王玉平

(潞安環(huán)能股份有限公司王莊煤礦)

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井工煤礦邊采邊復(fù)墾技術(shù)的探討

王玉平

(潞安環(huán)能股份有限公司王莊煤礦)

針對我國井工開采對土地的損毀及傳統(tǒng)土地復(fù)墾方法存在的弊端，闡述了邊采邊復(fù)理論和基本設(shè)計(jì)，并基于實(shí)例對傳統(tǒng)復(fù)墾進(jìn)行了對比分析。邊采邊復(fù)是以井工開采沉陷與土地復(fù)墾措施耦合為主要目標(biāo)的新型復(fù)墾方法，更適用于高潛水位地區(qū)采煤沉陷土地的恢復(fù)。其關(guān)鍵技術(shù)在于復(fù)墾時機(jī)的把握，復(fù)墾標(biāo)高的設(shè)計(jì)和復(fù)墾范圍的確定，最終目標(biāo)使土地恢復(fù)率最大化。

井工開采 土地復(fù)墾 邊采邊復(fù)

我國煤炭資源與耕地資源分布復(fù)合區(qū)域面積較大，占我國耕地總面積的42.7%[1]，尤其是東部高潛水位地區(qū)，耕地質(zhì)量等級高，土壤質(zhì)量好，煤礦開采以走向長壁全部垮落法管理頂板，土地下沉系數(shù)大，因采煤造成的塌陷地占煤炭開采損毀土地的比重高達(dá)91%[2]。我國煤礦開采時間較早，土地復(fù)墾興起較晚，但發(fā)展迅速。經(jīng)過多年實(shí)踐，已在治理采煤塌陷地方面擁有了豐富的經(jīng)驗(yàn)：挖深墊淺、充填復(fù)墾、梯田式復(fù)墾、疏排復(fù)墾、生態(tài)農(nóng)業(yè)復(fù)墾技術(shù)等[2]。該復(fù)墾方式主要針對已經(jīng)塌陷的土地，屬于“先破壞，后治理”的被動復(fù)墾模式(傳統(tǒng)復(fù)墾方式)。對于高潛水位礦區(qū)，土地下沉后，地表容易形成季節(jié)性積水和常年積水，若按傳統(tǒng)復(fù)墾方式復(fù)墾，珍貴的土壤資源沉入水中，將會損失大量土壤資源和耕地面積，影響國家糧食安全[3]。同時，復(fù)墾時土方工程變?yōu)樗峦练焦こ?，增加了施工難度和工程造價，及后期土壤改良與生態(tài)重建系統(tǒng)的投入。因此，在土地積水之前應(yīng)采取有效的復(fù)墾措施，將擬積水區(qū)域的表土提前進(jìn)行剝離并加以保護(hù)，增加復(fù)墾耕地面積，實(shí)現(xiàn)“邊開采邊復(fù)墾”的新型復(fù)墾方式[4]。

1 邊采邊復(fù)墾技術(shù)理論

現(xiàn)有地下開采與地面復(fù)墾措施的耦合情況分為兩種：①基于既定的采礦計(jì)劃，在土地沉陷發(fā)生之前或已發(fā)生但未穩(wěn)定之前，通過選擇適宜的復(fù)墾時機(jī)、合理的復(fù)墾規(guī)劃和科學(xué)的復(fù)墾工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)耕率高、復(fù)墾成本低和復(fù)墾后經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益最大化目標(biāo)；②通過優(yōu)選采礦、采區(qū)和工作面的布設(shè)方式、開采工藝和地面復(fù)墾措施，實(shí)現(xiàn)土地恢復(fù)率高和地表損傷及復(fù)墾成本的最小化[5-8]。

邊采邊復(fù)墾實(shí)際上是一種基于采前分析—采礦動態(tài)沉陷預(yù)測—復(fù)墾虛擬多階段多參數(shù)驅(qū)動的復(fù)墾方案優(yōu)選技術(shù)。即將井工開采采煤沉陷與土地復(fù)墾措施進(jìn)行充分的耦合[5,8]，依據(jù)土地?fù)p傷最小化原則選取采煤方式和土地復(fù)墾方法和時機(jī)，實(shí)現(xiàn)開采與土地復(fù)墾同步進(jìn)行的一種新型復(fù)墾技術(shù)，即“邊采礦，邊復(fù)墾”技術(shù)。其基本原理和步驟如下：

(1)復(fù)墾目標(biāo)的確定。根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)、地質(zhì)水文環(huán)境、采礦條件等情況，確定以復(fù)墾耕地率最高、土地利用面積最大化、復(fù)墾成本較低為單一復(fù)墾目標(biāo)，或綜合考慮幾個因素而定的復(fù)墾目標(biāo)。

(2)采煤沉陷造成的土地?fù)p傷預(yù)計(jì)和評價。依據(jù)某礦區(qū)提供的采煤沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)，預(yù)計(jì)礦區(qū)未來采煤沉陷情況，評估土地?fù)p毀程度，評價采煤造成的土地資源影響，并結(jié)合礦區(qū)原有土地利用情況和國家、地方土地規(guī)劃和復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)等，確定損毀土地的復(fù)墾再利用方向和需要采取的復(fù)墾措施。

(3)復(fù)墾時機(jī)選擇。依據(jù)采煤沉陷土地?fù)p傷評價和復(fù)墾目標(biāo)，及邊采邊復(fù)墾基本理論進(jìn)行復(fù)墾階段劃分，并對各階段土地復(fù)墾率、復(fù)墾成本等參數(shù)進(jìn)行對比分析，綜合考慮復(fù)墾目標(biāo)因素，選擇最佳復(fù)墾時機(jī)。

(4)綜合復(fù)墾目標(biāo)、復(fù)墾時機(jī)、采煤沉陷預(yù)計(jì)評價結(jié)果，設(shè)計(jì)制定邊采邊復(fù)墾方案，確定復(fù)墾標(biāo)高設(shè)計(jì)等具體的邊采邊復(fù)墾工程。

2 邊采邊復(fù)墾與傳統(tǒng)復(fù)墾技術(shù)對比

采煤塌陷造成地表土地、建筑物、設(shè)施等遭受不同程度的損害，在高潛水位地區(qū)，采煤塌陷地越過潛水位埋深，會形成常年積水和季節(jié)性積水。邊采邊復(fù)墾是在土地即將沉入水中且后續(xù)下沉深度較大的區(qū)域前分層剝離表土與心土，交錯回填至將要積水但后續(xù)下沉量較小的區(qū)域，從而復(fù)墾出更多的土地，保護(hù)珍貴的表土資源，其重點(diǎn)在于復(fù)墾時機(jī)的把握[8]。見圖1(a)，在采煤塌陷預(yù)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提前剝離表土，設(shè)計(jì)復(fù)墾標(biāo)高，計(jì)算土方量，挖掘即將沉入潛水位或者已經(jīng)沉入水中仍有使用價值的土地，進(jìn)行土方挖掘填埋于預(yù)計(jì)塌陷位置A、B、C，做好沉陷預(yù)復(fù)墾準(zhǔn)備，預(yù)算復(fù)墾投資成本。傳統(tǒng)的穩(wěn)沉后非充填復(fù)墾是在不考慮有外來土源的情況下，對季節(jié)性積水區(qū)采取挖深墊淺，實(shí)現(xiàn)土方內(nèi)部平衡，復(fù)墾出部分耕地，見圖1(b)。采煤塌陷盆地形成以后，在設(shè)計(jì)可挖掘取土線以上同樣挖掘可能使用的即將沉入或者已經(jīng)沉入水中的土地，挖土填埋于A、B位置，對成本進(jìn)行投資預(yù)算。

圖1 復(fù)墾方式狀態(tài)示意

通過圖1可看出，邊采邊復(fù)墾方案，待復(fù)墾完成后可恢復(fù)A、B、C3個區(qū)域的土地面積，傳統(tǒng)復(fù)墾可恢復(fù)A、B兩塊區(qū)域土地，邊采邊復(fù)墾多恢復(fù)土地面積C，大大提高了土地恢復(fù)率。為了方便計(jì)算土地恢復(fù)率，假設(shè)地面塌陷面積為S，傳統(tǒng)復(fù)墾恢復(fù)土地面積為S1，邊采邊復(fù)墾恢復(fù)土地面積S2，恢復(fù)土地率可用R1和R2表示：

R1=S1/S=(A+B)/S,

(1)

R2=S2/S=(A+B+C)/S.

(2)

3 實(shí)例分析

以淮南某礦西三采區(qū)為例，該礦區(qū)位于淮北平原，處高潛水位區(qū)域，礦區(qū)以農(nóng)業(yè)為主，耕地面積約占總面積的84%，耕地復(fù)種指數(shù)為200%。西三采區(qū)總面積548.06hm2，共涉及14個工作面，分階段開采。耕地在整個研究區(qū)中面積大，分布廣，占研究區(qū)面積的86.37%，復(fù)墾責(zé)任范圍面積為1 030.22hm2，耕地面積901.05hm2，區(qū)域采煤塌陷土地恢復(fù)目標(biāo)以恢復(fù)農(nóng)業(yè)耕地為主。

根據(jù)土地下沉情況同步進(jìn)行邊采邊復(fù)墾，將未來積水嚴(yán)重的區(qū)域提前剝離，將剝離的土方用于耕地區(qū)的復(fù)墾，減少土地下沉量，從而減少最終的水域面積。實(shí)施傳統(tǒng)的復(fù)墾方案，耕地面積占復(fù)墾面積的比例由復(fù)墾前28.75%增加為37.79%，新增耕地面積93.14hm2；實(shí)施邊采邊復(fù)墾方案，耕地面積占復(fù)墾面積的比例為62.87%，新增復(fù)墾耕地比例為34.12%，新增耕地面積351.16hm2，比傳統(tǒng)復(fù)墾新增耕地面積258.02hm2，耕地恢復(fù)率提升了25.08%，采煤結(jié)束后積水面積較傳統(tǒng)復(fù)墾減少了25.79%。

4 結(jié) 論

(1)邊采邊復(fù)墾為新型復(fù)墾方式，主要理論支撐為井工開采采煤沉陷與土地復(fù)墾進(jìn)行充分的耦合，關(guān)鍵技術(shù)在于把握復(fù)墾時機(jī)、復(fù)墾標(biāo)高設(shè)計(jì)和復(fù)墾范圍的確定。

(2)基于實(shí)例對邊采邊復(fù)墾設(shè)計(jì)理論和傳統(tǒng)復(fù)墾對比，分析了兩者之間的差異，邊采邊復(fù)墾主要是在沉陷預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上對預(yù)破壞土方量進(jìn)行挖掘，填埋于預(yù)沉陷區(qū)域沉陷后，達(dá)到沉陷丟失土地與挖掘土方量之間的耦合平衡，在不考慮外來土方量情況下，邊采邊復(fù)墾土地恢復(fù)率明顯提高。

(3)邊采邊復(fù)墾是以恢復(fù)土地為最終目標(biāo)，更適用于以農(nóng)業(yè)為主的高潛水位地區(qū)，考慮外來土方量因素，邊采邊復(fù)墾恢復(fù)土地面積將會更佳，有待進(jìn)一步研究。

[1] 胡振琪，趙艷玲，王鳳嬌．我國煤礦區(qū)土地復(fù)墾的現(xiàn)狀與展望[G]∥第七次煤炭科學(xué)技術(shù)大會文集(下冊)．北京：中國煤炭工業(yè)協(xié)會，2011：5.

[2] 胡振琪，卞正富，成 樞，等．土地復(fù)墾與生態(tài)重建[M]．北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008．

[3] 顧和和，胡振琪，劉德輝，等．高潛水位地區(qū)開采沉陷對耕地的破壞機(jī)理研究[J]．煤炭學(xué)報，1998，23(5)：522-525．

[4] 胡振琪，肖 武．礦山土地復(fù)墾的新理念與新技術(shù)[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41(9)：78-81．

[5] 胡振琪，肖 武，王培俊，等．試論井工煤礦邊開采邊復(fù)墾技術(shù)[J]．煤炭學(xué)報，2013，38(2)：301-307．

[6] 趙艷玲，胡振琪．未穩(wěn)沉采煤沉陷地超前復(fù)墾時機(jī)的計(jì)算模型[J]．煤炭學(xué)報，2008，33(2)：157-161．

[7] 肖 武，王培俊，王新靜，等．基于GIS的高潛水位煤礦區(qū)邊采邊復(fù)表土剝離策略[J]．中國礦業(yè)，2014，3(4)：97-100．

[8] 肖 武．井工煤礦區(qū)邊采邊復(fù)的復(fù)墾時機(jī)優(yōu)選研究[D]．北京：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，2012．

[9] 肖 武，胡振琪，楊耀淇，等．井工煤礦邊采邊復(fù)施工敏感區(qū)域的確定方法[J]．中國煤炭，2013，39(9)：107-111．

[10] 胡振琪，趙艷玲，程玲玲．中國土地復(fù)墾目標(biāo)與內(nèi)涵擴(kuò)展[J]．中國土地科學(xué)，2004(3)：3-8．

Discussion of Concurrent Mining and Reclamation Method of Underground Coal Mine

Wang Yuping

(Wangzhuang Coal Mine,Lu'an Environmental Development Co., Ltd.)

The land is easy to be damaged during the process of underground mining. According to the phenomenon and the disadvantages of classical reclamation method, the theory and basic design of concurrent mining and reclamation are analyzed, based on example, the comparative of traditional reclamation methods is analyzed. Concurrent mining and reclamation method is the new reclamation method based on underground mining and land reclamation, it is more suitable for the recovery of coal mining subsidence lands with high groundwater level. The key of the concurrent mining and reclamation method depends on seizing the opportunity of reclamation, designing reclamation elevation and determining the scope of reclamation. The ultimate goal is to maximize the recovery rate of land.

Underground mining, Reclamation land, Concurrent mining and reclamation

2015-02-07)

王玉平(1975—)，女，工程師，046031 山西省長治市郊區(qū)。