝罕姷木衩婷?。生態(tài)林的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為當(dāng)?shù)厝罕娞峁┝酥赂坏拈T路，大規(guī)模生態(tài)建設(shè)為社會提供了大量就業(yè)機(jī)會，為礦區(qū)分流人員創(chuàng)造了較大的再就業(yè)空間，減輕了社會就業(yè)壓力。

3　結(jié)　語

經(jīng)過30多年的開發(fā)建設(shè)，神東礦區(qū)不僅建成了2億t級現(xiàn)代化大型煤炭生產(chǎn)基地，而且將礦區(qū)由沙漠建成了綠洲。通過理念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，解決了大規(guī)模煤炭開采與脆弱生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾，為我國能源戰(zhàn)略西移探索了一條主動型的水土保持生態(tài)保護(hù)途徑。

(責(zé)任編輯孫占鋒)

S157

C

1000-0941(2016)09-0035-03

劉軍(1968—)，男，陜西榆林市人，政工師，主要從事水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面的工作。

2016-08-01