浅谈开采沉陷区土地的治理

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世界各国都很重视煤矿塌陷区的土地复垦工作,并取得了一些成功的经验,我国国务院、 国家计委、国家建设委都曾发布过有关土地复垦的规定。笔者查阅相关资料,总结了以下几 种行之有效的治理方法,并列举了一些成功的例子。
2. 地表塌陷区造地复田
2.1 利用煤矸石造地复田
地下开采煤炭时产生大量的煤矸石运到地表,堆成矸石山。应用煤矸石作为塌陷区造地 复田的充填材料,既可使破坏了的土地得到恢复,又可减少矸石山占地,消除矸石山对环境 的污染。
1. 引言
随着煤矿开采范围的不断扩大,塌陷、破坏的土地日益增多。矿区土地大面积塌陷,不 但严重破坏了矿区的生态环境,使农田荒芜,农民少地或无地耕种,而且使煤矿征地越来越 Βιβλιοθήκη Baidu难,严重影响煤炭生产任务的完成[1]。
开采沉陷造成的地表塌陷区,特别是常年积水的塌陷区内,耕地可耕性的降低常常是永 久性的。也就是说,如果不采取适当的整治措施,我们将永远失去这些可耕地。长此以往, 将给子孙后代带来不可估量的损失。据统计,我国由于采矿、建设所失去的可耕地总数已相 当于福建省全省可耕土地面积之总和。因此,受开采破坏的土地的整治和恢复,是一项极其 重要的、刻不容缓的工作。
1~21
6.5
59.8
4.6
碳 1.2~23.6
8.3
表 3 粉煤灰的化学组成 Tab.3 Chemical composition of coal ash
成分 SiO2 Al2 O3 Fe2O3 CaO MgO
Na2O
K2O
比例 40~60 15~40
/%
4~20 2~10 0.5~4
0.2~0.5
建设生活 建筑用地 民用和工业 建筑用地 建设文化娱 乐场所
表 4 沉陷区综合治理时造地复田的主要技术要求
Tab.4 Technical demand of reclamation
用途
技术要求
土地平整、铺表土层(对粮食作物表土层不小于 0.8m,对种植树木,表
土层一般不小于 1.5m,其中腐殖质土层厚度不小于 0.3~0.5m)。充填
我国许多大型煤炭生产基地附近都有电厂,利用电厂的废渣粉煤灰造地复田,在技术上 是可行的,在经济上也是合理的。
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密度 /g·cm-3 1.8~2.4
表 1 粉煤灰的物理特性
Tab.1 Physical characteristic of coal ash
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宜、全面规划、统一安排,使造地复田、复原、重建工作同时进行,发展多种经营,妥善安
排被煤矿占用了土地的农民的生活,以取得更好的经济和环境效益。
综合治理塌陷区的方法主要有:
(1)造地复田:其治理方向及主要技术要求见表 4。
治理方向
恢复 农业 用途
恢复林业 用地
图 2 挖深垫浅法治理塌陷区示意图 1-“垫浅”复土区;2-“挖深”取土区;3-鱼塘或蓄水区
4-造田后的耕地;5-原下沉的地表;6-治理后的地表 Fig2 Sketch map of excavating and fill ing method
1-filling area; 2-excavating area; 3-pound or sluice area 4-plantation after reclamation; 5-previous subsidence surface; 6-surface after cure
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浅谈开采沉陷区土地的治理
司秋亮1,王恩德1,乔河2,温守钦1,
1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳(110004) 2.北京岩土工程勘察院,北京(100083)
E-mail:siqiuliang@126.com
摘 要:开采沉陷是严重影响我国人民生活和生产建设的主要地质灾害之一,随着矿业经济 的发展,矿产资源开发规模和开发强度增大,开采沉陷问题越发突出,已成为主要的矿山地 质灾害。开采沉陷带来的主要问题就是破坏了大量的土地,不仅影响农业生产,而且还给煤 炭生产带来了很大困难。本文主要介绍沉陷区土地的治理方法,并列举国内一些成功的例子。 关键词:开采沉陷,造地复田,综合治理,粉煤灰 中图分类号:TD325
(5)发展水产和养殖业:对面积广、深度大、积水多的塌陷坑,不必过分强调复田, 可因地制宜进行整治、发展水产、养殖业和调节工农业用水,以提高经济效益。
尽管世界各国都很重视粉煤灰的综合利用,用来制砖、人造骨料(陶粒可制混凝土)、 水泥、农业肥料、提取空心微珠(可制成耐火防火材料、高温绝缘漆、保温材料、塑料充填 剂等)和有用元素、物质(锗、钼、钒、铀及SiO2、Al2O3等)等,但目前绝大多数粉煤灰 都排入山谷或平原型贮灰场,不但耗费大量资金、占用大量土地,而且会污染大气、水质和 土地,使自然环境和生态遭到破坏。利用粉煤灰造地复田,可以化“两害”(塌陷区、粉煤灰) 为“三利”(电厂、煤矿、农民三方均有利)。
渗透速度
颗粒组成/%
/m·min-1
砂粒
粉粒
粘粒
6.15~11.68
68
28
4
孔隙率 /%
60-69
项目
范围/% 平均值/%
莫来石 11.3~30.6
20.8
表 2 粉煤灰的矿物组成 Tab.2 Mineral composition of coal ash
矿物名称
石英
一般玻璃体 磁性玻璃体
3.1~15.9 42.2~72.8
0.9~1.0
利用粉煤灰对塌陷区造地复田的方法如下:
SO3 0.1~1.3
烧失量 1~10
(1)在计划复田的塌陷区内修筑贮灰场。用推土机、铲运车或汽车,按设计用量取出
塌陷区的耕植土,运到塌陷区周围,压实筑坎形成贮灰场。在塌陷区积水时,可用挖塘机和
挖泥船取土,存在塌陷区周围留作复土时使用。
(2)水力输灰。从电厂到复田的塌陷区之间铺设双排管道,把粉煤灰用水混合成灰水,
(3)平整土地和修建梯田 该方法主要用于不沉积水沉陷区、积水沉陷区的边坡地带、井工矿矸石山、露天矿剥离 堆放场。按照我国对地形特征的划分标准,地表坡度小于 2°时为平原,大于 6°为山地,2°~ 6°为丘陵,25°以上为高山。采矿形成的沉陷区附加坡度一般较小,沉陷后的地表坡度在 2° 以内时可进行土地平整耕作。沉陷后坡度在 2°~°6 之间时,可沿地表等高线修整成梯田, 并略向内倾以拦水保墒,土地利用可农林(果)相间,耕作时采用等高耕作,以利于水土保 持。我国山西、河南、山东等地一些矿区采用该法复垦沉陷地。 (4)挖深垫浅:挖深垫浅是运用人工或机械方法,将局部积水或季节性积水沉陷区下
式中 γ ——矸石压实后实际达到的密度; γ 0 ——压实前矸石密度;
2.2 利用电厂粉煤灰造地复田
我国火力发电厂用粉煤作燃料,其燃烧废渣就是粉煤灰。粉煤灰类似于砂壤土,其组成 结构以砂粒和粉粒为主,含有一定量的粘粒,平均粒径为 0.069mm,不均匀系数为 6.4,属 级配不良型。密度、容重较小,孔隙比和孔隙率都较大,因此粉煤灰结构松散,透气性好, 田间持水量小,淋溶性能强,易干旱。表 1、表 2、表 3 是粉煤灰的物理特性、矿物组成和 化学组成。
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沉较大区域挖深,以适合养鱼、蓄水灌溉等,用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区,使其 成为可种植的耕地。这种方法既复垦了沉陷土地,又改变了农业结构,变单纯种植农业为种 植、养殖相结合的农业。这种复垦方法成本低、效率高、操作简单、投资少,是我国目前普 遍采用的一种复垦方法。图 2 是这种方法的示意图。
由于充填矸石的风化、崩解、水解等作用下产生固结沉降,因而充填矸石的标高应考虑 矸石的沉陷。英国莱斯特郡的观测表明,未进行专门压实的矸石回填后的压缩量可达 7%。
一般矸石充填标高 H 采用下式计算:
H = H 0 + ∆h
式中 H 0 ——设计充填沉降后的标高,m; ∆h ——充填后的沉降量,m;由下式确定: ∆ h = ( γ − 1)h γ0 ∆ h = ( e1 − 1)h e2 + 1
煤矸石复田可分成三种情况:新排矸石复田、推平老矸石山复田和预排矸复田。 新排矸石复田,是应用排矸复田系统,将矿井新产生的煤矸石直接排入塌陷坑,推平复 土造田;推平老矸石山复田,是应用矸石堆积存的矸石做复田的充填料,并推平老矸石山, 在其上复土绿化或处理矸石山作为它用;预排矸复田,是在建井过程和生产初期,在采区上 方地表预计要发生下沉的地区,将表土取出堆放在四周,按预计的下沉等值线图,预先排放 矸石,待到下沉停止、矸石充填到预期水平后,再将堆放在四周的表土推在矸石层上复土成 田。 在将恢复的土地作为建筑场地时,对充填料要很好夯实。如煤矸石中含有有害元素时,
耕地 菜园
材料不能含有害元素,如含有有害元素,则需铺设隔离层,其层厚度不 小于 0.4m,且需夯实。水力条件好。要求表土层:土层质量密度不大于 1.5g/cm3;粘土和砂的粒度组成为 1:3 或 1:2;孔隙度不小于 40~45%; 可溶硫酸钠和硫酸镁的含量不超过 5%;氯化钠不超过 0.01%;PH值为
复土厚度一般为 10~50cm。
我国在很多电厂附近都进行过造地复田,造成的田土用来种植水稻、小麦、玉米、花生、
棉花、西瓜、蔬菜、果树等,产量一般较高,作物的有毒物质含量很低,符合卫生要求。
2.3 利用湖泥、河泥造地复田
在一些靠近湖、河的煤矿中,可以利用湖泥、河泥充填塌陷区造地复田。其方法是:先
将矿井矸石排入塌陷区填底,湖泥堆在矸石上,待泥干后用推土机推平,然后改良土壤,完
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地形有适当的坡度。需铺设表土层,层厚不小于 1.5m。 栽种树木果园
充填材料如含有有害元素,需铺设 0.4m 厚的隔离层,需夯实
蓄水池
岸边坡度不宜过陡
养鱼池
民用或工业用 土地需很好夯实。房屋需适当采取加固措施

休养所、疗养 土地需很好夯实。房屋需适当采取加固措施
院、体育场、公
园、游泳池等
(2)塌陷区疏干:在塌陷后地表大部分高于附近的河、湖水面的地区,可以采用疏干 塌陷区的方法。具体做法是,开挖大量排水渠,把塌陷区积水排入河、湖或水库;在低洼地 挖深垫浅建设水库;涝季存水、旱季灌溉;在因河床的坡降变化而使河水不能畅流时,在河 流的适当地段设置扬水站,以便雨季时把河水泵入下游排走。疏干塌陷区不但可使大部分农 田恢复为可耕地,而且可使村庄和其他建筑周围不再积水,避免了不必要的迁移,保护了生 态环境。图 1 给出了这种方法的一个例子。在条件合适时,这种方法可创造较好的经济和环 境效益。
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应在矸石和复土间铺设一定厚度的(如 0.4m)隔离层,再在其上铺设足够厚度的复土(一 般 0.5~0.8m),才可进行种植。在复田后,如地下水流流经下部矸石层时,可能使地下水受 污染,此时需在矸石层与塌陷区地表间铺设隔水层。
沉陷区土地复垦标高应根据复垦用途、地下水位标高、洪水位标高来确定。一般而言, 建筑用地复垦的标高因高于本区洪水位标高或恢复原有的地面标高。农业种植和养殖复垦 区,考虑到地下水开采后,地表及潜水位都将相对下降,为了有利于农田保墒、保水、保肥 及农作物的生长,农林复垦标高常低于原地标高,根据复垦区的潜水位标高确定。复垦后地 表高于潜水位的标高值,应根据本区农作物的耐渍深度确定[2]。
图 1 疏干法综合治理塌陷区实例 1-塌陷区边界; 2-河流; 3-排水沟渠; 4-水库; 5-村庄; 扬水站
Fig1 Example of dredge method 1—boundary of subsidence; 2—river; 3—drain; 4—reservoir; 5—village; 6—pump station
用电厂原有的泵类(PH 泵、油隔离泵等)把灰水排放到贮灰场。
(3)沉淀和排水。灰场内的灰水随着充灰不断积累沉淀,沉淀后的水由贮灰场的排水
口流经排水沟、泄入河流或江湖。由于这种水的水质较好(PH 值小于 9),不影响民用和工
业使用。
(4)复土造田。贮灰场沉淀的粉煤灰达到设计标高时停止充灰,将水排净,即可复土,
善排灌系统,绿化和再种植,最后还田。
3. 塌陷区的综合治理
一般说来,平原区的塌陷范围很大,有的还有相当多积水。造地复田是有许多优点,但 要花费大量的经费,还要有足够的充填材料。所以,一般说来,造地复田的塌陷区只能是全 部塌陷区的一部分。为了更好地全面地整治塌陷区,应进行塌陷区的综合治理,即要因地制
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