我國采煤沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與治理技術(shù)發(fā)展趨勢

楊存慧

（國能神東煤炭集團(tuán)生態(tài)環(huán)境管理中心，陜西 榆林 719315）

采煤沉陷區(qū)是指在煤礦開采過程中，由于煤炭資源的抽采導(dǎo)致地下巖層受到壓縮沉降，進(jìn)而引發(fā)地表沉降的地區(qū)。這些地區(qū)由于長期以來的采煤活動(dòng)，造成了地質(zhì)地貌的改變，進(jìn)而嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。

1 采煤沉陷區(qū)的形成原因

1.1 煤礦開采導(dǎo)致地下巖層受壓

煤礦開采過程中，為了獲取地下的煤炭資源，需要進(jìn)行礦井開挖和煤層抽采。這個(gè)過程會使得地下巖層受到巨大的壓力，導(dǎo)致巖層產(chǎn)生塌陷和沉降現(xiàn)象。煤層抽采會使得地下礦洞空間產(chǎn)生塌陷，形成空間的坍塌，進(jìn)而導(dǎo)致地表出現(xiàn)不同程度的下沉，形成沉陷坑或坑陷。這種巖層受壓導(dǎo)致的沉陷現(xiàn)象是采煤沉陷區(qū)形成的重要原因之一。

1.2 煤炭資源抽采導(dǎo)致地表沉降

煤炭資源的抽采還會導(dǎo)致地下水位下降。在煤礦開采過程中，大量的地下水會被抽取出來，不僅會影響地下水位，還會導(dǎo)致地下水資源減少。地下水資源的減少可能會導(dǎo)致地下巖層失去一部分的支撐作用，進(jìn)而引發(fā)巖層沉降和地表下沉現(xiàn)象。同時(shí)，地下水位下降還會導(dǎo)致地表的干旱化和土壤的不穩(wěn)定，進(jìn)一步加劇地表沉陷的程度[1]。

1.3 采煤引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

煤礦開采活動(dòng)還可能會引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。在采煤過程中，可能會遇到地質(zhì)構(gòu)造的不穩(wěn)定區(qū)域，或者采煤工程操作不當(dāng)導(dǎo)致巖層破裂，進(jìn)而引發(fā)地震、地面塌陷等災(zāi)害事件。這些地質(zhì)災(zāi)害不僅會對生態(tài)環(huán)境造成直接破壞，還會危及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

綜上所述，采煤沉陷區(qū)的形成是多種因素綜合作用的結(jié)果。煤礦開采導(dǎo)致地下巖層受壓、煤炭資源抽采導(dǎo)致地表沉降、水體排放與干擾以及采煤引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等都是導(dǎo)致采煤沉陷區(qū)形成的重要原因。

2 采煤沉陷區(qū)治理生態(tài)環(huán)境問題治理的重要性

首先，生態(tài)環(huán)境的惡化對人民群眾的健康和生活產(chǎn)生直接影響。采煤沉陷區(qū)地表下沉和地面塌陷可能導(dǎo)致建筑物傾斜、路面破損等，給居民的日常生活帶來極大的不便。此外，采煤活動(dòng)還可能造成大氣污染和水體污染，危害人民群眾的身體健康。其次，生態(tài)環(huán)境問題對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來制約。采煤沉陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題不僅使得土地資源喪失了開發(fā)價(jià)值，還可能導(dǎo)致水資源匱乏、植被減少等問題，進(jìn)而影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和旅游業(yè)發(fā)展。再次，生態(tài)環(huán)境的惡化對生物多樣性造成威脅。采煤活動(dòng)不僅破壞了地下的生態(tài)系統(tǒng)，還可能導(dǎo)致地表生態(tài)系統(tǒng)的破壞和生物多樣性的喪失。一些珍稀瀕危物種可能因此失去棲息地，甚至滅絕。

因此，治理采煤沉陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題勢在必行。針對采煤沉陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題，應(yīng)采取綜合治理措施，既要解決當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境問題，又要預(yù)防未來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，政府、企業(yè)和社會各界應(yīng)共同努力，加強(qiáng)法規(guī)和政策的制定與實(shí)施，促進(jìn)采煤沉陷區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的協(xié)調(diào)共進(jìn)。

3 采煤沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

3.1 地質(zhì)地貌特征及采煤影響

采煤沉陷區(qū)的地質(zhì)地貌特征主要表現(xiàn)為地面下沉和地表塌陷。由于采煤活動(dòng)導(dǎo)致地下煤層空間的塌陷，地表會因此發(fā)生沉陷，形成坑陷或沉陷坑，地表沉陷不僅給居民的日常生活帶來不便，還可能導(dǎo)致建筑物、道路和管道的破壞，影響當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，采煤還可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，如地震和地面塌陷。地震是由于采煤活動(dòng)引起地下巖層應(yīng)力的重分布，導(dǎo)致地殼發(fā)生斷裂而引發(fā)的。而地面塌陷則是因?yàn)椴擅涸斐傻叵驴臻g塌陷，進(jìn)而導(dǎo)致地表塌陷[2]。

3.2 水資源問題與水質(zhì)狀況

采煤活動(dòng)需要大量的水用于礦井開采和煤炭處理，導(dǎo)致地下水位降低，嚴(yán)重影響了地下水資源的補(bǔ)給和水文循環(huán)。采煤引起的地下水位下降可能導(dǎo)致周邊地區(qū)的地下水資源減少，甚至干涸，給當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟畮韲?yán)重問題。另外，采煤活動(dòng)還會導(dǎo)致地下水與地表水之間的聯(lián)系斷裂，從而影響水體的補(bǔ)給和水質(zhì)的穩(wěn)定。采煤過程中釋放的礦石中的有害物質(zhì)可能滲入地下水和地表水中，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，威脅到周邊地區(qū)的水資源安全和生態(tài)環(huán)境健康。

3.3 土壤退化和植被覆蓋狀況

采煤活動(dòng)導(dǎo)致地表沉陷和地面塌陷，會使采煤沉陷區(qū)的土壤遭受破壞和退化。土壤退化主要表現(xiàn)為土壤結(jié)構(gòu)疏松、肥力降低、含水量增加等。采煤沉陷區(qū)的土壤質(zhì)量下降會直接影響到當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，降低土地的耕作能力。此外，采煤活動(dòng)還會破壞植被覆蓋，導(dǎo)致植被減少或消失。植被是維持生態(tài)平衡的關(guān)鍵因素之一，它有助于保護(hù)土壤、調(diào)節(jié)氣候、維持水循環(huán)，以及提供棲息地和食物來源。采煤活動(dòng)對植被的破壞會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)遭受的影響和生物多樣性問題

采煤沉陷區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)也受到了嚴(yán)重的影響。采煤活動(dòng)破壞了地下生態(tài)系統(tǒng)和地表生態(tài)系統(tǒng)的完整性，使采煤沉陷區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)失去平衡和穩(wěn)定性。生物多樣性問題是采煤沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境問題中的一個(gè)重要方面。采煤活動(dòng)導(dǎo)致的土地退化和植被破壞直接影響到當(dāng)?shù)貏?dòng)植物的生存環(huán)境，導(dǎo)致一些物種失去棲息地和食物來源，使得物種多樣性受到威脅，一些珍稀瀕危物種可能因此而滅絕[3]。

4 我國采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理技術(shù)

4.1 地下水調(diào)控和人工補(bǔ)給技術(shù)

首先，水資源調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)是治理的基礎(chǔ)。通過全面調(diào)查和實(shí)時(shí)監(jiān)測采煤沉陷區(qū)的地下水資源，可以了解地下水位、水質(zhì)、水流方向等重要信息。這有助于科學(xué)地制定地下水調(diào)控方案，為決策者提供數(shù)據(jù)支持，確保治理的針對性和有效性。其次，人工補(bǔ)給技術(shù)是解決地下水資源匱乏問題的有效手段。在采煤沉陷區(qū)，由于地下水被過度開采或遭受其他干擾，地下水位可能會急劇下降，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。為了保持地下水位和水文循環(huán)，人工補(bǔ)給技術(shù)被采用，通過注水、引水等方式將外部水源引入采煤沉陷區(qū)，補(bǔ)給地下水資源。最后，地下水位調(diào)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵。通過人工調(diào)控地下水位，可以在適當(dāng)范圍內(nèi)波動(dòng)，避免過度下降。這有助于維持地下水資源的相對穩(wěn)定，保障生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

4.2 土壤修復(fù)與植被恢復(fù)技術(shù)

首先，生物修復(fù)技術(shù)是一種環(huán)境友好型的修復(fù)方法，通過利用植物和微生物等生物資源來處理受污染的土壤。在采煤沉陷區(qū)，土壤可能受到煤矸石和尾礦的污染，含有害物質(zhì)，如重金屬等。通過合理選擇適應(yīng)采煤沉陷區(qū)環(huán)境的植物和微生物，可以促進(jìn)有害物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，從而減輕土壤污染程度，恢復(fù)土壤的自然功能。其次，植被恢復(fù)技術(shù)在治理過程中也起到至關(guān)重要的作用。在采煤沉陷區(qū)，由于采煤活動(dòng)和土地沉陷導(dǎo)致植被破壞和退化。通過引種、種植和養(yǎng)護(hù)適宜的植物，可以有效地恢復(fù)植被覆蓋，提高土壤的固結(jié)性和抗侵蝕能力。植被不僅有助于固定土壤，減少土壤侵蝕，還能提供棲息地和食物源，促進(jìn)生物多樣性的恢復(fù)。另外，土壤改良技術(shù)也是壤修復(fù)的重要手段。通過添加有機(jī)物質(zhì)、礦物質(zhì)等改善土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，提高土壤的肥力和水保持能力，減輕水分蒸發(fā)和土壤風(fēng)蝕的影響。這種技術(shù)有助于增加土壤的持水量，提高采煤沉陷區(qū)土壤的生態(tài)環(huán)境適宜性，為植被的恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定創(chuàng)造良好的條件。

4.3 水體污染治理技術(shù)

首先，污水處理技術(shù)是處理采煤活動(dòng)產(chǎn)生的排放污水的關(guān)鍵措施。通過收集、處理和凈化排放污水，可以有效地降低其中的污染物濃度，避免對周邊水體和土壤造成嚴(yán)重影響。在污水處理過程中，采用物理、化學(xué)和生物等多種方法，對污水進(jìn)行逐級處理，使其達(dá)到符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。其次，沉降池技術(shù)是污水處理中的一項(xiàng)重要技術(shù)。通過在水體流動(dòng)路徑中設(shè)置沉降池，利用池內(nèi)的自然沉降和過濾作用，可以有效去除水中的懸浮顆粒和污染物。這些顆粒和污染物會導(dǎo)致水體渾濁和富營養(yǎng)化，而沉降池的運(yùn)用有助于凈化水體，提高水質(zhì)。最后，水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)在治理過程中也具有重要意義。采用濕地生態(tài)修復(fù)和人工濕地等技術(shù)，可以重建水體生態(tài)系統(tǒng)，提高水體的自凈能力。濕地是自然的生態(tài)過濾器，能夠吸附和降解污染物，同時(shí)提供良好的棲息地，有助于促進(jìn)生物多樣性的恢復(fù)。通過人工濕地的建設(shè)，可以模擬自然濕地的功能，加強(qiáng)水體的凈化過程，使其恢復(fù)到更接近自然狀態(tài)的水質(zhì)。

4.4 生態(tài)環(huán)境綜合治理技術(shù)

生態(tài)工程技術(shù)是一種綜合性的生態(tài)治理手段，通過結(jié)合多種生態(tài)工程手段來實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和改善。在采煤沉陷區(qū)，由于采煤活動(dòng)和煤矸石堆積等原因，導(dǎo)致土壤受損，植被喪失，濕地減少，生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞。通過植被恢復(fù)、濕地建設(shè)、土壤修復(fù)等技術(shù)手段，可以重建受損的生態(tài)系統(tǒng)，提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)植被生長，增加濕地面積，恢復(fù)生物多樣性。這些措施有助于改善采煤區(qū)的生態(tài)環(huán)境，減輕土地沙漠化、水土流失等問題，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁└玫纳瞽h(huán)境。另外，推廣綠色采煤技術(shù)也是生態(tài)環(huán)境綜合治理的重要方面。傳統(tǒng)的采煤方式可能會導(dǎo)致地下煤層氣涌出，造成環(huán)境污染和安全隱患。而綠色采煤技術(shù)采用礦井煤層氣抽采和高效清潔采煤等先進(jìn)技術(shù)，有效控制煤層氣的排放，減少溫室氣體的釋放，降低對大氣環(huán)境的影響。同時(shí)，高效清潔采煤技術(shù)的應(yīng)用可以提高采煤效率，減少資源浪費(fèi)，對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。

5 我國采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理技術(shù)發(fā)展趨勢

5.1 現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新

首先，通過引入先進(jìn)的傳感器、監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對采煤沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測和精準(zhǔn)預(yù)測，為治理工作提供更科學(xué)的依據(jù)和決策支持。其次，將多種治理技術(shù)進(jìn)行組合應(yīng)用，形成一體化、協(xié)同作用的治理方案，以最大程度地發(fā)揮不同技術(shù)的優(yōu)勢，提高治理效果。最后，針對不同采煤沉陷區(qū)的特點(diǎn)和問題，制定個(gè)性化的治理措施，充分考慮當(dāng)?shù)刭Y源、氣候和社會經(jīng)濟(jì)條件，以確保治理方案的可行性和實(shí)效性。此外，加強(qiáng)生態(tài)學(xué)、植物學(xué)等學(xué)科研究，推廣濕地建設(shè)、人工濕地和植物修復(fù)等生態(tài)修復(fù)技術(shù)，以促進(jìn)采煤沉陷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建。

5.2 新興技術(shù)在治理中的應(yīng)用前景

首先，生物酶解技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)等生物修復(fù)技術(shù)能夠高效降解有害物質(zhì)，促進(jìn)土壤和水體的凈化。生物酶解技術(shù)利用酶的催化作用，加速有機(jī)物的降解和分解，有助于恢復(fù)土壤的肥力和生態(tài)功能。微生物修復(fù)技術(shù)通過引入特定的微生物群落，實(shí)現(xiàn)對有毒物質(zhì)的降解和清除，促進(jìn)土壤的自然修復(fù)過程。生物修復(fù)技術(shù)不僅能夠有效改善土壤質(zhì)量，還能提高植被覆蓋率，促進(jìn)植物生長，從而恢復(fù)采煤沉陷區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)。其次，人工智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測和預(yù)警。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理生態(tài)環(huán)境問題，提高治理的效率和準(zhǔn)確性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將各種傳感器和設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和共享，從而實(shí)現(xiàn)智能管理和決策。例如，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對土壤濕度、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對植被生長的精準(zhǔn)控制，提高治理效果。最后，綠色礦業(yè)技術(shù)包括清潔能源替代傳統(tǒng)能源、高效利用資源等措施。通過采用清潔能源，如太陽能、風(fēng)能等替代傳統(tǒng)的煤炭能源，可以減少采煤活動(dòng)對環(huán)境的影響[4]。

5.3 跨學(xué)科合作與綜合治理

首先，生態(tài)環(huán)境治理需要多學(xué)科的綜合應(yīng)用，涉及地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?？鐚W(xué)科合作將為治理工作提供更多元化的思路和技術(shù)支持。其次，生態(tài)環(huán)境問題是一個(gè)系統(tǒng)工程，綜合治理是有效解決問題的關(guān)鍵。政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、社會組織等不同主體要形成合力，共同制定和實(shí)施綜合治理方案，形成協(xié)同效應(yīng)。最后，治理技術(shù)的發(fā)展趨勢必須符合可持續(xù)發(fā)展的原則，既要解決當(dāng)前問題，又要考慮長遠(yuǎn)規(guī)劃。在治理過程中，要注重社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的良性循環(huán)[5]。

6 結(jié)語

采煤沉陷區(qū)治理技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新、新興技術(shù)的應(yīng)用前景以及跨學(xué)科合作與綜合治理的發(fā)展趨勢將共同推動(dòng)采煤沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境治理工作邁上新的臺階。只有不斷探索和創(chuàng)新，將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，形成科學(xué)合理的治理方案，才能實(shí)現(xiàn)采煤活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。