淮北閘河礦區采煤沉陷區環境綜合治理與土地高效利用實踐

2024年3月17日發(作者：航空管理)

淮北閘河礦區采煤沉陷區環境綜合治理與土地高效利用實踐

劉杰;李偉;嚴家平

【摘 要】針對淮北閘河礦區煤炭資源開采帶來的環境和土地利用問題,結合礦區自

然環境條件和煤礦開采形成的環境現狀,提出"宜城則城、宜鄉則鄉、宜地則地、宜

水則水"的礦區環境治理理念.通過開展礦山環境保護和綜合治理技術研究與大量的

工程實踐,轉變煤礦開采區的環境固有效應,解決了礦業城市建設用地緊張、村莊發

展以及失地農民的生產生活問題,實現了礦區土地高效利用,達到資源開發與環境保

護并重的目的.所開展的有利于地面環境保護或治理的煤層開采前區域規劃設計、

先進的開采工藝,顯著減小了對地面環境的破壞和影響;采空區穩定性評價和注漿加

固技術,使一定區域內地面塌陷得到有效控制,實現了采煤沉陷區地面建設,緩解了礦

業城市建設用地緊張的局面;對采煤塌陷積水區,參照城市濕地標準要求開展濕地建

設,將采煤塌陷水域建設成為生態建設用地;實施的煤矸石充填復墾工程,既解決了礦

區固廢處置處理問題,同時又實現了沉陷區土地復墾.通過塌陷區環境綜合治理,實現

了土地高效利用,同時取得了良好的經濟、環境和社會效益.

【期刊名稱】《建井技術》

【年(卷),期】2018(039)002

【總頁數】6頁(P4-9)

【關鍵詞】淮北礦區;采煤沉陷區;環境治理;土地高效利用

【作 者】劉杰;李偉;嚴家平

【作者單位】淮北礦業集團有限責任公司,安徽淮北 235000;淮北礦業集團有限責

任公司,安徽淮北 235000;安徽理工大學測繪學院,安徽淮南 232001

【正文語種】中 文

【中圖分類】TD88

1 礦區概況

淮北閘河礦區主要分布于安徽省北部的淮北市及相鄰的宿州蕭縣部分地區，總面積

約200 km2，屬于淮北市煤炭資源開發歷史最早的礦區之一[1]，區內包括楊莊礦、

朱莊礦、張莊礦、岱河礦、石臺礦、朔里礦、袁莊礦、沈莊礦、孟莊礦和毛郢孜礦

等多個煤礦。礦區所在的淮北市是1座現代能源型工礦城市，與礦山相互交織，

市區面積34 500 ha[2]。

礦區地貌為低山丘陵和平原，地下水位較高。區內煤炭資源豐富，但地質斷裂構造

十分復雜，煤層分布連續性差。由此造成區內所有煤礦規模不大，形成區內煤礦點

多面廣的礦區局面。全區含煤地層上部普遍存在百米以上的第四系松散層，并存在

3～4個穩定的隔水層。區內潛水位埋深較淺，采煤形成的沉陷區極易成為積水區

[3-4]。截至2016年底，礦區地表塌陷區總面積已達9 000 ha，積水區域面積1

853 ha，占地表影響面積的40%[5]。礦區采煤塌陷導致耕地大量減少，失地農民

約13萬人，對傳統的農業耕作活動造成較大影響；同時沉陷區居民搬遷耗費大量

資金，新遷居民無地可耕。另外，采煤塌陷很大程度上改變了礦區自然景觀格局，

除傳統農田景觀外，城市空間布局也受到較大影響?？傊捎诓傻V造成的土地壓

占、毀損，使得礦區土地失去了原有功能；加之因開采造成的居民村莊搬遷、城市

建設發展需要，礦區土地利用問題十分突出。因此，開展礦區環境綜合治理，實施

礦山環境治理工程，提高礦區土地利用效率，對于實現礦業城市可持續發展，具有

重大而深遠的意義。

2 開采沉陷對礦區自然景觀格局及土地利用的影響

高潛水位地區的煤炭地下開采造成了地表形態變化，改變了礦區自然景觀格局。同

時，區內自然資源條件也會發生相應改變，如礦區水資源條件、土地資源條件等均

發生了一系列變化。

由于開采沉陷深度較大，礦區內大多數煤礦開采區地面積水。其中朱莊、楊莊、朔

里等煤礦開采區積水范圍大，形成了人工塌陷湖。礦區內的南湖、中湖和東湖皆為

采煤塌陷水域，已構成淮北城市核心區城市景觀。礦區地面塌陷積水,極大地改善

了礦區自然景觀，改變了地區水資源條件，但也使該區失去了一部分耕地和城市建

設用地。另外，礦區每年的煤炭開采與煤炭洗選產生大量的煤矸石，燃煤電廠排出

的粉煤灰等固體廢棄物堆積壓占了大量土地。這些礦山廢棄物堆積不僅占用土地，

還會產生大量粉塵，對周圍空氣和水體造成影響。因此，削減煤矸石堆存量、開展

煤矸石安全處理與處置技術研究，對于礦區環境保護和提高土地利用效率顯得尤為

重要。

3 礦區環境綜合治理技術實踐

為解決礦區煤炭資源開采帶來的環境和土地利用問題，淮北礦業集團數十年來聯合

高校、科研單位，開展了具有針對性的科學研究與工程實踐，實施了大量的工程。

對礦區土地損傷損毀、生態系統演變機理與規律的研究，攻克了采煤沉陷區地面建

筑、道路建設、復墾土壤重構與區域農業景觀再塑、人工濕地城市功能構建等技術

難題，創建了采煤沉陷區土地功能恢復與提升技術體系，解決了礦業城市建設用地

瓶頸問題，改善了礦區生態環境，提高了復墾土地利用價值，實現了礦區土地高效

利用以及生態環境與自然人文景觀和諧。

3.1 礦區資源開發規劃設計與開采工藝

3.1.1 礦區資源開發規劃設計優化研究與實踐

礦區資源開發的合理與優化設計研究，主要是本著有利于減少對地面環境破壞和有

利于治理與保護的原則，在充分研究區內資源賦存地質條件、地形地貌、地下潛水

位、居民點及人口密集程度、各礦井塌陷區范圍及程度等差異的基礎上，制定合理

的規劃設計，采用先進的開采工藝，以保護礦區環境及地表重要建(構)筑物，充分

回收區域內的煤炭資源。多年來，研究并實踐了集中連片快速開采，優先開采城市

建設重要區域的辦法，為城市建設預留空間與時間。另外，礦區內的部分井田靠近

城市中心地帶，在礦區井下開采規劃設計時，采用充填開采法或控制地表塌陷，對

居民點和重要建(構)筑物進行保護。

此外，對一些地質構造復雜礦井內的斷層三角煤或一些開采條件差的殘余塊段，最

大限度地進行開采，使礦區內地表充分塌陷。這一開采設計理念的采納，除可最大

限度地回收資源外，同時可使地面塌陷積水范圍不斷擴展，使原本不連續的塌陷水

域連通成片[6]。目前，淮北市區的南湖、中湖、東湖塌陷水域的形成，以及臨渙

分礦區的平原水庫，正是這一理論應用的成果。

3.1.2 覆巖分區隔離注漿充填開采工藝

淮北礦區地面建筑物密集，尤其是楊莊礦、朱莊礦存在嚴重的建筑物壓煤問題。不

解決建筑物下壓煤的開采問題，部分礦井就不能正常接替生產。為了減小地下開采

造成的地面建筑物破壞，同時又能將地下資源有效地開采，采用了覆巖分區隔離注

漿充填技術來減少地面下沉幅度，取得了良好的效果

采動覆巖分區隔離注漿充填采煤技術是利用采動覆巖結構的自承載能力，通過設計

合理的工作面開采寬度，并留設一定的隔離煤柱，控制相鄰的工作面均處于非充分

采動狀態；采用采動覆巖注漿充填技術來控制覆巖結構的彎曲下沉量，減少地表塌

陷，保護耕地和地面建筑物，達到合理、經濟采煤的目的[7]。分區隔離煤柱與條

帶開采留設煤柱不同之處在于，對分區隔離煤柱的寬度設計要求較低，只要起到隔

離離層空間作用并保持穩定就行。離層區及垮落區充填后的充填體能夠起到支撐作

用，此時離層區及垮落區充填體承載了上覆巖層部分荷載，“離層區及垮落區充填

體+關鍵層+分區隔離煤柱”構成共同承載體，事實上形成了離層及垮落區充填與

條帶開采相結合的綜合減沉方案[8-9]。

3.2 塌陷水域濕地公園及生態環境功能建設

淮北礦區塌陷現狀水系以塌陷湖泊、河流、濕地及池塘為主，形態多樣，極具特色，

具備濕地的結構和功能，以及良好的濕地公園建設條件。根據國家濕地公園建設理

念，淮北市首先建成了南湖國家濕地公園。該公園占地面積5 200 ha，其中水面

333.5 ha，主要包括具有科普教育功能的生態降解、凈化污水區，展示各類濕地

景觀的生態觀光區，以原水上公園為主的水上活動區，展示漁家生活的水上人家等

4種景觀。同時，正在規劃建設中的東湖濕地公園，延續與強化了淮北市總體規劃

思路，進一步突出了山水城市特色和發展戰略，充分發揮了采煤塌陷區特殊的景觀

潛力，加強了濕地植被景觀恢復培育，維護了生態良性循環，形成了具有獨特風格

的城市公共活動空間。東湖濕地公園由三級保護體系組成，即“一級保護區礦區遺

址與風景游覽，二級保護區風景游覽與風景恢復，三級保護區外圍防護”，充分體

現了濕地公園“濕地景觀為主體，以濕地生態系統保護為核心，兼顧濕地生態系統

服務功能展示、科普宣教和濕地合理利用示范功能”的建設理念[10]。

3.3 土地復墾工程

從土地利用類型角度看，礦區土地主要為農業耕作用地和城市建設用地。在農業區，

由于區內人口密集，土地墾殖程度高，人均占有耕地面積不足1 000 m2。隨著采

煤塌陷區域的增加，可耕地面積逐年減少，人多地少矛盾突出。如杜集區，現有人

均耕地面積僅300 m2。而楊莊、朱莊、岱河等煤礦完全位于城區，甚至位于城市

中心地帶。因此，開展土地復墾技術研究與實踐顯得尤為重要，不僅能夠減少農民

失地面積，而且通過充填恢復為建筑用地，可拓展城市發展空間。

3.3.1 煤矸石充填復墾

在塌陷區地形與地下水位條件允許的情況下，以煤矸石充填復墾為農林用地或建設

用地，不僅能夠增加土地利用面積，還可以減少煤矸石和粉煤灰堆積引起的土地壓

占與環境污染問題。充填復墾工藝主要由表層熟土剝離、邊界與標高設計、基質分

層充填、平整碾壓和表土還原等環節構成。充填復墾技術研究主要解決2個方面

的問題：一是根據復墾土地利用類型的不同，在考慮經濟性的前提下，確定最小覆

土厚度，阻止煤矸石中微量有害元素通過暴露或植物根系吸收、累積遷移而對人體

產生危害；二是針對農林復墾用地植物生長對水分和養分的要求，揭示水分運動特

征，以促進降雨入滲與蒸發條件下，土壤水分和養分的植物有效性。經復墾后動態

監測，表層土壤與地下水中未發現污染跡象，煤矸石造地符合國家土壤質量標準。

眾所周知，利用煤矸石充填復墾技術中，以耕地和林地為目標的土地復墾，表土厚

度設計是主要技術問題之一。不同礦區，甚至同一礦區不同開采階段所產生的煤矸

石的理化性質差別較大。由于煤矸石理化性質不同，必然產生不同的土地復墾效應。

例如，顆粒細小的或以頁巖為主的煤矸石在地表，不僅土壤化時間短，對地下水的

吸附能力強，同時保水持肥能力均較好；而大塊的、砂巖含量較高的煤矸石則相反。

因此，根據煤矸石類型不同，確定煤矸石充填復墾表土厚度和標高設計是煤矸石充

填復墾的技術關鍵。筆者通過實驗室試驗和現場工程試驗研究，提出了根據掘進矸

石巖石類型和塊度結構不同來確定充填復墾表土厚度與標高設計的理論與方法。通

過大量的工程實踐，在礦區煤矸石充填復墾工程方面，取得了良好的經濟效益。

3.3.2 非充填復墾技術的應用

城鄉結合部常年積水或部分季節性積水塌陷區域，因塌陷深度較小，交通便利，采

用“挖深墊淺”方法，進行非充填復墾[11]。這種非充填復墾工藝是根據塌陷后的

地形地貌和積水情況，將較深的區域再挖深，建設為精養魚塘，發展淡水養殖或垂

釣等休閑娛樂產業，用挖出的泥土將淺部墊高，使其成為經濟作物種植區。而且這

種復墾工藝還實現了采前復墾，即依據煤礦開采規劃與設計，預測塌陷區穩沉后的

深部和淺部區域范圍，提前將深部區域表土剝離，用以墊高淺部區域，簡化了工藝

流程，大大節省了復墾成本。

采用“挖深墊淺”工藝治理塌陷區，積極推進經濟發展轉型，將傳統的農業耕作生

產方式轉變為漁業養殖與蔬菜水果種植，大力發展漁業和經濟作物，實現水土空間

資源的重新配置，形成蔬菜、水果、水產、稻米為主的城郊經濟區，有效解決了失

地農民的生存問題。僅淮北市城郊結合區，即建成經濟作物種植面積168.2 ha，

精養魚塘152.5 ha，每年可產生經濟效益近千萬元。同時，這種非充填復墾技術

的應用為城市發展空間的拓展、居民生活水平的提高，以及打造城市品牌等做出了

重要貢獻。如杜集區被評為“全國土地復墾先進縣(市)”，烈山區的洪莊被列為

“全國文明村鎮”和“安徽省環境教育基地”。

3.3.3 建筑用地充填基質的穩定性評價

臨近城市中心塌陷區，利用煤矸石和粉煤灰作為基質，充填恢復為建筑用地，發展

高標準、人居環境美好的城市多層或高層小區，用于塌陷區居民的搬遷住房。這不

僅可改善搬遷居民的住房條件，維護社會和諧，而且可解放大面積土地，以從事農

林生產，提高土地墾殖程度，實現資源的高效利用。隨著時間的推移和地下空間環

境的改變，煤矸石和粉煤灰的物理化學變化促使充填基質層礦物組分、孔隙結構緩

慢演變，地基承載力發生變化[12-13]。在此過程中，礦山企業積極開展建筑用地

充填基質的穩定性評價關鍵技術研究，以保證多層或高層小區建筑的地基安全。

采用煤矸石對塌陷區充填復墾，既解決了地面塌陷對土地的破壞，又解決了壓占土

地等問題。根據煤矸石性質不同，主要用于土地復墾、道路路基鋪設或井下充填開

采，最大限度地處置與處理煤矸石。通過多年的努力與政策支持，企業最大限度地

解決了煤矸石堆積問題，并取得了良好的經濟和環境效益。

4 礦區環境治理與土地高效利用綜合效應

通過多年的研究和大量的工程實踐，礦區在淮北城市規劃區總面積285 km2中，

利用采煤沉陷區120 km2；城市規劃建設用地96 km2，其中利用采煤沉陷地60

km2；生態用地95 km2，其中利用沉陷區次生濕地49 km2。到2016年底，城

市規劃建成區面積達80 km2，其中利用采煤沉陷區42 km2，建設多層、中高層、

高層建筑物面積累計2 750萬m2，累計效益達百億元。通過采煤沉陷區的綜合利

用，提高了土地價值，實現了土地的節約集約利用，使淮北市城市建設實現了由

“依山筑城”向“依山傍水”轉變，引領了城市建設由“背湖”向“面湖、擁湖”

方向發展，形成了生態、宜居、精致的新型礦業城市，對于促進礦業城市經濟轉型，

實現城市可持續發展均具有非常重要的意義。

在沉陷區建設的高層建筑，有淮北礦業集團公司新辦公大樓及高層住宅家屬樓、相

南小區等，占地面積60 ha；仁和小區社區(多層建筑)，陳莊、李橋、代莊、光明

等6個壓煤村莊搬遷，社區占地30 ha。通過評估，由于能夠建設高層和小高層，

提高了土地容積率，土地增值收益可按60萬元/畝計算。采用沉陷區建設小區方

式，實現了集中搬遷，順利安置。楊莊礦和朱莊礦搬遷陳莊、李橋、代莊、光明、

鄭崗子等8個村莊，解放壓覆煤炭資源共計2 000萬t。

通過土地整理與復墾，在原塌陷區內，新增農業用地和建設用地801.02 ha，恢復

園林綠地和城市交通用地734.02 ha。其中農業用地每年可產生經濟效益數百萬元；

園林綠地和城市交通用地作為公益性土地，可帶來巨大的潛在經濟效益。同時，在

塌陷區水環境治理基礎上形成的豐富的城市水資源，也成為社會可持續發展的重要

基礎。建成的平原水庫，為附近工業和居民生活用水提供了保障。

在環境效益方面，由于礦區環境綜合治理有效地改善了區域景觀環境，早期破落單

調的塌陷區變成了山水相依、自然與人文景觀內涵豐富的優美境地，為“三山六河

九湖”的淮北山水生態園林城市建設打下了良好的基礎。而且由于塌陷水域園林綠

地面積的增加，城市大氣和水體環境都一直保持較佳的狀態，對照《國家環境空氣

質量標準》、《地表水環境質量標準》、《地下水質量標準》和《城市區域環境噪

聲標準》，淮北市近幾年的大氣、水體和城市噪聲環境均符合上述標準要求，環境

質量良好；同時也促進了區域生物多樣性，生態環境得到進一步改善。

在社會效益方面，良好的礦區環境吸引了更多國內外企業家前來投資，促進地方經

濟發展，改變單一的經濟結構，穩步提高就業率，為礦業城市發展轉型創造了條件。

通過塌陷區水環境治理和污染控制，改變了區域水資源條件，使得礦區居民人均占

有水資源量急劇上升；而采空區又富含一定量的地下水，為礦業城市可持續性發展

提供了新的保障。另外，淮北礦山環境治理在歷史演變中已成為一個象征，其所蘊

含的意義和淮北人民治理礦山環境的決心將世代流傳。目前，淮北市業已建成“國

家礦山公園”、“國家濕地公園”。各項目的實施，豐富了礦區治理采煤塌陷區經

驗，對同類礦山環境治理將起到示范性作用。

總體來說，淮北礦區環境綜合治理研究與實踐，改善了區域生態環境，實現了居民

生活水平提高，社會關系和諧，人民幸福感增強，對促進礦區社會穩定、和諧社會

建設及可持續性發展具有深遠的影響。

淮北礦區在開展環境綜合治理研究的基礎上，對塌陷土地、地表水體和煤矸石等固

體廢棄物進行了有效治理，既提升了礦區環境質量，也實現了礦區土地的高效利用，

取得了良好的經濟效益和社會效益，實現了資源開發和環境保護雙贏。

5 認識與展望

(1)煤礦開采引發的環境問題因地而異，總的來看，主要是對土地和自然景觀環境

的破壞；但從另一個角度說，也是對自然環境的改造。對于某些自然環境原本不是

很優越的地區、水資源短缺的地區，通過對塌陷水域的治理，既可以改善地區水資

源條件，又可形成良好的水域景觀，將塌陷區變成生態用地。

(2)礦山環境治理是一個涉及采礦、地質、環境、生態和經濟學等多學科交叉的研

究領域，治理技術方法應多樣化，應實現生態治理與工程治理相結合，生態恢復與

地質災害預防相結合。但無論是生態治理或工程治理，針對礦區環境背景、礦區開

發規劃、生態治理與土地復墾利用，以及其他專項治理等方面的研究是十分必要的。

只有在深入研究的基礎上，有針對性地開展治理工作，才能收到較好的效果。

(3)礦區環境治理應本著社會效益與經濟效益有機結合的原則，堅持因地制宜的土

地利用方向。經初步治理后的塌陷區在土地利用方面，已不再是以耕地為主，而是

在樹立“廢棄物資源化、廢棄地生態化”理念的基礎上，趨向于目標多元化，包括

建設用地、農林復合系統、景觀游憩功能園區和生態濕地等。

(4)礦區環境治理必然涉及到煤矸石、粉煤灰處置處理，以及礦井水處理等問題。

除最大限度地將這類廢棄物綜合利用外，煤矸石與粉煤灰充填開采、采場地面與井

下注漿，以及塌陷區充填復墾等均是廢棄物處置與處理的有效途徑。在廢棄物處置

與處理過程中，嚴格控制由廢棄物再利用而導致的次生污染是需要研究和解決的重

點問題。

總之，淮北礦區環境背景十分復雜，沉陷區治理工程難度大、任務重。但是，礦區

沉陷區環境治理工作起步早、目標要求高，對早期礦區環境開展了大量的治理工作，

在治理工程技術研究方面，積累了豐富的經驗。近年來，隨著國家針對礦區環境治

理工作相關政策的不斷出臺，礦山企業開展治理工作的積極性進一步提高。目前，

企業與地方政府針對環境治理問題又開展了新一輪研究，繼續本著“宜城則城、宜

鄉則鄉、宜地則地、宜水則水”的礦區環境治理理念，加強礦山環境保護和綜合治

理技術研究與工程實踐?？梢灶A見，未來的淮北礦區將逐漸呈現山水相依的美好景

觀，淮北市也必將變傳統的“依山筑城”為“城市依山臨水”，成為“半城樓臺半

城湖”的宜居城市。

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