露天煤矿土地复垦与生态修复技术研究

露天煤矿土地复垦与生态修复技术研究

姜鹏

内蒙古电投能源股份有限公司北露天煤矿  

内蒙古自治区霍林郭勒市   029200

摘要：露天煤矿土地复垦与生态修复工作，是土地地质工程中至关重要的环节，做好露天煤矿土地复垦与生态修复工作，能改善露天煤矿区域环境，形成理想的采矿工业景观，树立绿色采矿思想，使采矿工程对环境造成的危害降至最低。值得注意的是，生态修复技术的合理科学应用，促进了露天煤矿土地复垦活动的推进。

关键词：露天煤矿；土地复垦；生态修复

引言

为进一步迎合社会能源的需求，在加大矿产资源开采力度的同时，会对生态环境的平衡造成严重破坏。露天煤矿开采容易威胁矿区和附近的生态环境，造成破坏，实施煤矿矿山地质环境治理修复工作，结合煤矿矿山地质环境所存在的各种问题，制订有效治理方案，进而促进煤矿实现绿色发展。

1露天煤矿土地复垦与生态修复活动开展的意义

在露天煤矿开采活动开展的过程中，形成的废弃地为特殊、受损的生态系统，如排土场、露天采场等。从其受损严重程度来看，会比生态系统恢复力承受限值更高，需采取有效的人为干预措施，或利用一些现代化辅助技术手段，有效恢复采场的结构与功能，进而恢复相关区域的生态环境。值得注意的是，露天煤矿土地复垦和生态修复为一项系统化工程项目，复杂程度较高，为了此项工作的科学性、有效性能充分体现出来，需将生态学理论作为基础，如植被演替理论、景观生态学理论等，进一步合理科学地应用生态修复技术，常用的土壤改良技术、水土保持工程技术、土壤种子库技术、景观恢复技术等，达到有效修复露天煤矿区域受损生态系统的目的。露天煤矿土地复垦作业开展期间，需以生态学为角度，确保复垦矿区植被能有效恢复，起到保护地域生物多样性的作用，利用生物工程技术方法，恢复矿区受损的生态格局情况，将采矿剥离物视为基质，优化配置重构土壤，以“因地制宜”作为基本原则，做好土壤改良工作，使土壤功能有效恢复，为植物健康生长提供良好环境。另外，土地复垦作业过程中，有必要充分重视土壤功能提升、生态功能恢复，持续优化区域景观环境，使人与自然能够和谐共生。总之，从土地资源修复、生态环境保护等多角度考虑，积极开展露天煤矿土地复垦与生态修复活动工作意义重大，需对此项活动工作充分重视。

2煤炭资源开发过程中产生的主要环境生态问题

2.1破坏地面景观

在露天煤矿生产过程中,可能产生地表沉陷、地面裂缝以及各种相关问题,这样会对原本就脆弱的地质环境造成较大损害。因为可能会形成地下采空区,引发地面坍塌沉陷等问题,对地面建筑以及道路等各种设施带来一定影响。在露天煤矿开采和选煤厂生产过程中,产生的煤矸石在地表堆放会形成矸石山,由于堆放高度较高,可能会引发滑坡等地质灾害,并在矸石山自燃过程中造成较为严重的空气污染。此外,排矸场的形成会破坏原始丘陵地形地貌形态,致使原始地形趋势产生不连续性,改变了原始地形地貌景观格局,造成与周边自然景观不协调,对地形地貌景观破坏程度较大。排矸场地损毁的土地类型在内蒙古自治区主要表现为林地和天然牧草地,不仅直接损毁了原始的地表土壤植被,还降低了该区植被覆盖率。同时,工业场地的建设改变了所在区域原始地形趋势,破坏了原始丘陵及沟谷地貌景观。

2.2破坏地形地貌

在煤炭开采进程中,经常会对土地表面的植物以及土壤带来破坏。因此,在煤矿建设和煤炭开采过程中,会产生一些地表植物受到破坏的现象,甚至会出现严重生态问题;在工业广场建设中,不仅需要全面整平地面,还需要相应的道路建设和其他相关建设。同时,在煤炭生产和选煤生产环节会出现大量煤矸石,一旦无法得到很好的处理,煤矸石的堆放会对环境带来较大负面影响。

2.3破坏动植物的生存环境

在露天煤矿进行建设和资源开发过程中,大量占用土地、破坏土地是露天煤炭开采工作所带来的必然问题,会对生态系统的功能性产生较大的负面影响。在地面土壤、植被系统等方面被严重影响之后,也相应带来一定的水土流失问题。其次,在出现土壤退化、水体污染以及各种问题时,也相应的直接影响到动植物的存活,破坏原有动植物生存环境,因此对生物多样性也会带来严重影响。

2.4环境污染和生态破坏

区域形成的大气污染包括矸石仓、圆筒仓储存、动筛车间、锅炉房等，水污染源包括生活污水和井下排水，形成了生活垃圾和煤矸石等固体废物。噪声污染包括交通噪音、水泵、空风机、坑木加工电锯、鼓风机等。生态环境的现状如下：办公楼的后山坡及对面山坡地面没有植被，排矸场西侧分布有取土场，占地类型是草地而没有林地，导致形成大范围的黄土外露。排矸场主要设置在当地的自然冲沟内，占地类型是村庄用地和草地，采空区开始塌陷，严重影响当地植被，草丛植被开始产生裂缝。

3露天煤矿生态修复技术

3.1土壤重构技术

土壤重构是为了恢复或重建矿区受损土地的土壤，采用工程、物理、化学、生物等改良措施，重新构造土壤基质，形成适宜植被生长的土壤剖面结构和肥力条件。该技术可以在较短的时间内提高土壤生产力，改善植物生长的环境，实现对矿区的快速生态修复。对于高寒矿区的重构土壤，现有研究多采用覆土加施有机肥、化肥来改善渣山表层基质和植被生长。前人构建了“覆土加施羊板粪和商品有机肥或覆土加施羊板粪、商品有机肥和牧草专用肥”为核心的快速土壤改良方法。覆土能够加速煤矸石山表层基质土壤的形成，为植物生长提供充足的养分条件、适宜的酸碱度环境。不同覆土厚度对木里煤矿区表层基质的改良效果，结果表明覆土10cm是实现高寒矿区土壤重构的理想覆土措施。

3.2植被恢复技术

植被恢复是在地貌重塑和土壤重构的基础上，综合考虑矿区受损程度、气候、海拔、坡度、坡向、地表物质组成和有效土层厚度等因素，针对不同受损程度的土地进行先锋植物和适生植物的选择以及其他植被的配置、栽植和管理，重新构建持续稳定的植物群落。通过人工建植在短时间内达到较高水平的植被覆盖度和生物量对矿区恢复初期尤其重要。植物物种的选配、播量和播种方式是高寒矿区植被修复的重要研究内容。物种选择要因地制宜兼顾生态效益和经济效益，选择能适应当地自然条件、快速生长、抗逆性强，可形成高盖度和良好地下根系的土著种和先锋种。

3.3土壤基质改良

土壤基质改良是露天煤矿生态修复的基石。露天煤矿生态系统功能恢复的直接载体是露天煤矿土地，因此要将损毁的土壤恢复成具有较高生产力的土壤，使得露天煤矿土壤更适合植被生长和微生物生存。（1）物理改良技术物理改良的方法主要包括表土回填法、客土法、隔离法等。表土回填法是指在露天煤矿开采前对表土进行剥离保存，待开采结束后再分层回填重新覆盖，从而保护土壤营养元素和种子库，有利于快速复绿；客土法是指在矿区现有不良条件的表土上覆盖新的优质土壤，在表面形成10～100cm厚的覆盖层，以提供适合植物生长的环境条件，但操作过程中容易受成本和土源限制；隔离法主要是使用水泥、黏土、石板、薄膜墙等防渗材料，把已污染与未污染土壤就地分开，以减少污染物分解扩散。物理改良总体改良效果较好，但因修复成本高、会对取土点造成环境破坏等缺点，仅适用于污染严重、污染面积小的情况。（2）化学改良技术化学改良技术主要是利用不同形式的基材或改良剂等改善土壤理化性质。例如：通过“以废治废”，在土壤中添加有机肥、家畜粪便、泥炭、城市污泥等进行改良，可以有效改善土壤团粒结构，增强露天煤矿土壤肥力；在露天煤矿酸性废弃地添加石灰、碳酸氢盐、碱性炉渣等碱性材料，可有效改善土壤酸碱度问题；通过施用EDTA、Ca2+、磷酸盐等改良剂，对重金属进行吸附沉淀、还原、络合，可降低土壤中重金属离子浓度，防止因重金属具有毒性而加剧地表污染。化学改良技术操作简单，可用于受轻度污染的露天煤矿土壤的改良中。（3）生物改良技术生物改良技术是利用植物、土壤动物和微生物的生命活动及其代谢产物对土壤理化性质进行改善，从而提升土壤质量。研究发现，豆科植物具有较强的固氮作用，可以提高露天煤矿废弃地中的氮素含量。

3.4地形地貌重塑技术

地形地貌重塑技术是根据矿区地形地貌破坏方式与损毁程度，结合原有地形地貌特点，在消除地质安全和水土流失隐患基础上，通过有序排弃和土地整形等措施，形成与周边地貌景观相协调的新地貌。针对不同的场地类型，前人形成了不同的地形地貌重塑技术:(1)高陡边坡:在控制边坡稳定方面，前人提出了“削坡减重”和“回填压脚”相结合的冻融高陡复合边坡稳定控制技术。(2)废弃渣石场:有学者提出了“优先利用剥离土、适当配以人工土”的技术，通过在废弃渣石场覆盖种植基质以改善植被生长环境。(3)深大矿坑:前人提出了保留采坑积水形成的高原湖泊、采坑部分回填形成梯田、采坑边坡减坡和坑底就势整平4种重塑技术。通过采坑全部回填整治方案确定回填高度、回填方法和回填物成分来实现露天开采后的矿坑治理。通过将所有渣土回填采坑，压低缓坡进行地形地貌重塑，消除了滑坡等地质灾害隐患，且区域内坡度降低。

3.5综合技术模式

综合利用地形地貌重塑技术、土壤重构技术和植被恢复技术，采用削坡、泥页岩、有机肥、禾本科牧草混播以及无纺布覆盖等措施，植被恢复效果良好。通过混播+无纺布覆盖技术，可以解决植被生境差等问题。结合土壤重构技术和植被恢复技术，采用有机肥+人工种草措施，发现人工种草能够有效地改善排土场渣山表层土壤的理化性质。采用土壤重构技术和植被恢复技术，选用4种适宜的草种，成功地保证了种草质量，降低了成本并缩短了种草周期。在高寒矿区，可以采取不覆土条件下，加施有机肥并追施化肥等土壤重构措施，种植披碱草、早熟禾、中华羊茅等适生草种，可以降低植被恢复成本，加速露天煤矿区土壤结构和植被多样性的恢复进程。

3.6景观恢复技术及生态监测技术的应用

一方面，在露天煤矿土地复垦和生态修复工作开展期间，景观恢复技术的应用能起到至关重要的作用。比如，在露天煤矿土地复垦及生态修复工程项目中，景观恢复为修复主要目标，在合理利用景观恢复技术的条件下，有必要围绕地表地貌采取有效重塑处理，之后对修复场地、周围湖滨生态系统功能的协调展开强化修复。此外，对斑块的连通性、采场排水系统和地面水系等进行针对性的强化修复。另一方面，露天煤矿土地复垦及生态修复工作特点鲜明，存在长期性、系统性特点。土地复垦工作的本质是使土地功能与用途得到有效恢复。在有效完成植物种植任务的基础上，代表植被生长、土壤功能提升、生态系统演替、恢复稳定处在开始阶段。在此认识条件下，需有效监测土地复垦和生态修复作业完成后的露天煤矿情况，判断工程前期土地复垦、生态修复工作是否有效。在实际监测过程中，重点较多，如土地质量、植被长势、植被演替方向、区域小气候变化等，可采取现代化监测技术，如全球定位系统(GPS)技术、地理信息系统(GIS)技术、遥感(ＲS)技术等，全面提升露天煤矿生态监测工作质量。

4露天煤矿土地复垦策略

4.1塌陷坑回填复垦

对露天煤矿塌陷坑实施全面回填。对矿区现场的地裂缝和塌陷坑，在开始回填施工前，要对地裂缝和塌陷坑的边界实施全面的核准，保障安全施工和有序回填，初步确定边界后按照从外到内的顺序逐部回填压实，逐渐朝内部推进。充分利用矿区地裂缝和塌陷坑，充分压实并在上层覆盖耕植土，确保其与周围地表持平，充分压实平整后重新恢复耕种。面积扩大后的黏土覆盖层和地表原有的隔水层构成有机整体，预防渗入地表水，对深部采空区实施合理的保护，为地表植物的茁壮成长提供水。针对那些存在塌陷隐患的矿区巷道以及采空区，应准确把握影响范围，并在附近增设警示标志。为促进农田复垦工作的稳步进行，不会对地表造成大面积扰动，对损毁程度较轻的基本农田无需剥离表土，只需适当平整土地、进行土地翻耕即可，修筑田埂、压实田坎，注重土壤培育。在洗煤厂、风井场地和工业场地的处理过程中，需要全面拆除现场砌体，合理覆盖客土。在取土场内进行整片取土，合理修筑田埂，对现有的平台场地进行全面复垦，使其重新转化成耕地，将边坡重新复垦变成田坎。对排矸场林地率先实施大面积的覆土，灌木林地要率先对现有裂缝进行填充，补种绿植、播撒草籽，合理控制播撒的密度。

4.2采空区回填复垦

矿区在结束数十年的大范围采矿生产后，露天煤炭资源初步枯竭，矿区东侧区域形成了大规模采空区。在采矿生产中，会在矿区地下挖掘出分布繁杂的巷道工程，结合实际发展状况进行分析，对应的巷道工程逐渐废弃，停用面积较大。矿区巷道在长时间废弃停用后，因缺少定期维护，内部基础电力设施和通风设施等部件发生损坏，巷道和周围采空区出现大面积塌方，矿区生产中存在安全保障不足问题。结合相关区域的水文地质特征，经过多年停采，矿区采空区及井下巷道容易出现大范围的充水问题，提高了地下施工处理的安全风险。采空区及停用巷道无法基于原有巷道实施回填，为此应利用打孔灌浆以及冒落等措施进行填充。部分原有的桥梁、公路、河床及矿部、新修排水沟、防洪墙和道路分布在巷道、采空区的影响范围内，增加了相关工程的地面塌陷损伤概率，为此需要合理增设施工投料孔，在实践操作中以打到巷道位置和采空区为准，通过灌浆、爆破等措施彻底堵死塌方和井口，结合现场的地形条件、气候特征恢复绿色植被。

4.3林地复垦法

对于露天煤矿土地复垦方面，需结合项目实际情况，选择多样化的乡土树种进行复垦。相较于其他树种，乡土树种更易于存活，且多样化的树种也能够更好地实现保存和延续。同时，在进行大面积栽培之前，还需对复垦地做好整改工作，如采取秋整春造模式进行整改。该模式是借助自然条件对林地进行复垦，即秋天整改土壤、春天栽树。其中，坑穴整地主要是通过直接开穴覆土的方式整地，由于大部分呈鱼鳞状，因而也称作鱼鳞坑。而对于春天栽树方面，即培土栽培，主要是在坑穴补充土壤，使其能够与植被充分接触和反应，促进腐殖质的产生。该整改方式的优势主要体现在两个方面。即当土壤平整后，其土壤肥力相对较低，不利于立刻栽培，否则不仅难以达到理想产量效果，还会增加成本投入。另一方面，则可借助生物技术，通过栽培大量豆科植被，对土壤环境进行优化，完善土壤结构。

结语

综上所述，露天煤矿土地复垦与生态修复是一项系统化工作，做好此项工作意义显著，可有效修复露天煤矿土地资源，有效保护区域生态环境。露天煤矿区的生态修复已取得一定成果。在生态恢复研究方面，大多集中于有机肥对植被和土壤的影响，而微生物肥料(外源添加菌剂)及其监测指标的研究还较为缺乏，未来应加强对这方面的探索。同时，植被、土壤和微生物之间存在着相互作用和影响，研究它们之间的关系也是矿区植被恢复的重要研究方向。

参考文献

［1］赵海峰.大煤沟露天煤矿土地复垦方案分析［J］.江西煤炭科技，2018(01):238－241．

［2］吕凯，李雪飞，智颖飙．露天煤矿排土场生物修复与生态重建技术［J］．内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)，2019，48(05):458－464．

［3］沈艺超．露天矿土地复垦考核评价方法及应用分析［J］．河南科技，2019(14):92－94．