辛建寶

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭將一直是我國(guó)的主體能源[1-2]，長(zhǎng)期以來(lái)，煤炭資源以其豐富、廉價(jià)、可靠的特性一直處于人類能源供給的重要地位[3]。煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用具有明顯的生命周期性，從煤炭的開(kāi)發(fā)利用角度出發(fā)，煤礦全生命周期是指煤炭從原煤的開(kāi)采到最終廢棄物處理所經(jīng)歷的各個(gè)階段和整個(gè)過(guò)程。煤炭資源的勘查、開(kāi)發(fā)、利用是一個(gè)龐大復(fù)雜的非線性多元化系統(tǒng)，科學(xué)劃分煤炭全生命周期階段，系統(tǒng)研究新形勢(shì)下的地質(zhì)保障技術(shù)體系，是實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)升級(jí)、安全生產(chǎn)、清潔高效利用的必要基礎(chǔ)[4-5]。

基于扎魯特旗扎哈淖爾露天礦（以下簡(jiǎn)稱“扎哈淖爾露天礦”）地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)恢復(fù)治理現(xiàn)狀及成果，結(jié)合煤礦初步設(shè)計(jì)、用地性質(zhì)、開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃、用地進(jìn)度計(jì)劃、中長(zhǎng)期規(guī)劃及年度設(shè)計(jì)等技術(shù)文件，對(duì)扎哈淖爾露天礦全生命周期地質(zhì)環(huán)境變化及生態(tài)治理區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃。通過(guò)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件和開(kāi)采條件，為扎哈淖爾露天礦剩余服務(wù)期限生態(tài)恢復(fù)及轉(zhuǎn)型發(fā)展方向提供指導(dǎo)，同時(shí)為其他露天煤礦全生命周期規(guī)劃提供借鑒。

1 礦區(qū)總體概況

扎魯特旗扎哈淖爾露天礦屬于霍林河煤田二號(hào)露天采區(qū)，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市西北端，在霍林郭勒市和扎魯特旗境內(nèi)，屬于低山丘陵與山間河谷平原地帶。煤田整體呈東西走向，東西長(zhǎng)13.27 km，南北寬1.15～3.58 km，礦區(qū)面積30.517 7 km2。

1）采場(chǎng)現(xiàn)狀。露天采場(chǎng)內(nèi)四號(hào)聯(lián)絡(luò)路將采坑依次分成東、西2 部分，西部采坑三煤組與四煤組縱向開(kāi)采，東部采坑三煤組縱采快速靠界，四煤組橫采內(nèi)排。由于露天礦多家外包單位形成各自獨(dú)立的空重車線，露天采場(chǎng)內(nèi)尚未形成有效連貫的工作線布置，開(kāi)采作業(yè)順序復(fù)雜。

2）開(kāi)采工藝。扎哈淖爾露天礦為大型生產(chǎn)露天礦，生產(chǎn)規(guī)模為18 Mt/a。目前扎哈淖爾露天礦表土層采用輪斗工藝，其余土層剝離采用外包形式。中部巖石層采用1 套半連續(xù)剝離工藝（單斗-卡車+半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)工藝）和單斗卡車工藝。采煤采用單斗-卡車+半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)工藝，現(xiàn)狀有2 套半連續(xù)系統(tǒng)。

3）生產(chǎn)系統(tǒng)。扎哈淖爾露天礦煤系統(tǒng)共有2 套生產(chǎn)系統(tǒng)，2 套煤破碎站能力均為850 萬(wàn)t/a，并經(jīng)由端幫帶式輸送機(jī)運(yùn)至地表進(jìn)而運(yùn)往儲(chǔ)煤場(chǎng)。現(xiàn)有露天礦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雙環(huán)運(yùn)輸，有南北兩側(cè)卡車出入溝，均能實(shí)現(xiàn)卡車裝車外運(yùn)。剝離半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)能力7.6 Mm3/a，該系統(tǒng)主要用于采場(chǎng)中下部剝離物料的破碎、運(yùn)輸、排卸，節(jié)省設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)距及提升高度。表土松散層為輪斗挖掘機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)連續(xù)開(kāi)采工藝，輪斗挖掘機(jī)水平分層、端工作面方式采掘，單臺(tái)階開(kāi)采，帶式輸送機(jī)兩采一移，選用的輪斗的設(shè)備型號(hào)為6 600 m3/h，整個(gè)輪斗系統(tǒng)的理論能力為1 000 萬(wàn)m3。

截至目前，礦山排土場(chǎng)總占地面積為1 449 hm2，已開(kāi)展生態(tài)恢復(fù)面積844 hm2，包括撒播草種、栽植喬木灌木，結(jié)合客土噴播技術(shù)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)治理。供水系統(tǒng)土建部分完成管路鋪設(shè)30 km，修建泵房6座、蓄水池6 處，蓄水能力達(dá)3.5 萬(wàn)m3。噴灌系統(tǒng)安裝467.93 hm2、滴灌系統(tǒng)安裝33.27 hm2、臨時(shí)灌溉系統(tǒng)安裝286.33 hm2。

2 全生命周期動(dòng)態(tài)開(kāi)采過(guò)程

1）開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃設(shè)計(jì)。扎哈淖爾露天礦于2021年提前實(shí)現(xiàn)全面內(nèi)排，剝離工藝系統(tǒng)需在2023 年新增1 套巖石半連續(xù)工藝，因此2022 年西幫需要逐漸緩幫成工作幫，為新增的巖破系統(tǒng)提供空間位置。露天礦開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 露天礦開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃設(shè)計(jì)

2）露天礦開(kāi)采動(dòng)態(tài)模擬。根據(jù)開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃，工作幫逐年向西推進(jìn)，內(nèi)排土場(chǎng)隨之跟進(jìn)。到2021 年，露天礦實(shí)現(xiàn)完全內(nèi)排，工作線轉(zhuǎn)向完成。2023—2032年，露天采場(chǎng)工作線長(zhǎng)度達(dá)到頂峰，這期間露天礦推進(jìn)度較小，內(nèi)排土場(chǎng)與露天采場(chǎng)跟隨緊密，最大程度降低剝離運(yùn)距。2032—2040 年，受礦權(quán)界幾何形態(tài)影響，露天礦剝離工作線逐年降低，推進(jìn)度較大，此時(shí)內(nèi)排土場(chǎng)推進(jìn)速度快，各年的可復(fù)墾面積較大。2040—2049 年，露天礦進(jìn)入尾聲，到2046 年露天采場(chǎng)到界限，內(nèi)排土場(chǎng)頂部可全部進(jìn)行復(fù)墾，2049 年開(kāi)采結(jié)束后，露天礦尾坑可進(jìn)行復(fù)墾，露天礦開(kāi)采動(dòng)態(tài)模擬如圖1。

圖1 露天礦開(kāi)采動(dòng)態(tài)模擬

3）用地計(jì)劃。以開(kāi)采計(jì)劃時(shí)間節(jié)點(diǎn)為編制單元編制露天礦用地計(jì)劃包括露天礦現(xiàn)有占地面積、各年新增的占地面積、排土場(chǎng)各年可綠化面積。露天礦用地計(jì)劃一覽表見(jiàn)表2。

表2 露天礦用地計(jì)劃一覽表

3 全生命周期治理規(guī)劃

3.1 地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)恢復(fù)治理的特點(diǎn)及規(guī)劃原則

3.1.1 時(shí)間尺度

1）生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)準(zhǔn)備期。以2020 年為現(xiàn)狀節(jié)點(diǎn)，2020—2023 年為第1 階段，2021 年扎哈淖爾露天礦通過(guò)技術(shù)優(yōu)化、空間綜合利用等方式提前實(shí)現(xiàn)全面內(nèi)排，減少土地資源的占用。排土場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全部?jī)?nèi)排，持續(xù)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)工作，提升水土保持功能，提高生態(tài)恢復(fù)區(qū)域生物多樣性，涵養(yǎng)水土，局部區(qū)域建設(shè)景觀點(diǎn)，為下階段生態(tài)轉(zhuǎn)型打好基礎(chǔ)。

2）生態(tài)提升轉(zhuǎn)型收益期。在煤礦正常生產(chǎn)階段，在不打破礦山上階段生態(tài)恢復(fù)成果的基礎(chǔ)上，避免生態(tài)恢復(fù)產(chǎn)生空窗期，將生態(tài)成果轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)收益，發(fā)展畜牧養(yǎng)殖、文化旅游、景觀公園等生態(tài)產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建生態(tài)、生產(chǎn)、生活三位一體的人工生態(tài)型礦區(qū)。

3）退出工業(yè)化生產(chǎn)恢復(fù)原生草原期。在煤礦生產(chǎn)結(jié)束后，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行拆除，將排土場(chǎng)、露天采場(chǎng)、地面道路等區(qū)域進(jìn)行近自然的地形重塑，周邊草原地貌相協(xié)調(diào)，恢復(fù)原生的草原生態(tài)系統(tǒng)。

3.1.2 空間尺度

1）露天采場(chǎng)治理。為避免在煤礦開(kāi)采過(guò)程中開(kāi)挖面的長(zhǎng)時(shí)間裸露，對(duì)裸露的邊幫和臺(tái)階進(jìn)行臨時(shí)復(fù)墾綠化，開(kāi)采結(jié)束在消除采礦地質(zhì)災(zāi)害后，對(duì)采坑進(jìn)行全面生態(tài)恢復(fù)，形成草原坑塘地貌。

2）外排土場(chǎng)治理。利用外排土場(chǎng)人工排棄形成的高低錯(cuò)落，層次分明地貌條件，在生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)牧業(yè)、肉牛、文化旅游等生態(tài)產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建生態(tài)排土場(chǎng)。

3）內(nèi)排土場(chǎng)治理。采坑向前推進(jìn)，內(nèi)排及時(shí)跟進(jìn)，縮短作業(yè)面工作長(zhǎng)度，減小擾動(dòng)土地面積及破壞草原植被的時(shí)間，將生態(tài)恢復(fù)與內(nèi)排共同推進(jìn)，滾動(dòng)治理，打造平緩的草原生態(tài)地貌。

3.2 生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)準(zhǔn)備期規(guī)劃

以2021 年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)全面內(nèi)排為分界點(diǎn)，基于現(xiàn)階段生態(tài)恢復(fù)成果，對(duì)到界區(qū)域進(jìn)行土壤改良及生態(tài)恢復(fù)，達(dá)到防治水土流失，實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)的目的，通過(guò)構(gòu)造局部景觀點(diǎn)，提升扎哈淖爾露天礦企業(yè)形象。經(jīng)過(guò)2 年（2022—2023 年）的生態(tài)恢復(fù)，使外排土場(chǎng)具有可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)開(kāi)墾的條件，為礦區(qū)向生態(tài)型經(jīng)濟(jì)礦區(qū)發(fā)展打好基礎(chǔ)。生態(tài)基礎(chǔ)準(zhǔn)備期生態(tài)功能分區(qū)包括水土保持工程區(qū)、南排生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)、工業(yè)展示區(qū)、高位水池區(qū)和生態(tài)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)基地。2023年扎哈淖爾露天礦功能分區(qū)圖如圖2。

圖2 2023 年扎哈淖爾露天礦功能分區(qū)圖

3.3 生態(tài)提升轉(zhuǎn)型收益期規(guī)劃

該階段為2024—2049 年，在生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)準(zhǔn)備期的復(fù)墾成果基礎(chǔ)上，通過(guò)規(guī)劃促進(jìn)礦區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快礦區(qū)轉(zhuǎn)型升級(jí)，使礦山成為復(fù)墾土地生態(tài)恢復(fù)和礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略模式的樣板，堅(jiān)持生態(tài)環(huán)境保護(hù)與煤炭資源開(kāi)發(fā)并重的原則，建立生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。生態(tài)提升轉(zhuǎn)型收益期生態(tài)功能分區(qū)包括休閑觀光區(qū)、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)、游牧文化主題區(qū)、生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、綠島濕地公園、礦坑生態(tài)園、綜合管理中心、礦山工業(yè)技術(shù)展示區(qū)及生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)基地。

2024—2031 年主要對(duì)外排土場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)性功能分區(qū)，依據(jù)排土場(chǎng)現(xiàn)有地形進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，在恢復(fù)排土場(chǎng)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，為扎哈淖爾露天礦復(fù)墾區(qū)發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新型園區(qū)打下基礎(chǔ)。本階段主要新增生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)（北排土場(chǎng)）、生態(tài)垂釣園、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)（清潔工業(yè)區(qū)改造）和休閑觀光區(qū)（南排生態(tài)恢復(fù)區(qū)和高位水池區(qū)結(jié)合）。

2032—2040 在生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃過(guò)渡期，通過(guò)增加生態(tài)防護(hù)林帶及綠色景觀隔離帶，構(gòu)建天然景觀。生態(tài)防護(hù)林帶規(guī)劃利用外排場(chǎng)、內(nèi)排場(chǎng)原有的地勢(shì)進(jìn)行景觀改造，種植各種景觀樹(shù)種，開(kāi)展農(nóng)光互補(bǔ)，建設(shè)綠島濕地公園，構(gòu)建游牧文化主題區(qū)和生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)。全力打造新型產(chǎn)業(yè)模式的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，為打造礦區(qū)復(fù)墾土地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的標(biāo)桿夯實(shí)基礎(chǔ)。本階段新增分區(qū)主要包括游牧文化主題區(qū)、綠島濕地公園（生態(tài)垂釣園擴(kuò)建）和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)。

基于2032—2040 年游牧文化主題區(qū)、綠島濕地公園及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)，規(guī)劃集畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)光互補(bǔ)、蒙中藥材種植為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)綜合體，實(shí)現(xiàn)集科技、文化、旅游為一體的礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展新思路，打造一軸（生態(tài)展示觀光軸）、一心（礦區(qū)綜合管理中心）、一帶（景觀大道觀光帶）、兩園（綠島濕地公園、礦坑生態(tài)園）、八區(qū)（游牧文化主題區(qū)、休閑觀光區(qū)、礦山工業(yè)技術(shù)展示區(qū)、生態(tài)試驗(yàn)基地、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、蒙中藥材種植區(qū)、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)和生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)）的生態(tài)配置模式，發(fā)展生態(tài)循環(huán)可持續(xù)農(nóng)業(yè)。露天礦各階段功能分區(qū)圖如圖3。

圖3 露天礦各階段功能分區(qū)圖

3.4 退出工業(yè)化生產(chǎn)恢復(fù)原生草原期

將綠島濕地公園、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)、休閑觀光區(qū)、工業(yè)技術(shù)展示區(qū)、生態(tài)恢復(fù)基地、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范、生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)及游牧文化主題區(qū)進(jìn)行拆除，清除全部硬化設(shè)施及地面構(gòu)筑物，進(jìn)行土地平整后恢復(fù)為草地；將蒙中藥材種植區(qū)進(jìn)行土地平整后恢復(fù)為草地；露天采場(chǎng)利用先進(jìn)的邊坡復(fù)綠技術(shù)，結(jié)合露天礦形成的形態(tài)進(jìn)行生態(tài)治理，對(duì)采坑邊坡進(jìn)行削坡，塑造近自然的原始坡面恢復(fù)草原植被，對(duì)采坑巖層邊坡采取掛網(wǎng)客土噴播、飄臺(tái)護(hù)坡、種植槽+SNS 柔性防護(hù)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行生態(tài)治理?；謴?fù)礦區(qū)內(nèi)草原植被的生物多樣性，進(jìn)行近自然的地形重塑，與周邊草原地貌相協(xié)調(diào)，使礦區(qū)回歸原生態(tài)草原。

4 社會(huì)效益和生態(tài)效益

1）社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)逐年改造最終將建設(shè)功能分區(qū)有休閑觀光區(qū)、光伏農(nóng)業(yè)區(qū)、游牧文化主題區(qū)、生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、綠島濕地公園、礦坑生態(tài)園及生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)基地，同時(shí)擁有文化傳承、休閑旅游、生態(tài)保護(hù)等功能，成為礦區(qū)生態(tài)治理發(fā)展的新方向[6]。將促進(jìn)礦區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，大力推進(jìn)礦區(qū)的果、林、菜、畜優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展與旅游為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)形態(tài)[7]；豐富了當(dāng)?shù)鼐用竦男蓍e文化生活，提高生活幸福指數(shù)，更能吸引外來(lái)游客，提高當(dāng)?shù)氐穆糜萎a(chǎn)業(yè)收入；各區(qū)域的建設(shè)還為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝烁嗟木蜆I(yè)機(jī)會(huì)，在一定程度上提高了當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)率。多個(gè)功能區(qū)可以服務(wù)于周邊群眾，提升了企業(yè)形象，增加了社會(huì)效益。

2）生態(tài)效益?，F(xiàn)階段扎哈淖爾露天礦生產(chǎn)區(qū)域裸露地面較多可能造成粉塵污染，對(duì)環(huán)境十分不利，通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)的綜合治理可以有效涵養(yǎng)水源，控制水土流失，增加土壤肥力，改善氣候條件，促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，提高抗自然災(zāi)害能力[8]。通過(guò)林木的種植，可有效提高土地的林草覆蓋率，對(duì)防風(fēng)固沙、防止水土流失、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、凈化空氣、調(diào)節(jié)地方小氣候及生物多樣性都起到了不可估量的作用[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)劃分和研究煤炭資源全生命周期各階段的地質(zhì)任務(wù)和科技創(chuàng)新方向，是實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)升級(jí)及清潔高效利用的必要基礎(chǔ)。建立新時(shí)代煤炭資源全生命周期地質(zhì)保障技術(shù)體系是期望煤炭生產(chǎn)單位能緊跟新時(shí)代需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與健康可持續(xù)發(fā)展。扎哈淖爾露天礦全生命周期地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃制定了礦山全生命周期綠色發(fā)展的總體目標(biāo)和主要任務(wù)，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的整體性出發(fā)，立足礦區(qū)自然、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)條件，提出礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)治理總體思路、技術(shù)指標(biāo)、實(shí)施方案及保障措施，科學(xué)指導(dǎo)礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)工作，形成示范帶動(dòng)效應(yīng)，在生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ)上，結(jié)合礦區(qū)的區(qū)域位置、用地性質(zhì)，打造生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)。