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[摘要]阜新艾友煤矿是阜新煤田八大矿区之一，为了解决阜新艾友煤矿区存在的生态和地质灾害问题，采用适合本区治理的系统方法，对矿区存在的地质问题进行综合治理，并利用综合模糊数学综合评价理论对土地复垦进行了适宜性评价，确定了各评价单元土地复垦的方向。结果表明，地面塌陷、废弃矿井、矸石堆治理复垦后为林地或草地。矸石山平台与边坡、露天采坑进行绿化达到保持水土、防风固沙的目的。该治理方法对矿山的地质环境治理恢复有积极的指导意义，对其他矿区的地质环境恢复具有一定的参考价值。
[关键词]煤矿；地质环境；综合治理
中图分类号:X322 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0139-02
0 引言
艾友煤矿区是阜新煤田八大矿区之一，也是阜新煤田矿山生态环境和地质灾害的重灾区。该区煤炭开采历史悠久，既有解放前的小煤窑，又有计划经济时期开采的矿井，现矿山地质环境治理责任主体因历史原因灭失，而采矿活动遗留的矿山地质环境及生太环境问题积重难返。几十年大规模的矿山生产活动国，在井田周边范围形成近30km2的自然生态极其恶劣的地带，废弃矿井与采坑遍布，土地荒漠化、石砾化严重，采矿形成的塌陷坑、地裂缝随处可见，堆弃物侵占大量农田，残余煤炭、瓦斯气的自燃产生大量的H2S、SO2、CO等有害气体，煤矸石风化后形成的粉尘，对土坑壤、大气及地表水、地下水都不同程度的构成严生的污染，矿区周边生态环境受到极为严重的破坏[1]。矿区地质生态环境十分脆弱，越来越引起人们的关注。
1 矿区地质环境背景
1.1 地理位置
艾友矿区位于阜新井田的西南部，矿区内有新义线铁路和锦阜等重要公路通过，交通方便。矿区处于医巫闾山与松岭之间的低缓丘陵地带，地形起伏变化校小。矿区内细河由北向南流经矿区中部，除雨季外，河水流量较小。
1.2 水文气象
本地区属北温带大陆性季风气候，常年主导风向多为西南风和西风，四季变化明显，春季多西北风，风力最大8-9级，小至2-3级，气温上升迅速；夏季炎热多雨，降雨量较少，主要集中在7、8、9三个月，平均降雨量为500-600mm，最大达1009.11mm，年蒸发量为1700mm。年平均气温为7℃左右，最低气温-32.1℃，最高气温33.3℃。最大冻土深度1.40m，平均年无霜期150天。本区光照条件较好，平均年日照时数为2786.6小时。
1.3 地质构造
艾友矿区地表地形为丘陵地貌，北部为艾友北山，南部地势平缓。浅部有报废的艾友矿二井、四井，最低标高-165m矿区含煤地层为中生界侏罗系上统的义县组、九佛堂组、沙海组和阜新组。矿区煤层绝大部分属缓倾斜煤层，煤层倾角4°-22°之间。艾友矿煤系地層主要为晚侏罗系上部含煤组，厚度近1000m。共含煤20层，可采12层，可采煤层总厚度平均21m，最厚达70m。艾友煤矿已回采层涉及阜新组水泉、孙家湾、中间、太平上、太平下、高德6大层群和沙海组四、五2个煤组。单一煤层群累计采出煤层厚度1.2-24m，开采深度10-900m，煤层倾角4°-10°，开采方法多为走向长壁或倾斜长壁全部陷落式。
2 地质环境及生态环境问题
艾友矿区经过几十年的大规模、高强度的开发，矿区的地质环境、生态环境受损极为严重，而引发诸多地质灾害问题，主要表现在以下几点：地下采空区的地面沉陷，废弃矿井及采矿排废侵占大量的良田，煤矸石风化后形成的粉尘在风力作用下常形成粉尘暴，废弃矿井中残余煤炭和瓦期气自燃产生的有毒有害气体，这些污染物释放在大气中，渗透和溶角至地表、地下水体中，极大破坏本已脆弱的生态环境，而采矿大量抽排地下水，影响地下水的水质和水位，形成较大的降水漏斗，使当地居发、牲畜用水困难。采矿排废引起的土壤荒漠化、石漠化也非常严重。
2.1 地质环境问题
经初步调查勘测，在艾友井 30km2范围内，较大规模的地面塌陷-沉降区块3处，塌坑总数69个，最大直径80m，深5-7m，最大区块下沉3.56-6.20m，最大不平移动0.47-1.18m，最大水平变形-43.5-+20.7mm/m，规模较大的地裂缝3条，累计长达1350m，一般宽1.0-3.5m，可视深度1.0-4.0m.塌坑与地裂缝面积总和达249000m2。地表岩土变形绝大多数由近地表30-100m，浅部煤炭开采引起。由于采矿过度抽排地下水，当地村屯地下水位急剧下降，经调整当地水位一般下降15-22m，局部地段下降近百米，导致矿区周边六个村屯饮水井干涸。
2.2 生态环境问题
矿区内的废弃矿井、排矸石占地引起井口半径50-100m范围的土壤砂砾化、荒漠化，总面积可达140万m3。东西两个露天采坑排放的矸石堆放如“山”，两处占用耕地64.78万m3，矸石堆积总量789.75万吨，经几十年的堆放，里面可燃物质发生自燃，雨季极易造成泥石流和滑坡，对附近居民建筑及农田造成危害，且矸石中的硫化物易形成酸水，污染地表径流，下渗到地下后污染地下水，严重破坏矿山生态平衡。废弃矿井中煤炭的自燃释放高浓度的有害气体，主要成份有CO、SO2、H2S等均超过国家标准。这些挥发气体遇大气降水后形成酸雨落入地表，渗入地下，严重污染区域水体环境，对植物生长和人畜健康危害极大。有些矸石中含有部分重金属元素，如砷、汞、镉等，在降水淋溶作用下污染地下水的同时使区内地下水化学类型发生改变，易形成硫酸钙、重碳酸钙型水。
3 矿山环境综合治理
3.1 矿山地质环境现状
艾友煤矿区的地质环境、生态环境问题是多方面的。2005年初步调查评价矿区30km2重点地段的地质环境和生态环境，地质环境现状如下：
（1）在30km2内未封堵的废度小矿井261个。一般深60-120m，孔径3.5-4.0m。 （2）在开采区范围内，由历史责任人灭失和不明采矿引起地表沉降面积为8.99km2，地表塌坑61个。
（3）较具规模的露天采坑2个，并堆有两座较具规模的煤矸石山。
（4）地裂缝2条，累计长1350m，宽1.0-3.5m，深1.0-4.0m。
（5）土壤荒漠化面积5km2，井口散落堆放的煤矸石堆随处可见，土地矿砾化严重。
（6）由于底部乱采、乱掘，越界开采使各井巷道连通，氢气流通引起井内残余煤层自燃及瓦斯自燃，大量的有毒有害气体，职SO2、H2S、CO2及未燃烧的甲烷气体使周边大气环境恶化，释放弥漫空中，局部产生阶段性酸性降水（PH值5.0-6.58之间）现象。
（7）矿山开采抽排水，破坏了地下水均衡系统，造成地下水位急骤下降，一般地下水位埋深已达到15-22m。频繁采矿活动导致矿山尾矿、废石、建筑垃圾堆放井口，受降水淋浴作用严重污染土壤，地下水地表小，致使矿内的汤头河段堵塞，生物绝迹，植被严重破坏。农山砂砾化、水土流失严重，可耕地面各锐减，土壤肥力下降，地表建筑物及公共设施受到损失，破坏地表景观。暂时性、潜在性和长期性的矿山环境问题突出。更降低区内人畜生活条件和质量。所有存在的矿山地质灾害问题，具有它的突发性、易发性和多发性，已不同程度的危胁着该地居民人身安全和生存条件，也曾发生过行人掉入未加封堵的矿井中死亡[1]。因此，艾友井田内采矿引起的矿山生态环境综合治理工作迫在眉睫。
3.2 矿山环境综合治理
（1）地面塌陷防治 地表塌陷主要分布在早期充分采动和重复采动的地表沉陷区。由于塌坑有形成是在采掘过程中顶板岩石承载力的降低经地下水和重力作用后，顶板岩石变形弯曲，破坏降底顶板岩石承载力产生地面塌陷。应地塌坑底部用粘土垫底夯实，上部利用废弃的矸石、建筑垃圾回填，顶部采用0.5m客圭铺垫，恢复原来地貌，使之达到耕作。
（2）地裂缝治理 地裂缝是地面不均匀下沉形成的，形成过程与地表塌坑基本相似，对地裂缝的治理底部进行粘土回填夯实后（厚的0.5-0.8m），上部回填煤矸石或建筑垃圾，顶部可铺垫0.5m客土，地裂缝治理的关键是对其深部进行治理，阻断第四系含水层渗漏。通过综合整理，恢复原来状态，达到土地耕作为目的。
（3）废弃矿井回填 废弃矿井的底部与巷道接通处应采用混凝土封堵，上部采用废度煤矸石回填至第四系土层后回填客土隔水，其上部采用建筑垃圾至地表0.5m后回填植土整平。（含水层以上用煤矸石填堵可能会造成对地下水污染）故第四系含水层段面原则上不能利用煤矸石回填）。
（4）露天采坑的回填 区内东、西两个露天采坑均需回填大量的土石方。现地方已投入配套资金开始回填，但由于经费不足，回填石方量不足三分之一，需日后投入专项资金，填平后履土可作基本农田或植樹，原则上“宜林则林、易草则草、易耕则耕”。
（5）矿山土地复垦 区内因采矿产生的土地破坏严重，总面积约16.0km2，废矿井遍布于区内，井口矸石散落堆放，土壤砂砾化严重，土地无法利用，该地区所有矸石堆清除、废弃矿井封堵，将土地平整后可复垦为耕地、恢复成基本农田区，增加区内可耕地面积[2]。
（6）矿山“三废”综合利用 利用散落堆放的煤矸石作充填井口、地表塌坑等材料，具规模的矸石册进行绿化、逐步进行无害化处理。现有矿坑排出的矿坑水和汤头河水可做为矿山综合治理绿化后的浇溉用水，合理利用“化害为利”[2]。
4 结论
阜新艾友矿区的地质环境问题较多，对地质生态环境的影响较大。通过以上分析可以看出，除了矿区原有的地质环境比较脆弱以外，煤炭开发又引起了许多新的问题，而且所引发的问题已经逐渐成为矿区地制裁生态环境问题的主体。随着煤田的继续开发，这种影响将会越来越大，值得引起重视。矿区应该统筹规划，加大管理的力度，坚持资源与环境并重，在保护生态环境基础上，进行综合治理，以实现矿区的可持续发展。
参考文献
[1] 辽宁阜新市国土资源局，辽宁省阜新艾友煤矿区矿山地质环境综合治理规划设计[R]2005.
[2] 孙丽娜，李英华，姜莹，辽宁省矿山地制裁环境综合评价[J]，水土保持研究2007（2）25.
[3] 侯新伟，张发旺，李向全，神府东胜矿区主要地质生太环境问题及其效应，地球与环境[J]2005.35（4）253-254.
[关键词]煤矿；地质环境；综合治理
中图分类号:X322 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0139-02
0 引言
艾友煤矿区是阜新煤田八大矿区之一，也是阜新煤田矿山生态环境和地质灾害的重灾区。该区煤炭开采历史悠久，既有解放前的小煤窑，又有计划经济时期开采的矿井，现矿山地质环境治理责任主体因历史原因灭失，而采矿活动遗留的矿山地质环境及生太环境问题积重难返。几十年大规模的矿山生产活动国，在井田周边范围形成近30km2的自然生态极其恶劣的地带，废弃矿井与采坑遍布，土地荒漠化、石砾化严重，采矿形成的塌陷坑、地裂缝随处可见，堆弃物侵占大量农田，残余煤炭、瓦斯气的自燃产生大量的H2S、SO2、CO等有害气体，煤矸石风化后形成的粉尘，对土坑壤、大气及地表水、地下水都不同程度的构成严生的污染，矿区周边生态环境受到极为严重的破坏[1]。矿区地质生态环境十分脆弱，越来越引起人们的关注。
1 矿区地质环境背景
1.1 地理位置
艾友矿区位于阜新井田的西南部，矿区内有新义线铁路和锦阜等重要公路通过，交通方便。矿区处于医巫闾山与松岭之间的低缓丘陵地带，地形起伏变化校小。矿区内细河由北向南流经矿区中部，除雨季外，河水流量较小。
1.2 水文气象
本地区属北温带大陆性季风气候，常年主导风向多为西南风和西风，四季变化明显，春季多西北风，风力最大8-9级，小至2-3级，气温上升迅速；夏季炎热多雨，降雨量较少，主要集中在7、8、9三个月，平均降雨量为500-600mm，最大达1009.11mm，年蒸发量为1700mm。年平均气温为7℃左右，最低气温-32.1℃，最高气温33.3℃。最大冻土深度1.40m，平均年无霜期150天。本区光照条件较好，平均年日照时数为2786.6小时。
1.3 地质构造
艾友矿区地表地形为丘陵地貌，北部为艾友北山，南部地势平缓。浅部有报废的艾友矿二井、四井，最低标高-165m矿区含煤地层为中生界侏罗系上统的义县组、九佛堂组、沙海组和阜新组。矿区煤层绝大部分属缓倾斜煤层，煤层倾角4°-22°之间。艾友矿煤系地層主要为晚侏罗系上部含煤组，厚度近1000m。共含煤20层，可采12层，可采煤层总厚度平均21m，最厚达70m。艾友煤矿已回采层涉及阜新组水泉、孙家湾、中间、太平上、太平下、高德6大层群和沙海组四、五2个煤组。单一煤层群累计采出煤层厚度1.2-24m，开采深度10-900m，煤层倾角4°-10°，开采方法多为走向长壁或倾斜长壁全部陷落式。
2 地质环境及生态环境问题
艾友矿区经过几十年的大规模、高强度的开发，矿区的地质环境、生态环境受损极为严重，而引发诸多地质灾害问题，主要表现在以下几点：地下采空区的地面沉陷，废弃矿井及采矿排废侵占大量的良田，煤矸石风化后形成的粉尘在风力作用下常形成粉尘暴，废弃矿井中残余煤炭和瓦期气自燃产生的有毒有害气体，这些污染物释放在大气中，渗透和溶角至地表、地下水体中，极大破坏本已脆弱的生态环境，而采矿大量抽排地下水，影响地下水的水质和水位，形成较大的降水漏斗，使当地居发、牲畜用水困难。采矿排废引起的土壤荒漠化、石漠化也非常严重。
2.1 地质环境问题
经初步调查勘测，在艾友井 30km2范围内，较大规模的地面塌陷-沉降区块3处，塌坑总数69个，最大直径80m，深5-7m，最大区块下沉3.56-6.20m，最大不平移动0.47-1.18m，最大水平变形-43.5-+20.7mm/m，规模较大的地裂缝3条，累计长达1350m，一般宽1.0-3.5m，可视深度1.0-4.0m.塌坑与地裂缝面积总和达249000m2。地表岩土变形绝大多数由近地表30-100m，浅部煤炭开采引起。由于采矿过度抽排地下水，当地村屯地下水位急剧下降，经调整当地水位一般下降15-22m，局部地段下降近百米，导致矿区周边六个村屯饮水井干涸。
2.2 生态环境问题
矿区内的废弃矿井、排矸石占地引起井口半径50-100m范围的土壤砂砾化、荒漠化，总面积可达140万m3。东西两个露天采坑排放的矸石堆放如“山”，两处占用耕地64.78万m3，矸石堆积总量789.75万吨，经几十年的堆放，里面可燃物质发生自燃，雨季极易造成泥石流和滑坡，对附近居民建筑及农田造成危害，且矸石中的硫化物易形成酸水，污染地表径流，下渗到地下后污染地下水，严重破坏矿山生态平衡。废弃矿井中煤炭的自燃释放高浓度的有害气体，主要成份有CO、SO2、H2S等均超过国家标准。这些挥发气体遇大气降水后形成酸雨落入地表，渗入地下，严重污染区域水体环境，对植物生长和人畜健康危害极大。有些矸石中含有部分重金属元素，如砷、汞、镉等，在降水淋溶作用下污染地下水的同时使区内地下水化学类型发生改变，易形成硫酸钙、重碳酸钙型水。
3 矿山环境综合治理
3.1 矿山地质环境现状
艾友煤矿区的地质环境、生态环境问题是多方面的。2005年初步调查评价矿区30km2重点地段的地质环境和生态环境，地质环境现状如下：
（1）在30km2内未封堵的废度小矿井261个。一般深60-120m，孔径3.5-4.0m。 （2）在开采区范围内，由历史责任人灭失和不明采矿引起地表沉降面积为8.99km2，地表塌坑61个。
（3）较具规模的露天采坑2个，并堆有两座较具规模的煤矸石山。
（4）地裂缝2条，累计长1350m，宽1.0-3.5m，深1.0-4.0m。
（5）土壤荒漠化面积5km2，井口散落堆放的煤矸石堆随处可见，土地矿砾化严重。
（6）由于底部乱采、乱掘，越界开采使各井巷道连通，氢气流通引起井内残余煤层自燃及瓦斯自燃，大量的有毒有害气体，职SO2、H2S、CO2及未燃烧的甲烷气体使周边大气环境恶化，释放弥漫空中，局部产生阶段性酸性降水（PH值5.0-6.58之间）现象。
（7）矿山开采抽排水，破坏了地下水均衡系统，造成地下水位急骤下降，一般地下水位埋深已达到15-22m。频繁采矿活动导致矿山尾矿、废石、建筑垃圾堆放井口，受降水淋浴作用严重污染土壤，地下水地表小，致使矿内的汤头河段堵塞，生物绝迹，植被严重破坏。农山砂砾化、水土流失严重，可耕地面各锐减，土壤肥力下降，地表建筑物及公共设施受到损失，破坏地表景观。暂时性、潜在性和长期性的矿山环境问题突出。更降低区内人畜生活条件和质量。所有存在的矿山地质灾害问题，具有它的突发性、易发性和多发性，已不同程度的危胁着该地居民人身安全和生存条件，也曾发生过行人掉入未加封堵的矿井中死亡[1]。因此，艾友井田内采矿引起的矿山生态环境综合治理工作迫在眉睫。
3.2 矿山环境综合治理
（1）地面塌陷防治 地表塌陷主要分布在早期充分采动和重复采动的地表沉陷区。由于塌坑有形成是在采掘过程中顶板岩石承载力的降低经地下水和重力作用后，顶板岩石变形弯曲，破坏降底顶板岩石承载力产生地面塌陷。应地塌坑底部用粘土垫底夯实，上部利用废弃的矸石、建筑垃圾回填，顶部采用0.5m客圭铺垫，恢复原来地貌，使之达到耕作。
（2）地裂缝治理 地裂缝是地面不均匀下沉形成的，形成过程与地表塌坑基本相似，对地裂缝的治理底部进行粘土回填夯实后（厚的0.5-0.8m），上部回填煤矸石或建筑垃圾，顶部可铺垫0.5m客土，地裂缝治理的关键是对其深部进行治理，阻断第四系含水层渗漏。通过综合整理，恢复原来状态，达到土地耕作为目的。
（3）废弃矿井回填 废弃矿井的底部与巷道接通处应采用混凝土封堵，上部采用废度煤矸石回填至第四系土层后回填客土隔水，其上部采用建筑垃圾至地表0.5m后回填植土整平。（含水层以上用煤矸石填堵可能会造成对地下水污染）故第四系含水层段面原则上不能利用煤矸石回填）。
（4）露天采坑的回填 区内东、西两个露天采坑均需回填大量的土石方。现地方已投入配套资金开始回填，但由于经费不足，回填石方量不足三分之一，需日后投入专项资金，填平后履土可作基本农田或植樹，原则上“宜林则林、易草则草、易耕则耕”。
（5）矿山土地复垦 区内因采矿产生的土地破坏严重，总面积约16.0km2，废矿井遍布于区内，井口矸石散落堆放，土壤砂砾化严重，土地无法利用，该地区所有矸石堆清除、废弃矿井封堵，将土地平整后可复垦为耕地、恢复成基本农田区，增加区内可耕地面积[2]。
（6）矿山“三废”综合利用 利用散落堆放的煤矸石作充填井口、地表塌坑等材料，具规模的矸石册进行绿化、逐步进行无害化处理。现有矿坑排出的矿坑水和汤头河水可做为矿山综合治理绿化后的浇溉用水，合理利用“化害为利”[2]。
4 结论
阜新艾友矿区的地质环境问题较多，对地质生态环境的影响较大。通过以上分析可以看出，除了矿区原有的地质环境比较脆弱以外，煤炭开发又引起了许多新的问题，而且所引发的问题已经逐渐成为矿区地制裁生态环境问题的主体。随着煤田的继续开发，这种影响将会越来越大，值得引起重视。矿区应该统筹规划，加大管理的力度，坚持资源与环境并重，在保护生态环境基础上，进行综合治理，以实现矿区的可持续发展。
参考文献
[1] 辽宁阜新市国土资源局，辽宁省阜新艾友煤矿区矿山地质环境综合治理规划设计[R]2005.
[2] 孙丽娜，李英华，姜莹，辽宁省矿山地制裁环境综合评价[J]，水土保持研究2007（2）25.
[3] 侯新伟，张发旺，李向全，神府东胜矿区主要地质生太环境问题及其效应，地球与环境[J]2005.35（4）253-254.