礦坑地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理及生態(tài)修復(fù)研究

陳學(xué)龍

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100）

為全面貫徹“保護(hù)自然資源，保護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境”的基本國(guó)策，堅(jiān)持“綠水青山就是金山銀山”的理念，修復(fù)硫磺溝鎮(zhèn)由于露天煤炭開采破壞的生態(tài)環(huán)境，開展生態(tài)環(huán)境治理恢復(fù)工作，以“兩清兩美一綠”為抓手，以“綠色＋”理念引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)型，推動(dòng)昌吉市綠色低碳循環(huán)濟(jì)發(fā)展，形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設(shè)新格局[1-5]。

1 工程概況

治理區(qū)位置及交通：治理區(qū)位于昌吉市硫磺溝鎮(zhèn)中莊子西北側(cè)1km 處，行政區(qū)劃隸屬昌吉市硫磺溝鎮(zhèn)管轄。交通較為便利(見圖1)。

治理區(qū)包含CK26礦坑及F1、F2兩個(gè)煤矸石堆，礦坑面積80800m2，煤矸石堆面積為61200m2，治理區(qū)總面積為430000m2，如圖2 所示。硫磺溝鎮(zhèn)社會(huì)總產(chǎn)值23.15億元，一產(chǎn)產(chǎn)值860萬(wàn)元、二產(chǎn)產(chǎn)值225000萬(wàn)元、三產(chǎn)產(chǎn)值 5635 萬(wàn)元，一、二、三產(chǎn)比例為 0.38∶97.19∶2.43。由此可以看出，工業(yè)在其經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)典型的工礦業(yè)城鎮(zhèn)?，F(xiàn)狀硫磺溝工業(yè)以礦產(chǎn)品開采業(yè)最為突出，其他工業(yè)項(xiàng)目發(fā)展相對(duì)緩慢。工業(yè)總產(chǎn)值22.5億元，占總值的97.19%。

根據(jù)周邊煤礦水文資料可知，含水層富水性弱，初見水位標(biāo)高1196m，單位涌水量小于0.1L/(s·m)，采集水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，測(cè)得地下水礦化度3.10g/L，pH值7.6，為中性咸水，水質(zhì)極差，為H2SO4-Na·Ga型水。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。治理區(qū)出露的工程地質(zhì)巖組為粉質(zhì)土、粉砂巖、砂礫巖及煤層。其主要特征為：分布于整個(gè)治理區(qū)內(nèi)，地表巖性主要為粉質(zhì)土，厚度1.5～12.5m，工程地質(zhì)條件較差；地基承載力在200kPa 以上，工程地質(zhì)條件良好。

2 治理區(qū)主要地質(zhì)環(huán)境問題

2.1 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

治理區(qū)位于昌吉市硫磺溝鎮(zhèn)政府西側(cè)約3km 處，治理區(qū)內(nèi)有礦坑一處，兩個(gè)煤矸石堆分布在礦坑?xùn)|側(cè)與北側(cè)(見圖2)。

CK26 礦坑因露天煤炭開采所形成，東西長(zhǎng)約390m，南北寬約250m，礦坑區(qū)面積139767m2，礦坑深度在10～40m，最大深度20m，礦坑體積約1136000m3。礦坑南、西、東側(cè)邊坡坡度較大，巖性為礫巖和砂質(zhì)泥巖互層、煤層(見圖3)。煤矸石堆F1位于 CK26 北側(cè)約 150m 處，面積約 48100m2，體積約184234m3，煤矸石堆厚度約為5～13m，煤矸石堆成分主要為采剝碎石碎塊以及煤渣，現(xiàn)已風(fēng)化成粉末狀。

煤矸石堆F2 位于CK26 東側(cè)約50m 處，面積約13100m2，體積約23256m3，煤矸石堆厚度約為3～10m左右，煤矸石堆成分主要為采剝碎石碎塊以及煤渣，現(xiàn)已風(fēng)化成粉末狀。

2.2 治理區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

2.2.1 治理區(qū)植被發(fā)育情況

治理區(qū)土地類型為天然牧草地，采礦活動(dòng)破壞了地表原生土壤及植被，現(xiàn)狀礦坑與周邊環(huán)境極不協(xié)調(diào)。治理區(qū)屬溫帶大陸干旱—半干旱氣候，土壤與植被自然恢復(fù)時(shí)間漫長(zhǎng)。以目前礦坑南側(cè)礦坑面上判斷，該礦坑土壤厚度在15～30cm 左右，且該處雨水充沛，植被生長(zhǎng)較好，植被覆蓋率高。南側(cè)山坡上可見灌木叢，在低洼地帶成條帶生長(zhǎng)。礦坑對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞主要發(fā)生在礦坑區(qū)和煤矸石堆積區(qū)，煤矸石堆主要包括廢石、煤矸石堆和雜土(見圖4)。

2.2.2 煤矸石堆對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

露天堆放的煤矸石堆經(jīng)雨水淋濾后，可能產(chǎn)生酸性水等含有有害元素的水，對(duì)周圍的土地或地下水造成一定污染。

2.3 主要地質(zhì)環(huán)境問題及危害

嚴(yán)重破壞原有地質(zhì)環(huán)境，造成土地資源的浪費(fèi)。礦坑及煤矸石堆的存在，使原有的地質(zhì)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，致使植被消失。礦坑南側(cè)深度最深處為25m，南側(cè)邊坡坡度為70°～75°，近于直立，受后期礦坑活動(dòng)的影響，邊坡及頂部堆積處，治理區(qū)內(nèi)有牧民轉(zhuǎn)場(chǎng)流動(dòng)放牧活動(dòng)，礦坑的高陡邊坡會(huì)對(duì)農(nóng)牧民、牛、羊等牲畜造成威脅，對(duì)農(nóng)牧民生命財(cái)產(chǎn)造成損失(見圖5)。

3 地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)環(huán)境修復(fù)方案

3.1 治理思路

為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境治理的目的，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)劃，在不破壞原始地形地貌及植被，不引發(fā)新的地質(zhì)環(huán)境問題的原則下，具體劃分方案如下：礦坑西側(cè)需回填區(qū)域劃分為A治理區(qū)，礦坑周邊削坡區(qū)域劃分為B治理區(qū)，礦坑西南側(cè)需筑坡段劃分為C治理區(qū)，礦坑?xùn)|側(cè)、北側(cè)煤矸石堆及礦坑底部已回填區(qū)域劃分為D 區(qū),火燒區(qū)劃為E區(qū)。其中B治理區(qū)劃分為4個(gè)治理分區(qū)、D治理區(qū)劃分為3個(gè)治理分區(qū)(見圖6)。

根據(jù)治理目的、治理工程設(shè)計(jì)原則綜合確定本次治理工程設(shè)計(jì)的總體思路如下：

A治理區(qū)：將治理區(qū)內(nèi)B2治理分區(qū)內(nèi)廢料拉運(yùn)至A治理區(qū)進(jìn)行回填壓實(shí)，同時(shí)將B1治理分區(qū)內(nèi)部分削方量進(jìn)行就近推運(yùn)回填；

B 治理區(qū)：B1 治理分區(qū)內(nèi)削下回填料用于就近筑坡；B2 治理分區(qū)內(nèi)削下回填料均拉運(yùn)至A區(qū)及C 區(qū)進(jìn)行回填；B3治理分區(qū)內(nèi)削下回填料部分推運(yùn)至C區(qū)，剩余部分均拉運(yùn)至C治理區(qū)用于筑坡；

C 治理區(qū)：為筑坡區(qū)，回填料由B 治理區(qū)拉運(yùn)回填筑坡；

D治理區(qū)：為整飾平整區(qū)；

E治理區(qū)（火燒區(qū)）：根據(jù)相關(guān)要求，對(duì)火燒區(qū)采用黃土覆蓋壓實(shí)，進(jìn)行封閉滅火，覆土厚度為1m，治理結(jié)束后，設(shè)置鐵絲圍欄防護(hù)，并設(shè)立警示牌。

各區(qū)治理工作達(dá)到設(shè)計(jì)要求、消除地質(zhì)災(zāi)害隱患后，從B3 區(qū)拉運(yùn)黃土對(duì)各區(qū)進(jìn)行地表覆土，播撒草籽植草覆綠，最終達(dá)到生態(tài)修復(fù)的目的。依據(jù)治理思路，確定各工程的具體治理技術(shù)路線，如圖7所示。

經(jīng)土方平衡計(jì)算，礦坑回填A(yù) 區(qū)由削方B1 區(qū)的X1、X2 削方段的部分削方量(應(yīng)減去筑坡Z1、Z2 段的量)推運(yùn)回填，不足方量由削方B2 區(qū)的X6 削方段拉運(yùn)回填；

根據(jù)土方平衡計(jì)算，Z1 段筑坡方量由B1 區(qū)的X1削方段的部分削方量(減去回填礦坑A 區(qū)的量)推運(yùn)回填以及B3 區(qū)的X4 削方段拉運(yùn)筑坡；Z2 段筑坡方量由B1區(qū)的X2削方段的部分削方量(減去回填礦坑A區(qū)的量)推運(yùn)回填、B2區(qū)的X6和B3區(qū)的X4拉運(yùn)回填；Z3段筑坡方量由削方B4 區(qū)的X7 削方推運(yùn)回填；不足方量由B3 區(qū)的X3 削方段的削方量推運(yùn)回填、X4 削方段的削方量拉運(yùn)回填和X5削方段的部分方量拉運(yùn)回填。

3.2 生態(tài)修復(fù)思路

3.2.1 總體修復(fù)思路

從B3治理分區(qū)拉運(yùn)黃土對(duì)礦坑進(jìn)行覆土，覆土后對(duì)礦坑區(qū)域進(jìn)行撒草籽復(fù)綠。與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，達(dá)到地質(zhì)環(huán)境治理和生態(tài)環(huán)境修復(fù)的目的。

3.2.2 具體修復(fù)思路及預(yù)期修復(fù)效果

礦坑回填工作結(jié)束后，進(jìn)行種草復(fù)綠工作。種草復(fù)綠工作內(nèi)容主要包括覆土、草籽選擇、草籽播撒、播后管護(hù)等內(nèi)容。

（1）覆土。覆土區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)治理區(qū)，地表覆土主要從 B3 區(qū) X5 削方段拉運(yùn) 58272m3，從 X4 削方段拉運(yùn)10730m3。

設(shè)計(jì)覆土厚度為0.2m，一般治理區(qū)覆土面積為2262310m3，拉運(yùn)覆土方量為51520m3，平均運(yùn)距200～500m；火燒區(qū)覆土面積17482m3，設(shè)計(jì)覆土厚度為1m，拉運(yùn)覆土方量17482m3，平均運(yùn)距200～500m。

（2）草種的選擇。生態(tài)環(huán)境相似原則：所選植物品種與原有植被中的本土植物生態(tài)環(huán)境相似；適應(yīng)性原則：所選草種能夠適應(yīng)修復(fù)地段的水熱條件并生長(zhǎng)良好；觀賞性原則：所選草種能夠形成良好的景觀；因地制宜原則：不同地段的水熱條件不同，須依據(jù)植物立地條件的變化選擇適宜的草種組合；一年生和多年生相結(jié)合的原則：一年生草種作為先鋒植物能迅速覆蓋，對(duì)多年生草種幼苗起到一定的保護(hù)作用，同時(shí)增加當(dāng)年的植被覆蓋和生物產(chǎn)量；禾本科和豆科相結(jié)合的原則：豆科植物生長(zhǎng)具有固氮、聚水作用，改變土壤有機(jī)質(zhì)，可以為禾本科植物生長(zhǎng)提供養(yǎng)份；禾本科植物較豆科植物耐旱，發(fā)達(dá)的根系可以有效改變土壤的通透性。主要根據(jù)治理區(qū)周邊不同地段氣候條件進(jìn)行選擇。結(jié)合治理區(qū)區(qū)域種草相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，播種量設(shè)計(jì)80kg/hm2，所有選用的草種都應(yīng)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格種子，種子應(yīng)有相關(guān)部門出具的檢驗(yàn)報(bào)告和合格證書。

（3）草籽播撒及播后管護(hù)。覆土工程結(jié)束后進(jìn)行播撒草籽，由于治理范圍相對(duì)較小且比較分散，采用人工撒播機(jī)進(jìn)行撒播。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，草籽埋深以1～2cm 為宜，利于草籽的發(fā)芽生長(zhǎng)。播撒完成后就近利用治理區(qū)湖水對(duì)覆土面進(jìn)行適當(dāng)灑水。如有植被覆蓋達(dá)不到要求的斑塊，需再次用人工撒播的方式實(shí)施補(bǔ)播修復(fù)。

3.3 治理工程設(shè)計(jì)

依據(jù)上述治理方案設(shè)計(jì)原則、治理思路和土方平衡計(jì)算結(jié)果進(jìn)行理方案設(shè)計(jì)。

（1）礦坑回填。按照設(shè)計(jì)標(biāo)高對(duì)A區(qū)進(jìn)行回填，由B1 區(qū)采用3m3裝載機(jī)配合88kW 推土機(jī)削方就近推運(yùn)回填72552m3，運(yùn)距0～100m；采用2m3挖掘機(jī)配合20t自卸車由B2 區(qū)拉運(yùn)回填61161m3，運(yùn)距100～500m，共計(jì)回填方量為133713m3。

（2）邊坡堆筑。A 治理區(qū)回填完畢后，就近將B1區(qū)削坡富余方量推運(yùn)至C1區(qū)回填高陡邊坡Z1段進(jìn)行筑坡工作，方量57720m3，采用3m3裝載機(jī)配合88kW推土機(jī)削方就近推運(yùn)回填筑坡，運(yùn)距0～100m；C 區(qū)回填高陡邊坡Z2 段筑坡工作，先將B1 區(qū)的X2 削方段的方量63000m3，采用3m3裝載機(jī)配合88kW 推土機(jī)削方就近推運(yùn)回填筑坡，運(yùn)距0～100m；C 區(qū)回填高陡邊坡Z3段筑坡工作，先將B4 區(qū)的X7 削方段的方量17238m3，削方B3區(qū)區(qū)的X3削方段；不足方量自B3區(qū)的X4削方段，拉運(yùn)回填 59587m3，B2 區(qū)的 X6 削方段，拉運(yùn)回填30864m3，采用2m3挖掘機(jī)配合20t 自卸車?yán)\(yùn)回填筑坡，運(yùn)距100～500m。

（3）平整整飾。治理回填及筑坡、削坡工程完成后，對(duì)治理區(qū)進(jìn)行平整，平整標(biāo)高誤差控制在±0.2m，平整面積為279792m2。

（4）設(shè)置鐵絲圍欄、警示牌。治理區(qū)采空區(qū)不僅會(huì)造成地面塌陷，且危及周邊人、畜生命安全，在利用物探工程查明治理區(qū)采空區(qū)位置后，設(shè)置鐵絲網(wǎng)及警示牌。

3.4 治理工程設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)土方平衡計(jì)算結(jié)果和治理工程采用的施工方法，綜合確定本次治理工程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)如下：分層回填、壓實(shí)度控制指標(biāo)。礦坑回填過(guò)程中，均采用分層回填碾壓的方式進(jìn)行，分層回填厚度不大于1.0m，回填過(guò)程中利用施工機(jī)械自重及車輛滿載重量對(duì)回填土方進(jìn)行碾壓，由于治理區(qū)恢復(fù)后只用于種草綠化，壓實(shí)度不小于0.80。標(biāo)高及坡度控制。在充分考慮周邊地質(zhì)環(huán)境的前提下，在治理區(qū)內(nèi)設(shè)置剖面對(duì)標(biāo)高及地形坡降進(jìn)行控制。治理后標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差控制在±30cm以內(nèi)，坡度、坡角不大于設(shè)計(jì)值。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目的實(shí)施，基本恢復(fù)露天煤礦開采形成礦坑及煤矸石堆破壞的土地資源，使治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境與周邊地形地貌相協(xié)調(diào)。消除了礦坑對(duì)人民生命及財(cái)產(chǎn)構(gòu)成的安全隱患，對(duì)礦區(qū)地表植被保護(hù)、土地恢復(fù)發(fā)揮了積極作用。對(duì)改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有促進(jìn)意義。同時(shí)，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施可恢復(fù)土地面積279792m2(27.9hm2)，不僅促進(jìn)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展，而且對(duì)即將興起的旅游業(yè)起到積極的推動(dòng)作用，治理效果顯著。地質(zhì)環(huán)境整治工程功在當(dāng)代，利在千秋，是深入貫徹落實(shí)十九大精神、綠水青山就是金山銀山及科學(xué)發(fā)展觀的最好實(shí)踐，是惠及人民大眾的公益基礎(chǔ)建設(shè)。地質(zhì)環(huán)境的整治效果，重在保護(hù)，能使每位公民都牢固樹立起地質(zhì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，共建美好家園。