(1.神华北电胜利能源有限公司，内蒙古自治区锡林浩特市，026000；2.河南交通职业技术学院，河南省郑州市，451460；3.河南工业大学，河南省郑州市，450001)
关键词露天煤矿开发建设环境影响生态恢复
矿产资源的开发与利用在保障社会经济发展的同时，也不可避免地对土地、生态、环境等带来系列影响，造成土地的压占、挖损、塌陷，并随之带来土地退化、水土污染、崩塌滑坡等次生地质灾害[1-5]。客观地监测、评估与研判开采活动给生态环境造成的影响，对矿业活动的可持续发展、开发与保护之间矛盾的协调统一具有重要意义[6-8]。胜利一号露天煤矿是国家13个大型煤炭基地蒙东基地胜利矿区规划煤矿之一[9]，位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市北郊，采矿权面积为34.36km2。东南距锡林浩特市区约6km，是胜利矿区总体规划确定且经过原国家计委批准矿区内首先开发的露天煤矿，承载着带动锡林郭勒盟边疆地区经济和社会发展，实现国家西部大开发经济发展战略和生态保护的重要作用。
(1)以预防为主、防治结合、清洁生产和全过程控制的现代管理思想及循环经济理念为指导，以国家和内蒙古地方的有关环保法规、技术规范的要求为依据，紧密结合煤炭工业行业的特点和研究区所在地区的环境特征，以科学、求实、严谨的工作作风开展了本次评价工作。
(2)在对现有工程情况及已经造成环境影响和生态破坏情况进行深入调查分析的基础上，摸清新、老工程污染源及污染物排放状况与生态环境影响情况，以“以新带老、达标排放、总量控制、增产不增污”为原则、以控制污染排放与减缓生态破坏为重点，综合采用类比和实地监测的方法，对露天煤矿的建设开发给各环境要素造成的影响进行全面的分析和评价，为露天煤矿的建设与开发提供决策支持。
(3)当前胜利一号露天煤矿在废气、废水、固废和噪声污染等方面与环保验收相比较时已有所变化，因此重点对矿区现有的污染源进行了现状调查，并依据污染源和污染监测数据进行现状评价。
(4)贯彻“以人为本”和“可持续发展”的发展观，努力推动清洁生产工艺的实施，探讨矿坑水等资源化利用途径及可行性，结合当地的实际情况提出矿井周边草地保护和生态综合整治的方案以及降低对周边居民生态环境影响的方案，将本研究区建设成环境和经济、社会协调发展的环境友好型煤矿。
生态环境影响评价范围包括目前实际影响的范围以及将来可能影响到的环境范围，确定评价范围为采矿权面积及外排土场外扩1km，铁路环线两侧外扩0.2km形成的闭合范围，整体面积达74.69km2。根据露天采矿的特点及露天煤矿的地形地貌、水文地质条件，结合已经开采区的影响范围，确定地下水评价范围为东部以古河道中心线为边界，其他为边界外1.9km左右，确定调查范围为82.56km2。
通过对10余年来胜利一号露天煤矿评价范围内生态环境变化情况的分析，同时通过搜集煤田其他矿区的资料，主要利用前后不同时期的对比，分析矿区周边生态环境的变化，并辅以叠图法进行回顾性评价。分析内容包括土地利用、植被类型、土壤侵蚀、地形地貌等。
胜利一号露天煤矿经过多年开采，已形成大范围的损毁土地。因此现场调查主要包括两方面内容：一是将周边未开采区作为类比区调查，重点调查区域环境概况，包括地形地貌、土壤、植被以及土地利用等情况；二是对矿区建设情况以及生态恢复情况进行调查，重点调查损毁土地现状、生态恢复主要措施以及效果。采用1∶50000地形图和GPS定位相结合的方式，在实地调查的基础上，结合卫星影像图，重点调查外排土场、内排土场复垦现状、工业场地及铁路沿线绿化。
排土场占地面积/km2排土量/Mm3最终排弃标高/m总排弃高度/m台阶高度/m最终松散系数最终稳定边坡角/(°)台阶/个北排土场1.082235.49104060151.1184南排土场1.779561.81104075151.1185沿帮排土场5.1962200.00109090151.1186内排土场4.6158280.00980180151.11812
参照《土地利用现状分类》(GB/T21010-2017)，根据实地调查和遥感卫星影像，利用监督分类将评价范围内的土地利用情况划分为7个一级类型和9个二级类型。研究区7个一级土地利用类型分别为耕地、林地、草地、工矿仓储用地、住宅用地、交通运输用地以及其他土地，各阶段土地利用现状分布如图1所示。利用分类结果统计研究区不同时期评价范围土地利用类型所占比例见表2。
由图1和表2可以看出，胜利露天煤矿的土地利用结构变化主要表现为天然牧草地、其他草地等农用地以及采矿用地、交通运输用地之间的转化。在建矿初期，随着工业场地的建设以及采矿范围与外排土场范围的扩大，天然牧草地逐步转换为采矿用地以及裸地。在2010年之后，随着排土场生态治理措施的实施，排土场逐渐恢复为具有生态效益的林地或草地等土地利用类型，排土场压占区逐步转变为其他草地以及其他林地。
通过资料查阅与现场调查发现，胜利一号露天煤矿在2005年开采前草原生态环境已呈现退化趋势，周边从原来大部分以克氏针茅(Stipakrylovii)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、羊草(Leymuschinensis)为主的克氏针茅草原逐渐过渡到以克氏针茅、糙隐子草、杂草类为主，且人工植被比重逐渐增加。
图1各阶段土地利用现状分布
表2不同时期评价范围土地利用类型所占比例
土地利用类型2005年面积/km2占比/%2010年面积/km2占比/%2013年面积/km2占比/%2016年面积/km2占比/%耕地旱地2.763.702.363.162.363.162.363.16林地其他林地0.000.000.230.310.230.310.230.31草地天然草地67.5490.4352.1269.7935.9848.1726.5235.51其他草地0.000.003.494.688.7311.6819.8126.53工矿仓储用地采矿用地2.092.808.3811.2214.9920.0723.0830.90住宅用地农村宅基地0.350.470.370.500.370.500.370.50交通运输用地公路用地0.250.340.340.450.340.450.340.45铁路用地0.000.000.140.190.140.190.140.19其它土地裸地1.702.277.269.7211.5515.471.84-总计74.69100.0074.69100.0074.69100.0074.69100.00
随着胜利一号露天煤矿与周边其他煤矿的开采，露天煤矿周边天然植被以克氏针茅群系为主，在锡林河漫滩和湖盆低地等处有芨芨草盐化草甸分布，在周边区域高平原上分布有羊草群系以及多根葱群系。经过多年开采，除煤矿周边部分地段仍保持天然植被外，排土场均被人工植被所覆盖。生态环境的显著变化为草地面积减少，工矿用地面积增加，生态系统逐步演变为含人工林、农田、交通、居民及工矿的自然——人工复合系统。在未受采矿直接扰动的矿区周边区域，由于天然植被的分布主要受水分、基质及人为活动的影响，随着水分较大的草甸土向典型草原灰钙土、再到砾质石化土壤逐渐变化，其对应生长的植被也由低湿地群落向低湿化的克氏针茅和羊草为主的典型草原逐渐转变成以中生化的大针茅为主的草原植被、最后出现了砾石质化的小针茅和多根葱群落。
环评阶段与本次后评价煤矿周边植被状况见表3。
基于选取的Landsat影像，利用归一化植被指数(NDVI)和像元二分模型反演评价区域的植被覆盖度。NDVI是利用绿色植物强吸收可见光红波段和高反射近红外波段特点，将植被与其他地物在遥感影像上形成强烈差异，进而指示植被生长状态及覆盖情况，其计算公式见式(1)：
(1)
式中：NDVI——归一化植被指数；
NIR——近红外波段的反射率；
R——红光波段的反射率。
近些年一些学者[15-21]利用像元二分模型反演植被覆盖度(fc)，其计算公式见式(2)：
(2)
式中：fc——植被覆盖度，%；
NDVIsoil——完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，%；
NDVIveg——完全由植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值，%。
笔者选定土地利用单元内累积频率为0.5%的值为NDVIsoil，土地利用单元内累计频率为99.5%的值为NDVIveg。
将计算得到的植被覆盖度fc分5级，即裸地(fc<10%)、低覆盖度草地(10%≤fc<30%)、中低覆盖度草地(30%≤fc<45%)、中覆盖度草地(45%≤fc<60%)、高覆盖度草地(fc≥60%)，各时期植被盖度分布如图2所示。不同时期各植被覆盖度类型面积及所占比例见表4。
由图2和表4可以看出，胜利一号露天煤矿2005年环评时期，裸地面积仅占评价面积的10.56%，随着开采工作面的推进以及排土场对草地的压占，2010年和2013年裸地面积及占比整体呈增加趋势，2016年随着外排土场全部完成生态恢复，裸地面积占比降低，而低覆盖度、中低覆盖度草地占比均显著增加。
表3环评阶段与本次后评价煤矿周边植被状况
评价阶段群丛分布范围群落数量特征2005年环评阶段克氏针茅、糙隐子草、冷蒿锡林河以西高度15～20cm,群落总盖度15%～25%冷蒿、糙隐子草、寸草苔草原锡林河两岸高度6～8cm,群落总盖度10%～15%盐生草甸芨芨草甸锡林河河漫滩的盐化草甸高度60～120cm,总盖度30%～40%本次后评价阶段克氏针茅、羊草、糙隐子草、大针茅、小针茅、杂类草评价区大部分地区高度30cm,群落总盖度30%芨芨草盐化草甸锡林河漫滩和湖盆低地高度70cm,群落总盖度70%
图2各时期植被盖度分布
表4不同时期各植被覆盖度类型面积及所占比例
植被类型2005年面积/km2占比/%2010年面积/km2占比/%2013年面积/km2占比/%2016年面积/km2占比/%裸地7.8910.569.7313.0312.1116.2110.5214.08低覆盖度草地33.3644.6631.7042.4415.3020.4822.4930.11中低覆盖度草地23.7731.8325.1733.7028.2937.8833.4244.74中覆盖度草地6.438.615.427.2615.3020.496.448.62高覆盖度草地3.244.342.673.573.694.941.832.45总计74.6910074.6910074.6910074.69100
根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007)和遥感影像解译结果，胜利一号露天煤矿周边土壤侵蚀目前以风蚀为主，各时期土壤侵蚀分布如图3所示，各时期土壤侵蚀变化见表5。
表5各时期土壤侵蚀变化表
侵蚀程度2005年面积/km2占比/%2010年面积/km2占比/%2013年面积/km2占比/%2016年面积/km2占比/%微度侵蚀3.384.525.377.195.277.053.624.85轻度侵蚀15.4420.676.198.2810.6414.2419.6026.24中度侵蚀54.5072.9646.4262.1541.7255.8537.0649.62强烈侵蚀1.381.8516.7122.3716.5022.0913.8418.53总计74.6910074.6910074.6910074.69100
由图3和表5可以看出，2005年环评阶段土壤侵蚀模数较低，到2013年随着采掘场剥离岩土覆盖层和排土场压占，对原地貌的剧烈破坏，同时形成排土场边坡和平台等再塑地貌，使研究区土壤侵蚀强度明显加大。2013-2016年之间，外排土场实施一系列工程措施和植物措施，且内排土场已完成分期生态恢复工作，工业场地内扰动地表采用工程整治和林草植被恢复，铁路专用线边坡采取了沙障防护并在沙障内撒播小叶锦鸡儿、沙米、苜蓿、披碱草、羊柴等植物种子。因此2016年与2013年相比，矿区土壤侵蚀模数逐渐减少，水土流失情况较原地貌也有明显好转。
图3各时期土壤侵蚀分布
本次后评价收集了2004年、2011年、2015年、2017年胜利一号露天煤矿及周边地下水环境质量监测数据，地下水水质监测点位图如图4所示。
监测结果表明，锗矿机井水质变化不大，铁、锰及氟化物超标，其他监测点表明区域地下水水质有所改善，溶解性总固体、硫酸盐和总硬度有所下降，氟化物和锰仍然超标。经分析，与区域背景值有关。
图4地下水水质监测点位
胜利一号露天煤矿在2004-2012年，预先疏干地下水量逐年增加，对锡林河河谷第四系潜水影响较大。矿坑涌水以采坑为中心，形成了一个地下水降落漏斗，最大影响范围为采坑外约1900m。2018年4月份，胜利一号露天煤矿停止了预先疏干地下水，矿区地下水位有了一定程度的回升。
(1)胜利一号露天煤矿的开采导致了当地地形地貌发生了局部的改变，使原高平原地貌在人工干扰下转为采掘场区的人工挖损地貌，排土场表现为边坡与平台相间的人工地貌。
(2)土地利用现状出现了局部变化，随着工业场地建设以及采矿范围与外排土场范围的扩大，天然牧草地逐渐转变为采矿用地以及裸地。2010年之后，随着生态治理措施的实施，矿区工业场地、排土场逐渐恢复为具有生态效益的林地或草地。
(3)随着采掘场剥离以及排土场边坡、平台地形的重塑，对原地貌进行了剧烈破坏，使研究区土壤侵蚀强度明显加大。但随着土地复垦工程的实施，矿区土壤侵蚀模数逐渐减少，水土流失状况有了改善，矿区植被覆盖度有了提升。
(4)煤矿开采对周边生态环境和地下水环境产生了不利影响。
(5)需要提出相应的生态综合整治和地下水防治优化措施，降低煤炭开发建设对生态环境的影响。
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WangDangchao1,ShenYingying2,YangZhen3
(1.ShenhuaBeidianShengliEnergyCo.,Ltd.,Xilinhot,InnerMongolia026000,China;2.HenanCollegeofTransportation,Zhengzhou,Henan451460,China;3.HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou,Henan450001,China)
AbstractInordertoexploretheimpactofthedevelopmentoflarge-scaleopen-pitcoalmineresourcesontheecologicalenvironment,thispapertookShengliNo.1Open-pitCoalMinetoconductpostevaluationofecologicalenvironment,discussedtheinfluenceofopen-pitcoalmineconstructionanddevelopmentontopography,landusestatus,vegetation,soilandgroundwater.TheevaluationresultsshowedthatShengliNo.1Open-pitCoalMinehadbroughtacertainimpactonthelocalecologicalenvironment,buttherelevantprevention,controlandtreatmentmeasurescarriedoutbytheminealsoeffectivelyalleviatedaseriesofimpacts,andtheecologicalrestorationofthecoalminehadachievedgoodresults.
Keywordsopen-pitcoalmine,developmentandconstruction,environmentaleffect,ecologicalrestoration
中图分类号TD997
文献标识码A
基金项目：国家重点研发计划项目资助项目(2016YFC0501109)
引用格式：王党朝，申莹莹，杨震.胜利一号露天煤矿开发建设对生态环境的影响评价[J].中国煤炭，2020，46(1)：58-66.WangDangchao,ShenYingying,YangZhen.EvaluationoftheimpactofdevelopmentandconstructionofShengliNo.1Open-pitCoalMine[J].ChinaCoal,2020,46(1)：58-66.
作者简介：王党朝(1982-)，男，陕西周至人，汉族，工程师，主要从事露天煤矿土地复垦和生态环境保护研究与实践工作。E-mail:214296808@qq.com。