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湖泥充填采煤塌陷区复垦技术在大屯公司的应用

  摘要:人类开采利用煤炭资源的同时,造成了大面积的土地塌陷、荒芜,阻碍了当地经济的发展与人民生活水平的提高。为有效治理采煤塌陷区,大屯矿区采取因地制宜的方式,独创了采用湖泥充填塌陷区的复垦方式将塌陷区复垦为耕地,即塌陷区湖泥充填复垦法可适用于矿区范围或附近有可取湖泥或河泥的同类矿区,为塌陷区的复垦提供了成功的范例。

  煤炭是人类赖以生存和发展的重要自然资源。上海大屯能源股份有限责任公司(以下简称大屯公司)在进行煤炭开采为经济和社会持续健康发展作出重大贡献的同时,也造成了大面积的土地塌陷、荒芜,严重影响了当地农业生产、区域经济发展和人民生活水平的提高。搞好采煤塌陷地的复垦工作,对大屯公司及地方经济的可持续发展,具备极其重大意义。

  大屯公司坐落在微山湖西畔,江苏省沛县境内,矿区总面积245km2。1970年经国务院批准,由上海市开发建设,1998年9月交由中国中煤能源集团公司管理,现有生产矿井四对,具有煤层厚、量大、质优、分布稳定等优点,已探明储量12.2亿吨,年产原煤780万吨。跟着社会经济的加快速度进行发展,现代化生产设备在生产中的应用,原煤年产量还将逐步提升。大屯公司井田地跨江苏沛县和山东微山县,两县均为农业大县,开采前土地多为高产优质农田,村庄密集,尽管近年来该公司尽量开采湖下资源以避免村庄搬迁和土地的破坏,但随着湖下开采向耕地或村庄下开采转移,使耕地塌陷的数量与日俱增,据不完全统计,大屯公司自投产至2008年底已造成2.7万亩耕地沉陷,每年还将以近千亩的速度递增。人多地少的矛盾必将越来越突出,必然的联系到矿区的生产与发展、职工的生活与矿区的稳定。

  大屯公司地处高潜水位的平原地区,一般地表下沉1m左右就会出现季节性积水,因此,常年积水和季节性积水面积的比重大大高于其他矿区。对复垦工作增加了难度,例如:大屯公司下属的姚桥煤矿东五采区位于微山县张楼乡张楼村滨湖农田下,并局部穿越大堤至昭阳湖下。由于该采区煤层较厚,且工作面布置相对集中,井下回采,造成昭阳湖西大堤及湖外农田沉陷,最大沉陷度达3.5m。湖堤在该采区回采前已经利用湖外农田的土源进行了预加高。湖堤外农田由于采煤沉陷及湖西大堤加固取土,形成了600多亩的大坑,沉陷后的农田完全被积水淹没,不仅农作物绝收,造成人多地少矛盾凸显,严重影响了群众的生产和生活,而且大堤背水侧滩地也浸泡在水中,对大堤的防洪度汛构成严重威胁,因此必须对沉陷地进行复垦。

  我国土地复垦始于50年代末期,复垦目的主要是解决农业生产和建设用地矛盾,土地复垦标准既是复垦中的科学问题,又是生产实践中的问题。复垦延用标准,一般以破坏前的土地利用程度为标准,进行土地复垦工作,使土地适宜性和生产力及生产潜力恢复到破坏前的水平。根据当地社会经济条件,进一步改造新环境条件下的可耕土地,拟定最高经济效益的农田为土地复垦标准。

  根据土地复垦标准、要达到的复垦预期要求,复垦方案一定符合村情民情,符合当地具体条件,复垦工程才能顺利实施。大屯公司结合当地实际及资源状况,对往年用于土地复垦采用的主要措施即用土回填、挖深垫浅、煤矸石或粉煤灰充填进行了论证,均不能很好的解决人多地少的矛盾、不能从根本上解除对大堤的防洪度汛构成的威胁。

  1.用土回填。取别处的土回填采煤塌陷地,大屯矿区周边村庄人口多、耕地少,人多地少的矛盾较突出,没有闲置或能取土的土地,基本上全部被开发利用,显然这种复垦方式已行不通。

  2.挖深垫浅。根据采煤沉陷区的地理位置,将沉陷较深部继续挖深,用挖出的表土将沉陷较浅部填高,挖深部可养鱼及其它淡水养殖、种植水生植物,浅部填高区可用作农田,周围修整排灌设施。挖深填浅通常用于基塘复垦模式,以获得特殊的比例的旱田与水面,并按生态学原理对旱田和水面做到合理利用。该方案复垦后的耕地面积较少,鱼塘面积较大,这对人多地少的周边村庄来说,根本不能解决实际问题。周边村民已习惯了日出而作、日落而息的耕作方式,如让他们弃耕养鱼,不符合当地民情,村民也不愿接受。

  3.煤矸石或粉煤灰充填。采用煤矸石或粉煤灰对沉陷区进行充填,上覆土层,将沉陷地改造成农田或建设等其它用地。如果采用煤矸石或粉煤灰充填物进行复垦,将需要大量的复垦材料。而且运距大,经济成本高,充填后,填充物所含的一些化学成分或重金属对农作物生长和产品质量都有影响。况且,矿区已基本将煤矸石、粉煤灰等工业废弃物加以资源化利用,或利用热值发电,或利用其物理性质制成多用途的建筑材料,没有可供利用为复垦充填物的煤矸石或粉煤灰。

  经过对往年复垦方式的对比论证,大屯公司从实际出发,本着因地制宜、经济合理的原则,凭借紧临微山湖的地理优势,首次提出用湖泥充填采煤塌陷区进行造田的技术。

  所谓湖泥充填是利用湖泥造地复田,是利用绞吸式挖泥船从昭阳湖内取土,通过管道,将湖泥充填到沉陷区,再经排水、固结,平整配套水系,复垦造地。

  在对济宁、微山等地的土地部门、水利部门、农业部门及实施工程单位充分调研的基础上,对该方案进行了评估,一致认为可行。2001年大屯公司首次采用湖泥充填的方式,对张楼村600多亩塌陷地进行了土地复垦。其施工工艺流程如下:

  1.取土区标志设立。取土区严格按设计的基本要求测设标志,有效控制取土面积和深度。挖槽设计位置应以明显标志显示,标志可采用标杆、浮杆或灯标。纵向标志应设在挖槽中心线和设计上开口边线上,横向标志应设在挖槽起点、施工分界线m设一组横向标志。

  2.排泥管铺设。严格按要求铺设排泥管道,保证管道顺直通畅。排泥管的铺设应遵循平坦顺直的原则,弯度力求平缓,避免死弯,出泥管口应高出排泥面0.5m以上,排泥管接头应紧固严密,整个管线和接头不得漏泥漏水,发现泄露应及时修补更换。

  3.充填区围堰填筑。围堰建筑应坚实牢固,防止决堤、溃堤。按照设计高程,在围堰留出排水口,并随着工程进度的推进,不断调整加高围堰和排水口。湖泥不断充填,沉陷区原来的积水和湖泥沉淀出的水一起由排水口排出。

  4.挖泥船施工。挖泥船严格按程序施工,保证挖土效率和取土区土地利用率。采用绞吸式挖泥船进行实施工程时应分层开挖,上层宜厚,下层宜薄。为保证有一个相对来说比较稳定的排泥距离,应从距排泥区远的一侧开始,依次由远到近分条开挖,条与条之间应重叠一个宽度,以免形成欠挖土埂。

  5.排水。由于湖泥泥浆含水量较高,泥浆吹填到沉陷区后,须沉淀排水,应采取工程措施,增加充填时泥浆在复垦区的流程,比如在复垦小区中修筑互相交错小田埂,使抽取的泥浆流经的路线尽可能长,便于淤泥充分沉淀。施工期间,排水口需专人巡视,防止排水口堵塞或冲垮围堰。

  6.固结。施工时要最大限度地考虑充填泥浆的自然沉缩率,实际充填高度比设计高10%左右,施工结束时,从湖内取土面积和取土深度的测量结果看,10%的自然沉缩率与真实的情况基本相符。采用湖泥对沉陷区进行充填复垦,在矿区属于首次实践,因此充填湖泥泥浆的自然沉缩率无可靠参考数据,只能根据现场取样做试验进行估算。

  7.土地平整、水利配套。复垦小区的泥浆在充分沉缩固结后,2004年进行土地平整、配套水系,地面标高均达到设计的基本要求,形成了优质农田。

  张楼村采煤塌陷地复垦工程从调研、方案选择、规划设计、施工到竣工验收,历时四年。2004年12月顺利通过了由微山县国土资源局、农业局、张楼乡政府及大屯公司有关部门组成的验收小组的验收。工程完成土方70万方,复垦小区平均标高达33.09m,高于设计标准。工程完工后,张楼村新增耕地面积629.34亩,年新增产值95万元;姚桥矿每年节省补偿费用47万元。由于大堤背水侧滩地的充填,复垦地对堤脚形成支撑,解决了1300m长大堤长期受水浸泡带来的防护安全问题,节约大坝滩地填筑费用340万元。采用湖泥充填的办法复垦,将张楼村沉陷积水区全部复垦成耕地,且复垦地肥力很高。采煤塌陷地的复垦,使张楼村改善了生态环境,增加了耕地面积,农民增加了收入,促进了社会安定。同时由于复垦对堤脚的支撑,消除了汛期隐患,保证了大堤的安全运行,安定了民心。经济效益、社会效益、生态效益显著。

  大屯公司采取湖泥充填的复垦方式,充分的利用了湖泥资源丰富、用量不受限制、成本低的优势,成功的将张楼村600多亩采煤塌陷地全部复垦为肥沃的耕地,为大屯公司采煤塌陷地的复垦工作,开创了新的复垦模式,符合可持续发展的需要。

  湖泥充填复垦不仅解决了充填物料来源问题,而且疏通了河道(京杭运河);利用绞吸式挖泥船通过管道充填沉陷区,技术成熟、可行,运行的成本低;湖泥沉积水下多年,有机质含量高、肥力好,因此积水区能全部复垦成耕地,复垦标准高,土壤肥沃,复垦后耕种收成可达到甚至超过沉陷前的收成。最大限度的缓解了人多地少的矛盾,复垦工程成本低,节约世界资源,又不改变周边村民日出而作、日落而息的耕作方式,易为群众所接受。不足之处在于淤泥层厚,容易形成沼泽,排水固结时间也比较长,充填复垦后两三年后才能耕种。

  大屯公司有三对矿井紧临微山湖,大部分采煤塌陷地离微山湖较近,因此,大屯公司积极推广张楼村采煤塌陷地复垦成功经验,相继利用湖泥充填的方式姚桥矿复垦了陶官屯村599.78亩,孔庄矿复垦了王庄村597.80亩、徐庄矿复垦了大屯村等四村587.80亩采煤塌陷地。2009年徐庄矿又启动1750亩采煤塌陷地的复垦工程。大屯公司有计划地开展土地复垦工作,逐年消化,逐年减少塌陷面积,以达到土地的“收支”平衡,最终消灭塌陷地的目的,恢复或重建采煤塌陷区生态环境,促进企业和地方经济的可持续发展。

  大屯矿区因地制宜自创了独到的“湖泥充填复垦”,经过专家论证、有关部门评估、复垦土壤分析结果为,湖泥充填复垦既有效利用了地域环境等自然条件,不仅解决了充填物料来源问题,而且疏通了河道(京杭运河),符合科学发展观的要求。大屯公司充分的发挥了紧临微山湖的地理优势,有效利用了资源丰富、有机质含量高、肥力好的湖泥资源,将采煤塌陷地全部复垦为土地肥沃、易于百姓接受的耕地,同时节约了成本,缓解了人多地少的矛盾,为采煤塌陷地的复垦提供了一个好的复垦模式。在有条件的地区如能大力推广,积极应用,将会带来更好的经济效益、社会效益和生态效益,有效促进地矿协调发展,共创矿地和谐社会。

  [1]孙冠英.浅谈土地复垦的意义[J].内蒙古科技与经济,2004,(19).

  [2]高长春,孙绍光.土地利用管理与复垦技术[M].冶金工业出版社,1993.

  作者简介:时洪超(1976-),男,安徽砀山人,上海大屯能源股份有限公司公共协调部经济师,研究方向:煤矿地质测量、人力资源管理与塌陷区治理。