重庆市万盛区位于重庆东南部,全国100个重点采煤市县之一,重庆市重要的能源基地,是依托煤炭资源开发而兴建、发展起来的典型资源型城市。矿区位于南桐煤田腹地,开采二叠系上统龙潭组(P2l)煤系地层的煤层,含煤2-6层,其中可采1-3层(K1、K2、K3煤层),可采煤层总厚度3-8米,煤层稳定,构造简单,煤种和煤质以中-富灰、富-高硫肥煤、焦煤、气煤为主,有少量贫煤,矿层倾角以倾斜为主,急倾斜煤层次之,少数为缓倾斜。截止2010年,该区累计探明煤炭资源储量3.3亿吨,已累计动用煤炭资源储量2.38亿吨,占该区煤炭资源累计探明储量的72%,剩余煤炭资源储量0.92亿吨,煤炭资源已逐渐枯竭。而70多年来大规模煤炭开采造成地表沉陷范围面积102km2,煤炭开采对矿山地质环境造成了严重破坏,地表水体严重漏失,泉井枯竭,矿山地质灾害频发,土地资源与生态环境受到极大破坏。
经实地调查,采煤沉陷区受采煤影响遭受到严重破坏(采动影响严重区)的土地面积27.622 km2,其中耕地面积为14.786 km2,林地面积为10.774 km2,其它用地(如建筑用地等)面积为2.062km2,耕地及林地资源破坏严重,急需进行修复。该区域体土地资源破坏分布情况见表1。该区域内地表塌陷严重,主要表现为地表陷坑及区域性整体沉降,据统计,该区域内仅具有威胁对象的地面塌陷22处,分布面积7.87 km2, 面密度达到0.285,平均模量为143.12×104m3/ km2。
二、采煤沉陷对土地资源的破坏机理分析
万盛区采煤沉陷区属低山、深丘地带,地域广阔,地形和地质条件复杂多样。沉陷区平地、山地地形交错,地表岩层突露和表土覆盖并存,采煤深陷是治理区最突出的地质灾害。由于煤炭资源开采引起采空区上方岩层产生变形、破坏、冒落,导致地表发生沉陷,随着开采范围的扩大,地表沉陷范围也随之增大,形成一个连续的下沉盆地(移动盆地)。按2010年以前形成的采空区计算,结合现场调查综合分析,采煤沉陷影响范围已达102Km2。
根据矿区煤层埋藏特征及地区煤层开发顺序(先采K2煤层作为解放层,再复1采K1煤层、复2采K3煤层),按照原国家煤炭工业煤行管字(2000)第81号文《关于颁布(建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程)》(附录四)的规定进行计算,以重庆市万盛区南桐煤矿为例,该矿区地表最大下沉值达1640mm,冒落带高度达15.3m,K1煤层的导水裂隙带达79.79m,计算结果见表2。
由于万盛区采煤沉陷区地形地貌特点,采煤沉陷对土地资源的破坏机理主要表现为三个方面:一是地表塌陷坑、地裂缝直接破坏土地。万盛区内可溶性石灰岩大面积出露,地表出露岩层以P1q+m、P2C、T1j、T2l地层碳酸盐岩系为主,岩溶现象比较发育,P2C、T1f 、T1j、T2l为煤层顶板含水层,约占全区岩层厚度及面积的60%,岩溶景观、岩溶裂隙、落水洞及地下暗河发育,一旦采煤形成的冒落带连通落水洞等岩溶洞穴,地下空洞直接发展到地面形成地表塌陷。二是当受采动影响后,地下水位大幅降低而形成区域性塌陷,这类塌陷多位于相对平缓的槽谷地带,破坏耕地严重。三是由于采动影响造成地表水下降,河水、山坪塘蓄水渗入井下,地表水体漏失严重,植被破坏,水土流失,土层厚度变薄,土地有效耕种层减少,粮食减产,部份区域甚至绝收。
三、矿毁地恢复治理方案探讨
(一)矿毁林地恢复治理方案探讨
治理区采矿影响严重区损毁林地面积10.774km2,现状以山区为主,受煤矿开采的影响,区内地面出现塌陷坑、区域整体沉降、地裂缝导致采动影响严重区土地破坏现象严重,为恢复原有林地生态功能,重塑万盛区生态环境,拟对破坏严重区域的林地进行恢复治理,根据现状地形,坚持因地制宜、适地种树的原则在林地恢复区选择耐旱树种,种植树种为山桐子(乔木)、花椒(落叶灌木、小乔木)、枣树(落叶乔木)树种。
根据植物特性,山桐子种植株行距3米×4米,挖长宽深50-70cm的栽植穴;花椒种植株行距3米×4米,挖长宽深50-70cm的栽植穴;枣树种植株行距3米×5米,挖长宽深60-80cm的栽植穴。林地修复区内种植花椒4.0577km2,种植山桐子3.8276km2,种植枣树2.8707km2,为每穴栽植1株,苗木直立穴中,分层覆土、踏实,埋土至地径以上2cm,栽后浇水。
(二)矿毁耕地恢复治理方案探讨
治理区采矿影响严重区损毁耕地面积14.786km2,现状以丘陵山区为主,受煤矿开采的影响,区内地面出现塌陷坑、整体沉降、地裂缝现象导致采矿影响严重区土地破坏现象严重,现状水土流失严重,有效土层较薄,现状土层厚度均小于30cm,不能达到农作物生长要求的有效耕作层要求,为达到农作物生长要求的土层厚度不小于50cm的要求,需对该区域耕地实施修复,耕地修复方式主要采用覆土的方式增厚有效耕作层。对不能达到有效土层厚度的区域覆土,项目区耕地恢复区现状土层厚度不足30cm厚,为了保证有效耕作土层厚度50cm以上,覆土厚度30cm。
四、矿毁耕地恢复治理覆土土源平衡计算
经计算,治理区覆土量为443.58万m3,经实地调查分析,治理区土源主要选择万盛区内露天开采非煤矿山采石场的弃土,万盛区内现有非煤矿山较多,矿山开采过程中剥离表土层往往产生大量弃土,弃土主要堆放于矿区附近,土壤类别以耕种土为主,内部有少量石渣,土质较好,能达到农作物耕种的要求。
经计算分析,非煤矿区采场内可提供土源455.09万m3,耕地恢复土源需求量443.58万m3,治理区土源有保证,能够满足区内覆土需求。
五、项目效益分析
通过对矿区矿毁地恢复治理项目的顺利实施,不但能够消除矿山地质环境隐患,使本地区群众的生命财产安全得到保障,提高矿区群众的生活质量,人民生活安居乐业,社会更加稳定,还可恢复采动影响严重区损毁林地约10.774km2和损毁耕地14.786km2,据地区经验估算,根据耕作条件,可适当安排花椒、山桐子、大枣等林作物和蔬菜、瓜果等农作物,根据地区经验,年均可创造产值约4300万元,为可缓解各种资源矛盾和人地矛盾,促进农户增收,促进资源枯竭城市的经济、生态环境的可持续发展。对构建和谐社会,加快万盛区城市经济转型,实现城市经济可持续发展,具有十分重要的意义。
六、结语
重庆市万盛区经过70多年来大规模煤炭开采造成地表大面积沉陷,面积达102km2,地表水体严重漏失,泉井枯竭,矿山地质灾害频发,土地资源与生态环境受到极大破坏,其中遭受到严重破坏(采动影响严重区)的土地面积27.622 km2,主要为耕地、林地资源。为恢复土地功能,对损毁林地采用种植耐旱经济作物,对损毁耕地采用覆土增厚有效耕作层的方法进行恢复治理。针对矿区土地稀少的客观实际,有效利用区内采石场剥土量既可解决覆土土源的问题,还可使生态环境不受破坏,土地用量基本平衡。通过对矿毁地的恢复,既可恢复环境,又能增加当地农户收入,对构建和谐社会,加快万盛区城市经济转型,实现城市经济可持续发展,具有十分重要的意义。