兴隆庄煤矿塌陷区生态修复措施探讨

收稿日期:2002211220
作者简介:孙艳青(19792),女,在读硕士研究生,专业方向为环境科学。

文章编号:100224026(2002)0420061205
兴隆庄煤矿塌陷区生态修复措施探讨
孙艳青　刘厚风
(山东师范大学人口、资源与环境学院,山东济南,250014)
摘要:兴隆庄煤矿经过多年的开采,地表塌陷情况严重,本文选用概率积分法进行垂直沉陷量预测,并利用地理信息系统进行分析成图,发现最大下沉量达2.73m 。

据此结果本文提出了塌陷区进行生态修复的具体措施,并介绍了塌陷土地复垦的保障措施。

关　键　词:兴隆庄煤矿;采煤塌陷区;复垦措施;可持续发展
中图分类号:X 171.4 文献标识码:A
1　兴隆庄煤矿塌陷区概况及其引发的主要生态环境问题分析
兖州市地处鲁西南平原的东北部,北靠宁阳,西临汶上,南与邹城济宁接壤,东隔泗河与曲阜相望。

其境内地下煤炭资源十分丰富,总储量达200亿吨以上,是全国八大煤炭基地之一,兴隆庄煤矿即位于此地。

由于长期开采,兴隆庄煤矿塌陷情况严重,到目前为止,已造成耕地塌陷608.84hm 2,占兴隆庄镇耕地面积的17.3%,积水面积80hm 2,平均积水深5m ,最深7m 。

由于无人管理,塌陷区内因个人、砖瓦厂和修高速公路而乱挖取土严重,使地表坑洼不平,甚至有高差4～5m 的深坑,表土剥离严重,土源缺乏。

据统计,兴隆庄厚煤层矿井的塌陷地,一般采完第二分层后即积水形成水塘,无法耕种,三个分层采完后,积水深度为2～6m ,一般3m 左右。

矿井开采造成的地面塌陷对生态环境的不利影响主要表现在对土地资源的利用和农业生态的改变上。

具体从农业生态结构来分析,塌陷影响表现为由开采前的以旱地种植为主的高产高效农业生产结构转变为水旱结合、水产养殖业与农业相结合的复合生产结构;农作物的种植面积、种植品种和布局也会产生变化,使单一的农业经营模式向多元化综合经营模式发展。

具体来说,对水、陆生态环境都会造成影响:对陆生生态环境来说,一种表现就是会明显的改变原有的地表形态,根据调查统计资料,下沉量大于3m 的耕地将失去原有的使用功能,土地将减产50%以上,塌陷深度在0.5m 的轻度塌陷区,农业产量将减产20%以上,与此同时,由于地表塌陷影响地面村庄,会对农村的布局、人口密度、人口的职业构成、社会的供求变化产生一定的影响;另一种表现是林业发展的幅度有所增加,塌第15卷　第4期2002年12月 山东科学SHANDON G SC IEN CE
V ol 115　N o 14D ec 12002
陷后的地面上宜林面积增加,有利于林业生产的发展。

地面塌陷造成的对水生生态系统的影响最主要的是地表积水,地表水系的流向因塌陷而改变或积滞等,造成水域面积扩大,但水质变化不大,在塌陷水域内各种动植物的生长发育不会受到影响,水生生态环境不会产生恶化。

国内许多矿区塌陷积水区的调查也表明,在塌陷水面内发展水产养殖业颇具发展潜力。

2　兴隆庄煤矿塌陷地复垦及复垦条件分析
2.1　兴隆庄煤矿塌陷地复垦及其意义
依据1998年11月国务院颁布的(UDC )土地复垦技术标准(试行)(TD )”,土地破坏是指由于人类的生产建设活动导致土地的挖损、塌陷、压占等,土地复垦则是指被破坏的土地,通过采取综合整治措施,使其恢复到可供利用状态的活动。

对于兴隆庄煤矿,采煤塌陷地的复垦具有重大的意义:①有利于该区耕地总量动态平衡战略的实施。

塌陷地是该区的主要后备土地资源,规划的农业用地面积的增值可以通过塌陷地复垦得到满足。

②可以充分利用塌陷水域发展水产养殖业,改善塌陷区域的生产、生活状况及塌陷区生态环境。

③具有显著的经济、社会和生态效益。

可以增加耕地和水产用地,还可安排劳动力就业,同时配套设施齐全,抵抗自然灾害的能力也将大大增强。

④可以为其他类似的采煤塌陷区的复垦提供经验和技术指导。

2.2　兴隆庄煤矿塌陷区地表稳定性预测分析
由于兴隆庄煤矿地处平原,所以只选用概率积分法进行垂直沉陷量预测。

预测模型为:
设单一工作面开采引起的地表点P 的下沉值W 如下:
w (x ,y )=
ΘA F (x ,y ,s ,t )d s d t 其中:
F (x ,y ,s ,t )=W
m ax f (x ,y ,s ,t ) ∞Θ(x
,y ,s ,t )f (x ,y ,s ,t )=
1 r 2exp -Π r
2 [(x -s +d )2+(y -t )2]W m ax =q m [cos (K Α) co s (a -K Α
)]式中　W m ax ——充分开采的最大下沉值,单位:m ;
m ——煤层采厚,单位,m ;
a ——煤层倾角,单位,°
;q ——下沉系数;
K ——开采影响传播系数;
x ,y ——地表点Q 在工作面局部坐标系中的坐标,x 指向上山方向,y 平行于走向
方向,由x 轴顺时针转90°得到。

ost 和ox y 坐标系的原点重合。

由n 个工作面引起地表点p 的下沉值是各工作面影响值的代数和,即
W (x ,y )=≤W t (x ,y )
・26・山　东　科　学2002年
其中:W t 为第i 个工作面的下沉值。

本区选用的预计参数为:q =0.85;m =8;Α=5°;重复采动系数q =0.96。

根据兴隆庄矿区的实际资料,进行塌陷量预测计算。

据预测,开采结束后,地面将形成一个塌陷盆地,最大下沉量达2.73m ,塌陷盆地中心位于养鸡场东侧的废弃坑内,地面标高41.50m (图中矩形框区域),塌陷盆地范围内的农田地表标高44.86m ,因此塌陷后地表标高仍高于地下潜水位42m ,不会出现积水,比较稳定。

兴隆庄煤矿地表塌陷范围见图1。

图1　兴隆庄镇煤矿塌陷区示意图
2.3　兴隆庄煤矿塌陷地复垦有利条件分析
(1)地理位置优越,交通发达,经济繁荣。

兖州市位于京沪、新石两大铁路干线的交汇处,
是重要的交通枢纽,古时素有“九省通衢,齐鲁咽喉”
之称,如今仍是鲁西南最大的物资集散地和客运中转
站,经济比较发达,复垦工作有着坚强的经济后盾。

(2)以前积聚的煤矸石、无害固废等材料都可以
作为填充物,得到有效利用。

兴隆庄矿区有或大或小的矸石山,其中最高大的
那一座,进行了覆土植树绿化的尝试,上面还建有亭
榭,可以称为一人文景观,但是其生态效益并不显著。

可以将这些大大小小的山体铲平,用来填埋塌陷区
域,减少占地的同时,还可以增加台田,从而达到物尽
其用,地尽其用。

(3)塌陷区水体稳定,面积大。

兴隆庄煤矿塌陷区共有水域38.8hm 2,特别是面积为22hm 2的大水面,沉陷稳定,地表水位变化不很大,是一个没有进出口的封闭式自然水体.而且兖州市环保局的水质监测分析数据表明,各项指标均符合地面水环境质量标准。

具体情况如下:矸石主要由砂岩、炭质页岩等组成,其中主要成分为Si O 2约占59%,其次为A l 2O 3约占18%,含S 很少只有0.83%,放射性及有害痕量元素均不超标。

总之,塌陷区水域是比较理想的水源。

(4)具备复垦经验,便于新的治理方法的推广和实施。

3　兴隆庄煤矿采煤沉陷地综合治理措施研究
3.1　开发复垦措施
对于矩形框内的区域和广大的水域,由于下沉值均大于1m ,建议采用下述的后三种方法进行治理;而对于除此之外的区域,建议采用下述的第一种方法进行治理(具体范围参见图1)。

最终将整个塌陷区域建设成为旱涝结合、渔牧结合、农林牧副渔综合发展的生态农业区。

3.1.1　稍加整修,恢复耕种
矿井开采后地面下沉深度小于1m 的地区,即塌陷范围内的农田区,由于下沉深度浅,一般高于地下潜水位,不易受水的危害,加之地表下沉缓慢,因此经过简单修整和配套排灌设施后,就可继续耕种和使用。

・36・第4期孙艳青,等:兴隆庄煤矿塌陷区生态修复措施探讨
3.1.2　挖深垫浅,复田成塘地表下沉在1～3m 范围内的塌陷区,即养殖场及其以西地区,局部地区易受降水影响,处于常年积水地段,易受水的危害,无法正常耕种。

根据其它矿区的治理经验,可采取挖深垫浅的治理措施,将积水区的泥土挖出来垫到塌陷浅部地区,积水区挖深成为鱼塘,用于发展水产养殖业,浅部垫高地区不再受到水的威胁,经过平整和疏导排灌系统后可以继续耕种。

实施此项工作可采取地方政府组织,煤矿给预补贴,农民出工的方式。

利用水利挖塘机组来实施此项工程。

所成耕地或池塘由出工乡村无偿使用,据调查,采用机械施工方法比人工方法功效高10倍,是一种科学经济高效的塌陷区治理方法。

3.1.3　利用矸石、粉煤灰等充填塌陷区
地表下沉在3m 以上的区域,即养殖场以东的深层塌陷区,因塌陷深度大,部分地段低于地下潜水位,处于常年积水状态,无法耕种。

较浅地区可采用矿井下排矸和附近电厂粉煤灰等固体废物回填塌陷区,实施土地复垦。

具体做法是:矿井设计时不设永久矸石山,临时矸石场设在初期塌陷区内,矿井投产后地面逐渐形成塌陷区,将矸石运往塌陷区填充。

亦可采用预排矸充填复垦技术,在预计下沉量较大地区,用挖掘机械将表土取出堆放在四周,用生产排矸设备排放矸石,待下沉稳定后再覆土成田,复垦后的土地根据不同用途可用作建筑、林业、农业用地等。

3.1.4　建立水产区,发展养殖业
利用塌陷的38.8hm 2水面建立水产区,积极发展养殖业,是充分利用环境发展生产、改善生态环境的综合治理措施,是生态农业复垦技术的一个重要方面。

塌陷区养殖业是一种水陆交换互补的物质循环类型。

它根据塌陷区积水现状特点,按照生态学的食物链原理进行合理组合,实行农—渔—禽—畜综合经营的生态农业类型。

系统中的农作物和青饲料,可作为畜牧生产中鸡、鸭、猪、牛等养殖动物的饲料;畜牧业生产中的粪便废物除可供养鱼或其他水产养殖的饲料外,还可经微生物分解作为肥料施入农田改善复垦土地质量;鱼塘中的塘泥亦可作为农作物的肥料。

国内徐州、淮北和开滦矿区,对此类型的复垦技术进行试验,均取得了良好的效果。

3.2　保障措施
(1)切实加强采煤塌陷区综合治理工作,将其纳入国民经济和社会发展规划,进一步保证开发复垦任务的顺利完成,做到示范工程建设与经济建设同步发展。

(2)广开门路,多渠道筹措资金。

(3)强化矿区环保产业的发展。

(4)继续加强科学技术研究,探索社会、经济和生态效益相统一的沉陷地复垦新路子。

(5)复垦形式多样化,优惠政策实用化。

(6)限制性采煤和多元化采煤方式并举。

(7)利用R S 技术对矿区进行动态监测,随时掌握沉陷动态变化,并且将这些变化用到实处。

(8)制定切实可行的政策,调动复垦积极性。

(9)加强宣传教育,提高全民忧患意识。

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46・山　东　科　学2002年
4　结　语
采煤沉陷地的复垦工作长期以来一直是环境学、生态学、经济学以及社会学领域的专家们长期以来共同关注的问题,本文试着从分析兴隆庄煤矿的复垦条件出发,提出了具体的开发复垦措施,从各种角度提出了利用塌陷区域的具体方法,做到了地尽启用,同时也兼顾到了塌陷地复垦利用后的生态、社会和经济效益相统一的问题,使之能够满足矿区可持续发展的需要。

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90Λ
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The overv i ew of ecolog i ca l recon structi on m ea sures of subsi dence
lands of coa l extracti on i n X i n glongzhuang coll i ery
SUN Yan 2qing ,L I U Hou 2feng
(P op u lation resou rce and env ironm ent colleg e ,shand ong nor m al university ,j inan ,250014)Abstract :A fter m any years of m in ing ,the land surface of X ingl ongzhuang coalm ine subsid 2ed seri ously .T he paper p redicts vertical subsidence th rough p robability and integrati on m ethod .T he graph is dra w n the graph utilizing G IS techno l ogy .It is show n that the m axi 2m um subsidence is already 2.73m .A s fo r as th is con sequence ,the paper puts for w ard s pe 2
cific ecol ogical recon structi on m easures .T he ensure m en ts and the i m p le m ental step s of the
reclai m ati on of X ingl ongzhuang subsidence lands are in trodw ced .
Key words :X ingl ongzhuang co lliery ;subsidence lands of coal extracti on ;reclai m ati on m ea 2sures ;sustainable devel opm ent ・56・第4期孙艳青,等:兴隆庄煤矿塌陷区生态修复措施探讨。