山西特厚煤層開采土地復(fù)墾措施探討
——以山西元堡煤業(yè)為例

□許建偉

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院山西太原030001)

山西特厚煤層開采土地復(fù)墾措施探討
——以山西元堡煤業(yè)為例

□許建偉

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院山西太原030001)

山西大同礦區(qū)煤炭資源豐富，煤層厚，在現(xiàn)代化采掘工藝中有利于煤炭開采，但是對(duì)土地的損毀也是嚴(yán)重的，其特點(diǎn)是裂縫帶大，土地?cái)嗔汛?，?duì)土地?fù)p毀嚴(yán)重，本文以山西右玉元堡煤業(yè)為例，根據(jù)自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，以及礦區(qū)土地?fù)p毀類型，提出了適應(yīng)礦區(qū)的工程措施和生物措施，尤其是對(duì)損毀嚴(yán)重的裂縫帶，根據(jù)地形提出梯田治理模式，恢復(fù)礦區(qū)土地利用與生態(tài)價(jià)值。同時(shí)為特厚煤層礦區(qū)的復(fù)墾工作提供參考。

特厚煤層；土地復(fù)墾；措施

山西省是我國(guó)資源大省，隨著對(duì)礦產(chǎn)資源的開發(fā)，由此導(dǎo)致對(duì)土地資源的損毀日益加劇，全省因采煤造成的采空區(qū)面積近5 000km2，約占全省國(guó)土面積的3%，其中塌陷損毀面積約3 000 km2(約占采空區(qū)面積60%)[1]，且每年以140km2的速度在增長(zhǎng)[2]，由于大量的土地?fù)p毀沒(méi)有得到及時(shí)的復(fù)墾利用，給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3,4]，目前學(xué)者對(duì)復(fù)墾進(jìn)行了大量的研究，包括表土剝離、土壤重構(gòu)、土壤物理結(jié)構(gòu)、土壤化學(xué)屬性、土壤微生物、土壤重金屬污染、霉菌與土壤養(yǎng)分的關(guān)系、土地?fù)p毀分析預(yù)測(cè)、土地生產(chǎn)力評(píng)價(jià)、土壤水分、土壤呼吸、土壤侵蝕、復(fù)墾土壤表層厚度、挖深墊淺、交錯(cuò)回填、煤矸石充填、土壤改良以及復(fù)墾監(jiān)管等方面[5-8]，本文以山西右玉元堡煤業(yè)的損毀土地為例，分析特厚煤層開采后的復(fù)墾措施，為特厚煤層開采土地復(fù)墾措施提供參照。

1 研究區(qū)域概況

元堡煤業(yè)開采9～11號(hào)煤層，可采煤層平均總厚度20.16m，其中9號(hào)煤層平均厚度14.33m。礦區(qū)位于山西省朔州市右玉縣城東南30km處（交通位置圖見(jiàn)圖1-1），地處山西黃土高原晉西北低山丘陵區(qū)，海拔標(biāo)高1 418.3m～1 504.6m，最大相對(duì)高差86.3m（數(shù)字高程圖見(jiàn)圖1-2）。地表大部為黃土覆蓋。本區(qū)屬典型的大陸性半干旱氣候，年平均氣溫為5.5℃。年平均相對(duì)濕度為60%，全年無(wú)霜期為103d～150d，多年平均降水量為384mm。項(xiàng)目區(qū)土壤類型為栗鈣土，由于多年的墾植，熟化度較高，土層厚，但因受水力侵蝕影響，有機(jī)物含量不高。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)耕地均為旱地，面積1 211.94hm2，質(zhì)量較好，土壤肥力較高，主要的農(nóng)作物為玉米，玉米旱地667m2產(chǎn)400kg~500kg；林地均為有林地，面積958.65hm2，喬木主要有：油松、落葉松、樟子松等；礦區(qū)內(nèi)草地均為其他草地面積318.01hm2，有狗尾草、虎尾草、蒿類等，植被稀少，覆蓋率低。

2 礦區(qū)土地?fù)p毀類型

2.1 已塌陷損毀土地

元堡煤業(yè)由兩個(gè)礦整合而成，根據(jù)實(shí)地踏查，原元堡煤礦井田范圍內(nèi)批采面積開采完畢，地下形成采空區(qū)，礦區(qū)范圍內(nèi)的已有采空區(qū)煤層頂板多已塌落，造成地面塌陷。平頂梁煤礦面積較小，部分開采，地面有部分裂縫，地面影響有限，主要以裂縫為主。

圖1-1 交通位置圖

圖1-2 數(shù)字高程圖

2.2 擬損毀土地

根據(jù)元堡煤業(yè)資源稟賦條件，開采規(guī)模、開采工藝、頂板管理方式和圍巖性質(zhì)、強(qiáng)度等，結(jié)合礦區(qū)實(shí)地情況，通過(guò)概率積分法預(yù)測(cè)模式科學(xué)預(yù)測(cè)[15]，煤炭開采后元堡煤業(yè)造成土地?fù)p毀主要為地表塌陷。本項(xiàng)目是特厚煤層開采，經(jīng)科學(xué)預(yù)測(cè)，9號(hào)煤層最大下沉值為10 261mm，在塌陷盆地的邊緣，形成嚴(yán)重的裂縫帶，尤其是在礦區(qū)的中部區(qū)域，原本地形較為平坦，塌陷影響嚴(yán)重，土地利用將會(huì)受到嚴(yán)重影響，自然恢復(fù)困難，且本項(xiàng)目為跳采，土地反復(fù)損毀，因此需對(duì)其進(jìn)行必要的復(fù)墾整治。本礦矸石全部綜合利用，不設(shè)置矸石場(chǎng)，沒(méi)有壓占損毀。

3 土地復(fù)墾措施

元堡煤業(yè)為特厚煤層，特點(diǎn)是裂縫帶損毀嚴(yán)重，對(duì)地貌影響劇烈，對(duì)土地?fù)p毀嚴(yán)重，裂縫帶的土地將失去利用價(jià)值，而且自然恢復(fù)困難，必須對(duì)損毀土地實(shí)施必要的復(fù)墾措施，主要包括工程技術(shù)措施和生物化學(xué)措施。

3.1 工程措施

3.1.1 裂縫充填措施。塌陷區(qū)首先治理采礦過(guò)程中所形成的裂縫。輕微、中等裂縫可直接用土填充，直接將裂縫兩側(cè)的土填入裂縫即可。嚴(yán)重裂縫區(qū)域需先填

入煤矸石，再將裂縫兩側(cè)表土填入。

3.1.2 平整措施。對(duì)于塌陷較淺的塌陷地，裂縫較為密集的塌陷地可以通過(guò)簡(jiǎn)單的土地平整措施重構(gòu)土壤，在土地平整工程在施工工程中，采用抽槽法，該方法的最大好處是可同時(shí)開多槽，進(jìn)度快，工效高。為減少土壤擾動(dòng)，在裂縫充填的同時(shí)，配合以土地平整工程。

3.1.3 梯田工藝。本礦區(qū)地形為低山丘陵區(qū)，地形具有一定的坡度，北部及東部原有地形邊緣低，礦區(qū)內(nèi)不斷升高，具有一定的坡度，采煤沉陷后，可以使當(dāng)?shù)乜偟牡匦纹露茸兓呌谄骄?，但在中部，原本地形平坦，由于裂縫帶的存在，坡度增加，沉陷后地形坡度＞6°，可沿地形等高線修正成梯田，并略向內(nèi)傾以攔水保墑，耕作時(shí)采用等高耕作，以利水土保持。

在施工過(guò)程中，首先對(duì)耕作層熟土進(jìn)行剝離利用，剝離厚度為30cm，待梯田修整后回填表土。其次結(jié)合裂縫充填同步進(jìn)行，對(duì)于重度裂縫首先填充矸石，用推土機(jī)將裂縫推平。依據(jù)等高線設(shè)計(jì)梯田，梯田的設(shè)計(jì)田坎高度(h)、田坎坡角(茁)、田坎上沿收縮量(d)、田面凈寬(b)，每公頃挖(填)方量(m)的計(jì)算公式如下(參看圖1-3)：

式中：m單位（m3）h為田坎設(shè)計(jì)高度(m)；α為坡地地面坡角(°)；茁為田坎設(shè)計(jì)坡角(°)。

各坡度分區(qū)水平梯田的設(shè)計(jì)要素及相應(yīng)的半挖(填)每公頃土方量如表6-1。表中各坡度分區(qū)每公頃挖(填)方土方量按相應(yīng)分區(qū)的平均值計(jì)算。

表6-1 坡地改建水平梯田設(shè)計(jì)參數(shù)及每公頃挖(填)方土方量

圖1-3 坡地改梯田設(shè)計(jì)圖

3.1.4 配套工程。配套工程包括道路工程，農(nóng)田水利工程。配套工程在穩(wěn)沉前以維修和管護(hù)為主，穩(wěn)沉之后在緊密結(jié)合原配套設(shè)施整治的基礎(chǔ)上進(jìn)行重建，最終實(shí)現(xiàn)耕地的全面治理。

3.2 生物措施

3.2.1 植物篩選。根據(jù)研究區(qū)所處的地理位置及氣候、立地條件等因素，以當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種為主，落葉樹與常綠樹相搭配，考慮種植適應(yīng)能力強(qiáng)、有固氮能力、根系發(fā)達(dá)、有較高生長(zhǎng)速度、播種種植較容易、成活率高的樹種，確定喬木選擇樟子松，灌木選擇沙棘，草本選擇紫花苜蓿、披堿草。

3.2.2 耕地的生態(tài)恢復(fù)措施。耕地農(nóng)作物選擇。本地區(qū)農(nóng)田栽培植被，為一年一熟制農(nóng)業(yè)?？煞N植玉米和馬鈴薯等作物。其次應(yīng)推廣精耕細(xì)作和立體種植技術(shù)，如玉米間種作馬鈴薯，馬鈴薯間種作豆類等，發(fā)揮能源多級(jí)利用的作用，減少水土流失，改善和優(yōu)化礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，通常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的各種耕作技術(shù)均基于適用于工礦區(qū)，但應(yīng)注意注重改土耕作技術(shù)，加強(qiáng)培肥地力，采用保土蓄水耕作技術(shù)，防治水土流失和干旱。

增肥改土：主要指增加有機(jī)肥料如漚肥、土雜肥、人畜糞尿等。礦區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，增施有機(jī)肥有助于改良土壤結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)，提高土壤保肥保水能力。在施肥時(shí)，可把有機(jī)肥與化學(xué)改良劑、化肥等結(jié)合起來(lái)，注意肥料的交叉作用，避免混施時(shí)造成肥效降低或失效。

種植改土：主要是指種植綠肥牧草和作物。牧草如無(wú)芒雀麥、野牛草等，作物如大豆、綠豆等。新墾土地為農(nóng)田時(shí)，可先種幾年綠肥植物，改良土壤、培肥養(yǎng)地，然后再種植大田作物?？稍谝粋€(gè)輪作周期內(nèi)進(jìn)行草田輪作，適當(dāng)安排種植一段時(shí)間牧草改良土壤，或采用草田帶狀間作，即在坡地等高線方向，以適當(dāng)間距劃分若干等高條帶，每隔1～3帶農(nóng)作物種植一帶牧草，形成帶狀間作，牧草帶能夠攔截、吸收地面徑流和攔泥掛淤，明顯減少水土流失。

保土蓄水耕作技術(shù)：等高耕作，即沿等高線耕作形成一道道等高犁溝，以攔蓄水分，減少地表徑流和土壤沖刷，適宜于＞2°的坡地上；溝壟耕作，即沿等高線進(jìn)行犁耕形成相間的溝和壟，改變小地形，分散和攔蓄地表徑流，減少?zèng)_刷和攔截泥沙。

保水耕作技術(shù)：包括薄膜、秸稈覆蓋等方法。覆膜技術(shù)，既是地膜覆蓋栽培技術(shù)，可減少地面蒸發(fā)90%。同時(shí)又可防治地表?yè)魹R，增加入滲，減少降水淋洗，還可改良土壤結(jié)構(gòu)和控制雜草滋生；秸稈覆蓋，是緩坡耕地上，農(nóng)作物收獲后不進(jìn)行翻耕，包秸稈打碎鋪覆到農(nóng)田上的耕作方法，具有很好保水保墑、蓄水防蝕、改良土壤的作用。

3.2.3 林地生態(tài)恢復(fù)措施。林地復(fù)墾的主要目的是修復(fù)受損的林地，控制可能發(fā)生的水土流失。采取的復(fù)墾措施主要有補(bǔ)種樹木和管護(hù)，補(bǔ)植樹種技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1-1。

3.2.4 草地生態(tài)恢復(fù)措施。經(jīng)裂縫充填工程后撒播草籽，為了促進(jìn)草籽快速萌芽和提高苗期抗寒性，種子浸泡24小時(shí)處理晾干后播種，播種量要適宜，播種時(shí)間選擇春夏季土壤墑情好時(shí)播種。

結(jié)束語(yǔ)

元堡煤業(yè)特厚煤層開采形成的土地?fù)p毀類型主要是塌陷，其特點(diǎn)是裂縫帶大，土地?cái)嗔汛?，?duì)土地?fù)p毀嚴(yán)重，其復(fù)墾模式為工程措施與生物措施相結(jié)合，通過(guò)裂縫充填，土地平整，配套工程以及植被篩選，耕作技術(shù)，培肥技術(shù)，在裂縫帶采用了裂縫充填，土地平整，梯田工藝等，恢復(fù)礦區(qū)土地利用與生態(tài)價(jià)值。

表1-1 補(bǔ)植樹種技術(shù)指標(biāo)表

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1004-7026（2016）14-0048-03

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10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.14.037