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摘要 内蒙古大雁矿区由于采矿活动,形成了采空区,采空区上方产生了地裂缝、地面塌陷等地质灾害,造成土地损毁。该研究针对大雁矿区开采特点及矿山地质环境条件,提出了采矿工程造成的土地资源破坏整治措施。通过这些措施的有效实施,损毁的土地功能得到了恢复。
关键词 采矿;损毁土地;整治; 大雁矿区
中图分类号 S28 文献标识码
矿产资源开发推动了我国经济的快速发展,但在其开发过程中,严重破坏了矿区的生态环境。资源开发引发环境破坏问题已成为制约社会经济发展的重要因素。资料表明,我国矿山开采后破坏土地复垦率仅12%左右。由于缺乏必要复垦措施,矿山开采造成水土流失[1],生态环境恶化现象严重,且有逐年增加的趋势。加强矿区土地资源的复垦、进行矿山地质环境治理恢复,已成为矿业可持续发展迫切需要解决的问题。
矿山开采与生产过程造成的生态破坏和环境污染点多、量大、面广,给矿区及周边生态系统、土壤环境、水环境等造成严重威胁,而矿山开采引发的地面塌陷对土地资源破坏较为严重,主要表现为2种破坏方式:其一,因塌陷使土地丧失使用价值;其二,塌陷区地表水漏失,蓄水性变差、水田变旱地,导致土地不能耕作、田地荒芜。内蒙古大雁矿区由于采矿活动,产生了地面塌陷地质灾害,造成土地损毁,笔者针对大雁矿区开采特点及矿山地质环境条件,提出了土地资源整治措施,为类似地区进行土地复垦提供参考。
1 研究区概况
1.1 自然概况
研究区属北寒带大陆性气候,冬季严寒、夏季炎热,历年最低气温-46.7 ℃ ,年平均气温-3.1 ℃。霜冻期长达8个月,年平均降水量400 mm,蒸发量1 267.10 mm,降雨期多集中在7、8月份。冬季积雪最大厚度31 cm,季节冻结深度3 m,西北风出现的频率最多,最大风速29 m/s。矿区所在区域土壤类型主要为黑钙土,其主要特征是土壤中有机质的积累量大于分解量,土层上部有一黑色或灰黑色肥沃的腐殖质层。黑钙土土体呈黑色、暗黑色或淡黑色;腐殖质层的厚度通常为30~45 cm;具有良好的粒状、团粒状结构;土壤有机质含量较高,一般为5%~8%,土壤反应为中性至微碱性,pH 6.5~8.5,从上到下增强。矿区位于呼伦贝尔草原东端、大兴安岭西麓,属典型的林草过渡地带,区域内林地以针阔混交林为典型代表,草地主要植被类型群落建群种为禾草、苔草,优势种有冰草、芦苇、碱草等。群落高约20~30 cm,盖度60%~80%。
1.2 矿区概况
研究区位于大雁一矿采空区内,大雁一矿矿区面积9.899 8 km2,一矿始建于1974年11月, 2006年改扩建后生产能力提升为180万t/年,一矿井田内及外围共有小井49个(井田内44个),除部分小井报废外,其余小井均根据国家有关文件精神于2000年均已关闭。自2004年,国家、自治区先后对大雁一矿地面塌陷、固体废弃物等历史遗留的矿山地质环境问题进行了3期治理,治理面积6.065 3 km2。大雁一矿历史遗留矿山地质环境问题仅为0.9 km2,该区位于大雁一矿矿区东南,南侧距牙克石市东山煤矿约1.2 km,地面沉陷形成于2008年,主要矿山地质环境问题为地裂缝,破坏土地类型主要为草地,范围0.21 km2。地面塌陷形成于20世纪90年代,是原地方小煤矿乱采乱挖形成的,主要矿山地质环境问题为塌陷坑、煤矸石占用破坏土地,占用破坏土地类型主要为草地、农田,范围0.103 km2。
1.3 矿区矿山地质环境现状
矿产资源开发活动既产生大量的物质财富,促进社会进步和人类文明,也广泛、直接地影响生态系统平衡,影响和制约矿业经济的可持续发展[2],大雁矿区采矿主要引发的矿山地质环境问题为地裂缝、地面塌陷、固体废弃物占用破坏土地资源,而地面塌陷是井工采煤的主要地质灾害之一,其危害性严重[3-4],
1.3.1 地裂縫。
区内地裂缝50条,地裂缝缝宽0.1~0.3 m,缝长最长可达109 m,最短4 m,可视深度约1.5 m,累计长度1 563 m,破坏土地类型草地、矿区道路。
1.3.2 地面塌陷。
区内塌陷坑共有30个,最大单坑破坏土地面积270 m2,最小单坑破坏土地面积17 m2,坑深2~4 m。塌陷坑容积7 824 m3,损毁土地2 932 m2。损毁土地类型为草地、农田。
1.3.3 固体废弃物。固体废弃物共有3处,堆高2~3 m,占地面积1 996 m2,总堆积量4 256 m3,占用土地类型草地、农田。
2 矿山地质环境治理整治
2.1 损毁土地的地形整治
2.1.1 工程量的计算方法。
此次矿山地质环境治理工程实物工程量计算方法为:根据实测1∶2 000地形图,将测量出的每一处塌陷坑、固废堆的面积及平均深度(高度)进行塌陷坑、固废堆体积计算;结合实地调查GPS定位圈定塌陷坑、固废堆的分布范围确定平整、清运和种草区面积。塌陷坑、固废堆的平均深度(高度)确定方法:对每个塌陷坑、固废堆布设至少3处深度测量点,根据塌陷坑、固废堆的复杂程度对测量点的布设数量做相应调整。每处深度测量点是以坑(堆)顶至坑(堆)底边坡垂直高度的1/3~2/3进行深度确定,经每处测量点确定深(高)度后,取一平均值作为该塌陷坑、固废堆的平均深(高)度(图1)。地裂缝计算方法为地裂缝长度、宽度及可视深度进行估算。
图1 塌陷坑平均深度取值示意
2.1.2 地形整治方案。
2.1.2.1 地裂缝整治工程。
地裂缝治理方法采用较为普遍使用的夯填法,首先利用1.5 m3装载机、5 t自卸车等大型机械设备将填充土方输运至治理现场,治理区内地裂缝宽度0.1~0.3 m,大型机械直接施工将对周边草场植被产生较大破坏,施工中可采用胶轮推车等工具进行人工填充,治理过程中需尽量缩短运距。治理区地裂缝总长度1 563 m,平均深度1.5 m,经估算地裂缝治理需土方484 m3
关键词 采矿;损毁土地;整治; 大雁矿区
中图分类号 S28 文献标识码
矿产资源开发推动了我国经济的快速发展,但在其开发过程中,严重破坏了矿区的生态环境。资源开发引发环境破坏问题已成为制约社会经济发展的重要因素。资料表明,我国矿山开采后破坏土地复垦率仅12%左右。由于缺乏必要复垦措施,矿山开采造成水土流失[1],生态环境恶化现象严重,且有逐年增加的趋势。加强矿区土地资源的复垦、进行矿山地质环境治理恢复,已成为矿业可持续发展迫切需要解决的问题。
矿山开采与生产过程造成的生态破坏和环境污染点多、量大、面广,给矿区及周边生态系统、土壤环境、水环境等造成严重威胁,而矿山开采引发的地面塌陷对土地资源破坏较为严重,主要表现为2种破坏方式:其一,因塌陷使土地丧失使用价值;其二,塌陷区地表水漏失,蓄水性变差、水田变旱地,导致土地不能耕作、田地荒芜。内蒙古大雁矿区由于采矿活动,产生了地面塌陷地质灾害,造成土地损毁,笔者针对大雁矿区开采特点及矿山地质环境条件,提出了土地资源整治措施,为类似地区进行土地复垦提供参考。
1 研究区概况
1.1 自然概况
研究区属北寒带大陆性气候,冬季严寒、夏季炎热,历年最低气温-46.7 ℃ ,年平均气温-3.1 ℃。霜冻期长达8个月,年平均降水量400 mm,蒸发量1 267.10 mm,降雨期多集中在7、8月份。冬季积雪最大厚度31 cm,季节冻结深度3 m,西北风出现的频率最多,最大风速29 m/s。矿区所在区域土壤类型主要为黑钙土,其主要特征是土壤中有机质的积累量大于分解量,土层上部有一黑色或灰黑色肥沃的腐殖质层。黑钙土土体呈黑色、暗黑色或淡黑色;腐殖质层的厚度通常为30~45 cm;具有良好的粒状、团粒状结构;土壤有机质含量较高,一般为5%~8%,土壤反应为中性至微碱性,pH 6.5~8.5,从上到下增强。矿区位于呼伦贝尔草原东端、大兴安岭西麓,属典型的林草过渡地带,区域内林地以针阔混交林为典型代表,草地主要植被类型群落建群种为禾草、苔草,优势种有冰草、芦苇、碱草等。群落高约20~30 cm,盖度60%~80%。
1.2 矿区概况
研究区位于大雁一矿采空区内,大雁一矿矿区面积9.899 8 km2,一矿始建于1974年11月, 2006年改扩建后生产能力提升为180万t/年,一矿井田内及外围共有小井49个(井田内44个),除部分小井报废外,其余小井均根据国家有关文件精神于2000年均已关闭。自2004年,国家、自治区先后对大雁一矿地面塌陷、固体废弃物等历史遗留的矿山地质环境问题进行了3期治理,治理面积6.065 3 km2。大雁一矿历史遗留矿山地质环境问题仅为0.9 km2,该区位于大雁一矿矿区东南,南侧距牙克石市东山煤矿约1.2 km,地面沉陷形成于2008年,主要矿山地质环境问题为地裂缝,破坏土地类型主要为草地,范围0.21 km2。地面塌陷形成于20世纪90年代,是原地方小煤矿乱采乱挖形成的,主要矿山地质环境问题为塌陷坑、煤矸石占用破坏土地,占用破坏土地类型主要为草地、农田,范围0.103 km2。
1.3 矿区矿山地质环境现状
矿产资源开发活动既产生大量的物质财富,促进社会进步和人类文明,也广泛、直接地影响生态系统平衡,影响和制约矿业经济的可持续发展[2],大雁矿区采矿主要引发的矿山地质环境问题为地裂缝、地面塌陷、固体废弃物占用破坏土地资源,而地面塌陷是井工采煤的主要地质灾害之一,其危害性严重[3-4],
1.3.1 地裂縫。
区内地裂缝50条,地裂缝缝宽0.1~0.3 m,缝长最长可达109 m,最短4 m,可视深度约1.5 m,累计长度1 563 m,破坏土地类型草地、矿区道路。
1.3.2 地面塌陷。
区内塌陷坑共有30个,最大单坑破坏土地面积270 m2,最小单坑破坏土地面积17 m2,坑深2~4 m。塌陷坑容积7 824 m3,损毁土地2 932 m2。损毁土地类型为草地、农田。
1.3.3 固体废弃物。固体废弃物共有3处,堆高2~3 m,占地面积1 996 m2,总堆积量4 256 m3,占用土地类型草地、农田。
2 矿山地质环境治理整治
2.1 损毁土地的地形整治
2.1.1 工程量的计算方法。
此次矿山地质环境治理工程实物工程量计算方法为:根据实测1∶2 000地形图,将测量出的每一处塌陷坑、固废堆的面积及平均深度(高度)进行塌陷坑、固废堆体积计算;结合实地调查GPS定位圈定塌陷坑、固废堆的分布范围确定平整、清运和种草区面积。塌陷坑、固废堆的平均深度(高度)确定方法:对每个塌陷坑、固废堆布设至少3处深度测量点,根据塌陷坑、固废堆的复杂程度对测量点的布设数量做相应调整。每处深度测量点是以坑(堆)顶至坑(堆)底边坡垂直高度的1/3~2/3进行深度确定,经每处测量点确定深(高)度后,取一平均值作为该塌陷坑、固废堆的平均深(高)度(图1)。地裂缝计算方法为地裂缝长度、宽度及可视深度进行估算。
图1 塌陷坑平均深度取值示意
2.1.2 地形整治方案。
2.1.2.1 地裂缝整治工程。
地裂缝治理方法采用较为普遍使用的夯填法,首先利用1.5 m3装载机、5 t自卸车等大型机械设备将填充土方输运至治理现场,治理区内地裂缝宽度0.1~0.3 m,大型机械直接施工将对周边草场植被产生较大破坏,施工中可采用胶轮推车等工具进行人工填充,治理过程中需尽量缩短运距。治理区地裂缝总长度1 563 m,平均深度1.5 m,经估算地裂缝治理需土方484 m3