胜利西三矿全生命周期生态治理规划探索

时间：2024-07-28

辛建宝，周国驰

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳 110015）

煤炭是我国最重要的能源供给来源之一，在我国能源体系中的主体地位和压舱石作用不会改变[1]，要实现煤炭行业高质量发展必须进行绿色矿山建设[2-3]。地质环境治理与生态修复兼顾了土地保护利用和矿产开发，已经成为恢复矿区生态系统、改善矿山环境的最佳途径[4-5]。

全生命周期理论是起源于生物学领域的概念，是指将事物的发展看作为生物体生命周期现象的一种模拟。露天煤矿的基本特征是由资源开发方式决定的[6]，矿区的全生命周期阶段必然要经历新建、形成、发展、稳定和衰退[7-8]。在矿山的生产过程中，开采造成的土地损毁已经成为矿区最直接的生态风险源[9-10]，随着矿产资源的开发利用过程，相应的土地资源开发与利用也呈现出了相似的生命周期性，即土地利用的转变、占用、恢复的过程。矿山地质环境作为生态环境的重要组成，必须将矿山地质环境保护作为一项重要内容贯穿于矿产资源开发的全过程[11-12]。为此，以胜利西三矿为研究对象，对胜利西三号矿全生命周期地质环境变化及生态治理区域进行预判性规划，制定各个生产环节的绿色发展的总体目标及与之对应的建设任务，以此来动态响应露天矿开采进度计划与矿山生态恢复治理；在结合胜利西三号露天矿实际地质条件和开采条件的基础上，为胜利西三号露天煤矿剩余服务期限内的生态修复及产业转型发展方向提供依据。

1 矿山概况

1）基本条件。胜利西三矿露天煤矿矿田位于锡林浩特市区西北方向7 km 处；地处内蒙古高原中东部，大兴安岭西延的北坡，属高原丘陵地貌，地貌按其形态特征划分为河谷平原地貌；天然植被类型以草原为主体；气候干燥，降水量小，地表水系不发育，仅锡林河常年有水，其余为间歇性河流；气象属中温带半干旱大陆性季风气候，具有风多、雨少、日照长、温差大、蒸发强烈、冬季寒冷漫长、夏季温热短暂、春秋季多风干燥的气候特征。

2）生产现状。胜利西三矿由外排土场、内排土场、露天采场和工业场地4 部分组成。矿田全部被第四系覆盖，位于胜利煤田的西南部，地处胜利盆地向斜西段的南翼，有3 段含煤地层，即大磨拐河组中上部的泥岩段、含煤段，伊敏组下部的含煤段。煤炭剥离工艺为：采用单斗－卡车间断开采工艺，采煤工艺为单斗挖掘机－自卸卡车－半移动破碎站工艺。露天采场共划分为2 个采区，总面积约322.72 hm2，最大采深约97 m，开采台阶高度为10 m，南东部已形成内排土场，内排土场占地面积141.69 hm2，现已实现全部内排；外排土场位于矿区西北侧，外排土场面积为188.54 hm2。

3）生态治理现状。胜利西三矿通过土地整形、表土回覆、土壤改良、植被重建、景观提升等一系列措施对生态环境进行治理，现已累计完成矿山地质环境治理面积约608.07 hm2。建成公园式园林1 处、建设科研项目示范区2 处。

4）生态治理瓶颈。胜利西三矿目前生态修复基础较好，但仍存在以下问题：①土壤质地整体较差，植物立地条件不良；②矿区植物种类单一，植物群落多样性较差；③矿山临时到界的露天采场边坡复垦绿化较少，矿区生态修复主要停留于复垦绿化层面，景观效果不成体系。

2 全生命周期动态开采过程

1）开采进度计划。胜利西二矿生产能力为600万t/a，开采进度计划见表1。

表1 开采进度计划表

2）动态开采模拟。目前，已形成的内排土场位于首采区中部，将首采区采掘场分割为东部和西部2个采坑。首采区东部采坑向东、向北双向推进；首采区西部采坑向西推进，在开采西部采坑时，将东部采坑露煤台阶用黄土覆盖。

3 总体规划思路

通过项目实施可以加快矿区产业结构调整，大力推进生态修复向生态旅游转型，做强做优矿业特色的生态旅游及市民游憩项目，结合区域文化引入草原文化元素，结合当下政策及不产生经济空窗期的角度建设儿童乐园、素质拓展，使矿区成为内蒙古矿区转型发展的新标杆。

结合胜利西三露天矿紧邻锡林浩特市的区域位置特点、内蒙古能源发电投资集团有限公司“1345”的发展战略，胜利西三露天矿在2027 年全部闭坑的现状，将胜利西三矿逐步建设成企业展示的名片，打造集矿业文化、草原文化、清洁环保、休闲娱乐于一体的“游憩型矿山公园”，形成融“观光游憩、休闲娱乐、文化科普”于一体的矿业文化展示基地。展现企业“开发一片草原，还建一片花园”的理念，同时重塑矿山的社会价值，带动周边城市的协同发展，实现由生态向经济效益的产业转型。技术路线如图1。

图1 技术路线

4 生态修复时间尺度规划

1）时间尺度总体规划。将胜利西三矿生态修复按时间尺度划分为基础准备期（2023 年）、生态转型提升期（2024—2025 年）和退出工业化生产生态收益期（2026—2027 年）3 个阶段。2022—2023 年为基础准备期，该阶段以提升水土保持功能为总体原则，使生态环境得到提档升级，2023 年末生产区、生活区、生态区景观逐渐丰富。2023 年外排土场占地发生明显改变，内排顶部平台已有部分区域到界。2025年西南侧内排土场排弃到界，生态修复稳步推进，在矿区前阶段生态恢复的基础上，把采矿形成的排土场改良成土壤肥沃、生产力强的土地，由生态修复向生态经济逐渐过渡。基于修复成果初步构建草原文化及市民公园的雏形。2027 年最终平台全部排弃到界，在采矿结束后，逐步消除工业生产痕迹，构建草原文化、矿业文化、休闲娱乐等3 大主题。

2）基础准备期规划。2023 年外排土场部分区域全部挖除，对挖除后的区域进行生态修复，在生态修复过程中应考虑外排土场与露天采场区域交叉的问题，对外排土场挖除后永久不扰动的区域应覆土整形，对于采坑远期压覆区域采用临时措施绿化。稳步推进内排土场到界的区域复垦绿化工作，对内排土场边坡进行近自然地形重塑，对削坡后的坡面采用“蜂格护坡系统＋喷播”的方式进行绿化。

3）生态转型提升期规划。该阶段由生态修复向生态经济初步转型，在局部区域构建景观点，将现有公园进行改建，添加清洁能源元素及运动场地，改建为低碳体育公园，经过几年生态修复后，基于生态修复成果改建为清洁工业区。外排土场全部回填至露天采场，挖损后的土地没有肥力，需进行土壤改良后恢复为原生草原地貌。

4）退出工业化生产生态收益期规划。将矿区整体打造3 大主题和“一心，三园，三区”的生态配置模式，3 大主题分别为清洁工业、休闲娱乐和矿业文化，“一心”为矿业文化展示中心，“三园”分别为低碳体育公园、市民公园以及儿童乐园，“三区”分别为矿业遗迹观光区、素质拓展区和清洁工业区。

5 生态修复空间尺度规划

1）空间尺度总体规划。分区主要依据功能、空间尺度时间尺度和三重维度进行分区，依据功能可以分为生产区、生活区、生态区，依据空间尺度细分为外排土场场治理区、内排土场治理区、工业场地治理区、露天采场治理区4 个区域。生产区、生活区、生态区随着时间推移逐渐变化，总体原则为生活区前期基本保持不变，生产区逐步置换为生态区。外排土场由于逐年回填全部规划为生态区，工业场地和部分内排规划为生活区，内排土场逐年推进，新到界的内排区域逐步形成生态区。

2）外排土场规划。为减少项目占地，恢复原始地形地貌，计划对外排土场已排弃的物料进行二次剥离并回填至内排土场，对于排土场占地范围内进行客土后并生态修复，将恢复后剩余的土地恢复为原生草原。

3）内排土场规划。秉持着采坑向前推进，内排及时跟进，缩短作业面工作长度，减小扰动土地面积及破坏草原植被的时间，成熟一块，治理一块，将生态恢复与内排共同推进，滚动治理，打造平缓的草原地貌。水土保持治理工程应分年度推进，主要的水土保持工程措施包括地形重塑、平台土壤改良及植被恢复、“加筋麦克垫＋喷播”、“蜂格护坡系统＋喷播”、喷灌系统。地形重塑主要对采矿形成的边坡进行近自然的地形重塑，将边坡角大于25°的边坡削坡至25°。土壤改良主要在平台复垦区域进行，通过选用有机肥、保水剂、表土等混合后对平台区域进行植被恢复，同时在最终形成的顶部平台构建喷灌系统。对于边坡采用“蜂格护坡系统＋喷播”，对削坡后的边坡进行植被重建。在地形低洼汇水处布设截排水措施，降低矿区水土流失。

4）露天采场规划。开采期间主要对采场进矿道路两侧进行临时绿化，对于临时到界边坡进行生态修复，消除采矿带来的地质灾害影响。2027 年对永久到界的端帮采用“加筋麦克垫＋有机基质＋高性能基材”对端帮进行喷播复绿。在2027 年矿坑闭坑后，将尾坑恢复成为矿山地质遗迹，供游客观赏。采坑内尽量保持原生草原地貌，在采坑边缘布设景观围栏，开放采坑部分地区用于供游客参观，通过构建木质栈道及楼梯，景观岩石，浮桥等景观15 处，增加游客在矿业遗迹中游览的乐趣。

5）工业场地规划。计划对工业场地进行景观树种的栽植，并对工业场地外围布设排水沟，逐年对该区域进行补植补种及园林养护。远期基于工业场地现有建筑将工业场地改建为集矿业博物馆、游客管理中心、停车场和工业展示区于一体的矿业文化展示中心。矿业博物馆将对公园进行多角度、全方位恰当而充分的展示，其展示手段要有多样性，除应用传统的图表、数据、标本、模型、沙盘等方式以外，尽可能利用现代化的多媒体投影设备、触屏式计算机、计算机模拟系统以及电动模拟沙盘等高科技手段，使游客通过参观游览，在心中形成更加形象、具体、生动、丰富的矿山公园概念，理解矿业活动的社会价值和历史意义。

6 效益分析

1）经济效益分析。矿山公园所在的锡林浩特市旅游业发展迅速，游客数量及旅游收入年增长率快速增长，矿山公园以锡林浩特市发展迅速的旅游业为依托，开展纵向、横向合作等手段，使矿山公园的知名度、美誉度进一步提高。公园的主体景区等揭碑开园建设完成后，将达到可初步开放的程度。根据游客规模预测，公园年营业收入预计为524.4 万元。

2）生态效益分析。至规划期末，矿山将不留一块空地，全部覆绿或硬化，未进行治理的矿区地表裸露盐渍化严重，地表水蒸发严重，通过植物的种植，可提高地表覆盖度，改善土壤盐渍化。同时植物还可以调节区域小气候[13]，植被覆盖地表，保持了土壤水分的充足，使区域内温度和湿度不会发生明显变化[14-15]。经综合治理后的排土场具有涵养水源、控制水土流失的功能，显著增加土壤肥力，有效地促进矿区生态环境的良性循环，提高抗自然灾害能力[16]。植被重建可有效提高矿区的林草覆盖率，对生态环境的恢复、防风固沙、净化空气、调节区域小气候及生物多样性都起到了不可估量的作用[17]。

3）社会效益分析。矿山公园的建设有利于当地乃至锡林郭勒盟地区旅游业的发展，对于拉动交通、住宿、餐饮行业起到引领带动作用，同时为当地提供更多的就业岗位，对加快地方经济发展，调整、优化产业结构具有积极意义。