CN103283335B - 黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，属于矿山环境保护技术领域。该方法包括：根据待充填沉陷盆地的大小和形状，确定黄河泥沙充填条带的走向和尺寸。利用沉陷地周围已有的排水沟，先排走沉陷区积水，再沿其中心区域垂直充填走向修建中央田间道路和排水沟。根据每一待充填条带的沉陷深度、可取土深度和待复垦标高确定各条带的土壤剥离深度，采用隔带分层剥离的方式进行表土和心土的剥离，并分别堆放在各条带两侧。从垂直中央排水沟的条带两端向排水沟方向充填，待充填泥沙排水固结以后，再按照先心土后表土的顺序覆盖合理厚度的剥离土，通过土地平整，最终形成重构土壤剖面，从而为黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地现场实施提供技术支撑。

Description

黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法

技术领域

本发明属于矿山环境保护技术领域，特别涉及高潜水位平原矿区黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法。

技术背景

在中国的东部平原地区，存在着淮南、淮北、徐州、兖州、济宁等几大矿区，这些区域由于地下潜水位较高，沉陷后积水情况严重，有些地区的耕地损失量能达到50%以上。对于该类地区土地复垦的研究最早引起了各方学者的重视。中国土地复垦虽起步较晚，但发展十分迅速，已产生了许多实用的复垦技术，但目前常用的挖深垫浅、煤矸石充填、粉煤灰充填等复垦方式均不能很好的解决该类地区人多地少的矛盾。挖深垫浅复垦的耕地面积较少，煤矸石或粉煤灰充填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，而且目前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，没有足够的可供充填的煤矸石或粉煤灰。根据部分矿区采煤沉陷地靠近黄河的特点，引黄河泥沙对其进行充填，使其恢复耕地，是一种行之有效的措施。引用黄河泥沙充填复垦，不仅可以合理利用黄河水沙资源，而且能够最大限度地增加耕地面积，缓解矿区人地矛盾；在恢复耕地的同时十分有利于降低黄河河床高程，提高防洪效益，能够解决引黄济青、济津工程的淤泥处置难题；压煤村庄搬迁选址不再是难题，而且搬迁村民也不用远离乡土，耕地资源的恢复有利于社会的和谐稳定。

引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的最终目的是再造耕地，土壤重构是土地复垦的核心内容；土壤剖面重构是土壤重构的关键；重构土壤的质量是检验土壤重构的主要标准（胡振琪等,2005）。因此重构优良的土壤剖面至为重要。在高潜水位平原矿区，土壤剖面重构的关键问题是后期覆盖表土的来源和充填基质的排水速率，这两者又涉及到充填工艺和排水工艺，而重构土壤剖面的质量优劣又与覆土厚度紧密相关。因此，引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的关键是充填和排水。中国部分矿区已对引黄河泥沙（湖泥）充填沉陷区进行了一些积极探索。其中，对引用湖泥充填沉陷地研究较多。刘光荣（刘光荣,1995）对特大型矿井采煤引起的地表沉陷治理提出了相应的对策，对靠近南阳湖的济宁二号井、三号井面积为29.5km²的沉陷区，提出采用南阳湖湖泥充填沉陷区进行治理的方法。薛世新（薛世新,2006）、邹朝阳等（邹朝阳等,2009）、时洪超（时洪超,2010）在分析大屯公司采煤沉陷地现状的基础上，对比分析了用土回填、挖深垫浅、煤矸石或粉煤灰充填和湖泥充填的优劣，提出了包含取土区标志设立、排泥管铺设、充填区围堰填筑、挖泥船施工、排水、固结、土地平整和水利配套等7个步骤在内的湖泥充填施工工艺，并在张楼村、陶官屯村、王庄村、大屯村和徐庄矿采煤沉陷地进行了实地应用。此外，中国在黄河下游开展淤背固堤工作已有50多年的历史，历经自流放淤、提水淤背和机淤固堤三个阶段，其淤筑工艺包括淤区清基与围格堤填筑、泵淤设备和输送管线布设、淤区排水沟与辅道的修筑、淤区吹填、排水与包边盖顶等，但经过近40年的改进完善，引黄机淤固堤技术的提升仅限于挖取沙设备功效提高方面。国内学者针对黄河滩区放淤的研究主要集中在放淤固堤固结排水以及引黄灌区沉沙池泥沙覆淤还耕模式、泥沙农田化处理技术等方面。

总体来看，现有湖泥充填工艺、黄河下游的滩区放淤工程以及部分矿区自主开展的近距离引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的技术还存在以下不足：（1）现有的湖泥充填工艺以及黄河下游的滩区放淤工程缺乏充填区域的合理划分、充填区域过大；（2）对于高潜水位平原矿区的采煤沉陷积水区域，现有的直接充填工艺在充填完成后缺乏足量的覆盖表土、缺少表土剥离工艺；（3）现有的引黄河泥沙充填复垦工艺为自然排水，排水断面小，由于充填的泥沙层厚，排水固结时间长，充填材料中的多余水分迟迟不能排走，为后续土地平整及表土覆盖工作带来了很大的困难；（4）现有的泥沙充填排水工艺为直接排水，未采取挡沙措施，在排水的同时也带走了大量泥沙，易导致排水沟渠淤积。

发明内容

本发明的目的是为解决上述难题，提出一种黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，通过确定黄河泥沙充填条带走向和尺寸、开挖排水沟、修建中央田间道路、隔带分层剥离表土和心土、在充填条带靠近排水沟一端设置挡沙排水设施等措施，以快速沉淀泥沙，排走清水，并通过确定科学的覆土顺序和厚度，为设计科学合理的农业重构土壤剖面奠定基础，最终为引黄河泥沙充填复垦高潜水位平原矿区采煤沉陷地的现场实施提供技术支撑。

本发明提出的黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，技术流程图如图1所示，其特征在于：

（1）确定充填走向，划分条带：根据待充填的沉陷盆地大小和形状，确定黄河泥沙充填的推进方向，即走向，一般与煤层走向一致。沿充填走向，将采煤沉陷地划分成规则的条块，其长宽尺寸根据充填沉沙排水要求和实际耕作需要综合而定。（2）排走积水、修建中央田间道路和排水沟：在枯水季节，利用沉陷地周围已有的排水沟（可进行适当改造），排走沉陷区积水，在积水较多时，布设水井进行抽排降低潜水位。在沉陷盆地中心区域沿垂直充填走向修建中央田间道路，方便挖掘机械剥离土壤，并在其两侧开挖排水沟，用于充填泥沙的快速沉沙排水，排水沟与周围已有沟渠贯通；

（3）待复垦条带的表土和心土剥离：对每一待复垦条带根据沉陷深度、可取土深度和待复垦标高确定条带的剥离深度。采用隔带分层剥离的方式进行表土和心土的剥离，实现最优复垦效果；

（4）待复垦条带的泥沙充填排水：充填时从垂直中央排水沟的条带两端向排水沟方向充填，在每个充填条带靠近排水沟一端设置挡沙排水设施（如土工布屏障），以拦蓄泥沙排走清水；

（5）已充填条带表土和心土覆盖：在充填泥沙排水固结以后，进行土地适当平整，再将每个条带两侧堆存的表土和心土按照先心土后表土的顺序进行回填覆盖，并达到设计覆土高度；

（6）待所有条带充填复垦完成后，按照与周围农田系统协调的要求，进行田间道路、排水沟渠和农田生态防护林的配套建设。

本发明优点和积极效果

（1）可保证覆土来源：通过预先修筑排水沟，排走积水，再划分充填条块，对表土和部分心土进行剥离，可以保证在高潜水位平原矿区采煤沉陷地泥沙充填完成后有足量的覆盖表土；

（2）可缩短复垦时间：由于在每个充填条带靠近排水沟一端设置了如土工布屏障等挡沙排水设施，可以拦蓄泥沙，快速排走表层积水和深层泥沙中的过饱和水，将固结后的泥沙平整和覆盖表土的时间提前，缩短了整个复垦工期。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2确定充填走向，划分条带。

图3排走积水，修建中央田间道路和排水沟。

图4待复垦条带的表土、心土剥离和泥沙充填排水。

图5已充填条带表土覆盖和剩余待复垦条带的表土、心土剥离和泥沙充填排水。

图6复垦农田系统配套建设。

具体实施方式

本发明提出的黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，结合附图及实施例详细说明如下：本方法流程如图1所示，包括以下步骤：

（1）确定充填走向，划分条带：根据待充填的沉陷盆地大小和形状，确定黄河泥沙充填的走向（即推进方向），一般与煤层走向一致；沿充填走向，将采煤沉陷地划分成规则的长方形条块（其长宽尺寸根据充填沉沙排水要求和实际耕作需要综合而定。一般高潜水位平原矿区，充填条块的长度为100-500m，宽度为15-100m），如图2所示的网格长条区域①，图中最右边的长条②为原有排水沟。

（2）排走积水、修建中央田间道路和排水沟：根据待充填的沉陷盆地的气象水文资料（本实施例当地的结冰期为12月至次年2月，降水多集中在6月下旬至9月下旬。施工季节应选在在枯水季节（3-5月和10-11月）），利用沉陷地周围原有的排水沟②（可适当改造），排走沉陷区积水，在积水较多时，布设水井进行抽排降低潜水位；在沉陷盆地中心区域沿垂直充填走向修建中央田间道路③，以方便挖掘机械剥离土壤；在中央田间道路③与原有排水沟②交汇处修建桥梁④，并在中央道路③两侧开挖排水沟⑤和⑥，用于充填泥沙的快速沉沙排水，排水沟⑤和⑥与周围原有的沟渠②贯通，如图3所示。中央田间道路③和排水沟⑤和⑥的修建，将每一条带分割成两部分，分别编号为1、1′、2、2′……n、n′（n为划分的条带总数）。

本实施例的田间道路和排水沟渠的具体施工方法如下：

（21）当开挖出的土方作为淤填用料时，采取防雨措施，以防含水量过大，不利回填压实；当开挖出的土方作为弃料处理时，就近沿低洼区堆放，严格控制含水量和干容重；

（22）实地按规划定好中心线，然后根据路面宽度及路肩坡比对有效面积翻松平整，清除杂物；

（23）路基整平压实，路基碾压采用20t振动压路机，路基要视其土质类别开槽碾压铺底层；种植层的厚度开槽深度一般控制在30～50cm；开槽后碾压铺底层，使其压实度达到设计要求，然后路基按规范分层回填碾压至设计路基高度；

（24）路面砂砾石（本实施例厚10cm），确保（3cm）与土层碾压结合。

（25）区域排水沟工程主要由排水沟槽开挖，土方外运两部分组成。

（26）排水沟开挖量，全部用于回填铺筑路面，根据现场地形条件和地形特征，将排水沟按区划分，各区内按照实际情况再划分为若干个流水作业段，同时施工。

（27）区域排水沟以挖方为主，以机械（挖掘机）施工为主。沟槽开挖根据施工放样确定的排水沟中心线及开挖边线，按照设计断面进行开挖施工。施工中以机械为主，人工为辅助，挖方土根据规划及测量结果合理调配。

（3）待复垦条带的表土和心土剥离：对每一待复垦条带根据沉陷深度、可取土深度和待复垦标高确定条带的剥离深度，采用隔带分层剥离的方式进行表土和心土的剥离，实现最优复垦效果，本实施例的剥离如图4所示：即先剥离奇数条带的表土（层厚一般为30cm）和心土，分别堆存在各条带的两侧，即1、1′、3、3′、5、5′、7、7′、9、9′、11、11′、13、13′、15、15′条带；待奇数条带完成充填和表土覆盖后，再用同样的方法剥离偶数条带和进行相关的充填和表土覆盖施工。

（4）待复垦条带的泥沙充填排水：本实施例的区域距离最近的引黄输沙渠及沉沙池约6.5km，为充填采煤沉陷地提供了比较充足的泥沙资源。根据现场勘查情况，结合引黄灌溉工程及运行管理条件，引黄输沙工程施工方法如下：

（41）引黄灌溉期，采用YS-100X型电动绞吸式挖泥船取沙，直接输入350mm输沙管道，经一级中继加压泵站，输沙至项目区；

（42）非引黄灌溉期，采用水力组合泵取沙，直接输入350mm输沙管道，经一级中继级加压泵站，输沙至项目区。

充填时应从垂直中央排水沟的条带两端⑦向排水沟⑤和⑥方向充填，在每个充填条带靠近排水沟一端设置挡沙排水设施，如土工布屏障⑧，并在靠近排水沟一端的围堰土堤上设置排水出口⑨，排水出口的宽度为1-3m、深度与围堰土堤等高，以拦蓄泥沙排走清水，如图4所示。

（5）已充填条带表土和心土覆盖：图4中，在1、1′、3、3′、5、5′、7、7′、9、9′、11、11′、13、13′、15、15′条带充填的泥沙排水固结以后，进行土方平整，再将每个条带两侧堆存的表土和心土按照先心土后表土的顺序进行回填覆盖，并达到设计覆土高度，形成已复垦条带⑩。待偶数条带2、2′、4、4′、6、6′、8、8′、10、10′、12、12′、14、14′完成泥沙充填和排水固结以后，再用同样的方法进行表土和心土的覆盖施工，如图5所示。

充填泥沙排水固结以后的初步平整以及覆土完成后的最终平整应按以下方法进行：

（51）土地平整原则：根据区域地形、地势特点，综合考虑田间机械化耕作及当地耕作习惯等因素，田块以道路、排水沟渠划分，整个项目区以田间道作为交通的骨架，以各条块设计高程为控制工程，保持相对独立的挖填平衡。

（52）首先进行施工测量，测量比例尺一般为1:1000，以复核土地平整土方量，做到挖填平衡，不剩土，不出现二次搬运土方。填挖土方原则上在每个规划田块内进行平衡（但项目区地面有起伏，加之排水沟开挖量较大，因此要对照规划图、土方调配图、统筹安排土方调配，尽量缩短填挖运距，节省劳力）。田间土方平整采用LZ30装载机、SD22推土机，并配备5-10t自卸车运输。

（53）根据施工测量图，对照规划图，确定主要田间道路和排水沟的布置走向，土地平整前应先把道路及排水沟土方铲运至规划位置，进行完该工序，然后进行田块内土方平整。

（54）表土覆盖平整布料先从低洼地段开始，后填高程较高地区，从下向上分层平行摊铺，每区段层厚分别按照实测确定的充填厚度进行摊铺，为控制摊铺厚度和减少摊铺工作量，尽量准确控制布料。计算出应摊铺的面积和土方量，然后根据条块进行施工。

（55）摊铺平整：摊铺用推土机摊铺整平，待整平后用平口钯进行找平施工，疏松表土。

（6）待所有条带充填复垦完成后，按照与周围农田系统协调的要求，进行田间道路、排水沟渠和农田生态防护林的配套建设，如图6所示。

Claims (1)

1.一种黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)确定充填走向，划分条带：根据待充填的沉陷盆地大小和形状，确定黄河泥沙充填的走向与煤层走向一致；沿充填走向，将沉陷盆地划分成规则的长方形条块；

(2)排走积水、修建中央田间道路和排水沟：在枯水季节，利用沉陷盆地周围已有的排水沟排走沉陷盆地积水，在积水较多时，布设水井进行抽排降低潜水位；在沉陷盆地中心区域沿垂直充填走向修建中央田间道路，并在其两侧开挖排水沟，用于充填泥沙的快速沉沙排水，排水沟与周围已有排水沟贯通；

(3)待复垦条带的表土和心土剥离：对每一待复垦条带根据沉陷深度、可取土深度和待复垦标高确定条带的剥离深度；采用隔带分层剥离的方式进行表土和心土的剥离，实现最优复垦效果；

(4)待复垦条带的泥沙充填排水：充填时从垂直中央田间道路两侧排水沟的条带两端向排水沟方向充填，在每个充填条带靠近排水沟一端设置挡沙排水设施，以拦蓄泥沙排走清水；

(5)已充填条带表土和心土覆盖：在充填泥沙排水固结以后，进行土地平整，再将每个条带两侧堆存的表土和心土按照先心土后表土的顺序进行回填覆盖，并达到设计覆土高度；

(6)待所有条带充填复垦完成后，按照与周围农田系统协调的要求，进行田间道路、排水沟渠和农田生态防护林的配套建设。