土地复垦5
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五、井下充填复垦技术介绍
井下充填复垦技术是利用填充物直接进行井下充填，以减少或避免地面沉陷， 是土地复垦的预防技术。填充物可以是煤矿固体废弃物（煤矸石、粉煤灰等）、水 泥、沙子、河泥等。
5.4 未稳沉塌陷地复垦技术介绍
我国土地复垦工作开始时面临的是大面积已稳沉土地，因此，上述都是属于“先破 坏、后治理”的模式。但是，对于高潜水位矿区，地面很容易积水，若等稳沉后再复垦， 土壤资源沉入水中，往往导致土壤资源的损失与贫化和复垦成本的增加。
矿区生态环境与土地复垦
5 采煤沉陷地土地复垦技术
5.1 挖深垫浅复垦技术 5.2 充填复垦技术 5.3 采煤沉陷地土地复垦的其他技术 5.4 未稳沉塌陷地复垦技术介绍
5.1 挖深垫浅复垦技术
挖深垫浅技术是将造地与挖塘相结合，即用挖掘机械（如挖掘机、推土机、水 力挖塘机组等），将沉陷深的区域继续挖深（“挖深区”），形成水（鱼）塘，取 出的土方充填至沉陷浅的区域形成陆地（“垫浅区”），达到水陆并举的利用目标。 水塘除可用来进行水产养殖外，也可视当地实际情况改造成水库、蓄水池或水上公 园等，陆地可作为农业种植或建筑等。
图：挖掘机+四轮翻斗车或卡车复垦
四、挖深垫浅复垦技术对比
5.2 充填复垦技术
充填复垦技术一般是利用土壤和容易得到的矿区固体废弃物（如煤矸石、坑口和 电厂的粉煤灰、露天矿排放的剥离物）及垃圾、沙泥、湖泥、水库库泥和江河污泥等 来充填采煤沉陷地，恢复到设计地面高程来复垦土地。
图：机械运输矿区废弃物及土壤充填沉陷区复垦重构工艺流程
本世纪以来，国家在国土资源部设立的“国家投资开发整理项目”，每年有数十亿 支持土地复垦工程。在近5年实践中发现，一些项目未稳沉就列入国家复垦项目进行投 资，导致复垦后的土地再次破坏，给国家造成了极大的浪费。
1999年以后，动态预复垦就开始成为我国新的热点课题，目前已取得了一些进展： （1）动态充填预复垦技术 ：周锦华 、刘学山 （2）动态非充填预复垦技术：李太启 、杨伦 、周锦华
三、疏排复垦技术
疏排法是将开采沉陷积水区通过强排或自排的方式实现复垦，即采用合理的排 水措施(如建立排水沟、直接泵排等)，开挖沟渠、疏浚水系，将沉陷区积水引入附 近的河流、湖泊或设泵站强行排除积水，使采煤沉陷地的积水排干，再加以必要的 地表整修，使采煤沉陷地不再积水并得以恢复利用。
应用条件：地表沉陷不大，且正常的排水措施和地表整修工程能保证土地的恢 复利用，多用在低潜水位地区或单一煤层、较薄煤层开采的高、中潜水位地区。
依据复垦设备的不同，可以细分为： ①泥浆泵复垦技术 ②拖式铲运机复垦技术 ③挖掘机复垦技术(依据运输工具不同又可分为挖掘机+卡车复垦技术、挖掘机 +四轮翻斗车复垦) ④推土机复垦技术。 由于推土机多用于平整土地往往与其他机械设备联合使用，因此，从复垦设备 区分主要是前三种。
一、泥浆泵复垦技术
泥浆泵实际就是水力挖泥机，亦称水力机械化土方工程机械。 1.应用条件
二、梯田式复垦技术
梯田式复垦就是根据沉陷后地形及土质条件与耕作要求，合理设计出梯田断面， 将沉陷地整理成梯田。
适用条件：主要用于位于丘陵山区或中低潜水位采厚较大的矿区，耕地受损的 特征是形成高低不平甚至台阶状地貌的沉陷地复垦。采煤形成沉陷而产生的附加坡 度一般都较小，沉陷后地表坡度在２°～６°之间时，可沿地形等高线修整成梯田。
图：采煤沉陷地复垦中所采用的中小型拖式铲运机
1. 复垦工艺
图：铲运机复垦技术工艺流程图
图：挖深区抽水降水位井平面布置示意图
2.优点 ①土地复垦速度快、效率高、工期短。中小型拖式铲运机一趟可挖运土 方量3ｍ3左右，一台铲运机一天工作15～16ｈ可挖土方350ｍ3，作业生产效率 提高约25%。 ②不受运输距离等限制。铲运机进行长距离土方运送工作效率仍很高， 弥补了挖掘机和推土机的不足。 ③施工不受土壤内部结构成分(如砂浆砾石)的影响，弥补了泥浆泵的不足。 ④铲运机前部的推斗可调整高度和方向，机械灵活，挖出的鱼塘较规则 平整。 ⑤施工过程中通过分块段、分层剥离和分层回填技术，容易使熟土重新 回填作为表土层，这样能保证复垦后土壤结构破坏程度较小。
四、生态农业复垦技术
沉陷地生态工程复垦是根据生态学、生态经济学和系统工程原理及土地生态经 济系统的基本属性和要求，将土地复垦工程技术和生态工程技术结合起来，对采煤 沉陷地进行系统设计、整治和开发利用。
它不仅包括上述的各种土地复垦工程技术的选择，常常通过平面设计、垂直设 计、时间设计、食物链设计和复垦工程设计来实现。
除满足挖深垫浅复垦技术的应用条件外，还应有足够的水源供泥浆泵水力挖掘土壤。 2.施工工艺 3.优点
这种方法工艺简单、成本低，在我国不少矿区得到广泛应用。 4.缺点 （1）复垦后原耕作层与深土层相混合，破坏了原有的土壤结构。 （2）土壤在用水切割、粉碎、运输、沉淀等过程中，营养成分随水流失。 （3）泥浆自然沉淀过程缓慢，复垦工期长。 （4）复垦后土地易板结。
图： 淮北12年粉煤灰充填覆土复垦地
三、其他充填复垦技术
四、采煤沉陷地无害化 充填复垦新技术模式
5.3 采煤沉陷地土地复垦的其他技术
一、土地平整技术
土地平整技术是沉陷地复垦技术中一项比较基本的技术，主要是消除附加坡度、 地表裂缝以及波浪状下沉等破坏特征对土地利用的影响。
适用条件：主要用于中低潜水位沉陷地的非充填复垦、高潜水位沉陷地充填法 复垦，以及与疏排法配合用于高潜水位沉陷地非充填复垦等。 在进行沉陷地平整时，一方面应设计好标高，使地面平整度符合规定要求，另一方 面土地平整要与沟、渠、路、田、林、井等统一考虑，避免挖了又填，填了又挖的 现象。
3.缺点 ①施工受积水和潜水位条件限制，对积水区需排水和打井降低潜水位，
雨季需停工； ②为减少抽水费用，一般需长时间连续作业(每台铲运机开工18～20ｈ/
ｄ以上)，工人劳动强度较大； ③对机械设备要求较高，复垦成本较其它工艺要高。
三、挖掘机复垦技术
图：挖掘机示意图
挖掘机具有挖掘力强、速度快、适应性强的特点。由于它无法运输，必须与 卡车、四轮翻斗车等运输机械联合作业才能完成复垦工作。
一、煤矸石充填复垦技术
图：煤矸石（露天矿剥离物）充填塌陷区复垦工艺流程
Βιβλιοθήκη Baidu
二、粉煤灰充填复垦技术
燃煤电厂在生产过程中，将煤块破碎研磨成煤粉，再送入锅炉在1300-1500℃ 的高温下燃烧，煤粉燃烧后剩余的残灰就是粉煤灰。一般每燃烧1000kg煤要产生 250-300kg粉煤灰。
图：管道水力输送电厂粉煤灰充填沉陷区复垦技术工艺流程
产生高压水 挖土 输土充填与沉淀修整土地利用
图: 沉陷地泥浆泵复垦技术工艺流程示意图
图：沉陷地泥浆泵复垦工作图
二、拖式铲运机复垦工艺
大型铲运机已被国外广泛用于露天矿的表土和心土的剥离。由于铲运机集挖掘、 运输于一体，是一个很好的土壤挖掘和运输机械。但由于采煤沉陷地地形起伏变化大， 有些区域潜水位较高，因此，一般采用中小型拖式铲运机进行施工。
虽然我国关于动态预复垦的研究已经取得了一些成果，但是，还存在如下问题： （1）动态预复垦技术研究尚处于实践探索阶段，缺乏理论研究，没有形成完整的技术 体系。 （2）动态预复垦的工艺有待革新。 （3）缺乏对动态预复垦工艺细节和关键技术的深入研究。复垦的时机、复垦范围、复 垦标高和重构土壤。 （4）对于高潜水位矿区，动态预复垦由于提前挖掘沉陷区，往往形成较深的鱼塘，矿 区农民不得不面临由种植模式向养殖模式的转变，特别是深水养殖有着不同于一般养殖 模式的特殊性，这就意味着不能照搬传统模式，需要针对性的研究 。
井下充填复垦技术是利用填充物直接进行井下充填，以减少或避免地面沉陷， 是土地复垦的预防技术。填充物可以是煤矿固体废弃物（煤矸石、粉煤灰等）、水 泥、沙子、河泥等。
5.4 未稳沉塌陷地复垦技术介绍
我国土地复垦工作开始时面临的是大面积已稳沉土地，因此，上述都是属于“先破 坏、后治理”的模式。但是，对于高潜水位矿区，地面很容易积水，若等稳沉后再复垦， 土壤资源沉入水中，往往导致土壤资源的损失与贫化和复垦成本的增加。
矿区生态环境与土地复垦
5 采煤沉陷地土地复垦技术
5.1 挖深垫浅复垦技术 5.2 充填复垦技术 5.3 采煤沉陷地土地复垦的其他技术 5.4 未稳沉塌陷地复垦技术介绍
5.1 挖深垫浅复垦技术
挖深垫浅技术是将造地与挖塘相结合，即用挖掘机械（如挖掘机、推土机、水 力挖塘机组等），将沉陷深的区域继续挖深（“挖深区”），形成水（鱼）塘，取 出的土方充填至沉陷浅的区域形成陆地（“垫浅区”），达到水陆并举的利用目标。 水塘除可用来进行水产养殖外，也可视当地实际情况改造成水库、蓄水池或水上公 园等，陆地可作为农业种植或建筑等。
图：挖掘机+四轮翻斗车或卡车复垦
四、挖深垫浅复垦技术对比
5.2 充填复垦技术
充填复垦技术一般是利用土壤和容易得到的矿区固体废弃物（如煤矸石、坑口和 电厂的粉煤灰、露天矿排放的剥离物）及垃圾、沙泥、湖泥、水库库泥和江河污泥等 来充填采煤沉陷地，恢复到设计地面高程来复垦土地。
图：机械运输矿区废弃物及土壤充填沉陷区复垦重构工艺流程
本世纪以来，国家在国土资源部设立的“国家投资开发整理项目”，每年有数十亿 支持土地复垦工程。在近5年实践中发现，一些项目未稳沉就列入国家复垦项目进行投 资，导致复垦后的土地再次破坏，给国家造成了极大的浪费。
1999年以后，动态预复垦就开始成为我国新的热点课题，目前已取得了一些进展： （1）动态充填预复垦技术 ：周锦华 、刘学山 （2）动态非充填预复垦技术：李太启 、杨伦 、周锦华
三、疏排复垦技术
疏排法是将开采沉陷积水区通过强排或自排的方式实现复垦，即采用合理的排 水措施(如建立排水沟、直接泵排等)，开挖沟渠、疏浚水系，将沉陷区积水引入附 近的河流、湖泊或设泵站强行排除积水，使采煤沉陷地的积水排干，再加以必要的 地表整修，使采煤沉陷地不再积水并得以恢复利用。
应用条件：地表沉陷不大，且正常的排水措施和地表整修工程能保证土地的恢 复利用，多用在低潜水位地区或单一煤层、较薄煤层开采的高、中潜水位地区。
依据复垦设备的不同，可以细分为： ①泥浆泵复垦技术 ②拖式铲运机复垦技术 ③挖掘机复垦技术(依据运输工具不同又可分为挖掘机+卡车复垦技术、挖掘机 +四轮翻斗车复垦) ④推土机复垦技术。 由于推土机多用于平整土地往往与其他机械设备联合使用，因此，从复垦设备 区分主要是前三种。
一、泥浆泵复垦技术
泥浆泵实际就是水力挖泥机，亦称水力机械化土方工程机械。 1.应用条件
二、梯田式复垦技术
梯田式复垦就是根据沉陷后地形及土质条件与耕作要求，合理设计出梯田断面， 将沉陷地整理成梯田。
适用条件：主要用于位于丘陵山区或中低潜水位采厚较大的矿区，耕地受损的 特征是形成高低不平甚至台阶状地貌的沉陷地复垦。采煤形成沉陷而产生的附加坡 度一般都较小，沉陷后地表坡度在２°～６°之间时，可沿地形等高线修整成梯田。
图：采煤沉陷地复垦中所采用的中小型拖式铲运机
1. 复垦工艺
图：铲运机复垦技术工艺流程图
图：挖深区抽水降水位井平面布置示意图
2.优点 ①土地复垦速度快、效率高、工期短。中小型拖式铲运机一趟可挖运土 方量3ｍ3左右，一台铲运机一天工作15～16ｈ可挖土方350ｍ3，作业生产效率 提高约25%。 ②不受运输距离等限制。铲运机进行长距离土方运送工作效率仍很高， 弥补了挖掘机和推土机的不足。 ③施工不受土壤内部结构成分(如砂浆砾石)的影响，弥补了泥浆泵的不足。 ④铲运机前部的推斗可调整高度和方向，机械灵活，挖出的鱼塘较规则 平整。 ⑤施工过程中通过分块段、分层剥离和分层回填技术，容易使熟土重新 回填作为表土层，这样能保证复垦后土壤结构破坏程度较小。
四、生态农业复垦技术
沉陷地生态工程复垦是根据生态学、生态经济学和系统工程原理及土地生态经 济系统的基本属性和要求，将土地复垦工程技术和生态工程技术结合起来，对采煤 沉陷地进行系统设计、整治和开发利用。
它不仅包括上述的各种土地复垦工程技术的选择，常常通过平面设计、垂直设 计、时间设计、食物链设计和复垦工程设计来实现。
除满足挖深垫浅复垦技术的应用条件外，还应有足够的水源供泥浆泵水力挖掘土壤。 2.施工工艺 3.优点
这种方法工艺简单、成本低，在我国不少矿区得到广泛应用。 4.缺点 （1）复垦后原耕作层与深土层相混合，破坏了原有的土壤结构。 （2）土壤在用水切割、粉碎、运输、沉淀等过程中，营养成分随水流失。 （3）泥浆自然沉淀过程缓慢，复垦工期长。 （4）复垦后土地易板结。
图： 淮北12年粉煤灰充填覆土复垦地
三、其他充填复垦技术
四、采煤沉陷地无害化 充填复垦新技术模式
5.3 采煤沉陷地土地复垦的其他技术
一、土地平整技术
土地平整技术是沉陷地复垦技术中一项比较基本的技术，主要是消除附加坡度、 地表裂缝以及波浪状下沉等破坏特征对土地利用的影响。
适用条件：主要用于中低潜水位沉陷地的非充填复垦、高潜水位沉陷地充填法 复垦，以及与疏排法配合用于高潜水位沉陷地非充填复垦等。 在进行沉陷地平整时，一方面应设计好标高，使地面平整度符合规定要求，另一方 面土地平整要与沟、渠、路、田、林、井等统一考虑，避免挖了又填，填了又挖的 现象。
3.缺点 ①施工受积水和潜水位条件限制，对积水区需排水和打井降低潜水位，
雨季需停工； ②为减少抽水费用，一般需长时间连续作业(每台铲运机开工18～20ｈ/
ｄ以上)，工人劳动强度较大； ③对机械设备要求较高，复垦成本较其它工艺要高。
三、挖掘机复垦技术
图：挖掘机示意图
挖掘机具有挖掘力强、速度快、适应性强的特点。由于它无法运输，必须与 卡车、四轮翻斗车等运输机械联合作业才能完成复垦工作。
一、煤矸石充填复垦技术
图：煤矸石（露天矿剥离物）充填塌陷区复垦工艺流程
Βιβλιοθήκη Baidu
二、粉煤灰充填复垦技术
燃煤电厂在生产过程中，将煤块破碎研磨成煤粉，再送入锅炉在1300-1500℃ 的高温下燃烧，煤粉燃烧后剩余的残灰就是粉煤灰。一般每燃烧1000kg煤要产生 250-300kg粉煤灰。
图：管道水力输送电厂粉煤灰充填沉陷区复垦技术工艺流程
产生高压水 挖土 输土充填与沉淀修整土地利用
图: 沉陷地泥浆泵复垦技术工艺流程示意图
图：沉陷地泥浆泵复垦工作图
二、拖式铲运机复垦工艺
大型铲运机已被国外广泛用于露天矿的表土和心土的剥离。由于铲运机集挖掘、 运输于一体，是一个很好的土壤挖掘和运输机械。但由于采煤沉陷地地形起伏变化大， 有些区域潜水位较高，因此，一般采用中小型拖式铲运机进行施工。
虽然我国关于动态预复垦的研究已经取得了一些成果，但是，还存在如下问题： （1）动态预复垦技术研究尚处于实践探索阶段，缺乏理论研究，没有形成完整的技术 体系。 （2）动态预复垦的工艺有待革新。 （3）缺乏对动态预复垦工艺细节和关键技术的深入研究。复垦的时机、复垦范围、复 垦标高和重构土壤。 （4）对于高潜水位矿区，动态预复垦由于提前挖掘沉陷区，往往形成较深的鱼塘，矿 区农民不得不面临由种植模式向养殖模式的转变，特别是深水养殖有着不同于一般养殖 模式的特殊性，这就意味着不能照搬传统模式，需要针对性的研究 。