对某关闭矿井矸石山土地复垦的综合研究

来源:用户上传      作者:郭小方　蔡太义　黄子琪

　　 摘要：某关闭矿井存在大量煤矸石堆积的矸石山，储存煤矸石量400万吨，占地面积209亩，裸露高度45米。这一遗留矸石山占用并损毁土地资源、破坏植被、污染环境。有关部门通过削减矸石山主峰坡度、覆土、植草、绿化、在顶部建立用以灌溉的储水池等方法，逐步进行土地复垦工作。文章通过分析该矿井矸石山治理项目，进一步探索矿区矸石山污染土地综合治理方案。矸石山土地复垦工作宜从土壤培育、资金投入、后期管理等重点方面展开相关探索，以巩固复垦成果。这一研究成果将为关闭矿井矸石山安全治理及土地修复提供参考价值。
　　 关键词：矿井；矸石山；土地复垦；研究
　　 《国务院关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》（国发[2016]7号）发布以后，一些矿山被列入关停名单，退出历史舞台。这些矿山在长期开采过程中，堆积大量煤矸石，带来尘土飞扬、水土流失、土壤污染等一系列环境问题，已成为制约社会发展的一大因素。近年来，当地政府开展了一系列煤矸石堆放场所环保治理专项整治行动，规定“煤矸石堆放场地要达到《中华人民共和国土壤污染防治法》和《煤矸石C合利用管理办法》的相关要求”。因此该地区大量关闭矿井的矸石山都面临着关停后开展矸石山土地复垦综合治理的问题。本文以某关闭矿井矸石山土地复垦为例，在充分调查了解该矸石山土地复垦现状的基础上，分析了此治理项目面临的主要难点，并从土壤培育、资金投入、后期管理等方面对矸石山土地复垦进行对策研究，提出矸石山土地复垦有关建议，希望能为类似治理项目提供参考。
　　 一、矿区矸石山土地复垦的概念
　　 土地复垦的概念在1988年《土地复垦规定》中明确为“土地复垦，是指对在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。”几十年间，科技创新、经济发展、社会进步，新的更适合当前生产生活的土地复垦概念被提出。在现行有效的2011年《土地复垦条例》中规定：土地复垦是指对生产建设活动和自然灾害损毁的土地，采取整治措施，使其达到可供利用状态的活动。
　　 矸石山一般是依靠沟谷堆放或直接堆在地面形成的锥形山。煤矿矸石山是在煤矿生产过程中，从采出的煤中分拣的岩石（废石）堆积形成的山。煤矿矸石山及其周边土地在土地复垦中是不可回避的。矸石山应该属于因占压而导致损毁的一种土地损毁类型，该类型是复垦时应该重点考虑的。在煤矸石山的复垦中，土壤重构是其核心，植被选择是其关键，资金投入是其保障，后期管理是其重点。
　　 二、煤矸石山复垦现状分析
　　 （一）研究方法
　　 本研究主要采用实地观察、资料分析、访问调查等方法，分析了解某关闭矿井矸石山土地复垦现状及存在的问题。通过实地观察测算矸石山治理前后的占地面积、堆料体积、坡度、高度以及治理后植被生长、水土保持、生态恢复状况。在资料分析阶段，查看矿区及矸石山建设、生产、关闭的基本概况。并且访问调查相关职能部门、采矿权人、周边居民等，收集意见、听取民情、尊重意愿。经过以上具体工作的实施，对该矸石山土地复垦项目进行分析和研究。
　　 （二）矿区基本情况
　　 关闭矿井1973年10月投产，设计生产能力90万吨/年，服务年限为94.6年。2016年，矿井列为河南省化解过剩产能关闭退出矿井，于2016年10月底闭坑。开拓方式为三立井（主井、副井、风井各1个）两水平下山盘区式双翼开采，通风方式为压入式，采煤方式为走向长壁法，采煤工艺以炮采为主，兼有高档普采，顶板管理采用全岩垮落法。
　　 1. 矿区地形地貌
　　 本区属缓坡状起伏低山丘陵地貌，山脊宽缓圆滑，坡度较缓，沟谷开阔。地势总体呈西部与东部高中间低、北高南低。海拔标高一般为200m左右，井田西部青草岭地势最高，山体大体北东至南西走向，海拔最高标高为+445.90m，为地表分水岭，中东部石龙河河床最低，海拔标高+161.0m，相对高差284.90m。大气降水与夏季洪水汇聚石龙河，向东南排泄出井田，由于地形高差大，大气降水排泄条件良好。
　　 2. 矿区地层岩性
　　 依据钻探及地表出露情况，井田发育的地层由老到新主要有：寒武系中统张夏组和上统崮山组，石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组，新近系和第四系，其中，含煤地层为石炭系太原组与二叠系山西组和下石盒子组。
　　 3. 矿区气象
　　 本区属暖温带大陆性季风气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明。
　　 4. 矿区水文
　　 区内为低山丘陵地貌，受地形的影响，冲沟较发育，流经井田东部的石龙河，流向由北向南，经大庄、竹茂村流出井田注入沙河。该河20世纪90年代前为常年性河流，最大流量为33.13m3/s，最小流量为0.1676m3/s，由于受气候、煤炭开采抽放大量地下水及工农业生产、生活用水的大幅度增加，90年代之后变为季节性河流，洪水期有水，井田内最高洪水位标高+188.17m，枯水期主要排泄矿井与工业废水。
　　 （三）矸石山概况
　　 1. 矸石山形成模式
　　 矿井从建矿、投产至闭坑40多年生产期间产生的废渣采用矿车运输、顺坡堆放方法集中堆放于矿区工业广场南侧山沟处，成为矸石山。其成分以砂质泥岩和泥质页岩为主，含有中粒砂岩、细砂岩、石灰岩等岩块。期间矸石山南部经人为筛选，筛选渣又堆放于矸石山周围空闲地带，形成了目前矸石山堆放场所。矸石山局部地形如图1所示。
　　 2. 矸石山规模
　　 该矸石山总占地面积209亩，其中确权面积（工业划拨面积）122亩，占用农村总面积87亩，基底填充煤矸石厚度平均约17m。主矸石山及周边筛选渣堆中部亦为大大小小的筛选渣堆，南部有一复垦地带，面积约10亩。
　　 主要矸石堆积规模如下：

　　 （1）主矸石山裸露高度约45m，长×宽≈163m×70m。
　　 （2）周边经人为筛选堆放的筛选渣主要有：
　　 北方筛选渣堆高度约40m，长×宽≈46m×65m；
　　 西北方筛选渣堆高度约10m，长×宽≈45m×30m；
　　 西方筛选渣堆高度约16m，长×宽≈150m×40m；
　　 西南方筛选渣堆高度40m，长×宽≈115m×70m；
　　 南方筛选渣堆高度约10m，长×宽≈30m×20m；
　　 东南方筛选渣堆高约12m，长×宽≈45m×30m。
　　 矸石堆积规模如表1所示。
　　 （四）治理方案
　　 该项目采取客土与植草相结合的技术方案，配以灌溉水池。考虑到矸石山土壤的熟化程度、土质结构、土壤肥力等因素，客土方式可以高效促进植物生长，为复垦效果提供保障。相对木本植物，草本植物适应能力更强，当年种植，形成草地，效果明显。灌溉水池保障了水资源的供应，对少雨干旱季节水土保持起到调节作用。复垦方案流程椋荷杓疲整地，覆土，植草，管理。
　　 具体方案如下：
　　 1. 消减矸石山主峰坡度，覆土、植草绿化。消减主峰上部15m，植草绿化。用机械设备将主峰上部15m消减，朝矸石山南侧自然堆积，直至南部堆积坡度不大于30°为止，顶部推成一个平台，建15m×10m×1.5m蓄水池一个，作为今后浇灌储水用，其余空地及南侧覆黄土300mm，洒水、洒草籽、绿化。
　　 2. 矸石山主峰北方筛选渣（高度约40m，长×宽≈46m×65m）及西北方筛选渣（高度约10m，长×宽≈45m×30m）向南及东南方主矸石山方向推平，与主矸石山裸露高度约20m处相连起来，顶部平整后将顶部及其侧面覆黄土300mm，洒水、洒草籽、绿化。
　　 3. 西方筛选渣堆（高度约16m，长×宽≈150m×40m）向矸石堆放场所中部方向推平，消减高度10m，上部平整后覆黄土300mm，洒水、洒草籽、绿化。
　　 4. 西南方筛选渣堆（高度约40m，长×宽≈115m×70m）向东北方推平，消减高度20m，上部平整后覆黄土300mm，洒水植草、绿化。
　　 5. 东南方筛选渣堆（高约12m，长×宽≈45m×30m）向西北方推平，消减高度8m。
　　 上部平整后将上部及四侧覆黄土300mm，洒水、洒草籽、绿化。
　　 6. 堆积场所中部大小渣堆，填充沟壑，就近推平，上覆黄土300mm，洒水植草、绿化。
　　 7. 堆积场所中部裸露地带进行平整，覆黄土300mm，洒水植草、绿化。
　　 （五）工程效果分析
　　 2019 年10月份，该关闭矿井矸石山土地复垦工程完工后，开始对其治理效果进行监测。到2021年5月为止，监测结果显示矸石山水土保持良好，草类植被覆盖充分、生长茂盛。
　　 矿区矸石山土地复垦是一项时空跨度较大的系统工程，对其治理要从长远考虑，不能只顾眼前，不管将来。对于问题的分析、方向的把控、技术的选择要综合生态学、经济学、土壤学、植物学、景观生态学等各个学科的知识。经过综合考量，对该矸石山土地复垦方案提出以下问题。
　　 1. 尚未达到生态效益、经济效益与社会效益的高度统一。重建植被，防止进一步的水土流失及地质灾害，是生态效益的要求；在土壤、植被、地貌等达到生产性功能基本条件的前提下，应开始考虑由草地到林地再到耕地的经济效益阶段；随着土地生产率的提高，动植物生物链的完善，空气质量的改善，宜居环境的创造，此地区最终要达到生态效益、经济效益与社会效益的互利共生。然而，该矸石山治理工程目前仅达到生态效益阶段，尚需进一步完善治理方案。
　　 2. 覆土厚度未达到耕地所需，较难实现将来培育农作物所需肥力的长远目标。此项目覆土厚度300mm，虽然目前满足了草本植物的生长所需，但从长远来看对将来恢复成耕地种植粮食作物大为不利。在煤矸石山土地复垦中，土壤重构是成功的核心要素。根据相关研究，广大学者普遍形成的共识为：在考虑经济投入的前提下，矸石山土地复垦覆土厚度在500～700mm时，土壤容重、水分、氮磷、养分、结构等最有利于农作物的生长。在《土地复垦条例实施办法》中明确规定：生产建设活动造成耕地损毁的，能够复垦为耕地的，应当优先复垦为耕地。因此，以耕地为复垦目标更有利于千秋万代。
　　 3. 该项目资金投入难度较大。此矿井属于关闭退出矿井，并不在生产盈利阶段，仅依靠自身筹款进行土地复垦难度很大。所需资金基本依靠上级拨款，资金来源单一，且不稳定。这对前期覆土量、植被选育、灌溉设施等投入带来诸多限制。在有限的资金前提下，考虑经济成本，势必给后期管理带来较大难度。扩大资金来源，保证必要投入是治理项目得以进行的必要条件。
　　 三、建议
　　 （一）扩大资金来源
　　 该关闭矿井属于一集团公司下属矿井，在资金筹备上，可考虑向集团公司申请，待复垦由生态效益阶段过渡到经济效益阶段，从牧草、林木、作物出售收入中偿还向集团公司所借款项。另外可考虑从土地复垦保证金中支取，预存的土地复垦费用遵循“土地复垦义务人所有，国土资源主管部门监管，专户储存专款使用”的原则。该煤矸石山土地复垦项目属于可以支取的范畴。
　　 （二）增加覆土厚度
　　 18亿亩耕地红线是国家划定的不可逾越的红线，为此应重点研发补充耕地的复垦技术。增加覆土，可以为将来复垦为耕地做硬件准备。土壤是植物生长的关键基础，相较于煤矸石，黄土在土壤酸碱度、物理化学特性、微生物特性方面具有突出优势。覆土厚度不足，很容易造成后期植被生长不良，生态退化等问题。为了避免这一潜在危害，建议增加覆土厚度至500～700mm。这一举措也符合在“十四五规划”中强调的修复用地政策。

　　 （三）加强后期管理
　　 目前，该煤矸石山土地复垦工程已初见成效，为将来实现生态效益、经济效益、社会效益的同步发展打下了良好基础。但是关闭退出矿井面临着资金短缺、人员流失、管理缺位的现实情况。土地复垦是一项长期工程，不可能一蹴而就。十年树木百年树人，对复垦工程要做好长期坚持的准备。企业应增强环保意识，明确治理责任。政府部门应突出监管地位，落实管理职责。通过政企联动，共同促进矸石山治理效果的长久有效。
　　 四、结语
　　 在小于自然安息角的矸石山上覆黄土以改善土壤质量，种草本植物以改善地貌生态，建造储水池以改善灌溉模式。这一治理矸石山的土地复垦方式用时短、投资小、见效快。经过综合治理，短期内已经达到了水土保持、土壤改良、植被绿化、环境优美的良好效果。为长远计，煤矸石山治理还应以恢复为耕地为目标，并逐步达到生态效益、经济效益、社会效益的高度统一。为此，政府和企业要从资金投入、土壤培育、后期管控出发，全方位加强复垦效果，保证土地复垦向更好方向发展。
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　　 ＊基金项目：国家大学生创新创业训练计划项目，砂姜黑土孔隙快速-无损-环保识别系统（编号：202210460007）。
　　 （作者单位：郭小方、蔡太义，河南理工大学测绘与国土信息工程学院；黄子琪，哈尔滨师范大学地理科学学院。蔡太义为通信作者）


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