黄河泥沙作为采煤沉陷地充填复垦材料的可行性分析_王培俊
浅析黄河泥沙资源的开发和利用
浅析黄河泥沙资源的开发和利用摘要：从疲于奔命的鲧到大禹治水胜利，黄河治理经历了一个由拦堵到疏导的观念性转变。
大禹治水的思想经过历朝历代治水思想家的不断发展，演变为“上拦下排、两岸分滞”及“拦、调、排、放、挖”多项措施并举的治黄思想，这是以泥沙为“结”、为“害”为前提的。
但是黄河泥沙作为一种资源和黄河水有着同样悠久的历史，黄河泥沙的“用”将会成为治黄发展史上辉煌的一篇。
一、黄河泥沙是宝贵的自然资源千万年来黄河泥沙作为一种自然资源，履行着“填海造陆”使命。
广阔的黄淮海平原正是由于黄河泥沙的存在，得以形成、扩大，中华儿女有了繁衍声息的场所和丰富的土地资源。
因此黄河泥沙是国土资源的一部分，不仅过去是，现在和将来也是。
黄河泥沙还是天然的肥料，富含氮、磷、钾，大家知道黄河滩地种出来的水稻最香。
黄河泥沙还有什么用？这是一个有待研究开发的课题。
长江流域流传着一句顺口溜：滚滚长江向东流，流的都是煤和油。
涛涛黄河给我们带来的也是宝贵的自然资源。
二、黄河泥沙利用现状以往黄河泥沙主要用于造陆、改良土壤种植水稻等农作物，20世纪90年代后期开始用于下游两岸堤防的加高加固，淤背、淤筑相对地下河。
最近，山东省研究生产了以黄河泥沙为主要原料的“黄河砖”，为黄河泥沙提供了又一用武之地。
另外，武汉大学、黄河河南河务局等单位联合，在杨国禄教授领导下研制黄河淤沙固结技术。
他们以“以沙治沙、以黄治黄”的理念，看到了黄河泥沙这一取之不尽的资源，以及广阔的市场前景，把黄河泥沙作为一个产业之源，把黄河泥沙的开发利用作为一个产业，将黄河泥沙在它的出处资源化、产业化。
他们认为黄河泥沙的综合利用有利于黄河健康，有利于抑制悬河的发展，有利于疏通行洪河道；固沙之本在于水土保持，固沙之标在于减少淤积，泥沙之光在于发展产业。
他们应用泥沙工程学、材料学、结构力学等交叉学科的相容性，从黄河淤沙的物理组成和力学性能研究入手，探索黄河泥沙资源化的可行性，提出黄河粗、细淤沙的科学固结方法和工艺。
论黄河泥沙的综合处理利用
论黄河泥沙的综合处理利用来源：本站原创访问：307 次录入人员：郝相莲时间： 06-03 [ 大中小 ] [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]摘要:黄河泥沙资源丰富。
如何处理黄河泥沙，历来是黄河治理开发的大事。
本文结合黄河下游山东、河南两省的实际情况，在论证综合处理利用黄河泥沙的可能性、技术支撑、市场需求、法制环境等基础上，提出了淤改涝洼地、制造墙体材料、复垦采煤塌陷区等综合处理利用黄河泥沙的建议。
关键词：黄河；泥沙；综合利用1 黄河泥沙基本特点黄河是世界罕有的多沙河流，实测年平均水量464亿立方米，沙量15.6亿吨，平均含沙量33.6 立方米每吨，年沙量和含沙量是中国各大江河之首。
黄河的水量不及长江的1／20，沙量却是长江的3倍。
像黄河这样沙量大、水量少、含沙量高的河流，在世界大江大河中是罕见的。
黄河水量的56%来自兰州以上，而90%的泥沙却来自河口镇至三门峡之间。
全年60%的水量和80%的沙量来自汛期。
由于长期泥沙淤积，黄河下游河道成为著名的“地上悬河”河床普遍高于地面4～6米，高的达12米。
其总，黄河河床比新乡市地面高出20米，比开封市高出13米，比济南市地面高出5米。
2 黄河泥沙处理方略如何处理好黄河泥沙，历来是黄河治理开发的难题之一。
近年来，国家确定了“拦、排、调、放、挖”的黄河泥沙综合治理措施，收到了明显成效。
特别是调水调沙自2002年至今已连续实施9年，取得了明显的经济、社会和生态效益，开辟了黄河治理的新途径。
“黄河调水调沙的理论与实践”也因此获2010年度国家科技进步一等奖。
3 综合利用黄河泥沙笔者个人认为，黄河泥沙的处理，历来是黄河治理开发的重要组成部分。
在坚持“拦、排、调、放、挖”等泥沙综合处理方针的基础上，国家应鼓励、倡导社会各界综合处理利用黄河泥沙。
3.1 黄河泥沙源源不断，为综合利用黄河泥沙提供了可能性黄河多年平均输沙量16亿吨，平均每平方米含沙量33.6公斤，可谓是取之不尽，用之不竭。
黄河下游河道泥沙综合应用及前景分析
黄河下游河道泥沙综合应用及前景分析摘要：黄河下游河道泥沙资源非常丰富，泥沙的综合应用就是将黄河下游河道泥沙“变废为宝”，使其成为治理黄河、服务社会的有效途径。
本文结合黄河下游河道泥沙情况，阐述了黄河下游河道泥沙综合应用方向、途径，并对其市场前景进行了展望分析。
关键词：黄河下游；河道泥沙；综合应用引言黄河下游河道泥沙来源主要是中上游黄土高原的地表冲蚀，由上游水流携带泥沙冲淤积而成，是天然形成的砂。
也可通过采砂场从河道里直接挖取或抽取，而后经过泥水、泥沙分离，生产出较为纯净、含泥量少的细砂料。
为了治黄事业的可持续发展，可将黄河下游河道天然泥沙和人工开采泥沙进行资源化综合利用，根据泥沙资源化应用的途径不同，可归纳为面向黄河服务治黄和面向社会服务大众两点：（1）面向黄河，可将河道泥沙进行堤防工程建设、河道治理及防汛抢险、滩区治理、生态修复等工程。
（2）面向社会，河道泥沙资源化可用于放淤改土优化农田、建筑与工业材料及其转化等。
随着科学技术进步、社会经济发展、土地资源日益紧缺、建筑市场的需求扩大以及相关政策等，黄河泥沙应用市场需求也将进一步增加。
为此，本文还对黄河泥沙应用市场前景进行了展望分析探讨。
1堤防工程建设放淤固堤是黄河河务部门最早大规模利用黄河泥沙资源进行防洪工程建设的一项工程技术手段。
该技术是通过自流引水或机械提取黄河水沙，以渠道或管道输送至大堤背河侧，通过先行修筑围格堤分区淤筑，后经沉沙落淤，排除清水，淤淀下来的泥沙，加大堤防宽度，延长了渗径，增强了堤身的稳定性，对解决漏洞、渗水、管涌等险情有显著的作用，加固两岸堤防，可有效利用黄河泥沙，减缓黄河河道淤积抬升的速度，提高堤防强度和堤防防御洪水的能力，确保防洪安全的技术。
该技术是一种“以河治河”的办法，成为黄河治理的一项重要创举。
2河道治理及防汛抢险近年来，利用黄河泥沙制作大块石进行防洪工程抢险取得了成功，为黄河下游泥沙利用开辟了新途径。
人造大块石可用于险工、控导工程坝岸根石加固。
煤矿塌陷区利用黄河泥沙进行治理方案研究
基于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选
0
引
言
济宁 是中 重要的煤炭 地 一 煤炭分 面 占全 土地面 的 35%[1] 济宁 又是中 重要的粮棉油 生产 地 一 煤粮复合面 较大[2] 矿 大多分 在 本 区域 煤层较厚且地 潜水 较高 采煤沉陷 大面 耕地破坏 预 每 增沉陷面 可 2 [3] 3399.01 hm 右 部分区域 水绝产 引起了巨大的 业经济损失 大量的压煤 庄搬迁 社会 稳定因素 增加 局部地区城镇化 局 限和生态 境恶化等一系 问 [1] 所以济宁 以恢复大量土地 目标的采煤沉陷 地复垦是一个急 解决的问 中 对于土壤 代 料方面的研究 要 集中在 中西部地区 例如土壤掺沙改土中掺沙比例的优选研 究 研究表明土壤表层掺沙是改良 水盐障碍的 效 [4-5] 方法 在一定范围内随着土壤掺沙比例的增加 黏粒 含量减小 提高了土体中大孔隙数量[6-7] 土壤入渗能力 水能力减少[7] 吸湿系数 降[10] 土壤蒸发 增加[6 ,8-9]
生态重建研究所, 北京 100083
矿业大学(北京)地 要覆盖足够厚度的土壤以保证 作物生长 针对济宁 部分采煤沉陷地可 土 量 足问 该文提出利用当地表土 心土和黄河泥沙组配作 覆土 料研究 以 到增加覆盖土壤厚度和改良当地土 壤质地的目的 研究表明 覆土 料 利于玉米生长发育 表土 心土和黄河泥沙组配 质量比 1:1:1.33~1:1:2 的覆 土 料玉米苗期生物量显著高于对照土壤 组配 1:1:0.86~1:1:2 的覆土 料质地 壤土 是较 理想的土壤类型 组配 1:1:0.86~1:1:2 的覆土 料容重 1.38～1.41g/cm3 密度 2.64～2.68g/cm3 较 适宜 作物生长 覆土 料可以显著 降 当地土壤 pH 值和电导率 对 作物 产生盐害作用 入渗性能提升 增加了土壤储水能力 组配 1:1:0.86～1:1:2 的覆土 料入渗能力接 多 耕种 水分特征曲线 移 毛管孔隙度 效水孔隙度和水分常数 本呈 降 势 持水和供水能力 降 据 量增加黄河泥沙充填层 覆土 料厚度原 优选出表土 心土和黄河泥沙组配 1:1:2 的覆土 料作 黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的覆土 料 可在大 试验中进行进一 的验证 关键词 复垦；土壤；沙；沉积物；采煤沉陷地；黄河泥沙；充填复垦；覆土材料 doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z2.050 中图分类号 TD88 S156 文献标志码 A 文章编号 1002-6819(2016)-Supp.2-0352-07 邵芳, 胡振琪, 王 俊, 李星宇. 于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选[J]. 农业工程学报 2016 32(增刊 2) 352 358. doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z2.050 Shao Fang, Hu Zhenqi, Wang Peijun, Li Xingyu. Selection of alternative soil for filling reclamation with Yellow River sediment in coal-mining subsidence areas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.2): 352 358. (in Chinese with English abstract) doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z2.050
黄河清淤吹填技术在采煤塌陷地复垦治理中的应用
黄河下游 的河道清 淤工作主要 目的是防洪 。挟 带大量 泥沙 的黄河水 流经下游平原地 区时 ，流速放 缓 ，泥 沙迅速沉积 ，迫 使人们不断培 堤防洪。行洪 河道不 断淤积抬 高 ，在 一定条件下就会 发生决堤泛 滥 。位 于黄河下游 的河 南 、山东两省 历史 上曾多次 发生黄 河决堤 、洪水泛 滥的灾难性事 故 ，造成 了重 大 的人员伤亡和经济损失 ，教训深刻。
通过在 黄河河道清 淤 ，能够减少黄河 主河道 中 的泥沙 ，从 而减缓黄河 河床淤积速度 ，达到防洪 目 的。根据 实验 研 究 数 据 ，在 黄 河 河道 内取 出 １亿 ｒｎ３的 泥 沙 ，就 相 当 于 在 ８００ｋｉ ｎ 长 、５００ｍ宽 的河 道 内挖深 ０．２５ｍ，也相 当于在 目前状况下 ，延缓 ２．５ 年的淤积时间 。
３ 邱集 煤矿 采煤 塌 陷地 吹填 复垦 项 目
收稿 日期 ２０１６—０４—２６ 作者 简介 杨 秀峰 （１９８８．），男，硕士研究生 ，矿 业工程 专业， 临沂矿业集 团有限责任公 司，主要从事采煤塌 陷地复 垦治理 与压 煤 村 庄 搬 迁 工 作 。
３．１ 项 目背景 邱集 煤 矿 位 于 山东 省 德 州市 齐 河 县境 内，隶
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１６．０８．０７９
ＡｐｐＵｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｅ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒ ｉｖｅｒ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｃｏａｌ—ｍ ｉｎｉｎｇ ｓｕｂｓｉｄｅｄ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍ ａｔｉｏｎ
Ｙａｎｇ Ｘｉｕ－ｆｅｎｇ Ｗ ｕ Ｓｈａｎ—ｙｕ Ｒｅｎ Ｚｈｉ—ｄｅ
邱集 煤 矿 １９９９年 投产 ，主要 采 场 布置 在井 田 西翼 的一 、三两个采区 。受采煤活动影 响 ，２００１年 地 面开始 出现沉 陷 ， 截 至 ２０１４年底 已累计形 成采 煤 塌陷地 ４３３０余 亩 ，地 表最 大塌 陷深 度 １．２ｍ，由 于地 表潜水位 高 ，大都形成 了积水 区，造成农 田大 面积绝产 。 ３．２ 沿 河农作 物绝 产 的原 因
引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填排水技术研究
引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填排水技术研究煤炭资源的大规模开采,在保障国家经济社会发展的同时,也带来了严重的土地与环境损坏,尤其在我国东部高潜水位平原矿区,采煤沉陷导致耕地大量减少、村庄被迫搬迁、失地农民大量增加。
由于高潜水位平原矿区采煤沉陷的独有特征,传统的挖深垫浅、煤矸石、粉煤灰充填复垦技术等均不能解决该区域耕地大量减少的现状。
利用部分矿区靠近黄河的优势,从黄河挖取泥沙,再通过管道输送到采煤沉陷地进行充填复垦,不仅可以解决采煤沉陷地充填复垦材料短缺的问题,可以复垦出大量耕地,还能解决黄河疏浚泥沙的处理难题,对于保障黄河行洪安全具有重大意义。
目前国内引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的研究还未见报到,现有引黄复垦技术均是借鉴黄河滩区放淤改土和固堤的一些经验,存在着“前期充填过程排明水速度太快,导致细粒径泥沙(黏粒和大部分粉粒)大量流失,而充填后期泥沙深层侧向排水慢且效率低,延长了复垦工期”等问题。
为此需要开展引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填、沉沙及排水新工艺研究,为减少充填过程细粒径泥沙流失,加快充填后期饱和泥沙的侧向排水,缩短复垦工期提供科学参考。
本文在借鉴已有成果的基础上,充分利用土地利用工程学、土壤学、农学、水利工程、土木工程、土工合成材料等相关知识,首先选择了距离黄河较近与采煤沉陷地具有相似地貌特征的坑塘涝洼地作为试验区,运用现有引黄充填排水技术对其进行了复垦。
分析了复垦后农田的景观特征、土壤剖面及作物产量。
从机理上分析了现有引黄充填排水技术存在的问题,在此基础上设计了新的充填、沉沙、排水工艺,并提出了新工艺设计的关键参数及试验获取流程。
接着探讨了复垦条带的尺寸、标高设计方法及条带水面线、泥沙沉降率及淤积厚度的计算方法,提出了复垦条带充填次数、分次充填间隔时间的内涵及计算方法,并通过室内试验获取的基础参数对案例场地的条带尺寸、充填标高、泥沙沉降率、淤积厚度、分层充填次数及间隔时间进行了理论模拟计算,给出了相应的设计值。
黄河泥沙用于高速公路路基填筑的可行性研究
㊀收稿日期：２０１９－０５－２８㊀基金项目：中央引导地方科技发展专项资金项目（Ｚ１３５０５０００９０１７）；山东省省级水利科研与推广项目（ＳＤ⁃ＳＬＫＹ２０１２２２，ＳＤＳＬＫＹ２０１８１５）㊀作者简介：赵然杭（１９６９ ），男，山东沂水人，教授，博士生导师，主要研究方向为水资源利用与管理㊁湿地水文与生态环境管理及工程模糊集理论与应用㊀通信作者：华丽丽（１９９４ ），女，山东德州人，硕士研究生，主要研究方向为水文与水资源管理㊀Ｅ⁃ｍａｉｌ：７４８９５３８２３＠ｑｑ．ｃｏｍʌ工程建设管理ɔ黄河泥沙用于高速公路路基填筑的可行性研究赵然杭１，华丽丽１，刘恒洋２，于㊀毅２，宋庆荣２，吴士乾３，尹宜柱３（１．山东大学土建与水利学院，山东济南２５００６１；２．山东省调水工程运行维护中心滨州分中心，山东滨州２５６６００；３．山东省路桥集团有限公司，山东济南２５００２１）摘㊀要：黄河泥沙的利用是维持黄河健康发展的突破口㊂为分析黄河泥沙用于高速公路路基填筑的可行性，取引黄济青渠首沉沙池中淤积的黄河泥沙，进行筛分㊁击实㊁液塑限联合测定㊁承载比等公路土工试验，并对长深高速高青至广饶段Ｋ２３＋６２０ Ｋ２３＋７２０路基施工现场应用情况进行检测㊂试验结果为：黄河泥沙属于公路土中级配良好的砂类土，最大干密度范围为１．６２ １．６５ｇ／ｃｍ３，最佳含水率范围为１４．０％ １４．７％，液限为２９．５％，塑性指数为９％，承载比为１６．８％，工程现场检测上路床压实度均值为９７．２％，下路堤压实度均值为９５．１％，均满足规范要求，表明黄河泥沙用于高速公路路基填筑是可行的㊂关键词：黄河泥沙；土工试验；路基填料中图分类号：ＴＶ１４１；ＴＶ８８２．１㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２１．０２．０２５㊀引用格式：赵然杭，华丽丽，刘恒洋，等．黄河泥沙用于高速公路路基填筑的可行性研究［Ｊ］．人民黄河，２０２１，４３（２）：１２２－１２６．ＦｅａｓｉｂｉｌｉｔｙＳｔｕｄｙｏｎＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＳｅｄｉｍｅｎｔＵｓｅｄｉｎＳｕｂｇｒａｄｅＦｉｌｌｉｎｇｏｆＥｘｐｒｅｓｓｗａｙＺＨＡＯＲａｎｈａｎｇ１，ＨＵＡＬｉｌｉ１，ＬＩＵＨｅｎｇｙａｎｇ２，ＹＵＹｉ２，ＳＯＮＧＱｉｎｇｒｏｎｇ２，ＷＵＳｈｉｑｉａｎ３，ＹＩＮＹｉｚｈｕ３（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｉｎｚｈｏｕＢｒａｎｃｈｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＣｅｎｔｅｒ，Ｂｉｎｚｈｏｕ２５６６００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｈａｎｄｏｎｇＬｕｑｉａｏＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｉｓａｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｈｅａｌｔｈｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｈｉｇｈｗａｙｒｏａｄｂｅｄｆｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅｓｉｌｔｅｄＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｉｎｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｂａｓｉｎａｔｔｈｅｈｅａｄｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ⁃ＱｉｎｇｄａｏＣａｎａｌｗａｓｔａｋｅｎｆｏｒｓｃｒｅｅｎｉｎｇ，ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｊｏｉｎｔｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄ⁃ｐｌａｓｔｉｃｌｉｍｉｔ，ＣＢＲａｎｄｏｔｈｅｒｈｉｇｈｗａｙｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｔｅｓｔｓ，ａｎｄｔｈｅｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＫ２３＋６２０－Ｋ２３＋７２０ｒｏａｄｂｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎＧａｏｑｉｎｇ⁃ＧｕａｎｇｒａｏｓｅｃｔｉｏｎｏｆＣｈａｎｇｓｈｅｎＥｘｐｒｅｓｓｗａｙｗａｓｔｅｓｔｅｄ．ＴｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｂｅｌｏｎｇｓｔｏｓａｎｄｙｓｏｉｌｗｉｔｈｇｏｏｄｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｈｉｇｈｗａｙｓｏｉｌ；ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｒｙｄｅｎｓｉｔｙｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ１．６２ｇ／ｃｍ３ｔｏ１．６５ｇ／ｃｍ３；ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ１４．０％ｔｏ１４．７％；ｔｈｅｌｉｑｕｉｄｌｉｍｉｔｉｓｎｏｔｍｏｒｅｔｈａｎ５０％ａｎｄｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｉｎｄｅｘｉｓｎｏｔｍｏｒｅｔｈａｎ２６％；ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＢｅａｒｉｎｇＲａｔｉｏｉｓ１６．８％；ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｒｏａｄｂｅｄａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｒｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｉｓ９７．２％ａｎｄ９５．１％，ｗｈｉｃｈｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈｗａｙｓｕｂｇｒａｄｅｆｉｌｌｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｓｏｉｌｔｅｓｔ；ｓｕｂｇｒａｄｅｆｉｌｌ１㊀引㊀言长期以来，泥沙问题是黄河的一个心腹大患，而对于黄河泥沙的研究一直受到国家和有关专家学者的高度重视， 治水先治沙 也一直是治理黄河的一大方针㊂近年来，随着技术水平的提高和经济社会的发展，人们开始不局限于对泥沙进行治理，而将泥沙视为一种资源，转为对泥沙进行利用㊂从广义角度划分，黄河泥沙利用方式可以分为自然利用和人工利用两大方面［１］，自然利用包括填海造陆㊁平原塑造，人工利用泥沙的措施包括砌体材料㊁建筑砂料等㊂王晓彤等［２］在利用黄河泥沙充填采煤沉陷地方面进行了深入研究，通过对比黄河下游泥沙与山东省济宁市采煤沉陷区农田土壤的理化性状，表明黄河泥沙是一种绿色㊁安全的充填材料㊂相关研究［３］表明，黄河泥沙的硅酸盐类属性，使其可以作为矿产资源进行开发，也可作为制造陶瓷及玻璃制品的原料㊂根据泥沙利用方式和实现途径的不同，曹永潇［４］对泥沙资源的管理进行了相关研究㊂随着中国交通设施建设尤其是高速公路建设的飞㊃２２１㊃第４３卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀人㊀民㊀黄㊀河㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．２㊀㊀２０２１年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＹＥＬＬＯＷ㊀ＲＩＶＥＲ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｆｅｂ．，２０２１㊀㊀速发展，对路基原材料的需求逐渐上升，在利用 废弃物 填筑公路路基方面也开始受到重视㊂卢佩霞等［５］对扬州市生活垃圾焚烧发电厂的垃圾炉渣进行土工特性分析，发现垃圾炉渣能够满足二级及以下公路路基填料要求㊂杨闯等［６］在利用煤矸石填筑公路路基方面也做了相关研究，级配的不均匀性使得煤矸石在利用时很难达到理想的压实度，需合理配置粗细颗粒相对含量㊂虽然有关学者针对黄河泥沙利用㊁ 废弃物 填筑路基等作了很多研究，但是黄河泥沙应用于公路路基的相关研究甚少，也未对黄河泥沙进行公路土工试验特性分析，更未见高速公路路基应用情况的报道㊂从黄河泥沙的基本特性与成分来看，泥沙类似于沙石，基本符合路基填筑要求，若将黄河泥沙用于路基填筑，则既能降低路基填筑成本，又能大规模利用黄河泥沙，减少泥沙淤积㊂引黄济青工程是山东省 七五 期间重点工程之一，是为从根本上解决青岛水资源短缺而兴建的大型跨流域㊁远距离调水工程㊂引黄济青渠首沉沙池位于引黄济青工程的源头，承担着从黄河引水㊁蓄水㊁沉沙等重要功能㊂截至２０１７年年底，沉沙池已累计拦沙１２０５万ｍ３，清出的大部分沙土沿隔堤内侧贴坡堆放形成弃土场，弃土场不断淤高，形成了大面积的沉沙高地，泥沙堆积裸露，遇风极易起沙，尤其是在春冬多风季节，降雨量少，土壤干旱，风力侵蚀尤为严重，晴天尘土飞扬，侵蚀农田，造成周边土地不断沙化，严重影响周边村庄群众日常生活㊂为改善引黄济青渠首生态环境，急需开展黄河泥沙资源化利用问题的研究㊂因此，笔者对黄河泥沙进行土工试验研究，结合山东省路桥集团有限公司将黄河泥沙用于路基填筑的应用效果检测结果，分析黄河泥沙应用于高速公路路基的可行性，为黄河泥沙在路基上的应用提供技术参数㊂２㊀材料与方法２．１㊀试验材料室内试验用沙取自引黄济青渠首２号沉沙池上游沿隔堤内侧贴边堆放的黄河泥沙，在隔堤弃土场内均匀布设３个采样点，采样点间距为１０ｍ，每个采样点挖取１ｍ３的沙样㊂现场检测在长深高速高青至广饶段Ｋ２３＋６２０ Ｋ２３＋７２０路基填筑施工现场进行，利用弃土场内经过自然风干㊁晾晒和去杂的黄河泥沙进行路基填筑，并经过机械碾压后进行检测㊂２．２㊀试验方法采用室内土工试验与现场检测相结合的方法进行试验㊂室内土工试验确定黄河泥沙的颗粒级配㊁最大干密度与最佳含水率㊁液塑限指数㊁承载比；现场试验检测黄河泥沙的应用效果，测试压实度，为黄河泥沙应用于路基填筑提供参数依据㊂（１）颗粒级配测定方法㊂路基填筑对于路基土的颗粒级配是有严格要求的，需要级配良好的路基土㊂依据‘公路土工试验规程“［７］（ＪＴＧＥ４０ ２００７），试验采用筛分法，利用电热鼓风干燥箱㊁土壤筛㊁电子天平来分析颗粒级配㊂（２）最大干密度㊁最佳含水率测定方法㊂试验执行击实试验中的重型击实试验方法测定室内最大干密度，共进行１０组试验，每组试验准备５个沙样，采用仪器有多功能电动重型击实仪㊁电子天平㊁电热鼓风干燥箱㊁电子称等仪器㊂使用内径为１００ｍｍ的试筒装填沙样，在击锤质量４．５ｋｇ㊁落距４５ｃｍ的情况下，分５层击实，每层击实２７次，测得每组试验的最大干密度和其对应的最佳含水率㊂（３）液塑限指数测定方法㊂土壤液塑限指数可以反映土壤的入渗㊁抗冲㊁抗蚀和抗剪等情况，对路基的质量有重要影响㊂试验采用液塑限联合测定法对黄河泥沙的液限和塑限进行测定，取０．５ｍｍ筛下的代表性沙样２００ｇ，分成３份，做两组，分别放入盛土皿中，加入纯水之后反复调整含水量，使其分别接近液限㊁中间状态和塑限的含水率㊂（４）承载比测定方法㊂路基土的承载能力是指路基土抵抗因承受地面荷载而产生的竖向位移变形的能力㊂表征路基土承载能力的指标有回弹模量㊁加州承载比㊁地基反应模量等㊂加州承载比［８］是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的指标，承载能力以材料抵抗局部荷载压力变形的能力表征，并以标准碎石的承载能力为标准，用相对值的百分数表示㊂试验执行‘公路土工试验规程“中的承载比试验方法，采用承载化试验机，将标准沙样浸水９６ｈ，饱水之后进行贯入试验，每层击数为９８，当贯入量达到２．５ｍｍ时，单位压力与标准碎石压入相同贯入量时标准荷载压力的比值即为承载比，同时计算贯入量达到５ｍｍ时的承载比，如果贯入量达到５ｍｍ时的承载比大于贯入量达到２．５ｍｍ时的承载比，试验应重做，如果结果相同，则采用贯入量为５ｍｍ时的承载比㊂（５）压实度测定方法㊂路基压实度反映路基每一压实层的紧密强度，指工地实际达到的干密度与实验室中标准击实试验得到的最大干密度的比值，只有每一压实层的紧密强度都符合规定，路基的整体强度㊁稳㊃３２１㊃定性㊁耐久性才能满足要求㊂用黄河泥沙代替素土用于长深高速高青至广饶段Ｋ２３＋６２０ Ｋ２３＋７２０路基段的填筑，仅用于上路床与下路堤的填筑㊂上路床按６％的比例掺入石灰，铺设一层，厚度为３０ｃｍ；下路堤按４％的比例掺入石灰，铺设一层，厚度为２５ｃｍ，并执行‘公路路基路面现场测试规程“［９］（ＪＴＧＥ６０ ２００８）中的挖坑灌砂法测定压实度㊂施工过程中，每一压实层均应检验压实度，每１０００ｍ２至少检验２点，根据现场实际施工面积，在碾压后的土层上选取路基平整㊁土质均匀的４个测点，采用小型灌砂筒㊁标定罐㊁基板㊁玻璃板㊁试样盘㊁电子称及辅助工具，进行挖坑灌砂法试验㊂３㊀结果分析与讨论３．１㊀颗粒级配分析黄河泥沙筛分结果见表１，颗粒级配曲线见图１㊂表１㊀黄河泥沙筛分结果孔径／ｍｍ筛余沙质量／ｇ小于该孔径沙质量／ｇ小于该孔径沙质量百分比／％２．００．００３００．０１００．０１．０７．４９２９２．５９７．５０．５５．２６２８７．２９５．７０．２５２．５５２８４．７９４．９０．０７５２０４．１６８０．５２６．８底７９．６６０．９０．３图１㊀黄河泥沙颗粒级配曲线㊀㊀由表１可知，黄河泥沙的粒径均小于２．０ｍｍ，粒径大于０．０７５ｍｍ的土质量百分比为７３．２％，按照‘公路土工试验规程“中土的分类，粒径大于６０ｍｍ的质量小于或等于总质量１５％，且粒径大于０．０７５ｍｍ的质量大于５０％的土为粗粒土㊂在粗粒土中，又分为砾类土和砂类土，２ ６０ｍｍ之间的土为砾类土，０．０７５ ２ｍｍ之间的土为砂类土㊂粗粒土中砂类土质量小于砾类土质量的土为砾类土，反之为砂类土㊂由此可得，黄河泥沙属于公路土中的砂类土㊂由图１可知，泥沙粒径为０．２５ ２ｍｍ时曲线走势比较平缓，该粒径范围的泥沙质量占比为５．１％；当粒径小于０．２５ｍｍ时，曲线呈现陡直下降的特征，粒径在０．０７５ ０．２５ｍｍ范围的泥沙质量占比为６８．１％，在泥沙级配中占主体㊂土颗粒组成特征用土的级配指标不均匀系数Ｃｕ和曲率系数Ｃｃ表示［１０］㊂不均匀系数Ｃｕ反映粒径分布曲线上的土粒分布范围，按下式计算：Ｃｕ＝ｄ３０ｄ１０式中：ｄ１０为颗粒级配曲线上纵坐标为１０％所对应的粒径，ｍｍ；ｄ３０为颗粒级配曲线上纵坐标为３０％所对应的粒径，ｍｍ㊂曲率系数Ｃｃ反映颗粒级配曲线上的土粒分布形状，按下式计算：Ｃｃ＝ｄ２３０ｄ１０ｄ６０式中：ｄ６０为颗粒级配曲线上纵坐标为６０％所对应的粒径，ｍｍ㊂从图１可知：ｄ１０＝０．０３ｍｍ，ｄ３０＝０．０８ｍｍ，ｄ６０＝０．１６ｍｍ，计算得出Ｃｕ＝５．３３，Ｃｃ＝１．３３㊂‘公路土工试验规程“规定，当砂类土或砾类土同时满足Ｃｕȡ５和Ｃｃ＝１ ３两个条件时，称为级配良好㊂由此可知，黄河泥沙为公路土中级配良好的砂类土，其级配组成满足‘公路路基设计规范“［１１］，可以作为路基土使用㊂３．２㊀最大干密度与最佳含水率分析土工击实试验结果见表２，１ ４号沙样含水率与干密度的关系如图２所示㊂表２㊀土工击实试验结果沙样编号１２３４５６７８９１０最大干密度／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．６５１．６４１．６２１．６５１．６５１．６４１．６３１．６２１．６５１．６４最佳含水率／％１４．１１４．２１４．２１４．３１４．１１４．０１４．２１４．１１４．７１４．０㊀㊀由表２可知，１０组沙样试验的最大干密度范围为１．６２ １．６５ｇ／ｃｍ３，均值为１．６４ｇ／ｃｍ３，其对应的最佳含水率为１４．０％ １４．７％，可为路基填筑现场检测压实度提供数据支持㊂３．３㊀液塑限指数分析液塑限联合测定法测得沙样的锥入深度（Ｈ）与含水率（Ｗ）关系见表３，根据试验结果绘制的锥入深度与含水率的关系图如图３所示㊂㊃４２１㊃图２㊀含水率与干密度的关系表３㊀黄河泥沙锥入深度与含水率的关系试验指标第一组１２３第二组１２３锥入深度试验Ｈ１／ｍｍ４．６１０．３１９．９４．７１０．４２０Ｈ２／ｍｍ４．８１０．６２０．１４．６１０．５２０．１０．５（Ｈ１＋Ｈ２）／ｍｍ４．７１０．４５２０４．６５１０．４５２０．０５含水率试验干土质量／ｇ４２．２３４２．５４４．７７４０．１６４０．３４３．４５４１．３４２．６８４４．９３４２．２３４１．５３４３．２５水质量／ｇ８．９９．１６１１．４７１０．４１１１．８９１２．９８．７９９．０６１１．３６１０．９１２．１１２．８１含水率／％２１．１２１．６２５．６２５．９２９．５２９．７２１．３２１．２２５．３２５．８２９．１２９．６平均含水率／％２１．４２５．８２９．６２１．３２５．６２９．４图３㊀锥入深度与含水率的关系㊀㊀由图３可知，黄河泥沙液限为２９．５％，塑限为２０．５％，塑性指数为９％，符合‘公路路基设计规范“的规定 路基填料液限不大于５０％㊁塑性指数不大于２６％ ，对照规范指标，黄河泥沙为低液限土，满足路基填料的工程指标要求㊂３．４㊀承载比指标分析承载比试验记录见表４，单位压力与贯入量关系曲线如图４所示㊂表４㊀承载比试验记录荷载测力百分表读数单位压力／ｋＰａ百分表读数／０．０１ｍｍ左右贯入量／ｍｍ２１０１１６３６．１３６．５０．３３２２３３２２５８．４５８．００．５４２３８５６１１００．０１００．３１．０３２５１７６７１５３．２１５３．８１．５２２６５９８９２０４．６２０４．０２．０２２７７１１８０２５２．４２５２．２２．５１２８７１３３９３００．１３００．６３．０３２９０１３８６３５２．４３５２．１３．５５２９４１４５０４０１．９４０１．２４．０２２９７１４９８４５３．６４５３．３４．５４３０１１５６１５００．７５０１．５５．０２３０８１６７２５４９．２５５０．５５．５４图４㊀单位压力与贯入量的关系㊀㊀由表４和图４可知，试验贯入量为２．５ｍｍ时的承载比为１６．８％，贯入量为５ｍｍ时的承载比为１４．８％㊂根据‘公路土工试验规程“规定，贯入量为２．５ｍｍ时的承载比大于贯入量５ｍｍ时的承载比，结果采用贯入量为２．５ｍｍ时的承载比，即黄河泥沙的承载比为１６．８％，符合‘公路路基施工技术规范“［１２］中高速公路㊃５２１㊃及一级公路下路堤㊁上路堤㊁下路床与上路床填料承载比要求㊂３．５㊀压实度分析经过路基的层层铺设与碾压，对上路床３０ｃｍ厚度的土层与下路堤２５ｃｍ厚度的土层进行现场压实度检验，结果见表５㊂表５㊀土层压实度检验结果测点上路床压实度／％下路堤压实度／％１９６．５９５．１２９６．９９６．９３９８．３９３．３４９７．１９５．１㊀㊀由表５可知：上路床土层４个测点的压实度范围为９６．５％ ９８．３％，均值为９７．２％，表明工地实际达到的干密度与最大干密度比值为９７．２％，含水率也接近最佳含水率，土层的稳定性良好，满足设计要求（压实度设计值为９６％）；下路堤土层４个测点的压实度范围为９３．３％ ９６．９％，均值为９５．１％，满足压实度大于９３％的设计要求㊂压实度间接反映土层的含水率，由于黄河泥沙透水性好㊁黏结度小，含水率低时土层松散㊁承载力低，含水率过大容易造成弹簧㊁翻浆，因此黄河泥沙用于路基填筑时要注意掌握好压实度㊂３．６㊀讨㊀论室内试验结果表明黄河泥沙属于公路土中级配良好的砂类土，虽然满足‘公路路基设计规范“对路基填料的要求，但从黄河泥沙筛分结果来看，含有较大比重的细沙，所以黄河泥沙在用于路基填筑时应注意掌握好压实度，并且可以掺入石灰对土质进行改良［１３］，提高抗剪强度㊂虽然将黄河泥沙应用于高速公路的路基填筑时压实度满足设计要求，但是公路的建设正处于施工阶段，还未通车运行，应继续对黄河泥沙在公路上的应用效果进行跟踪评价，为黄河泥沙应用于公路路基填筑提供进一步的技术参考㊂受坡降㊁流速㊁冲刷㊁人类活动等影响，黄河泥沙粒径随时空的变化有所差异［１４］，本文只是对黄河下游泥沙进行室内土工试验和工程现场检测，试验结果满足路基填料的相关规定与设计要求，如需利用黄河中上游泥沙，仍需进行公路土工试验分析，探讨是否满足规范要求㊂由于黄河泥沙质地疏松，透水性好，黏结度小，因此在应用于公路路基填筑时要做好路基排水措施，尽量避免应用于多雨潮湿地区和地下水位过高地区㊂４㊀结㊀论通过室内公路土工试验与应用黄河泥沙于长深高速高青至广饶段Ｋ２３＋６２０ Ｋ２３＋７２０路基现场检测试验，得到：黄河泥沙属于公路土中级配良好的砂类土，液限为２９．５％㊁塑性指数９％，承载比为１６．８％，均符合‘公路路基设计规范“与‘公路路基施工技术规范“中路基填料的相关规定；路基应用效果检测测得上路床压实度均值为９７．２％，满足压实度设计值为９６％的要求；测得下路堤压实度均值为９５．１％，满足压实度设计值为９３％的要求㊂结果表明黄河泥沙是一种良好的路基填筑材料，可以代替素土使用，不仅符合一般公路路基的填筑要求，而且可以作为高速公路的路基填料㊂考虑到泥沙运输的费用，黄河泥沙可以用于近距离的公路及高速公路的路基填筑，泥沙价格较低，大规模利用黄河泥沙既可以降低公路及高速公路路基填筑成本，又可以减少黄河泥沙在周边的淤积，减少周边土地的沙化，改善周边的生态环境，找到一条黄河泥沙的长久利用之道，实现黄河的健康㊁可持续发展㊂参考文献：［１］㊀顾列亚，葛东宝，张玥．黄河泥沙资源化利用评价［Ｊ］．人民黄河，２０１０，３２（６）：４４－４５．［２］㊀王晓彤，胡振琪，梁宇生，等．基于水分特性的采煤沉陷地充填复垦黄河泥沙容重优选［Ｊ］．农业工程学报，２０１８，３４（１６）：２５８－２６４．［３］㊀王立久，姚文艺，冷元宝．黄河泥沙资源利用途径与原则［Ｊ］．人民黄河，２０１４，３６（７）：９－１２．［４］㊀曹永潇．黄河下游泥沙资源利用与管理研究［Ｊ］．价值工程，２０１５，３４（２４）：１１－１３．［５］㊀卢佩霞，殷成胜，王会芳．垃圾炉渣用于路基填筑的土工特性试验分析［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２０１５，３２（９）：５１－５４．［６］㊀杨闯，唐朝晖，柴波，等．煤矸石击实特性试验［Ｊ］．地质科技情报，２０１７，３６（３）：２３０－２３４．［７］㊀中华人民共和国交通部．公路土工试验规程：ＪＴＧＥ４０ ２００７［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００７：６－１０，６７－７０，８５－８８，１３２－１３５，１３７－１４１．［８］㊀郭晓华．ＣＢＲ试验的重要性分析［Ｊ］．交通标准化，２００５（９）：８１－８３．［９］㊀中华人民共和国交通部．公路路基路面现场测试规程：ＪＴＧＥ６０ ２００８［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００８：１８－２２．［１０］㊀黄春霞．土力学［Ｍ］．南京：东南大学出版社，２０１２：６－７．［１１］㊀中华人民共和国交通部．公路路基设计规范：ＪＴＧＤ３０ ２０１５［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１５：９－１０．［１２］㊀中华人民共和国交通部．公路路基施工技术规范：ＪＴＧＦ１０ ２００６［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００６：９－１１．［１３］㊀陈卫尤．对公路工程路基处理的探讨［Ｊ］．科技信息（科学教研），２００７（２８）：１０５．［１４］㊀孙维婷，穆兴民，赵广举，等．黄河干流悬移质泥沙粒径构成变化分析［Ｊ］．人民黄河，２０１５，３７（５）：４－９．ʌ责任编辑㊀张㊀帅ɔ㊃６２１㊃。
黄河泥沙的合理利用浅析
黄河泥沙的合理利用浅析1. 引言黄河作为中国的第二大河流，流域面积广阔，带来了丰富的泥沙资源。
黄河泥沙具有丰富的营养物质和矿物质，对于土壤肥力的提升和农作物的生长具有重要作用。
然而，由于黄河泥沙含有较高的悬浮物和污染物，在过去的几十年中，泥沙的过量排放导致了河床淤积、洪水灾害和水质污染等问题。
因此，合理利用黄河泥沙成为了一个重要的话题。
2. 黄河泥沙的特性黄河泥沙的主要特性包括以下几个方面：•含有丰富的悬浮物：黄河泥沙含有大量的细粒悬浮物，这些悬浮物中富含有机质、矿物质等营养物质，对于提升土壤肥力具有重要作用。
•包含有污染物：由于黄河流经的工业区域较多，泥沙中也含有重金属等污染物质，对环境造成一定的压力。
3. 黄河泥沙的利用途径合理利用黄河泥沙可以从以下几个方面考虑：3.1. 农业生产黄河泥沙中富含的有机质和矿物质可以用来改善土壤肥力，促进农作物的生长。
通过在农田中施加黄河泥沙，可以提高土壤的保水性和肥力，从而增加作物的产量和质量。
3.2. 建筑材料黄河泥沙可以利用其细粒悬浮物的特性，制成砖块、瓦片等建筑材料。
这些材料具有良好的保温性能和抗压能力，可用于建筑和修建工程。
3.3. 沉积物资源回收黄河泥沙沉积物中也有一定的资源可以回收利用。
例如，研究表明，黄河泥沙中富含稀土元素，这些元素是一些高科技产业的重要原材料。
因此，通过对泥沙沉积物的处理和提取，可以回收更多有用的资源。
3.4. 河道治理黄河泥沙的合理利用还可以用于河道的治理。
通过合理的泥沙调控，可以减少河床的淤积和河道的冲刷，从而减少洪水灾害的发生。
4. 黄河泥沙合理利用面临的挑战在合理利用黄河泥沙的过程中，面临着一些挑战：•悬浮物含量高：黄河泥沙中悬浮物含量较高，处理难度相对较大。
•污染物处理：黄河泥沙中也含有一定的污染物，需要采取适当的处理技术降低其对环境的影响。
•巨大的数量：黄河每年带来的泥沙数量巨大，处理和利用需要大规模的设备和工程。
基于水分特性的采煤沉陷地充填复垦黄河泥沙容重优选
使容重控制为 1.5 g/cm3，能够在一定程度上提高黄河泥沙的持水性，实现黄河泥沙充填复垦耕地生产力水平的提高。
关键词：含水率；孔隙度；复垦；黄河泥沙；充填复垦
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.033
中图分类号：TD88；S281002-6819(2018)-16-0258-07
王晓彤，胡振琪，梁宇生，陈 洋. 基于水分特性的采煤沉陷地充填复垦黄河泥沙容重优选[J]. 农业工程学报，2018，
34(16)：258－264. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.033
Wang Xiaotong, Hu Zhenqi, Liang Yusheng, Chen Yang. Optimal bulk density infilling reclamation of mining subsidence land
土壤孔隙是土壤水分运动的空间，同一土体随容重
收稿日期：2018-03-27 修订日期：2018-07-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目（41771542） 作者简介：王晓彤，博士研究生，主要从事土地复垦与生态修复研究。 Email：xiaotong0532@ ※通信作者：胡振琪，教授，博士生导师，主要从事土地复垦与生态修复研 究。Email：huzq1963@
（中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所，北京 100083）
摘 要：为探究黄河泥沙容重与水分运动特征参数的关系，优选黄河泥沙充填复垦的最佳容重设计，运用土壤的概念和
性质进行类比研究。根据不同容重条件下饱和含水率与饱和导水率的实测值、van Genuchten 模型中进气吸力相关参数
和经验参数 m 的模拟值，分别建立经验模型，相关系数 0.992~0.995（P<0.01），决定系数 0.938~0.990，理论值与实测值
黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践
黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践胡振琪;邵芳;多玲花;武善元;李星宇;Kevin McSweeney【摘要】Subsidence is one of the most serious ecological and environmental problems in eastern China,and the main purpose of subsided land reclamation in these areas is to restore into farmland.The new technique of reclaiming subsided land with Yellow River sediments in the form of spaced strips was used in Qiuji Coal Mine,Shandong Province.The technique process,reclaimed landscape,soil profiles,soil physical and chemical properties,and productivity were researched.The results shown that 100％ of subsided land could be reclaimed,and more than 95.12％ was cultivated land.Water-holding capacity of 60 cm soil covered on the sediment layer of reclaimed farmland was suitable to crops growth,but soil bulk density was higher and porosity was lower than control farmland due to mechanical compaction.Reclaimed farmland had higher pH values and lower EC content than control farmland where was available for crop growth.According to the standard classification of the Second Soil Survey of China,the contents of available nitrogen,available phosphorus and organic matter of soil in reclaimed farmland were in a low level;and the content of available potassium was in a medium level;the content of total nitrogen was in a very low level;and the content of total phosphorus and total potassium were in a medium-highlevel.Therefore,the farmland should apply organic and nitrogen fertilizer before plant crops.The field investigation showed that the reclaimed andcontrol farmland had the same corn yield.The research showed that the technique of reclaiming subsided land with Yellow River sediments in the form of spaced strips was feasible in a large-scale subsided area,and this case in Qiuji Coal Mine also could be a specific example for the reclamation of mining subsidence land with Yellow River sediment.%为研究黄河泥沙充填采煤沉陷地复垦新技术,选取山东省德州市邱集煤矿采煤沉陷地为研究对象,提出了间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术工艺流程并进行实践,通过研究复垦农田地貌景观、土壤剖面、复垦土壤理化性质以及复垦农田生产力,揭示复垦新技术工艺的优越性.结果表明:黄河泥沙间隔条带式一次性充填采煤沉陷地复垦技术可行,土地复垦率为100％,耕地面积恢复率可达95.12％;技术实现表土和心土的分别剥离与回填,构造出与原有农田相似的上部60 cm土层结构,具有较好保水性和持水性,但在覆土过程中存在机械压实情况,具有较高的密度和较低的孔隙度;复垦农田覆盖土壤pH值较高,覆土层属于中度盐土,其基本不缺全磷、全钾(中高水平),轻度缺少速效钾状态(中级水平),缺少速效氮、有效磷、有机质(低级水平)和严重缺少全氮(极低水平),因此在复垦农田耕种过程中注意施加氮肥和有机肥;实地测产发现,复垦农田玉米产量(11 961.07 kg,/hm2)与对照农田产量(13 032.80 kg/hm2)无显著差异(P＜0.05),说明复垦当年即可达到原有农田产量.通过山东省邱集煤矿采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦的实践,验证了黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术的可行性,并可为该技术在其他地区的推广提供借鉴.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)003【总页数】10页(P557-566)【关键词】土地复垦;采煤沉陷地;黄河泥沙;土壤重构;农田生产力【作者】胡振琪;邵芳;多玲花;武善元;李星宇;Kevin McSweeney【作者单位】中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;山东能源临沂矿业集团有限责任公司邱集煤矿,山东德州251105;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;Department of Natural Resources and Environmental Science, University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois 61801【正文语种】中文【中图分类】TD88煤炭是中国最主要的能源，尽管由于近年来中国能源结构持续改进，其占比有所下降，但仍高达66%[1]。
济宁北部矿区引黄河泥沙充填复垦优化分析
济宁北部矿区引黄河泥沙充填复垦优化分析张梦虹;吴侃【摘要】济宁北部矿区属于高潜水位矿区,传统的土地复垦方法耕地恢复率较低,同时该矿区地属平原,复垦时不能提供充足的充填土料.针对传统复垦方法的不足,考虑到济宁北部矿区毗邻黄河,引水取沙十分方便,提出引黄河泥沙充填复垦的新方法.首先根据煤矿产量估计不同时段沉陷面积和容积,进而测算不同时段复垦需沙量和引水量.再根据引黄河泥沙充填复垦工艺确定优化原则,包括管道布设优化原则、复垦顺序优化原则、提高管道输沙效率和输沙能力原则.根据优化原则,选择合适的管网铺设形式降低复垦成本;根据煤矿开采情况,选择沉陷稳定区域优先开采,避免重复复垦;选择合适的采沙输沙设备及其配套设备、管道管径、管材、不淤流速、最佳输水含沙量,以有效提高管道输沙能力、泥沙输送效率.优化成果可为实际引黄河泥沙充填复垦工程提供依据.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】5页(P158-162)【关键词】引黄河泥沙复垦;管道输沙;需沙量;引水量;优化分析【作者】张梦虹;吴侃【作者单位】中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TD88煤炭是我国的基础能源,长期以来,煤炭资源在我国一次性能源的生产和消费中占有十分重要地位[1]。
山东省是我国发现、开采、利用煤炭最早的省份之一,全省各地存在大面积的采煤沉陷区[2]。
截止到2013年,济宁市因采煤造成沉陷土地19 972.31 hm2,占全市土地总面积的1.73%,现在每年仍在增长[3]。
针对济宁市的开采沉陷土地复垦,需要考虑其具体情况。
首先,济宁北部矿区属于高潜水位平原矿区,该类矿区在开采后会形成大面积的深度积水。
传统的土地复垦方法如深垫浅法、疏排法、平整土地与修建梯田法和矸石、粉煤灰充填复垦法等对于该类矿区塌陷地的耕地恢复率较低,并不能根本解决济宁市耕地逐年减少的问题[4]。
16-济宁矿区北区引黄河泥沙充填复垦限制因素及协调措施-2016年第4期
济宁矿区北区引黄河泥沙充填复垦限制因素及协调措施贺一波,吴㊀侃(中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221008)[摘㊀要]㊀黄河的可需沙量㊁输沙所用水量㊁管道输沙能力㊁沉陷区位置㊁体积及稳定性㊁排水量及排水地的选择是引黄河泥沙充填复垦沉陷区必须考虑的限制因素㊂通过已知的参数㊁公式,计算各限制因素的数值,分析各因素对引黄充填复垦沉陷区的影响,并结合实际情况提出合适的协调措施㊂[关键词]㊀黄河泥沙;充填复垦;限制因素;协调措施[中图分类号]TD88㊀[文献标识码]A㊀[文章编号]1006-6225(2016)04-0095-05Limitation Factors and Coordinate Measures of Filling Reclamation with Silt ofYellow River in the North Part of Jining Mine DistrictHE Yi-bo,WU Kan(Environment and Surveying College,China University of Mining &Technology ,Xuzhou 221008,China)Abstract :The limitation factors that must be considered during filing reclamation in subsidence area with Yellow River silt were siltdemand㊁water demand for silt transportation,silt transportation capacity of pipeline,subsidence area position,subsidence area body and stability,drainage capacity and drainage site．The limitation factors values were calculated by parameters and formula that known,the influence that to filling reclamation was analyzed,and then proper coordinate measures were put forward under in practical．Key words :silt of Yellow River;filling reclamation;limitation factor;coordinate measure[收稿日期]2016-01-22[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2016．04．025[基金项目]国家 十二五 科技支撑计划课题资助(2012BAC04B03)[作者简介]贺一波(1993-),女,山西朔州人,在读硕士研究生㊂[引用格式]贺一波,吴㊀侃．济宁矿区北区引黄河泥沙充填复垦限制因素及协调措施[J ]．煤矿开采,2016,21(4):95-99．㊀㊀随着煤矿资源的大规模开发,煤矿开采造成的地表塌陷面积日益扩大,据统计,全国煤矿开采塌陷土地累计已达4ˑ106hm 2[1]㊂采煤沉陷地利用煤矸石㊁粉煤灰等固体废弃物进行充填复垦,利用修整法㊁疏排法和挖深垫浅法进行非充填复垦等,初步形成了具有中国特色的采煤沉陷地复垦技术[2]㊂济宁矿区位于黄河下游的高潜水位地区,疏排法㊁挖深垫浅法和修整法并不适用,此外受充填材料的数量和质量的限制,应用煤矸石㊁粉煤灰等材料完成大面积的充填复垦并不现实[3]㊂近几年有学者提出了新的土地复垦方法,即引黄河泥沙充填煤矿沉陷区㊂黄河由于泥沙问题所引发的洪水灾害曾给人们带来过深重灾难,泥沙问题始终是黄河治理的症结所在,国家为此也投入了大量人力㊁物力和财力[4]㊂引黄河泥沙充填煤矿沉陷区的方法既打破了传统充填材料数量和质量的限制,又可以治理黄河泥沙问题㊂本文即用引黄河泥沙的方法复垦济宁北部煤矿沉陷区,主要分析了复垦工程的一些限制条件,并结合实际提出合适的协调措施㊂1㊀研究区域基本情况济宁北部煤矿沉陷区包括17个煤矿,矿区总面积为73412hm 2,累计探明资源储量4Gt㊂研究区各煤矿分布见图1㊂图1㊀研究区域各煤矿分布根据各矿提供的采掘计划和矿产资源规划,详细分析其开采资料,选取合适的预测参数,把条件相同的工作面划归为一个区域,并以这些区域作为59第21卷第4期(总第131期)2016年8月煤㊀矿㊀开㊀采COAL MINING TECHNOLOGYVol．21No．4(Series No．131)August㊀2016计算的块段,利用MSPS软件进行计算,预测未来济宁采煤塌陷地的发展趋势㊂经过计算获得该区域不同时期的沉陷面积和体积,见表1㊂表1㊀沉陷区不同时期沉陷面积、体积统计年份沉陷面积/hm2沉陷体积/ˑ108m3截止到2009年3540．000．72截止到2015年<8913．331．40截止到2020年<13093．331．93闭坑<98346．6712．532㊀引黄复垦工艺及影响因素分析引黄河泥沙充填复垦技术工艺如下: (1)在利用黄河泥沙充填之前,首先排走待充填区域的积水㊂(2)尽可能剥离待充填区的表土(一般为0~ 200mm)和部分心土(>200~500mm),堆放在充填区域的边缘形成坝体㊂(3)采用绞吸式挖沙船采集黄河泥沙,抽取水沙速率1100m3/h㊂(4)通过直径为350mm的普通钢管输送泥沙,输送浓度达到400kg/m3,铺设管道长达7km,根据输送要求在距挖沙船3．5km处设一级加压泵,使传输速度达到1．9~2．3m/s,保证将黄河泥沙输送到试验场㊂(5)黄河泥沙被管道输送到试验场后,泥沙沉淀,清水就近排入该区附近的河道中㊂(6)充填完成后再将这些剥离的表土和心土覆盖到泥沙之上,经过土地平整形成耕地[5]㊂引黄复垦影响因素有:黄河的可需沙量;输沙所用的水量;管道输沙能力;沉陷区的位置㊁体积及稳定性;排水量及排水地的选择㊂3㊀引黄充填修复各影响因子定量预测分析3．1㊀沉陷区面积计算当已知煤炭产量㊁煤层厚度及开采深度时,可按式(1)计算地表沉陷面积:S=Qγˑm ˑ1．2+H0-3001000æèöø(1)式中,S为地表沉陷面积,m2;Q为煤炭产量,t;γ为煤的密度,t/m3;m为煤层厚度,m;H0为开采深度,m㊂3．2㊀沉陷区体积计算当已知煤炭产量时,可按式(2)计算沉陷体积:V=Qˑq/γ(2)式中,V为到达地表的沉陷体积,m3;Q为煤炭产量,t;q为下沉系数,初次采动下沉系数q=0．73,重复采动q=0．88;γ为煤的密度,t/m3㊂3．3㊀需沙量计算当已知待充填采煤塌陷地的沉陷体积和复垦所用泥沙的密度时,需沙量可按式(3)算出:M s=Vˑρs(3)式中,M s为复垦工程需沙量,t;V为沉陷体积, m3;ρs为泥沙密度,t/m3㊂3．4㊀引水量计算由于引黄充填复垦技术采用水力输送的方式将黄河泥沙输送到待充填塌陷地,输送泥沙需要挟带一定量的水,因此在输沙管道中输送的不只是黄河泥沙,而是沙㊁水混合物形成的泥浆㊂鉴于水流与泥沙之间存在的密切关系,引黄复垦工程的引水量是指通过输沙管道将泥沙输送到待充填塌陷地所用的清水水量,是在特定输沙情况下的净水量,由于清水的密度为1t/m3,因此输沙水量也可指从泥浆的体积中除去泥沙体积所剩的净水体积㊂假设管道输水含沙量,可推导出引黄复垦工程引水量的计算公式,见式(4):M w=M s S输ˑ1-S输ρsæèöøˑρw(4)式中,M w为复垦工程引水量,t;M s为复垦工程需沙量,t;S输为管道输水含沙量,kg/m3;ρs为泥沙密度,kg/m3;ρw为清水密度,t/m3㊂3．5㊀管道输送能力计算引黄充填复垦技术采用管道水力输送的方式运输黄河泥沙㊂通过对济宁北部引黄充填治理区内各塌陷片区位置进行调查,这些塌陷片区和就近的引黄闸距离都较大,比如最远的许厂煤矿塌陷片区距陈垓引黄闸约86km,最近的杨营煤矿塌陷片区距陈垓引黄闸的直线距离也达到了8．5km,因此在此次复垦工程中,需要采用长管道远距离输沙的方式来输送泥浆㊂长管道远距离输沙是一个多因素相互作用㊁相互影响的复杂系统工程,管道的输沙能力可用单位时间内管道的输沙量来衡量,输沙量可按式(5)计算:W=Q泥S输=πr2v()S输(5)式中,W为输沙量,kg/h;Q泥为泥浆流量,m3/h; S输为管道输水含沙量,kg/m3;r为输沙管半径, m;v为泥浆流速,m/h㊂3．6㊀排水量估算充填复垦排水量取决于引水量㊁充填过程中引水损失量和沉陷区内的常年积水量㊂充填过程中引69总第131期煤㊀矿㊀开㊀采2016年第4期入的水量有一小部分漏失或渗入地下,而常年积水量有一部分与引入水量一起排出,一部分埋入地下成为潜水㊂总的排水量与充填过程中的引水量基本相当(略大于引入的水量)㊂根据式(5)可计算得到沉陷区不同时期引沙取水情况,见表2㊂其中,黄河泥沙密度为2．71t/m3[6],管道输水含沙量为500kg/m3㊂表2㊀沉陷区不同时期引水取沙情况统计年份需沙量/108t引水量/103m3排水量/108m3截止到2009年1．9513．1803．194截止到2015年3．7946．1886．203截止到2020年5．2308．5318．562闭坑33．95655．38355．9214㊀引黄充填修复约束因素分析4．1㊀引水㊁取沙时间约束黄河山东段来水年内分布不均匀,具有夏㊁秋季水丰,春㊁冬季水枯的特点[7]㊂通过对陈垓㊁刘庄引黄闸历年引水时间进行频率分析,可求得不同保证率下的可引水天数,多年平均引水时间为253d,在保证率为50%时可引水天数为268d,在保证率为75%时可引水天数为193d,在保证率为95%时可引水天数为163d㊂由于引黄充填复垦工程的需水量较大,为了能最大限度地延长引水取沙施工时间,每年除在冬季封河时段不宜引水㊁汛期内7-8月禁止采砂以及因引水含沙量较小(渠道沙量较少)而停工的时段外,其余时间均进行引水取沙的施工,同时由于农作物生长的需要,目前春季大部分来水已被引用,为保证沿黄地区工农业正常用水的需求,引水取沙时间还应该尽可能地向汛期及冬季延长,据此估计每年的引水取沙天数约为260d㊂4．2㊀需沙量总量约束黄河下游河道由于来水含沙量高,泥沙颗粒较细,河床冲淤变化幅度较大,呈现出 多来多淤多排 的特点[8]㊂淤沙存量大㊁处理难㊂根据高村㊁利津水文站多年的实测资料,进入山东省的年均沙量为5．57ˑ108t,利津站年均入海沙量为4．55ˑ108t[9]㊂根据沙量平衡理论,每年将约有1ˑ108t 泥沙淤积在高村-利津的河道,从而抬升河床,容易发生洪水造成严重损失㊂根据表2计算的不同时期的引水量和排水量即可计算得到年平均引水量和取水量,见表3㊂由表3可知,在不采集黄河中原有淤积泥沙的情况下,每年河道内新增的泥沙淤积量能够基本满足引黄充填复垦工程的需要㊂同时采沙可有效减少表3㊀沉陷区不同时期平均年引水取沙统计108t年份引水量需沙量年平均引水量年平均需沙量2009年底3．1801．951--2010-20153．0071．8430．5010．307 2016-20202．3431．4360．4690．287黄河泥沙淤积,达到清淤的效果,对于当地的黄河治理也有积极的作用㊂因此,需沙量总量不存在约束㊂4．3㊀引水总量约束引黄充填治理工程完成后,引入的清水将排灌到沉陷区周围的沟渠㊁河道中,进入南四湖流域,会造成黄河水资源不断减少㊂由于黄河流域严重缺水,黄河水利委员会采用限额取水的方法对黄河水资源的可引水量进行分配管理㊂根据1987年国家‘黄河可供水量分配方案“( 八七方案 ),山东省年引黄水量为7Gm3[10],分配给济宁市的可引黄水量为0．4Gm3/a[11]㊂济宁市的年均引黄水剩余量为0．214Gm3/a,而每年进行复垦所需的引水量约为0．05Gm3,所以能够满足引黄复垦的引水需要㊂4．4㊀沉陷区大小㊁距黄河的距离及稳定性约束这里的 沉陷稳定性 指井下可采煤层全部采完后,地面不再产生沉陷,而不是指一个工作面㊁一个采区或一个煤层开采结束后的沉陷稳定㊂本区域矿山大多为多煤层开采,地表沉陷分多次形成,因此引黄充填治理工程需待沉陷稳定后进行㊂否则,将会形成多次复垦㊁重复复垦的情况㊂复垦工程受到沉陷区稳定性的制约,另外还受沉陷盆地的大小及距黄河取沙点距离的制约,沉陷盆地面积小,复垦效率低,成本高;距离远,复垦成本高㊂4．5㊀输送能力约束在不同泥浆流量的条件下,对输沙管道的复垦能力进行了计算,其中,黄河泥沙的密度为2．71t/ m3,管道输水含沙量取500kg/m3,年引水取沙时间为260d㊂计算结果见表4㊂表4㊀输沙管道复垦能力测算结果泥浆流量/(m3㊃h-1)年引水量/104m3年需沙量/104t可复垦面积/hm2可复垦容积/104m3 50025415635．65775038123453．486100050831292．6115通过对表4分析可知:当管道输水含沙量为500kg/m3㊁泥浆流量为1000m3/h时,每年可复垦92．6hm2,要复垦完成2009年前形成的沉陷区就需79贺一波等:济宁矿区北区引黄河泥沙充填复垦限制因素及协调措施2016年第4期要38a㊂要实现 塌陷一亩㊁复垦一亩 的目标,至少需要16条输沙管道连续工作10a的时间㊂因此,复垦工作是一个长期的工作㊂管道输沙能力是决定复垦进度的关键约束因素㊂可利用提高管道输水含沙量的方法来提高管道输沙效率㊂4．6㊀排水约束引黄充填治理工程完成后,引入的清水将排灌到采煤塌陷区周围的沟渠㊁河道中,进入了南四湖流域㊂由于本地区河网㊁沟渠密布,又是缺水地区[12],因此,引入水量的排水和利用不存在约束㊂5㊀协调措施分析根据上述对黄河泥沙充填复垦技术各因素的分析,需沙量不存在制约;取水量虽有限制指标,但相对于目前的管道输沙能力而言,不存在制约;排水有多个可供选择的途径,也不存在制约㊂黄河泥沙充填复垦技术的制约因素主要有:引水取沙时间(复垦工程的可施工时间),管道输沙能力,沉陷区大小㊁距黄河的距离及稳定性㊂在黄河泥沙充填复垦技术的具体实施过程中,还应结合复垦工程的实际情况选择合适的优化措施㊂5．1㊀选择复垦适宜区尽管本区域已经存在很多沉陷区,但是,其中大部分沉陷区不够稳定,会继续沉陷㊂因此,须了解煤矿的开采情况,选择煤层全部开采且沉陷达到稳定的区域优先复垦㊂本区域目前的沉陷区距黄河取沙点的距离为8．5~85km,根据管道输送距离,选择合适距离的沉陷区优先复垦㊂5．2㊀提高管道输送能力在引黄充填复垦工程的实施过程中,管道输沙能力越强,在相同时间内能够复垦的土地也就越多,管道输沙能力会影响复垦工程的施工效率㊁施工进度及复垦成本㊂根据式(5)可知,管道输沙效率主要与管道输水含沙量和泥浆流量有关,因此可采取提高管道泥浆流量或者提高管道输水含沙量的方法来提高管道输沙效率㊂5．2．1㊀提高泥浆流量泥浆流量主要与泥浆泵㊁加压泵等采沙㊁输沙设备有关,因此需要采用高压㊁大流量的泥浆泵及加压泵,一旦采沙㊁输沙设备确定,输沙管道的设计流量就被确定下来㊂但在管道实际输沙过程中,管道中的泥浆流量往往达不到设计流量,这主要是因为泥浆流量与管材㊁管径及泥浆流速还有着密切关系:(1)管材㊀由于管道输沙过程中泥浆和管道内壁有摩擦作用,管壁越粗糙,泥浆输送的阻力损失越大;而泥沙粒径越大㊁泥浆流速越快㊁输水含沙量越高对输沙管道的磨蚀也越严重,因此输沙管道必须选用内壁光滑且耐磨性能强的材料㊂(2)管径㊀在相同流量情况下,沿程阻力损失与管径成反比㊂虽然增大管径可以在一定程度上减小沿程阻力损失,但由于管径的大小还与流速密切相关,在流量相同的情况下,若管径偏大,管道中泥浆流速自然偏小,容易在管道中产生泥沙淤积,反而降低了泥浆输送效率,因而不能盲目增大管径㊂(3)泥浆流速㊀泥浆流速小易造成输沙管道堵塞,泥浆流速越大对输沙管道的腐蚀越严重,因此确定管道输沙不淤流速至关重要,管道输沙不淤流速是管道运行的最低控制流速[13],也是管道系统设计与运行的重要技术参数之一㊂工程实施前需通过试验确定管道的不淤流速,为选择合适的管径㊁设计经济合理的输水含沙量提供依据㊂5．2．2㊀提高管道输水含沙量随着输水含沙量的增加,泥浆的输送阻力会相应变大,使得输沙管道沿程能量损失增大,导致输沙管道堵塞㊁泥浆流速变小,过高的输水含沙量反而会降低管道输沙能力,影响管道输沙效率㊂根据多年实际生产经验和成本分析,对于管道远距离输沙,其最佳输水含沙量(经济含沙量)应为400~ 600kg/m3㊂综上所述,虽然提高管道输沙能力可以提高复垦工程的施工效率㊁加快施工进度㊁降低复垦成本,但由于影响管道输沙能力的因素多且复杂,因此在实施引黄充填复垦工程前,需要进行专门试验优选泥浆泵㊁加压泵等采㊁输沙设备,优化管道远距离输沙技术参数(管材㊁管径㊁含沙量㊁流速㊁泥沙粒径等)㊂5．3㊀合理排水及利用根据管道输沙能力确定每年的排水量,并结合复垦区域的水系情况,确定排水到南四湖㊂南四湖位于山东省济宁市南部,地处鲁中南沂蒙山脉西侧山麓堆积平原和黄河冲积平原接合部的隐伏断裂带上,是串联在一起的微山湖㊁昭阳湖㊁独山湖㊁南阳湖四个湖的总称㊂湖泊南北长126km,东西宽5~25km,周边长311km,湖面面积1266km2[14],容积为5．36Gm3,现有水量1．93Gm3㊂89总第131期煤㊀矿㊀开㊀采2016年第4期南四湖流域水旱灾害频发,流域内人均水资源量不足300m3,其中人均地表水资源量仅128m3㊂按照国际人均水资源量不足500m3为严重缺水的控制线,属资源性严重缺水地区[12]㊂现预计年引入水量为0．175Gm3,流入的水可以起到补给南四湖水量的作用㊂各矿可铺设管道将水排到最近的河道,水流可供沿途地区工农业生产的需要,剩余水量进入南四湖㊂5．4㊀协调设计引黄充填复垦是一项长期的任务,充填复垦工程须在如下几个方面做到协调:(1)地面沉陷复垦区的选择与井下开采相协调㊀优先选择井下煤层全部开采结束的区域,地面沉陷已稳定,不会出现再次沉陷㊂避免多次复垦㊁重复复垦㊂(2)复垦区位置㊁面积与管道输送能力相协调㊀在沉陷已稳定的区域优先选择位置距黄河较近,沉陷区面积有一定规模的沉陷盆地,按照沉陷区面积大小,配置管道输送能力,以确保复垦工程的相对稳定和可持续㊂(3)取水与排水利用相协调㊀根据复垦区的大小和体积,计算复垦需要的引入水量,申请黄河取水许可㊂根据引入水量㊁复垦区的积水量㊁潜水位及沉陷盆地积水水位标高,计算排出水量㊂设计排水路径和利用方案㊂(4)复垦规模与经济成本控制相协调㊀根据沉陷区的大小,距黄河的远近,确定每年的复垦规模,使复垦成本尽可能降低,达到经济效益最大化㊂6㊀结㊀论(1)引黄复垦影响因素有:黄河的可需沙量;输沙所用的水量;管道输沙能力;沉陷区的位置㊁体积及稳定性;排水量及排水地的选择㊂(2)根据数据的分析,需沙量㊁引水量不受限制;管道输沙能力排水有多个可供选择的途径,也不存在制约㊂所以黄河泥沙充填复垦技术的制约因素主要有:引水取沙时间(复垦工程的可施工时间),管道输沙能力,沉陷地稳定性㊁大小及距黄河的距离㊂(3)结合实际情况,优先考虑离黄河距离近㊁沉陷区面积大㊁且沉陷稳定的沉陷区先行复垦,要做到:地面沉陷区的选择与井下开采相协调;沉陷区位置㊁面积与管道输送能力相协调;取水与排水利用相协调;复垦规模与经济成本控制相协调㊂[参考文献][1]李清芳,马成仓,周秀杰,等．煤矿塌陷区不同复垦方法及年限[J]．淮北煤炭师范学院学报,2005,26(1):49-51．[2]胡振琪,肖㊀武,王培俊,等．试论井工煤矿边开采边复垦技术[J]．煤炭学报,2013,38(2):301-307．[3]邵㊀芳,王培俊,李恩来,等．沉沙排水措施在黄河泥沙充填复垦中应用的可行性[J]．能源环境保护,2013,27(3):1-5．[4]王立久,姚文艺,冷元宝．黄河泥沙资源利用途径与原则[J]．人民黄河,2014,36(7):9-12．[5]胡振琪,王培俊,邵㊀芳．引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地技术的试验研究[J]．农业工程学报,2015,31(3):288-295．[6]马㊀俊．长距离输水管网优化设计与研究[D]．郑州:郑州大学,2010．[7]修林发．黄河山东段水资源特点和开发利用对策研究[D]．济南:山东大学,2007．[8]陈㊀萍,申红彬,吴保生,等．黄河下游冲淤量计算方法[J]．水利发电学报,2013,32(6):157-164．[9]张建怀．黄河山东段水资源可持续开发利用研究[D]．北京:中国农业大学,2005．[10]国家计委和水电部．黄河可供水量分配方案[R]．北京:国家计委和水电部,1987．[11]关于印发山东境内黄河及所属支流水量分配暨黄河取水许可总量控制指标细化方案的通知[EB/OL]．http:// www．docin．com/p-63504503．html,2010-02-12．[12]张爱军,王慧敏,彭世章．南水北调东线南四湖水资源管理体制探讨[J]．水利水电科技进展,2004,24(6):21-23,30．[13]曹三海．黄河下游引黄灌区管道输水灌溉工程规模优化方法研究[D]．泰安:山东农业大学,2013．[14]辛良杰．南四湖湖泊湿地生态环境需水量初步研究[D]．济南:山东师范大学,2005．[15]何㊀强,吴㊀侃,许㊀冬,等．南四湖流域采煤沉陷区引黄复垦需沙量估算与分析[J]．中国矿业,2015,24(2): 67-71．[16]王培俊,邵㊀芳,刘俊廷,等．黄河泥沙充填复垦中土工布排水拦沙效果的模拟试验[J]．农业工程学报,2015,31(17):72-80．[17]王㊀强．南四湖水资源规划及管理研究[D]．南京:河海大学,2006．[18]李允生,张㊀涛,朝希才．煤矿塌陷区超高水材料充填复垦环境效应技术研究[J]．山东煤炭科技,2013(5):128-129．[19]胡振琪,龙精华,王新静．论煤矿区生态环境自修复㊁自然修复和人工修复[J]．煤炭学报,2014,39(8):1751-1757．[20]王培俊,胡振琪,邵㊀芳,等．黄河泥沙作为采煤沉陷地充填复垦材料的可行性分析[J]．煤炭学报,2014,39(6): 1133-1139．[21]邵㊀芳,王培俊,胡振琪,等．引黄河泥沙充填复垦农田土壤的垂向入渗特征[J]．水土保持学报,2013,27(5): 54-58,67．[责任编辑:徐乃忠]99贺一波等:济宁矿区北区引黄河泥沙充填复垦限制因素及协调措施2016年第4期。
沉沙排水措施在黄河泥沙充填复垦中应用的可行性
沉沙排水措施在黄河泥沙充填复垦中应用的可行性邵芳;王培俊;李恩来;蒋知栋;乔志勇;刘东文;陈亚凯【摘要】在管道输送黄河泥沙充填采煤沉陷地复垦中,为了快速恢复耕种和实现水资源的再利用,快速沉沙排水技术是一种有效途径.本文分析了目前工程中常用的几种排水措施,探讨了其应用于沉陷区充填泥沙快速排水的可行性,为后期迅速重建农田生态系统奠定基础.【期刊名称】《能源环境保护》【年(卷),期】2013(027)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】沉沙排水;黄河泥沙;充填复垦;工程措施【作者】邵芳;王培俊;李恩来;蒋知栋;乔志勇;刘东文;陈亚凯【作者单位】中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD881 引言煤炭是我国的最主要能源，占一次能源消费的70%左右。
煤炭开采在为国民经济发展发挥巨大作用的同时，也不可避免地造成了大量土地的破坏。
据测算，井下开采万吨原煤造成的沉陷地，少的 0.033 hm2，多的达 0.533 hm2，平均 0.2～0.33 hm2[1]，使得耕地减少，人地矛盾日益尖锐。
因此将采煤沉陷地复垦为耕地就成为我国土地复垦研究的重点和难点。
自二十世纪八十年代以来，我国采煤沉陷地复垦已积累了大量经验。
主要的采煤沉陷地复垦方法有疏排法、挖深垫浅复垦法、充填复垦法、直接利用法和修整法等，初步形成了具有中国特色的采煤沉陷地复垦技术[1]。
对于高潜水位平原区，采煤沉陷地具有沉陷深度普遍较大和大范围积水的特点，使得大量农田受涝无法耕作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
黄河泥沙作为采煤沉陷地充填复垦材料的可行性分析
王培俊，胡振琪，邵 芳，蒋知栋，乔志勇，刘东文，陈亚凯
（ 中国矿业大学（ 北京） 土地复垦与生态重建研究所，北京 100083）
摘 要： 目前已有的高潜水位平原地区的采煤沉陷地充填复垦技术存在充填物料数量不足和潜在
污染性的问题。为分析黄河泥沙用作采煤沉陷地充填复垦材料的可行性，在济宁市梁山县陈垓引
WANG Pei-jun，HU Zhen-qi，SHAO Fang，JIANG Zhi-dong，QIAO Zhi-yong，LIU Dong-wen，CHEN Ya-kai
（ Institute of Land Ｒeclamation and Ecological Ｒestoration，China University of Mining and Technology（ Beijing） ，Beijing 100083，China）
黄闸上游的黄河浅滩处及附近正常耕种的农田内采集了 9 个土壤剖面样和 3 个泥沙表层样，运用
ICP－AES 等手段对其土壤质地、pH 值、电导率、有机质、营养物质和 8 种重金属（ As，Cd，Cr，Cu，Ni，
Pb，Zn，Hg） 等理化指标进行了定量分析。结果表明： ① 黄河泥沙质地类型属于砂土，保水保肥性
第 39 卷第 6 期 2014 年 6 月
煤炭学报 JOUＲNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Vol． 39 No． 6 Jun． 2014
王培俊，胡振琪，邵 芳，等． 黄河泥沙作为采煤沉陷地充填复垦材料的可行性分析［J］． 煤炭学报，2014，39（ 6） ： 1133 －1139． doi： 10． 13225 / j． cnki． jccs． 2013． 0987 Wang Peijun，Hu Zhenqi，Shao Fang，et al． Feasibility analysis of Yellow Ｒiver sediment used as the filling reclamation material of mining subsidence land［J］． Journal of China Coal Society，2014，39（ 6） ： 1133－1139． doi： 10． 13225 / j． cnki． jccs． 2013． 0987
土壤颗粒组成采用激光粒度仪进行测试； 土壤活 性酸（ pH 值） 和土壤水溶性盐指标（ 电导率） 利用蒸 馏水，按照 5 ∶ 1 的比例浸提后，分别用 pH 计和电导 率仪测定； 土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测 定。土壤全氮含量的测定采用半定量凯氏定氮法； 土 壤碱解氮的测定采用碱解扩散法； 土壤全钾的测定采 用 NaOH 熔融 － 火焰 光 度 法； 土 壤 速 效 钾 含 量 采 用 1 mol / L 的 NH4 OAc 浸提 －火焰光度法测定； 土壤全 磷的测定采用 NaOH 熔融－钼锑抗比色法； 土壤有效 磷含量采用 0. 5 mol / L 的 NaHCO3 浸提－钼锑抗比色 法测定； 重金属 Cd，Pb，As，Cr，Cu，Ni，Zn 等含量采用 ICP －AES 法测定。在测定过程中，所有的样品均由 空白样、二次平行样以及加标回收率进行质量控制。
作采煤沉陷地的充填复垦材料是可行的，但需改善其保水保肥性能和肥力水平。
关键词： 黄河泥沙； 采煤沉陷地； 充填复垦； 理化性状
中图分类号： TD88
文献标志码： A
文章编号： 0253－9993（ 2014） 06－1133－07
Feasibility analysis of Yellow Ｒiver sediment used as the filling reclamation material of mining subsidence land
煤炭 是 我 国 最 主 要 的 能 源，占 一 次 能 源 消 费 的 70% 左右。煤炭资源开采在促进经济社会发展的同 时，也带来一些负面影响。由于我国 96% 以上的煤 炭产量来自于井工开采，且多采用走向长壁全部垮落 法开采，土地不可避免地产生下沉，造成大量土地的 沉陷损毁［1－2］。据测算，井下开采万吨原煤造成的沉 陷地，少则达 0. 033 hm2 ，多则 0. 533 hm2 ，平均 0. 20 ～ 0. 33 hm2［3］。在东部高潜水位平原矿区，采煤沉陷 深度普遍较大，造成大范围积水，农田受涝无法耕作， 耕地损失率在 50% 以上，农民不得不大量搬迁。我 国采煤沉陷地复垦从 20 世纪 80 年代就开展了研究 和实践，已积累了大量经验，许多复垦技术得到了试 验和推广应用： 如采煤沉陷地利用煤矸石、粉煤灰等 固体废弃物进行充填复垦、修整法、疏排法和挖深垫 浅法进行非充填复垦等，初步形成了具有中国特色的 采煤沉陷地复垦技术［4］。但传统的挖深垫浅技术耕 地恢复率 低［4］、煤 矸 石 和 粉 煤 灰 因 作 为 充 填 复 垦 物 料的潜在污 染 性［5－8］ 以 及 被 资 源 化 利 用 而 导 致 的 数 量不足［9－10］等原因，均不能很好地解决该类地区人多 地少的矛盾。而黄河是含沙量最大的河流之一，治理 黄河关键在于治沙。为确保黄河下游安全，国家每年 都要投入巨额资金进行清淤，用于堆积淤泥的土地动 辄数万亩。如果既能处理黄河泥沙，又能解决采煤沉 陷问题，为采煤沉陷地带来源源不尽的充填资源，将 是一件两全其美的好事。目前对黄河泥沙的研究多 集中在黄河泥沙特性［11－13］及对水质的影响 、 ［11，14－15］ 入田 泥 沙 对 土 壤 性 状 的 影 响［16－18］、泥 沙 农 田 化 技 术［19－20］、泥沙中 重 金 属 含 量 及 形 态［21－22］，而 黄 河 泥 沙用于充填复垦采煤沉陷地的研究还少有报道。黄 河泥沙能否作为充填复垦材料？ 作为充填复垦材料 有哪些不足？ 这些都是采煤沉陷区黄河泥沙充填复 垦中目前亟需解决的问题。本文以山东省济宁市采 煤沉陷区为研究对象，通过采集黄河泥沙和对照农田 土壤，分析其理化性状，探讨黄河泥沙用于采煤沉陷 地充填复垦的可行性。
能差。② 黄河泥沙的 pH 呈弱碱性，电导率值很小，能满足大多数作物的生长要求。③ 黄河泥沙
的有机质、全氮、碱解氮、全钾、速效钾、全磷和有效磷含量处于中下、低或很低水平，用作充填复垦
材料需要采取适当措施加以改良。④ 黄河泥沙中的 Cd 和 Hg 未检出，Cr，Cu，Zn，Pb，Ni 和 As 含量
均未超过《土壤环境质量标准》（ GB 15618—1995） 二级和三级标准值，不会造成污染。黄河泥沙用
Abstract： The shortage and potential contamination of the materials of filling reclamation of mining subsidence land in plain area with high groundwater level is serious． In order to analyze the feasibility of Yellow Ｒiver sediment used as the filling reclamation material of mining subsidence land，nine soil profile samples of the control farmland and three surface sediment samples of the Yellow Ｒiver shoal at the upstream of Chengai diversion gate in Liangshan County of Jining City were collected． Soil texture，pH，electrical conductivity，organic matter，nutrient substance and eight heavy metals（ As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn，Hg） were analyzed by ICP-AES and other methods． The results indicate that the texture type of Yellow Ｒiver sediment is sandy soil and its capacity to retain water and nutrients is poor； the pH of Yellow Ｒiver sediment is weakly alkaline，electrical conductivity is very low，but they can meet the requirement as the reclaimed material； the contents of organic matter，total nitrogen，available nitrogen，total potassium，available potassium，total phosphorus and available phosphorus of Yellow Ｒiver sediment are at the levels of middle，low or very low and its fertility needs to be improved as the reclaimed material； Cd and Hg are not detected in the Yellow Ｒiver sediment，and the contents of Cr，Cu，Zn，Pb，Ni and As are less than the first and second level values of Environmental
（ 1963—） ，男，安徽五河人，教授，博士生导师。Tel： 010－62339045，E－mail： huzq1963@ 163． com
1134
煤炭学报