山西特厚煤层开采土地复垦措施探讨——以山西元堡煤业为例

2022-09-11

山西省是我国资源大省, 随着对矿产资源的开发, 由此导致对土地资源的损毁日益加剧, 全省因采煤造成的采空区面积近5 000km2, 约占全省国土面积的3%, 其中塌陷损毁面积约3 000 km2 (约占采空区面积60%) [1], 且每年以140km2的速度在增长[2], 由于大量的土地损毁没有得到及时的复垦利用, 给社会、经济、生态环境等带来了一系列的问题, 影响了社会经济的发展[3,4], 目前学者对复垦进行了大量的研究, 包括表土剥离、土壤重构、土壤物理结构、土壤化学属性、土壤微生物、土壤重金属污染、霉菌与土壤养分的关系、土地损毁分析预测、土地生产力评价、土壤水分、土壤呼吸、土壤侵蚀、复垦土壤表层厚度、挖深垫浅、交错回填、煤矸石充填、土壤改良以及复垦监管等方面[5,6,7,8], 本文以山西右玉元堡煤业的损毁土地为例, 分析特厚煤层开采后的复垦措施, 为特厚煤层开采土地复垦措施提供参照。

1 研究区域概况

元堡煤业开采9~11号煤层, 可采煤层平均总厚度20.16m, 其中9号煤层平均厚度14.33m。矿区位于山西省朔州市右玉县城东南30km处 (交通位置图见图1-1) , 地处山西黄土高原晋西北低山丘陵区, 海拔标高1 418.3m~1 504.6m, 最大相对高差86.3m (数字高程图见图1-2) 。地表大部为黄土覆盖。本区属典型的大陆性半干旱气候, 年平均气温为5.5℃。年平均相对湿度为60%, 全年无霜期为103d~150d, 多年平均降水量为384mm。项目区土壤类型为栗钙土, 由于多年的垦植, 熟化度较高, 土层厚, 但因受水力侵蚀影响, 有机物含量不高。项目区内耕地均为旱地, 面积1 211.94hm2, 质量较好, 土壤肥力较高, 主要的农作物为玉米, 玉米旱地667m2产400kg~500kg;林地均为有林地, 面积958.65hm2, 乔木主要有:油松、落叶松、樟子松等;矿区内草地均为其他草地面积318.01hm2, 有狗尾草、虎尾草、蒿类等, 植被稀少, 覆盖率低。

2 矿区土地损毁类型

2.1 已塌陷损毁土地

元堡煤业由两个矿整合而成, 根据实地踏查, 原元堡煤矿井田范围内批采面积开采完毕, 地下形成采空区, 矿区范围内的已有采空区煤层顶板多已塌落, 造成地面塌陷。平顶梁煤矿面积较小, 部分开采, 地面有部分裂缝, 地面影响有限, 主要以裂缝为主。

2.2 拟损毁土地

根据元堡煤业资源禀赋条件, 开采规模、开采工艺、顶板管理方式和围岩性质、强度等, 结合矿区实地情况, 通过概率积分法预测模式科学预测[15], 煤炭开采后元堡煤业造成土地损毁主要为地表塌陷。本项目是特厚煤层开采, 经科学预测, 9号煤层最大下沉值为10 261mm, 在塌陷盆地的边缘, 形成严重的裂缝带, 尤其是在矿区的中部区域, 原本地形较为平坦, 塌陷影响严重, 土地利用将会受到严重影响, 自然恢复困难, 且本项目为跳采, 土地反复损毁, 因此需对其进行必要的复垦整治。本矿矸石全部综合利用, 不设置矸石场, 没有压占损毁。

3 土地复垦措施

元堡煤业为特厚煤层, 特点是裂缝带损毁严重, 对地貌影响剧烈, 对土地损毁严重, 裂缝带的土地将失去利用价值, 而且自然恢复困难, 必须对损毁土地实施必要的复垦措施, 主要包括工程技术措施和生物化学措施。

3.1 工程措施

3.1.1 裂缝充填措施。

塌陷区首先治理采矿过程中所形成的裂缝。轻微、中等裂缝可直接用土填充, 直接将裂缝两侧的土填入裂缝即可。严重裂缝区域需先填入煤矸石, 再将裂缝两侧表土填入。

3.1.2 平整措施。

对于塌陷较浅的塌陷地, 裂缝较为密集的塌陷地可以通过简单的土地平整措施重构土壤, 在土地平整工程在施工工程中, 采用抽槽法, 该方法的最大好处是可同时开多槽, 进度快, 工效高。为减少土壤扰动, 在裂缝充填的同时, 配合以土地平整工程。

3.1.3 梯田工艺。

本矿区地形为低山丘陵区, 地形具有一定的坡度, 北部及东部原有地形边缘低, 矿区内不断升高, 具有一定的坡度, 采煤沉陷后, 可以使当地总的地形坡度变化趋于平缓, 但在中部, 原本地形平坦, 由于裂缝带的存在, 坡度增加, 沉陷后地形坡度>6°, 可沿地形等高线修正成梯田, 并略向内倾以拦水保墒, 耕作时采用等高耕作, 以利水土保持。

在施工过程中, 首先对耕作层熟土进行剥离利用, 剥离厚度为30cm, 待梯田修整后回填表土。其次结合裂缝充填同步进行, 对于重度裂缝首先填充矸石, 用推土机将裂缝推平。依据等高线设计梯田, 梯田的设计田坎高度 (h) 、田坎坡角 (β) 、田坎上沿收缩量 (d) 、田面净宽 (b) , 每公顷挖 (填) 方量 (m) 的计算公式如下 (参看图1-3) :

式中:m单位 (m3) h为田坎设计高度 (m) ;α为坡地地面坡角 (°) ;β为田坎设计坡角 (°) 。

各坡度分区水平梯田的设计要素及相应的半挖 (填) 每公顷土方量如表6-1。表中各坡度分区每公顷挖 (填) 方土方量按相应分区的平均值计算。

3.1.4 配套工程。

配套工程包括道路工程, 农田水利工程。配套工程在稳沉前以维修和管护为主, 稳沉之后在紧密结合原配套设施整治的基础上进行重建, 最终实现耕地的全面治理。

3.2 生物措施

3.2.1 植物筛选。

根据研究区所处的地理位置及气候、立地条件等因素, 以当地乡土树种为主, 落叶树与常绿树相搭配, 考虑种植适应能力强、有固氮能力、根系发达、有较高生长速度、播种种植较容易、成活率高的树种, 确定乔木选择樟子松, 灌木选择沙棘, 草本选择紫花苜蓿、披碱草。

3.2.2 耕地的生态恢复措施。

耕地农作物选择。本地区农田栽培植被, 为一年一熟制农业。可种植玉米和马铃薯等作物。其次应推广精耕细作和立体种植技术, 如玉米间种作马铃薯, 马铃薯间种作豆类等, 发挥能源多级利用的作用, 减少水土流失, 改善和优化矿区生态环境。

农业耕作技术。一般来说, 通常农业生产中使用的各种耕作技术均基于适用于工矿区, 但应注意注重改土耕作技术, 加强培肥地力, 采用保土蓄水耕作技术, 防治水土流失和干旱。

增肥改土:主要指增加有机肥料如沤肥、土杂肥、人畜粪尿等。矿区土壤有机质含量较低, 增施有机肥有助于改良土壤结构及其理化性质, 提高土壤保肥保水能力。在施肥时, 可把有机肥与化学改良剂、化肥等结合起来, 注意肥料的交叉作用, 避免混施时造成肥效降低或失效。

种植改土:主要是指种植绿肥牧草和作物。牧草如无芒雀麦、野牛草等, 作物如大豆、绿豆等。新垦土地为农田时, 可先种几年绿肥植物, 改良土壤、培肥养地, 然后再种植大田作物。可在一个轮作周期内进行草田轮作, 适当安排种植一段时间牧草改良土壤, 或采用草田带状间作, 即在坡地等高线方向, 以适当间距划分若干等高条带, 每隔1~3带农作物种植一带牧草, 形成带状间作, 牧草带能够拦截、吸收地面径流和拦泥挂淤, 明显减少水土流失。

保土蓄水耕作技术:等高耕作, 即沿等高线耕作形成一道道等高犁沟, 以拦蓄水分, 减少地表径流和土壤冲刷, 适宜于>2°的坡地上;沟垄耕作, 即沿等高线进行犁耕形成相间的沟和垄, 改变小地形, 分散和拦蓄地表径流, 减少冲刷和拦截泥沙。

保水耕作技术:包括薄膜、秸秆覆盖等方法。覆膜技术, 既是地膜覆盖栽培技术, 可减少地面蒸发90%。同时又可防治地表击溅, 增加入渗, 减少降水淋洗, 还可改良土壤结构和控制杂草滋生;秸秆覆盖, 是缓坡耕地上, 农作物收获后不进行翻耕, 包秸秆打碎铺覆到农田上的耕作方法, 具有很好保水保墒、蓄水防蚀、改良土壤的作用。

3.2.3 林地生态恢复措施。

林地复垦的主要目的是修复受损的林地, 控制可能发生的水土流失。采取的复垦措施主要有补种树木和管护, 补植树种技术指标见表1-1。

3.2.4 草地生态恢复措施。

经裂缝充填工程后撒播草籽, 为了促进草籽快速萌芽和提高苗期抗寒性, 种子浸泡24小时处理晾干后播种, 播种量要适宜, 播种时间选择春夏季土壤墒情好时播种。

结束语

元堡煤业特厚煤层开采形成的土地损毁类型主要是塌陷, 其特点是裂缝带大, 土地断裂大, 对土地损毁严重, 其复垦模式为工程措施与生物措施相结合, 通过裂缝充填, 土地平整, 配套工程以及植被筛选, 耕作技术, 培肥技术, 在裂缝带采用了裂缝充填, 土地平整, 梯田工艺等, 恢复矿区土地利用与生态价值。

摘要：山西大同矿区煤炭资源丰富, 煤层厚, 在现代化采掘工艺中有利于煤炭开采, 但是对土地的损毁也是严重的, 其特点是裂缝带大, 土地断裂大, 对土地损毁严重, 本文以山西右玉元堡煤业为例, 根据自然条件、社会经济状况, 以及矿区土地损毁类型, 提出了适应矿区的工程措施和生物措施, 尤其是对损毁严重的裂缝带, 根据地形提出梯田治理模式, 恢复矿区土地利用与生态价值。同时为特厚煤层矿区的复垦工作提供参考。

关键词：特厚煤层,土地复垦,措施