木里煤礦生態環境修復治理模式

梁峰偉，劉士杰，霍 豪，侯春剛

（1.中煤地華盛水文地質勘察有限公司 環境分公司，河北 邯鄲 056004；2.中國煤炭地質總局 水文地質工程地質環境地質勘查院，河北 邯鄲 056001）

0 引 言

木里礦區煤炭儲量豐富，煤層厚、煤質好、構造簡單有規律，是青海省重要的煤礦區，也是青海省煉焦煤資源地，區域內構造簡單，煤層埋深淺，主要以露天開采為主。木里礦區開采活動主要集中于聚乎更礦和江倉礦，近年來因采礦活動，木里礦區形成多處大型渣山、露天采坑等，對生態環境造成了極大的損傷。隨著現代社會可持續發展理念的不斷深入，高原高寒區域的露天礦山環境恢復治理成為了一種迫切需求，現有的露采礦山生態環境修復技術是基于低海拔的區域治理，不能完全滿足高原高寒區域的治理要求。

通常的治理模式為3 個階段：一是礦坑、渣山的整治與地形地貌的重塑；二是覆土；三是進行復綠。如果采用常規方法進行大規模削坡減載、渣土回填、覆土后復綠施工工藝，存在工程量巨大、覆土土源難解決、在高原高寒區域無法有效的保證水源涵養且無法有效解決煤水混合后由于沖刷淋濾產生的二次污染。

在高原高寒區域礦山生態環境修復方面，國內已經有相關專家學者進行了相關的研究工作。其中王佟等[1-2]對高原高寒煤礦區生態環境修復治理模式與關鍵技術進行研究等，通過削坡減載、土壤重構、水系連通，從技術層面上實現了高原高寒區域的復綠。

本文依托木里礦區生態整治項目（標段一） 聚乎更七號井施工需求，結合青海省木里礦區聚乎更七號井采坑、渣山一體化治理工程設計方案，探索了一種高原高寒區域露采礦山環境恢復治理方案，集合了削坡減載、土壤重構、水系連通、煤炭資源保護重塑凍土層、高原種草七步法、高原種草播種后處理等方法，消除了露采礦山對土地資源的影響及產生的地質災害隱患，極大降低了工程量，降低了工人勞動強度，提高了高原高寒區域露采礦山恢復治理的復綠質量。

1 概 況

木里礦區聚乎更七號井地處青海省海西州木里鎮，所處位置是青藏高原典型的生態脆弱區[3]，區內多分布大片凍土和高寒草甸等濕地植被，區域生態敏感脆弱，易遭破壞，且難于恢復。礦區位于祁連山區域水源涵養地同時是生態安全屏障的重要組成部分，地處黃河支流大通河發源地，生態環境地位非常重要。采坑呈西北至東南走向，采坑長3.93 km，寬0.41 km，坑口標高4 150.87—4 167.09 m，采坑最低為3 995.65 m，開采深度19～32 m，坑口面積149.40 萬m2，采坑容積1 398.10 萬m3；西坑含3 個積水坑，深度10.15 ～11.04 m，積水量共計73.80 萬m2，主要揭露地層為中侏羅統木里組和江倉組底部碎屑巖，巖性以粉砂巖、泥巖為主夾細砂巖，采坑周邊形成南北2 處渣山，北渣山占地面積約104.63 萬m2，渣山高度20 m；南渣山占地面積約55.84 萬m2，渣山高度30 m（圖1），工程包括以中部分水嶺為界東、西采坑兩處采坑的地形整治，裸露易自燃煤層3 處的煤層封填保護及該區域的人造凍土層再造、全區的水系連通、土壤重構、復綠工程。

圖1 施工前治理區現狀Fig.1 Present situation of treatment area before construction

2 修復治理技術

遵循生態系統的整體性、系統性、動態性及其內在規律，修復為主、治理為要，對七號井采坑渣山治理、植被恢復、水環境和水資源以及凍土保護等統籌規劃、綜合治理，進行一體化修復。實現水源涵養、凍土保護、生態恢復、資源儲備、分區管控，實現節約優先兼生態保護，自然恢復兼資源保護的統一結合，打造高原高寒區域礦山生態恢復治理驗證工程，綜合七號井開采現狀，結合工程地質和水文地質條件，提出了資源保護+采坑部分回填+邊坡與渣山整治+水系自然連通+植被復綠的修復治理模式，項目執行中遵守“邊實施、邊評估、邊整改”的施工原則，主要的治理設計原則如下。

2.1 工程勘查

該工程執行地質三邊原則即“邊施工、邊勘查”的同時進行渣山邊坡與采坑邊坡穩定性評價，根據評價本著實事求水的原則優化調整設計方案。

2.2 煤礦資源保護

本著保護煤礦資源、保護生態環境的原則，對已剝露殘煤進行剝離倒運。同時將煤層露頭開挖至地下0.5 ～0.8 m，對煤層露頭進行紅黏土回填封堵、澆水凍實、分層封填碾壓，確保煤層不被氧化重塑凍土層。保護煤炭資源重塑原始凍土層見封填煤層、重塑凍土層示意如圖2 所示。

圖2 封填煤層、重塑凍土層示意Fig.2 Sealing coal seam and remodeling permafrost layer

2.3 采坑部分回填

考慮七號井采坑既有中間高兩端低的地形特征（以場地中部分水嶺為界，分水嶺界標高約4 160 m，西采坑回填至4 149—4 160 m 標高，東采坑回填至4 088—4 160 標高），治理后的采坑坑底由西端至分水嶺至東端形成縱向標高依次為4 149 —4 160—4 088 m 的坑底地形，即中間高兩端低，回填方量來源于采坑刷坡及北側不穩定渣山，盡量減少對已復綠渣山的擾動。

2.4 邊坡與渣山整治

為消除滑坡和崩塌等地質災害，對采坑兩側的邊坡進行削坡，實現邊坡整治，治理形成臺階分布式穩定邊坡，在確保邊坡穩定的同時，也便于后期的生態恢復，局部穩定的巖質邊坡，不做大范圍削坡，只清除表層松散石塊。

2.5 水系自然連通

采坑整治完成后，東西坑交界處為分水嶺，分別向兩側沿中線設置有3°～5°的斜坡將西坑積水集中排泄至西側低洼處，并對水質變化進行長期觀測，最終將水自然導至哆嗦河，避免積水及凍融對整治后邊坡產生破壞。

2.6 植被復綠

對治理區裸露邊坡及全部建筑物進行拆除后覆土復綠，具體如下。

（1） 第一步種草基質層重塑。將篩選的渣土覆蓋或就地翻耕，檢出大塊礫石。形成深度為25~30 cm 的種草基層，25~30 cm 深度種草基質層中直徑大于5 cm 的石塊不超過10%，就地選材避免了客土產生的高費用及對生態環境的破壞[4]。

（2） 第二步修建排水溝。治理區內坡面每間隔30~50 m 修建排水溝，采坑邊坡平臺修筑攔水壩，排水溝及攔水壩組合形成排水網絡。形成“湖聯珠串、山水相映”的和諧景觀。

（3） 第三步改良渣土。撿石后渣土中拌入羊板糞、和有機肥。將羊板糞（每畝用量33 m2，厚度為5 cm）、顆粒有機肥（平臺區每畝用量750 kg，坡地每畝用量1 000 kg），攤鋪在種草基質層上，采用機械或人工方法，均勻拌入草種基質層，深度大于15 cm。保障了植被生長需要，為下一步植物自然演替打下了基礎。

（4） 第四步施肥。用緩釋顆粒有機肥（平臺區每畝用量750 kg，坡地每畝用量1 000 kg），通過機械或人工方式，使用在種草基質層表面。

（5） 第五步播種。選用4 種高原原生牧草種（平地12 kg/畝，坡地16 kg/畝） 和15 kg/畝牧草專用肥混合，通過飛播、機械撒播或人工撒播等方式，撒播在草種基質層面層。

（6） 第六步耙耱鎮壓。為保證草種入土深度，更有利于草種萌發，推薦入土深度1~2 cm，坡面推薦人工使用多齒犁耙耱，平面可以用鋼絲刷加鐵鏈加槽鋼組合進行耙耱。

（7） 第七步無紡布鋪設。鎮壓完成后，鋪設無紡布。推薦使用每平方米20 g 左右規格的無紡布，邊緣重疊處用石塊壓緊壓實，即可起到保溫保墑的作用又能夠自然降解，避免了無紡布對治理區的污染。

3 治理效果

項目嚴格依照資源保護+ 采坑部分回填+ 邊坡與渣山整治+水系自然連通+植被復綠的修復的治理模式，經過為期2 a 的生態修復治理，清除了治理區內裸露煤層并通過煤層封填、澆水凍實、分層碾壓重塑了人工凍土層保護了煤炭資源。通過“隨坡就形”修筑排水系統導通了自然水系使治理區內水系連通；通過人工或機械撿石、土壤重構使治理區土壤各養分指標達到了植被生長需要；通過“種草七步法”規范了種草流程及方法增加了施工效率，提高了出苗成效。經過監測項目植被出苗數達到了平均9 300 株/m2、治理區植被覆蓋率達到了85%以上，次年植被返青情況良好，為治理區內植被形成自然演替、正向演替打下堅實基礎。達到了治理目的，形成了“遠山、近湖、山水相映”的和諧景觀（圖3）。

圖3 施工前后對比圖Fig.3 Comparison before and after construction

4 結 語

木里礦區生態修復治理是目前我國在高原、高寒、高海拔地區開展的大面積礦山生態修復治理的首例成功示范性工程。國內外鮮有成功經驗和成熟模式可借鑒，該項目的順利高效實施具有很強的探索和試驗意義。解決了地貌景觀、植被、凍土、水系及濕地破壞、土地占損毀、土地沙化與水土流失、渣山及礦坑邊坡失穩、煤炭資源破壞等生態環境問題，降低了工程施工總量，杜絕了過渡治理、有效提高施工質量。