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中国科技论文在线矿区塌陷地复垦方法研究吴振华，徐目圣，李雪*5 （中国矿业大学 与测绘学院） 摘要： 煤炭的开采促进了人类社会发展的同时了人类赖以的土地。 本文在全面分析 文献及前人研究的基础上， 明确指出了土地复垦问题的艰巨性与紧迫性， 介绍了各种土地复 垦的方法，尤其对几种常用的方法进行了应用条件分析以及优、缺点分析。最后，分析了祁 东煤矿塌陷区土地复垦所采用的各种方法。 关键词：矿区；塌陷地；土地复垦；方法 中图分类号：TD8810Study on the method of the Land Rection in the mining area subsided Land15Wu zhenhua1, Xu Musheng2, Li Xue2(1. School of Enviroment science and Spatial Informatics,China University of mining and technology; 2. School of Environment science and Spatial Informatics,China University of mining and technology) Abstract: Coal mining promoted the development of human society, and at the same time damaged the survival of humans land. This article based on analysis of literature and previous studies comprehensively,clearly pointed out the enormity of the problem of land rection and urgency, describes various methods of land rection, especially on several commonly used methods of application conditions and excellent.defects analysis. At last, This analyzes various kinds of method of the land rection in Qidong mining area subsided land. Key words: Mining area；Subsided Land；Land Rection；Method20250 引言我国是产煤大国，煤炭产量居世界第一。煤也是我国的重要能源之一，在我国的能源结 30 构中占一次能源生产、消费总量的 74%左右，并且我国以煤为主的能源结构短期不会改变， 煤炭的开采为我国社会主义现代化建设做出了巨大的贡献。 但与此同时煤炭的开采又造成了 大面积的土地，使许多农民失去赖以的土地，加剧了人地矛盾，影响了区域经济的 发展。实践证明，土地复垦是土地再生的一种有效手段，耕地是中国的一项基本国策， 为确保我国 1.2 亿 hm2 的耕地红线，矿区塌陷地土地复垦刻不容缓！ 351 矿区塌陷地与土地复垦的涵义1.1 矿区塌陷地的涵义矿区塌陷地是指矿山资源开采以后， 采空区上覆岩层的原始应力平衡状态受到， 依 次发生冒落、断裂、弯曲等移动变形，最终涉及地表，形成一个比采空区面积大得多的近似 椭圆形的下沉盆地，因采矿而造成地表的区域被称之为矿区塌陷地。作者简介：吴振华（1989-），男，在读研究生，研究方向：土地复垦. E-mail: -1- 中国科技论文在线土地复垦的涵义我国 1989 年生效实施的《土地复垦》，将土地复垦定义为：对各种土地“恢复到可供利用状态的活动” 。 基于国外的定义， 土地复垦 （Rection 或 Land Rection） 不仅要求恢复土地的使用价值， 而且要求恢复的场所保持的优美和生态系统的稳定， 其 目的就是：重新恢复利用土地，恢复被扰动或损毁的。 452 矿区塌陷地复垦方法我国的复垦工作起步相对较晚，70 年代才开始自发、零星的复垦，80 年代前半期是 理论研究及试验复垦阶段，80 年代末到 90 年代的探索阶段，直到 1998 年我国成立国土资 源部，并设立了耕地司和土地整理中心，土地复垦工作进一步规范化、科学化，因此， 已稳沉塌陷地复垦技术得到了很多的研究和实践初步形成了采煤塌陷地复垦的技术体系。502.1挖深垫浅复垦方法挖深垫浅复垦方法顾名思义， 即用挖掘机械将沉陷深的区域继续挖深， 形成水 （鱼） 塘，取出的土方充填至沉陷浅的区域形成陆地，将造地与挖塘相结合。依据复垦设备的不同，可 以细分为：泥浆泵复垦技术、拖式铲运机复垦技术、挖掘机复垦技术、推土机复垦技术。 2.1.1 55 泥浆泵复垦技术泥浆泵复垦方法实际上就是模拟自然界水流冲刷原理， 运用水利挖塘机组将机电动力转 化为水力而进行挖土、输土和填土作业，即由高压水泵产生的高压水，通过水枪喷出一股密 实的高压高速水柱，将泥土切割、粉碎，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块的混合液，再由 泥浆泵通过输送管压送到待复垦的土地上，然后泥浆沉积排水达到设计标高的过程。 2.1.2 拖式铲运机复垦工艺60拖式铲运机实质为一个无动力的拖斗， 在前部用推土机作为牵引设备和匹配设备进行铲 装运土作业。铲运机由一个带有活动底板的铲斗、4 个轮胎和液压系统组成，其中铲斗的活 动底板有锋利的箕形铲刀， 用于剥离土壤。 用拖式铲运机的铲斗和推土机的推斗将土方从 “挖 深区”推或拉至“垫浅区”，对“垫浅区”进行回填。铲运机前面带推土机，前推后拉，既 可推土又可挖土和运土，具备铲、运、填、平等多种功能，工艺简单，操作方便，省时省力。652.1.3挖掘机复垦技术挖掘机复垦方法即用“分层剥离，交错回填”的土壤重构方法和数学模型进行复垦，剥 离采用挖掘机，运输使用四轮翻斗车或卡车。2.2充填复垦方法充填复垦方法即利用土壤和易得的矿区固体废弃物（如煤矸石、粉煤灰等）及垃圾、湖70泥、水库库泥等来充填采煤塌陷地，恢复至设计地面高程来复垦土地。该方法的应用条件是 有足够的充填材料且充填材料无污染或可经济有效的采取污染防治措施。 优点是既解决了沉 陷地的复垦问题，又进行了固体废弃物的处理，其经济效益显著。缺点是土壤生产力一-2- 中国科技论文在线般不是很高，并可能造成二次污染。 2.2.1 75 煤矸石充填复垦方法煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物， 是一种在成煤过程中与煤层伴生的一 种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石复垦可分成三种情况:新排矸石复垦、推平 老矸石山复垦和预排矸复垦。新排矸石复垦，是利用排矸复田系统，将矿井新产生的煤矸石 直接排入塌陷坑，推平复土造田；推平老矸石山复垦，是利用矸石堆积存的矸石做复田的充 填材料，并推平老矸石山，在其上复土绿化或处理矸石山作为它用；预排矸复田，是在建井80过程和生产初期，在采区上方地表预计要发生下沉的地区，将表土取出堆放在四周，按预计 的下沉等值线图，预先排放矸石，待到下沉停止、矸石充填到预期水平后，再将堆放在四周 的表土推在矸石层上复土成田。 2.2.2 粉煤灰充填复垦技术 采煤塌陷地粉煤灰充填复垦方法是将粉煤灰直接充填到塌陷地，恢复到设计地面高85程，然后根据复垦目的进行土壤重构，整平造地。也可以利用电厂原有设备和增加所需要的 输灰管道，便可将灰水直接充填塌陷区。贮灰场沉积的粉煤灰达到设计标高后停止冲灰，降 水排净，然后覆土。 2.2.3 其它充填复垦技术 除了煤矸石与粉煤灰外，露天采矿剥离物、垃圾、湖泥等也可以作为充填物进行充填90复垦，其技术工艺与上述大体相同这里不再介绍。 2.2.4 采煤沉陷地无害化充填复垦新技术模式 煤矸石、粉煤灰等工业废弃物往往含有有毒物质，耕地是人类最宝贵的土地资源，为 提高耕地生产力，实现绿色生产和生物多样性，近年来，国外提出了增加隔离层和覆盖层等 方法， 来防止充填材料中的毒物渗透进地下水和上覆耕作层土壤， 但对隔离层的材料和厚度95等详细的特征方面还处于探索阶段。2.32.3.1矿区塌陷地复垦的其它方法沉陷地土地平整技术土地整平技术是沉陷地复垦方法中的一项比较基本的方法， 主要是消除附加坡度、 地表 裂缝以及波浪状下沉等特征对土地利用的影响。 100 适用条件：主要用于中低潜水位沉陷地的非充填复垦、高潜水位沉陷地的充填复垦， 以及与输排法配合用于高潜水位沉陷地的非充填复垦等。 在进行沉陷地平整时，一方面应设计好标高，使地面平整度符合要求，另一方面 土地平整要与沟、渠、、田、林、井等统一考虑，避免挖了又填，填了又挖的现象。-3- 中国科技论文在线 梯田式复垦方法梯田式复垦就是根据沉陷后地形与土质条件与耕作要求， 合理设计出梯田断面， 将沉陷 地整理成梯田。 2.3.3 疏排复垦方法输排法是将开采沉陷积水区通过强排或自排的方式实现复垦，即采用合理的排水措施 （如建立排水沟、直接泵排等），开挖沟渠、疏浚水系，将沉陷区积水引入附近的河流、湖 110 泊或设泵站排出积水，使采煤沉陷地的积水排干，再加以必要的地表整修，使采煤沉陷 地不再积水并得以恢复利用。 开挖沟渠、 疏浚水系是防止和减轻低洼易涝地渍害的有效途径。 适用条件：地表沉陷不大，且正常的排水措施和地表整修工程能土地的恢复利用， 多用在低潜水位地区或单一煤层，较薄煤层开采的高、中潜水位地区。 优点：工程量小投资少、见效快，且不改变土地原用途。 115 缺点：需对配套的水利设施进行长期有效的管理以防洪涝、沉地的持续利用。 2.3.4 生态农业复垦方法生态农业复垦是以生态学和生态经济学原理为指导， 对采矿土地复垦并实施现代集 约型生态农业的技术体系，不仅整治了采矿废弃的土地，恢复、改善了矿区的生态，而 且还克服了常规农业能量消耗高、农业生产成本高、效益低、动植物品种单一及其结构单调 120 等缺点。 2.3.5 井下充填复垦方法井下充填复垦技术是利用填充物直接进行井下充填， 以减少或避免地面沉陷， 是土地复 垦的预防技术。填充物可以是煤矿固体废弃物、水泥、沙子、河泥等。2.4125生物复垦方法近年来，我国与国外在土堤复垦领域合作与交流日见增多，复垦方法从“工程复垦”向“生态复垦”发展，并将是新的发展趋势。 2.4.1 生物复垦的概念对于生物复垦（biological rection）概念，当前有许多不同看法，煤科院分院的 李树志把生物复垦定义为采取生物等措施恢复土壤肥力生物生产能力， 建立稳定植被层的一 130 切工程和技术活动。 河南理工大学的张合兵认为生物复垦指的是根据土地复垦区土地利用方 向，采取包括肥化土壤、微生物培肥等在内的生物方法，改变土壤新耕作层养分状况和土壤 结构，增加蓄水、保水、保肥能力，创造适合农作物正常生长发育的，矿区生态平 衡的技术体系。 还有一些学者认为生物复垦是对已的土地完成工程措施后， 采用农业技 术和改进水利等措施，提高其肥力和建立稳定植被的活动。 135 2.4.2 常用的生物复垦方法（1）酸碱中和法-4- 中国科技论文在线土壤的 PH 值是土壤化学特性的一个重要指标， 它对土壤的肥力和作物的生长有很大的 影响，土壤的 PH 值过大或过低都不利于作物的生长。对于矿区中采用粉煤灰、煤矸石废弃 物等充填复垦后的土地，土壤要么呈酸性，要么呈碱性。在复垦实施过程中，可适量对土壤 140 加入合适材料混合，使土壤达到适合植物生长的 PH 值。该措施除了降低土壤的酸碱度外， 还能促进微生物活性，增加土壤中的钙含量，改善土壤的结构，并减少磷被活性铁、铝离子 固定。 （2）绿肥法 绿肥是改良复垦土壤、 增加有机质和氮磷钾等多种营养成份的最有效方法。 凡是以植物 145 的绿色部分当作肥料的称为绿肥，绿肥多为豆科植物，它是改良复垦土壤，增加有机质和氮 磷钾等多种营养成分最有效的方法。绿肥一般含有 15～25%的有机质和 0. 3～0. 6%的氮素， 其生命力旺盛，在自然条件较差，较贫瘠的土地上都能很好的生长，它根系发达，能吸收深 层土壤的养分，绿肥腐烂后还有胶结和团聚土粒的作用，从而改善土壤的理化特性。矿区有 许多植物可作为绿肥，比如紫云英、罗卜青、油菜、怪麻、绿豆、黄豆、沙打旺、大叶猪屎 150 豆、紫花苜蓿等植物。其方法是在工程复垦地种植绿肥，待其成熟后压青翻入土壤，可 采取单种、间种、套种等种植方式。 （3）化肥和农家肥法 该措施主要以增施有机肥和化肥来提高土壤的有机质和肥份含量， 改善土壤结构和理化 性状。特别是有机肥中的有机质粘结力和粘着力比砂粒强、比粘粒弱，可克服沙土过沙，粘 155 土过粘的缺点，有机肥还能使土地快速形成结构，土体疏松，防止土壤板结，增加土壤 的保肥能力。 （4）微生物法 微生物复垦方法就是利用微生物的接种优势， 对复垦土壤进行综合治理与改良的一种措 施。利用微生物复垦方法来培肥地力往往具有低成本、高效率的特点。除较成功地应用自生 160 固氮菌、 磷钾细菌肥料及复合菌肥技术以外， 菌根技术已开始在矿区土壤的应用中取得较好 的效果。3 实例分析在实际工程操作过程中，往往根据塌陷区实际地形、地貌等情况，采用几种方法相结合 进行复垦。 1653.1项目区概况项目区为皖北煤电集团恒源煤电股份公司祁东煤矿采煤造成的塌陷地，截止 2010 年，祁东煤矿已造成土地塌陷面积 1359.84hm2，但根据矿井储量计算图、矿井开采计划和开采 下沉预计理论，目前已下沉稳定，适宜进行综合整治的区域范围有 444.39hm2。-5- 中国科技论文在线复垦方法研究挖深垫浅复垦方法该项目区采用了挖深垫浅的复垦方法中的挖掘机复垦方法， 将项目区中的坑塘水域继续 挖深，挖出的土方运输到旱地、林地、水浇地等进行“垫浅”， 覆土造地 5000 亩，开挖鱼 塘 4500 亩。 3.2.2 175 疏排复垦方法由于该项目区周围设置大坝， 项目区中积水无法排除， 因此又采用了疏排复垦方法中的 泵排法，将项目区中的积水强排至项目区外的浍河中。 3.2.3 沉陷地土地平整技术在进行填方工程过程中又涉及沉陷地土地平整技术。 填方土源来自挖方， 当填方至设计 高程以下 0.5m 时， 先进行机械平整， 后采用先期剥离的表层熟土进行表土回复和人工找平； 180 当填至与填方区边缘相距 2.00m 处时，以人工修整边坡，边坡坡度按 1∶2 取值。 3.2.4 生态农业复垦方法本项目采用“种（林、草、蝉、食用菌、水生植物）—养（鹅、肉牛、蚯蚓、水产）— 加（屠宰加工、饲料加工）—沼（沼气工程、有机肥工程）”生态农业循环经济模式实现塌 陷区治理的生态效益、社会效益、经济效益三者有机统一。 185 （1）林、草种植：在塌陷区的、渠、田、塘的周边、道旁种植杨树 30 万株。林下可 栽培食用菌及野腊菜等。 产生树叶可作为鹅的青绿饲料或育雏的垫料， 使林业生产的副产品 得到彻底有效的充分利用，木材用于出售，食用菌渣可作为沼气工程发酵原料；在杨树林、 坡地、河堤等广泛种植牧草，冬季种植冬牧-70 多花黑麦草、夏季种植墨西哥玉米。鲜牧草 可做鹅的优质饲料； 牧草加工厂颗粒饲料喂鹅， 能解决冬季牧草的不足， 降低鹅的饲养成本。 190 （2）畜禽养殖：鹅能清除树下、沟、塘边的杂草，能利用水而放牧，鹅不食饲养的鱼 类，能达到鹅、鱼共育，鹅、鱼双丰收的效果；产生的鹅粪可用于养殖蚯蚓、水产，还可以 用于生产沼气。大力发展肉牛养殖，牛粪与秸秆作为原料栽培食用菌（双孢菇）。 （3）蚯蚓：养鹅产生的粪便与粉碎后的秸秆（杨树叶）发酵制备饵料养殖蚯蚓。蚯蚓 作为黄鳝、甲鱼等的活饲料。产生的蚯蚓粪是树木、牧草等的优质有机肥。 195 （4）水产：利用水面养甲鱼、黄鳝、泥鳅、鲢鳙、草鱼等水产，可消化养鹅过程中产 生的粪便，塘泥可用作种植树木、牧草和水生植物的天然肥料。 （5）水生植物。治理后的浅水区，用来种植茭白、菱角、莲藕等，可以处理水产养殖 过程中产生的塘泥。 （6）屠宰加工：延伸产业链，提高产品畜禽产品附加值，生产过程产生的废弃物可作 200 为沼气发酵原料。 （7）沼气工程：畜禽粪便、菌渣及屠宰加工产生的废弃物可用于生产沼气，沼气用于 养殖场生产、 生活用能， 沼液用于水产养殖及林木种植过程中肥料， 沼渣可加工有机肥出售。 （8）特色旅游：依托项目区自然条件，大力发展生态旅游，将项目区发展成为一个集 旅游观光、休闲度假、植物科教、娱乐餐饮于一体的生态旅游园区。 205-6- 中国科技论文在线饲料加工饲料牧草鹅苗210还田树叶 林木种植 木 材 树 枝 林下种 草、养 蝉、野菜 种鹅养殖 鹅苗商品鹅养 殖示范 带动养殖 户养殖生活用能 鹅 粪 废 弃 物 沼气工程 沼渣 有机肥加工 有机肥 沼 气 沼液 水产养殖 塘泥 水生植 植鹅粪 （发酵） 蚯蚓 蚯蚓粪肉 鹅外销215肉牛养殖 牛粪 秸秆 食用菌蚯蚓 出售 出售屠宰加工废弃物220图 1 项目区生态农业循环经济模式4 结论虽然我国土地复垦研究工作起步较晚， 但是近年来， 在党和国家领导人以及各级地方政 府的高度重视与支持下， 许多专家和学者也在对矿区塌陷地土地复垦的各个方面进行潜心研 225 究，并取得了显著的成绩。国内文献统计，在中国知网(CNKI)跨库检索中，以“土地复垦” 为关键词，对 1979-2011 年期间发表的相关文献为 849 篇，其中，期刊论文 731 篇，优秀硕 士论文 48 篇，优秀博士论文 2 篇。与此同时，中国的矿产资源丰富、人多地少、土地资源 短缺，这使中国的土地复垦具有很大的发展机遇，也面临严峻的挑战。为此，应加大对土地 复垦方法的科学研究，增强各研究机构相互之间以及国际间的交流、学习与合作，为确保国 230 家的土地安全、粮食安全、能源安全、安全和社会稳定，提供强有力的科技支撑。235[参考文献] (References)[1] 胡振琪，卞正富等.土地复垦与生态重建[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008. 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