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绿水青山就是金山银山

矿山生态修复

绿水青山与金山银山同在

高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术——王佟教授

(来源:中国煤炭学会官方平台)

矿山的生态治理与环境修复是保证资源开采可持续发展的必要条件。高原高寒煤矿区生态修复涉及煤炭资源勘查开发与保护、冻土、水资源、草甸湿地、土壤、植被、生态环境等多方面的科学问题,难度较大。

青海省木里矿区生态恢复是目前我国在高原、高寒、高海拔地区开展的大面积矿山治理的首例示范性工程,国内外鲜有成功经验和成熟模式可借鉴,具有很强的探索和试验意义。为此, 中国煤炭地质总局王佟教授级高级工程师在《煤炭学报》2021年第1期撰文“高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术”,以“山水林田湖草”为一个生命共同体的理念,从煤炭生态地质勘查角度,针对矿区生态环境与资源的破坏和扰动,开展有针对性的关键技术研究,形成高原高寒区的生态环境修复治理模式,着力实现木里矿区生态系统质量整体修复提升,与周边自然生态环境有机融合,为高原高寒地区煤矿区生态修复提供借鉴。

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矿区现状与主要生态环境问题

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矿区现状

木里矿区地处中祁连山高海拔地区,主要以高原冰缘地貌类型为主,海拔3800~4200m,为典型的高原高寒缺氧地区,属典型的高原大陆性气候,自然条件非常严酷,土壤类型主要以高山草甸土、沼泽草甸土为主,土层厚度10~50 cm,常年冻土覆盖,沼泽、湿地和高山草甸发育。植被类型分为高寒沼泽类和高寒草甸类,具有较明显的高寒地区形态特征。区内生态环境较脆弱,易被破坏,且难以恢复。区内发育的河流有上哆嗦河、下哆嗦河、江仓曲及其支流,均属大通河水系。河水依靠高山融雪水、泉水及大气降水补给,采坑两侧多为季节性冲沟。水文地质条件简单,地表水动态随季节性变化明显。木里矿区含煤地层为中侏罗统江仓组和木里组,主要开采煤层为下1、下2煤层,煤层埋深0~1000m,平均煤层厚度7~12m,属暴露式-半隐伏式煤田。

木里矿区聚乎更区采坑、渣山分布

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主要生态环境问题

2014 年以来,青海省对木里矿区开展了一系列修复治理工作,主要开展了采坑边坡与渣山整治、局部覆土复绿和网围栏管护等治理措施,取得了一定的积极成效,矿区生态环境总体呈好转趋势,但木里矿区分布地域跨度大,治理任务重,加之自然条件差,虽然生态环境综合整治之后生态功能有所提升,但距离原生状态下的生态系统功能仍有一定差距,恢复效果有待进一步提高。

通过遥感解译并结合野外现场调查,木里矿区主要生态环境问题具体表现为:地貌景观破坏、植被破坏、土地挖损和压占、冻土破坏、水系湿地破坏与采坑积水、地下水含水层破坏、土地沙化与水土流失、不稳定边坡8种类型。

四号井采坑南滑坡立体影像(视角方向:90°)

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生态修复治理思路

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治理思路

本次治理遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”理念,用系统思维统筹山水林田湖草治理,以“技术可靠、经济合理、景观融合、贴近自然”为出发点,基于矿区生态环境现状与煤炭资源开发的调查分析,根据矿区生态地质、水文地质、工程地质、环境地质特征,按照“水源涵养、冻土保护、生态恢复、资源储备”的生态治理思路和“一坑一策、分区管控、经济合理、创新支撑”的工程治理思路,将“地质+生态”领域的关键治理技术运用到“自然恢复+工程治理”之中,实现生态保护与节约优先,自然恢复与资源保护有机结合,遏制生态系统退化,尽最大可能恢复原有生态系统功能,打造高原高寒地区矿山生态环境修复示范工程。

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生态修复治理体系

综合治理技术路线

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主要工程治理关键技术

本次木里矿区生态环境修复治理实践中,针对以往煤矿开发造成的八大生态环境问题,在以往治理技术的基础上,进行了新的探索,综合研究并形成了五大关键技术,分别是:

(1)地形地貌重塑技术

(2)土壤重构及植被修复技术

(3)水系自然连通技术

(4)煤炭资源保护技术

(5)边坡稳定性综合监测技术

治理关键技术示意

土壤重构剖面示意

水系自然连通示意

煤层自燃区回填保护示意

四号采坑南渣山滑坡形变速率

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高原高寒地区生态修复治理模式讨论

根据矿区生态环境现状和背景条件分析,针对具体问题采用不同的治理模式:

1.针对采坑积水和河湖水系、湿地破坏提出水系连通和引水代填的治理模式。

重点模式1:水系连通。积水采坑整治形成高原湖泊与水系自然连通的治理模式分2种情况:一种是采坑积水已经形成规模,但积水坑杂乱无序分布,边坡滑塌现象严重,雨季时积水通过低洼处漫溢,时而淹没周边原有的草甸等,针对这种类型的积水采坑,如何经济有效的修复是治理中面临的主要难题。

重点模式2:引水代填。采坑积水形成高原湖泊的另一种情况是:采矿形成的采坑规模已经很大,采用渣土回填工程量很大,而且很难彻底治理。这种采坑坑底面积巨大,采矿局部揭露导水断裂使地下水沿断裂带向上溢出,形成人工泉眼,地下水和大气降水共同作用坑内不断形成积水,一方面造成采坑边坡不稳定,另一方面积水对坑底的复绿造成破坏或淹没。因此采用引水代填能够有效解决此类采坑的治理。

2.针对高原煤炭资源保护和土壤重构防渗层问题,采用关键层再造的治理模式。

重点模式3:关键层再造。修复中针对煤炭资源保护层和土壤重构的防渗层进行关键层再造。

3.针对地形地貌破坏采用依山就势的治理模式。

重点模式4:依山就势。按现状地形,采取“就坑治坑”的方式将采坑周边渣堆回填至采坑底部的局部深坑,就势整平,恢复自然地形,尽量减少新的扰动。最终采坑、渣山整治完成后,实现地形地貌与周边景观自然协调。

在以上重点模式基础上,通过与各井渣山边坡稳定程度、水系传输与采坑积水情况、资源赋存状态等相结合最终形成“一坑一策”的7种治理方法:

(1)边坡阶梯整治+坑底部分复绿+引水代填形成高原湖泊(聚乎更三号井);

(2)保留采坑积水形成的高原湖泊+边坡与渣山整治+覆土恢复植被+水文定期监测(聚乎更四号井);

(3)采坑部分回填形成梯田+边坡与渣山整治+植被复绿+地表水系自然连通(聚乎更五号井);

(4)资源保护+边坡与渣山整治+采坑形成高原湖泊+水系自然连通+植被复绿(聚乎更七号井);

(5)边坡与渣山平整+植被复绿+保留高原湖泊+水系自然连通(聚乎更八号井);

(6)资源保护+采坑回填+削坡整治美化+地貌恢复与周围环境相协调(聚乎更九号井);

(7)采坑回填+边帮整形+坑底就势整平+景观协调(哆嗦贡玛区)。

生态环境综合治理模式

作者简介

王佟,男,1959 年5 月生,甘肃会宁人,中共党员,博士,教授级高级工程师。中国煤炭地质总局首席专家组组长,获国家科技进步奖和省部级科技奖励14 项,发表论文42 篇,出版专著5 部,专利授权14 项,2013 年分别获“李四光地质科学奖”和“孙越崎能源大奖”,中国工程院院士有效候选人。

研究方向

煤炭地质勘查与煤炭生态地质

主要成果

致力于我国煤炭地质勘查理论与技术研究,根据我国煤炭地质勘查技术的发展,提炼深化了从煤炭资源到煤系资源、煤盆地资源的地质理论认识,推动了不同时期煤炭地质行业的转型发展。创新性地将煤炭地质学理论与生态学理论结合,揭示了煤及其煤系矿产资源勘查开发对生态环境和其它自然资源的影响机理,提出了煤炭生态地质勘查理论,系统划分了我国煤炭生态地质勘查分区,为我国煤炭行业的绿色发展和生态环境保护提供了有力的技术保障。

王佟教授级高级工程师相关成果

1.王佟,杜斌,李聪聪,等. 高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术[J].煤炭学报,2021,46(1):230-244.

2.王佟,孙杰,江涛,林中月,张博,赵欣,谢志清.煤炭生态地质勘查基本构架与科学问题[J].煤炭学报,2020,45(1):276-284.

3.王佟,夏玉成,韦博,李瑞明,王庆伟,杨曙光,江涛,王传涛.新疆侏罗纪煤田构造样式及其控煤效应[J].煤炭学报,2017,42(2):436-443.

4.王佟,田野,邵龙义,鲁静.新疆准噶尔盆地早-中侏罗世层序-古地理及聚煤特征[J].煤炭学报,2013,38(1):114-121.

来源:

王佟,杜斌,李聪聪,等. 高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术[J]. 煤炭学报,2021,46(1): 230-244.

WANG Tong,DU Bin,LI Congcong,et al. Ecological environment rehabilitation management model and key technology in plateau alpine coal mine[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(1):230-244.

责任编辑:韩晋平

编辑整理:郭晓炜

审核:常 琛

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来 源:煤炭学报

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