土石山區(qū)露天煤礦外排土場生態(tài)重建研究

朱 麗

(包頭師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，014030)

我國露天煤礦大多處于干旱或半干旱的生態(tài)脆弱區(qū)，煤炭資源的開發(fā)會進一步對礦區(qū)的土地資源和生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，在我國土地資源緊缺和環(huán)境不斷惡化的背景下，礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)重建活動有著重要的現(xiàn)實意義。

在礦區(qū)中被壓占的排土場是生態(tài)重建的重點，不僅僅因為其受到壓占而形成的堆土區(qū)破壞了原有植被，更是由于其改變了當?shù)卦械牡匦蔚孛?，具有發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的潛在危險性。基于此，排土場的生態(tài)重建需要根據(jù)當?shù)氐匦螚l件和重塑地貌因地制宜的進行植被恢復(fù)。

1 項目及項目區(qū)概況

1.1 項目概況

神華集團水泉露天礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)土默特右旗大青山區(qū)，是大青山煤田的一部分，處于煤田的中東部。水泉露天煤礦是神華集團包頭礦業(yè)有限責任公司2005年接收和開發(fā)的一個改擴建項目，項目區(qū)原有個體小型露天煤礦一座，產(chǎn)量約為10萬t/a。2005年初，適逢國家對個體小煤礦進行資源整合，包頭礦業(yè)公司經(jīng)申請獲得水泉—黑土壩項目區(qū)整個探礦權(quán)，其中包括小型露天煤礦采區(qū)。

根據(jù)劃定礦區(qū)范圍內(nèi)的煤層賦存狀況和地表條件，水泉露天礦田批復(fù)境界內(nèi)資源儲量(純量)為63.58 Mt，劃定的開采境界內(nèi)可采儲量為27.23 Mt，露天礦設(shè)計服務(wù)年限為21.2 a。按照開采境界的形狀和煤層賦存情況，沿著煤層走向，按約700～1250 m寬度共劃分3個采區(qū)，其中II采區(qū)為首采區(qū)，首采區(qū)設(shè)計服務(wù)年限為7.1 a。

本工程自2007年7月開工建設(shè)，2008年1月底建成投產(chǎn)，主要開采Cu2號煤層，采礦許可證范圍內(nèi)累計探明煤炭資源儲量為6358萬t，截至2016年已消耗資源量為1620.52萬t，截至2016年12月保有資源儲量為4737.48萬t。

1.2 項目區(qū)概況

項目區(qū)位于陰山山脈之大青山西段，受造山運動的影響，呈中高山區(qū)地貌。地形總體為南高北低，最大落差為392 m。由于大氣降水排泄的沖刷，形成大致南北向的溝谷數(shù)條，地形地貌極為復(fù)雜。

項目區(qū)年降水量少且集中，蒸發(fā)量大，地下水主要補給來源以大氣降水為主。由于區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，大氣降水快速排泄于較大的溝谷流出區(qū)外，補給巖層甚少。幾條大的溝谷常年有水，雨季大雨時可形成山洪，蜿蜒曲折向山前平原排出。

本區(qū)屬大陸性氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，春季多風，秋季多雨。晝夜溫差大，最高氣溫在7月、8月和9月，最低氣溫在12月至翌年1月，年均降水量約為366.60 mm，年均蒸發(fā)量約為2099.6 mm，最大風速為24 m/s。

2 外排土場破壞情況

本項目排土場為外排土場，位于露天采場北側(cè)，排土場面積較大，東西長約為2000 m，南北寬為50～400 m，堆置高度為60～80 m，分4個臺階，占地面積為45 hm2，廢石量約為400萬m3。

2.1 外排土場位置選擇及主要參數(shù)

2.1.1 選擇原則

外排土場的選擇主要考慮因素為外部排土場占地少且運距近，處于礦田批復(fù)范圍內(nèi)，底部地質(zhì)條件好以確保生產(chǎn)安全。

2.1.2 排土場位置及主要參數(shù)

從本露天礦的實際出發(fā)，設(shè)計選擇首采區(qū)北部作為露天礦生產(chǎn)初期的外排土場，該處距離Ⅰ、Ⅱ采區(qū)較近，平面范圍也能夠滿足露天礦首采區(qū)的全部外排量，隨著采場的推進逐步實現(xiàn)內(nèi)排，排土場排放過程中分臺階有序排棄，每個臺階高約為25 m，排棄物料為土巖混排，物料自然安息角和臺階坡面角均為36°，排土場最終幫坡角為20°。

2.2 排棄計劃

外排土場從2008年1月底啟用，至2014年底排滿并轉(zhuǎn)為內(nèi)排，外排土場排棄進度計劃表見表1。

表1 外排土場排棄進度計劃表

2.3 外排土場破壞類型及程度分析

根據(jù)現(xiàn)狀進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，排土場用于廢石堆放，主要破壞類型為壓占。本項目外排土場占地面積為45 hm2，堆置高度為60～80 m，平均堆高為70 m，堆置臺階為20 m，邊坡為36°左右。由于排棄物較破碎、松散且堆置高度較高，在降雨及人為因素下極可能引發(fā)崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，進而毀壞耕地、房屋、道路、橋梁和阻塞河道等，對原生的地形、地貌和景觀造成毀壞。

2.3.1 土地破壞程度分級

在土地破壞程度評價中按礦山破壞土地類型來選擇主要參評因素，把本項目土地破壞程度等級確定為三級標準，分別是一級(輕度破壞)、二級(中度破壞)和三級(重度破壞)。各評價因素的具體等級標準目前在國內(nèi)外尚無精確的劃分值，根據(jù)相似項目區(qū)破壞因素的調(diào)查統(tǒng)計情況參考相關(guān)學(xué)科的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)，壓占土地破壞程度評價標準見表2。

表2 壓占土地破壞程度評價標準

2.3.2 外排土場土地破壞程度的評價

本項目中的邊坡坡度從最終幫坡角20°和臺階坡面角36°這兩個方面進行描述，對照壓占土地破壞程度評價標準，分別為輕度破壞和重度破壞，對邊坡坡度這一評價因子做了平均，確定為中度破壞并進行相關(guān)分析。土地壓占破壞程度評價因素及破壞程度表見表3。

表3 土地壓占破壞程度評價因素及破壞程度表

對照壓占土地破壞程度評價標準，分析本項目外排土場評價因子，并結(jié)合實際情況及專家打分確定每個評價因子的權(quán)重，乘以質(zhì)量系數(shù)，得到外排土場土地破壞分值為270分，其破壞程度為重度破壞。

3 外排土場土地復(fù)墾及生態(tài)重建

3.1 外排土場生態(tài)重建的總體思路

外排土場占地面積較大，水土流失形式多樣，侵蝕強度大、危害大且治理難度較大，根據(jù)外排土場的土壤條件和地形等特點，應(yīng)采取綜合防護工程措施，從根本上控制水土流失。采取的技術(shù)方法是修正外排土場的邊坡角，使其低于堆體的自然邊坡角度，對其進行平整、壓實和覆土之后進行植被的恢復(fù)。

3.2 生態(tài)重建的具體措施

3.2.1 平整與夯實

對外排土場頂部和邊坡整形，排土場頂部就勢平整。利用推土機對頂部進行整平，之后利用重物使其反復(fù)自由墜落對排土場頂部及邊坡進行夯擊，以提高其密實度，使基礎(chǔ)更扎實。

3.2.2 覆土

由于排土場土壤破壞嚴重，土壤肥力不足，因此對外排土場平臺復(fù)墾區(qū)域先進行覆土，覆土來源于排土場堆放前開挖和堆放的表土，采用裝卸車運土和人工攤平的方法，并在覆土前先鋪適量的農(nóng)家肥，提高土壤肥力。

3.2.3 林草設(shè)計

外排土場經(jīng)過土地平整、夯實和覆土后復(fù)墾為人工草地與林地混搭，草種選擇為羊草。

(1)立地條件。外排土場平臺和邊坡土壤多為黃土，土壤養(yǎng)分含量較低，水分條件較差。

(2)草樹種選擇。造林樹種應(yīng)選擇耐干旱、耐瘠薄、抗逆性強、抗粉塵污染能力強的樹種，經(jīng)綜合分析后選擇檸條與羊草混交。

(3)造林種草設(shè)計。外排土場的造林種草應(yīng)根據(jù)其土壤、水分和立地條件綜合配置，優(yōu)先選擇當?shù)剜l(xiāng)土樹種，因此灌木和牧草選用耐旱、適于當?shù)厣L的檸條和羊草。建議種植檸條的株距為2 m，行距為2 m，需苗量為2500株/hm2，種植面積為13.4570 hm2，總需苗量為33643株；在外排土場邊坡種植羊草，需種量為30 kg/hm2，種植面積為3.8574 hm2，總需籽量115.722 kg。

(4)造林技術(shù)措施。根據(jù)礦區(qū)的土壤條件，檸條采用穴狀整地，穴直徑為40 cm，深為30 cm；種草采用全面整地，整地時間一般為春、夏、秋三季，隨整地隨造林；檸條于早春土壤解凍后植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，分層覆土、踏實。草籽在雨季播種，人工播深2～3 cm，牧草采用羊草，播后耙耱鎮(zhèn)壓；種子要經(jīng)過精選和消毒，硬實種子要進行種皮處理；造林后及時灌水2～3次，一般為一周澆灌一次，成活后半月澆灌一次，每年除草2～3次。

3.3 分年度實施

3.3.1 2015年度外排土場生態(tài)重建實施情況

2014年底外排土場服務(wù)期滿，2015年對外排土場的平臺、邊坡進行平整和壓實，平整方量為31054.5 m3，壓實面積為10.3515 hm2。外排土場邊坡覆土面積為10.3515 hm2，覆土厚度為0.3 m，覆土量為31054.5 m3。

3.3.2 2016年度外排土場生態(tài)重建實施情況

2016年對外排土場進行綠化，種植檸條33643株，種植羊草面積為3.8574 hm2。

3.3.3 排土場土地復(fù)墾和生態(tài)重建效果

就土地適應(yīng)性來看，復(fù)墾后的土地坡度有所減小，但復(fù)墾后的土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，土壤有效土層厚度及土壤養(yǎng)分在復(fù)墾初期的幾年內(nèi)很難得到改善，復(fù)墾后的土地是要經(jīng)過較長的時間才能得到顯著的改善，因此土地復(fù)墾后的初期，土地適宜性與復(fù)墾前差異不大，目前僅適于種草。

就植被蓋度來看，外排土場沒有占用耕地，全部為荒草地，原地貌林草覆蓋率達到15%左右。外排土場復(fù)墾前后對比圖如圖1所示。

由圖1可以看出，復(fù)墾后的林草覆蓋率達到90%左右，效果比較明顯。

圖1 外排土場復(fù)墾前后對比圖

4 外排土場生態(tài)重建的意義

針對土石山區(qū)露天煤礦外排土場可能發(fā)生的崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害以及對礦區(qū)工作人員及其周邊

居民具有一定的威脅，通過生態(tài)重建和種植植被等方式，可以預(yù)防崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，消除地質(zhì)災(zāi)害對人員和設(shè)備的危害，消除人們對地質(zhì)災(zāi)害的恐慌，實現(xiàn)一定的減災(zāi)效益。

外排土場生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)也是生態(tài)環(huán)境問題，盡快恢復(fù)復(fù)墾地的生態(tài)功能和防止生態(tài)環(huán)境進一步惡化的重要途徑就是人工重建植被。通過生態(tài)重建恢復(fù)為草地與林地，不僅提高了項目區(qū)的土地利用率和植被覆蓋率，而且有助于土地植被的保持、恢復(fù)和改善，有利于當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的改善，同時對社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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