采煤沉陷对生态环境的影响及其修复措施

采煤沉陷对生态环境的影响及其修复措施

1 采煤对邹城矿区的生态环境影响

研究区位于山东省邹城市西北部,包括中心店、北宿、平阳寺、太平、唐村5 个乡镇,共164 个行政村,总面积34035. 48hm2 。研究区境内煤炭储量丰富,煤炭储量为33. 4 亿t ,煤层总厚度13. 5m ,煤种以低硫、低灰分的气煤和肥煤为主,是优质动力煤和良好的炼焦煤。这些煤田全部分布在平原地区的高产稳产田上,导致采煤过程中对耕地的严重破坏,同时带来严重的环境污染。

1. 1 土地沉陷面积不断增加,人地矛盾日益突出2002 年,由于采煤塌陷造成研究区土地破坏面积4166. 32hm2 , 其中积水面积1173. 53hm2 , 绝产面积1728. 19hm2 ,涉及到20 多个行政村。随着煤炭开采数量的逐年增加, 土地塌陷面积每年将扩大200 ～300hm2 ,预测到2010 年因煤炭开采塌陷土地将达到5300hm2 。持续的土地塌陷使得矿区农村人均耕地急剧下降,目前人均耕地不足0. 03hm2 的村已有15 个,人地矛盾日益突出。

1. 2 地质环境遭到严重破坏

由于采煤地层内部形成了不同的落带、断裂带和弯曲下沉带,致使地表出现大面积的塌陷坑和纹裂带,道路、水利设施和地下水系均遭到破坏,严重影响和制约了研究区经济、社会的可持续发展。

1. 3 环境受到严重污染,食品安全受到威胁煤矸石和粉煤灰堆积,占压大量耕地,粉尘飞扬,内含的苯并(a) 芘、重金属、二氧化硫、硫化氢、总悬浮颗粒物等有害物质严重超标,对空气、水资源造成严重

污染,不但对农作物生长造成不利影响,而且通过食物链危害了矿区居民的身心健康。调查发现,近年来该区患呼吸道、肺部疾病和癌症的病人有所增加。

1. 4 水土流失和土地盐渍化严重

由于邹城矿区为高潜水位地区,矿区周围在开采前多为耕地良好、生产力高的耕地,虽然该区气候温和、四季分明、光照充足、热量丰富,但是井下开采却造成地面塌陷、地下水系破坏、水利设施受阻。由于潜水位高,在塌陷深的地方出现常年积水,形成封闭的湖泊或沼泽;在塌陷较浅的地方造成土壤盐渍化,而在塌陷区边缘地带水土流失严重。

1. 5 社会不稳定因素增加

据统计,采煤已经造成了研究区7 所学校、17 个镇村企业、20 个村庄搬迁。随着煤炭资源的不断开采,塌陷面积将日益扩大,搬迁的村庄和人数将日益增多,由此产生的一系列社会矛盾和问题也将随之增多。同时,煤炭企业在征地、拆迁安置等问题上经常与农民发生矛盾,农民失去土地,经济遭受损失,给社会带来不安定因素。

2 采煤沉陷区生态环境修复[2 ]措施

2. 1 疏干法

对薄煤层的开采,虽然地表沉陷量小、地表标高高于洪水位标高、地势平坦,但由于周围地势高,有时会出现季节性积水,不能自流排出,影响农作物的生长。这时可以通过疏排法进行整体规划,建立适当的疏排系统,建造排水设施,使水自流畅通。疏排法复垦的关键是排水系统的设计,在进行排水系统的设计时应综合考虑全矿井甚至全矿区的情况,形成综合排水系统。唐村镇和太平镇煤炭煤层较薄,开采量较小,沉陷地面积和深度较小,适宜于此法。

2. 2 就地平整法

对不积水而起伏不平的沉陷地或积水沉陷区的边坡地带,因地块保墒、保水、保肥效果差,不便耕种,可以通过就地平整法进行挖补平整,保证整个沉陷区海拔标高基本一致,平整后的土地标高要高于洪水位标高,以利于耕种和植物的生长。

2. 3 挖深垫浅法

北宿镇地下煤炭开采量最大,塌陷地面积较大,塌陷较深。对沉陷较深、积水无法疏排的沉陷地连同不规则的地形、小坑塘、小壕沟一并通过挖深垫浅法进行复垦。具体方法是:首先将地表1m 左右的表土取走,堆在四周;其次把沉陷较深的地块规划成取土坑,将取土坑表土层下3m 左右的砂礓层挖出垫在沉陷较浅的地块内;第三,将表土覆盖在砂礓土上,推平深犁,形成的取土坑可以进行水产养殖,耕地还田于民。这样既减少了企业负担,又增加了农民收入,同时也增加了社

会效益。

2. 4 填充复垦法

即利用某种材料填充采煤沉陷地进行复田。由于矿区附近存在许多可利用的填充材料如煤矸石、粉煤灰等,因此该法已在我国许多地方应用,多用于有足够的填充材料且填充材料无污染或对污染可经济、有效防治的地区。该法虽然具有一定的局限性,易造成二次污染,但由于同时解决了沉陷地复垦和矿山固体废弃物处理的两个问题,因此经济效益最佳。具体办法是:将沉陷地上层1m 左右的表土取走,用矸石或灰渣充填后,把表土覆盖在上面。对于含有有毒、有害物质的矸石,在复垦时作隔离处理,即在充填矸石塌陷坑中预先铺设粘土防水层,防止矸石中的有毒、有害物质外流,污染地下水源和周围环境。

2. 5 建筑复垦法

将复垦后的土地用于建筑用地。恢复为建筑用地与恢复为耕地之间的要求不同:建筑用地要求标高和压实度高,但对土壤的理性特性要求低,不需要顾及表土层,可以直接挖垫或用外来材料充填,施工工序少、成本低;对于复垦作为建筑用地的矸石复垦地,应根据建筑的要求进行矸石地基处理。

2. 6 直接利用法

对于大面积的沉陷地,特别是大面积积水或积水很深的水域以及未稳定的沉陷地或暂

难复垦的沉陷地,常根据沉陷地现状直接进行利用,如网箱养鱼、养鸭、种植浅水藕或耐湿作物。此法可适用于中心店镇、平阳寺镇和北宿镇。

2. 7 矿山固体废弃物堆的绿化技术

矿山固体废弃物堆,是矿区的重要污染源。煤矸石的绿化首先要进行整地,主要采用穴坑整地和梯田整地法。此外,选择适宜的植物品种关系到绿化造林的成败。基于当地条件并结合当地的地理位置、气候

等自然条件,优先采用乡土品种以及根系发达的乔、灌木,以及国内外已筛选出的矿山固体废弃物绿化先锋树种,并遵循“乔、灌、花草混植和先绿化品种,后经济品种”的原则。此外,在以上复垦措施基础上,应建立塌陷地治理的有效投入机制[4 ] 。煤矿塌陷地综合治理耗资巨大,资金是塌陷地治理的一个关键问题。一是国家依据市场经济规律制定政策,将塌陷治理费用摊入采煤成本,使企业通过提高煤价向用户换回治理资金;二是调动集体和农民的积极性,将土地补偿费集中起来,鼓励个人投资,用于本区域塌陷地的治理,广泛吸纳社会资金,推行“谁复垦,谁受益”的制度。