劉夢(mèng)薇

（中煤科工集團(tuán)北京土地整治與生態(tài)修復(fù)科技研究院有限公司，北京 100013）

1 概述

在新時(shí)期，世界煤炭的增長(zhǎng)趨勢(shì)越發(fā)的明顯，這幾年以來(lái)，印度和中國(guó)的煤炭產(chǎn)量增長(zhǎng)較為迅速，兩國(guó)的煤炭增量占據(jù)了世界煤炭增量的近乎四分之一，而伴隨著世界煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)，對(duì)于煤炭的需要也是越來(lái)越大。我國(guó)作為世界上的煤炭產(chǎn)量大國(guó)，具體“貧油、多煤、少氣”的特征，由于這些特征影響，導(dǎo)致我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)用作發(fā)電等能源消耗較大的原料都來(lái)自于煤炭，我國(guó)的煤炭資源量十分的豐富，同時(shí)由于具有多年來(lái)的開采經(jīng)驗(yàn)，每年的開采當(dāng)量十分穩(wěn)定，在我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量高居全球第四寶座的“保證”之下，煤炭就成為了關(guān)乎我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重要能源[1]-[3]。

圖1 我國(guó)的露天煤礦分布圖

我國(guó)的煤炭資源分布較為廣泛，其中也多有聚集，在我國(guó)的西部，煤炭資源較為富集，而在我國(guó)的中部和東部，伴隨著地質(zhì)臺(tái)階的延伸，煤炭?jī)?chǔ)量也在逐漸減少。我國(guó)煤炭資源的主產(chǎn)區(qū)一般認(rèn)為在內(nèi)蒙古、山西等省，這些地區(qū)氣候較為干旱，植被較為稀少，因此水土流失的情況也是頗為嚴(yán)重，再加上因?yàn)槊禾扛患鴮?dǎo)致的開采無(wú)序，這也更進(jìn)一步的加劇了生態(tài)環(huán)境問題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)的“十四五”規(guī)劃期間，我國(guó)的煤炭產(chǎn)業(yè)基地也將主要存在這些地區(qū)，根據(jù)對(duì)于資料的查詢，發(fā)現(xiàn)露天煤礦的產(chǎn)量占據(jù)了我國(guó)煤炭產(chǎn)量的半壁江山以上。作為世界上露天煤礦開采的第一大國(guó)，我國(guó)的露天煤礦的開采歷史已經(jīng)超過了100 多年，開采地區(qū)植被的稀少、生態(tài)環(huán)境脆弱是制約煤炭開采地生態(tài)環(huán)境治理的主要問題，再加上開采煤礦也會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾以及廢棄物，排土場(chǎng)中的廢棄物如果無(wú)法得到集中處理與有效整治，對(duì)未來(lái)整個(gè)露天煤礦的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理將會(huì)帶來(lái)極大的危害，對(duì)當(dāng)?shù)氐娜罕?、牲畜的生命安全也?huì)帶來(lái)極大的隱患。所以目前，在新時(shí)期對(duì)于露天煤礦的生態(tài)修復(fù)技術(shù)就成為了現(xiàn)階段科研人員進(jìn)行研究的重點(diǎn)。在此之前，已經(jīng)有全球的許多學(xué)者對(duì)整個(gè)煤礦的生態(tài)修復(fù)進(jìn)行了較為徹底的摸排、研究，對(duì)于土壤、植被的復(fù)原也進(jìn)行了較為深刻的技術(shù)總結(jié)與技術(shù)研發(fā)，但是與此同時(shí)，相對(duì)而來(lái)的是關(guān)于生態(tài)徹底治理方面，仍舊會(huì)存在極大的疏漏，筆者希望通過研究論證，對(duì)我國(guó)實(shí)際工區(qū)進(jìn)行詳盡的摸排之后，給出一套全新的解決方案[4-6]。

2 生態(tài)重建技術(shù)介紹

露天煤礦的開采手段一般認(rèn)為與其他開采方式不同，地下采礦往往會(huì)造成地表的塌陷，但是對(duì)于地表生態(tài)的破壞，相較于露天煤礦的開采而言，會(huì)相對(duì)小一些，露天煤礦則反之，這種現(xiàn)象往往存在于我國(guó)的廣大北部地區(qū)，這些地區(qū)稀疏的植被、惡劣的氣候、沙漠的侵蝕也給環(huán)境的治理工作帶來(lái)了一系列較難解決的問題[7]。這些地區(qū)平常的生態(tài)環(huán)境就已經(jīng)非常令人擔(dān)心，再加上長(zhǎng)期的無(wú)序開采礦產(chǎn)以及其他人為的活動(dòng)，都會(huì)讓我國(guó)露天煤礦主產(chǎn)區(qū)的生態(tài)環(huán)境常常會(huì)遭受嚴(yán)峻的考驗(yàn)。這些地區(qū)由于水土流失較為嚴(yán)重，也同時(shí)會(huì)造成一系列次生災(zāi)害的發(fā)生，這些都給礦區(qū)百姓的人身、財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了諸多不利影響。因此，為了重塑排土場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境，以及為了植被森林的恢復(fù)，尋找可持續(xù)性的、可操作性的生態(tài)修復(fù)技術(shù)尤為重要[8-10]。

3 黃土高原某排土場(chǎng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 黃土高原西北部某露天煤礦開采項(xiàng)目概況

黃土高原某露天煤礦坐落在黃河?xùn)|岸，由于黃土厚度較大，植被較少覆蓋，因此水土流失等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。工區(qū)之中最為常見的就是劇烈的地形切割，沖溝發(fā)育多呈“V”字形，基巖僅在溝谷中有零星出露。該礦區(qū)呈現(xiàn)東高西低的地形，最高可達(dá)1200m，最低也有800m，高差在400m 左右，屬于中-低山區(qū)。工區(qū)東西寬6 千米，南北產(chǎn)9 千米，總面積近55 平方千米，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到300 萬(wàn)噸/ a，同時(shí)也建有自營(yíng)的500 萬(wàn)噸/ a 選煤廠。其排土場(chǎng)可以劃分為A 段、B 段、C 段三個(gè)區(qū)域，此三個(gè)區(qū)域地形都較為復(fù)雜，是排放渣石的場(chǎng)所。

3.2 削坡放坡的技術(shù)流程

目前對(duì)于削坡放坡的技術(shù)說(shuō)法不一，一般認(rèn)為都是通過長(zhǎng)臂挖掘機(jī)一次挖掘成型后，再利用黃土進(jìn)行掩埋。因?yàn)榕磐翀?chǎng)獨(dú)特的位置與獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，造成的結(jié)果就是非常容易造成水土流失，所以土壤沒辦法很好的坡面上進(jìn)行覆蓋，坡面上的砂石和土壤經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)崩塌、掉落的情況，最終造成平臺(tái)底部厚度大、上面薄，最終造成栽種植被成活率低，財(cái)政資金的用度大多浪費(fèi)于此。

圖2 削坡放坡技術(shù)流程圖（據(jù)前人總結(jié)）

此套技術(shù)在實(shí)踐中證明：其可以很好的減少排土場(chǎng)臺(tái)階的角度，達(dá)到邊坡穩(wěn)定的效果，同時(shí)也可以很好的提升所栽植被的成活率，降低工作的成本與工作強(qiáng)度。

3.3 露天煤礦地形重塑的控制

此套技術(shù)，可以見下圖所得，測(cè)定綠化臺(tái)階的設(shè)計(jì)高度為100m 左右，且坡折角大于35 度，在確定了綠化臺(tái)階的高度和坡折角之后可以進(jìn)行技術(shù)實(shí)施。在技術(shù)的實(shí)踐里，坡面角一般在30 度左右，臺(tái)階高度H1=20m，H2=25m。1 臺(tái)階通過優(yōu)化最終可以變?yōu)? 臺(tái)階，對(duì)整個(gè)坡面進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，可以有效的改良整個(gè)坡面的植被栽種條件，對(duì)于水土保持具有非常大的意義，此套技術(shù)目前已經(jīng)在我國(guó)西北的一些大中型煤炭生產(chǎn)基地進(jìn)行推廣。

圖3 項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)示意圖

在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，比較重要的就是利用短臂挖掘機(jī)進(jìn)行削坡。具體的削坡流程是先降低坡面的高度，并且減小坡面角，很多耐干旱、耐鹽堿的植物就可以在坡面上很好的成活，植被的茂密也可以讓植被很好的融入周圍的環(huán)境之中，對(duì)于綠植草籽的播撒量，一般在每平方千米20 公斤左右，并且需要時(shí)常對(duì)潑面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，可以保證植被的成活概率。針對(duì)坡面灑水，可以利用礦坑之中的涌水，在一定程度上解決了礦坑中的排水困難，又可以經(jīng)濟(jì)節(jié)約的達(dá)到培養(yǎng)植被的目的，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)實(shí)際情況，可以列出如下的公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)綠化臺(tái)階巖土體的重度r、最終坡面的粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ、面積A，巖石體積V 這些參數(shù)進(jìn)行獲取，得到的結(jié)果就是設(shè)計(jì)出來(lái)的最終坡面角。

在此套公式中，粘聚力C與內(nèi)摩擦角φ 是通過經(jīng)驗(yàn)所得，在Ka 高于1 時(shí)，需要保證邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)同時(shí)高于1。進(jìn)而通過算出Ka 高于1 時(shí)的最終坡面角，定量的得到最終的邊坡穩(wěn)定性，對(duì)于綠植的成活率有著很好的保障。

與此同時(shí)，可以對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的方法還有很多，其中也包括：在進(jìn)行降坡和削坡的作業(yè)的時(shí)候，對(duì)土壤的成分進(jìn)行研究、排查，在土壤中加入一定水分，或者在土壤中加入一定量的粘結(jié)劑，可以很好的保證土壤在坡面上有效凝結(jié)。因?yàn)槁短烀旱V自身的地理位置制約，多處于我國(guó)中西部等較為干旱貧瘠的地區(qū)，常年無(wú)雨同時(shí)也導(dǎo)致空氣的蒸發(fā)速度更快，水分易流失會(huì)讓新栽植物更加難以存活。而摻雜有一定劑量的土壤保濕劑的覆蓋土，正好可以解決這一問題。覆蓋土一般會(huì)選擇黃土，因?yàn)辄S土具有其獨(dú)特的性能，也就是粘性好、水分蒸發(fā)小、在坡面上覆蓋易于保持，這都給生態(tài)治理工作帶來(lái)了極大的利好。

在坡面上進(jìn)行作業(yè)時(shí)，通常情況下都是采取打田字格的方式進(jìn)行操作，在邊坡上打半米見方的田字格，可以有效的保證作業(yè)時(shí)坡面的平整性，也可以保證灑藥作業(yè)的均勻，對(duì)于水土保持較為利好，也可以解決在受到坡度影響時(shí)不利于澆水灌溉等一系列的問題。

4 技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)與成果

筆者通過大量文獻(xiàn)調(diào)研與實(shí)際工作，針對(duì)我國(guó)新時(shí)期露天煤礦的生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用做了一定的研究，并且通過鮮明舉證的方式，結(jié)合一些偏遠(yuǎn)地區(qū)技術(shù)落后、財(cái)政資金不足等一系列的缺點(diǎn)進(jìn)行研究。在實(shí)際的技術(shù)落地過程當(dāng)中，必須要讓多方面措施有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，在開采過程中減少對(duì)植被的破壞也能在很大程度上減少生態(tài)修復(fù)的工作量。

露天煤礦的生態(tài)保護(hù)技術(shù)的施行帶來(lái)了以下優(yōu)勢(shì)：（1）對(duì)于臺(tái)階坡面的角度較大的問題，研究人員可以通過采用特種土壤以及特種土壤粘合劑的方式加以解決，植被不能很好生長(zhǎng)的問題的產(chǎn)生不單關(guān)乎著生態(tài)美觀的問題，更關(guān)乎著附近礦區(qū)的人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)的安全問題；（2）可以有效的預(yù)防各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保護(hù)部周圍礦區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，也讓被破壞的礦區(qū)生態(tài)進(jìn)一步恢復(fù)；（3）可以通過對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀痪坝^、自然植被進(jìn)行人工模擬、人工創(chuàng)造，創(chuàng)造性的用一些生態(tài)島、生態(tài)綠地的方式為附近的動(dòng)植物提供更好的棲息地，保證環(huán)境的整體改善進(jìn)一步落到實(shí)處。當(dāng)然技術(shù)的推廣施行也更進(jìn)一步的說(shuō)明了社會(huì)對(duì)于生態(tài)保護(hù)的決心，新時(shí)期我國(guó)"綠水青山就是金山銀山"的理念也將會(huì)進(jìn)一步的幫助露天煤礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)的更加成熟完善。