淮北海孜煤矿采煤塌陷区煤矸石充填复垦条件分析

第２５卷第１期　２０１　５年３月　安徽地质　

Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆＡｎｈｕｉ　、，０１．２５　Ｎｏ．１　

Ｍａｒｃｈ　２０１５　

文章编号：１００５—６１５７（２０１５）０１—０６１—４　淮　海孜煤矿采煤壤瞧区煤矸石充填　

复垦条件分析　李冬　，严家平　，徐良骥２，喻怀君３，董祥林３　（１安徽理工大学地球与环境学院，　安徽淮南　２３２００１；２安徽理工大学测绘学院，　安徽淮南　２３２００１：　３淮北矿业（集团）有限责任公司，　安徽淮北　２３５０００）　摘要：为了增加塌陷区耕地资源，有效地提高土地利用率，减少环境污染，本文通过对海孜煤矿塌陷区进行实地　勘查，室内测试和实验，分析塌陷区煤矸石充填复垦条件。分析结果表明：塌陷区的地形地貌条件有利于土地复　垦工程的实施，较高的地下水位可以为重构土壤提供充足的水分；塌陷区塌陷深度小，且绝大部分塌陷区已达到　稳沉状态，有益于煤矸石充填复垦；大量的煤矸石为充填复垦提供了充足的物质基础，煤矸石中有害元素含量　低，复垦后不会对地下水和土壤造成显著的污染，且煤矸石的块度组分有利于水分的保持和上移。　关键词：采煤塌陷区；充填复垦条件；煤矸石；海孜煤矿　中图分类号：ＴＤ８４９．５；ＴＤ８２３．７　文献标志码：Ａ　

０引言　耕地与煤炭资源是人类赖以生　存和发展的重要自然资源。煤炭资　源的开发利用在社会发展和国民经　济建设中发挥着就巨大的作用。但　是，在煤炭资源的开采过程中，也　带来了严重的环境问题和社会问　题。随着煤炭资源的大量开采，引　起大面积的地表塌陷并且形成一座　座大小不一的矸石山，使大量土地　的生产能力下降，甚至失去生产能　力。据不完全统计，我国由于采　煤活动引起的地表塌陷面积已达　１　１０ｋｍ　，使我国原本紧张的土地　资源形势变的更加严峻…。由此可　见，我国土地整治工程迫在眉睫。　煤矸石充填复垦是现行塌陷区　治理工程中广泛运用的模式，既可　处理地表堆积煤矸石，减轻矸石对　地表环境的影响，又能有效地治理　地表塌陷区，提高土地增长量，缓　解土地资源紧张问题［２］。但目前煤　矸石充填复垦效益较低且存在一定　的盲目性。因此，本文通过对淮北　海孜煤矸塌陷区现场调查，分析了　影响煤矸石充填复垦效益的三个主　导条件［３】：塌陷区自然环境条件、　塌陷区开采破坏程度条件和充填复　垦材料一煤矸石条件，为海孜煤矿　塌陷区煤矸石充填复垦设计提供科　学的依据。　１海孜煤矿塌陷区概况　１．１塌陷区地理概况　海孜煤矿塌陷区位于安徽省　淮北市濉溪县内，北边距离淮　北市约４０ｋｍ，东边距离宿州市　３５ｋｍ。井田面积为３３．７４５ｋｍ　。　区域内地势平坦，海拔标高为　＋２０．７８～＋２８．５８ｍ，村庄稠密，人　口密集，以种植业为主，是重要商　品粮生产基地　。　１．２矿井开采地质条件　海孜煤矿井田范围内可采煤层　较多，且煤层倾角平缓，一般为　收稿日期：２０１４一ｌ１．１７　作者简介：李冬（１９８７一），男，安徽淮南人，硕士研究生，研究方向：矿产普查与勘探。　５。一１　５。，其中４、７、９、１　０煤　层为主采煤层，煤层埋藏深度为　２７７．０～６７７．０ｍ。虽然井田范围内　可采煤层较多，但是煤层稳定性较　差，煤层厚度分布不均匀，累计可　采厚度局部差异性较大，平均开采　厚度为８．３４ｍ。海孜煤矿现有采煤　方法均采用单一走向长壁采煤法，　炮采工艺，煤层开采顺序为自上而　下，由浅往深，自南向北。　１．３塌陷区现状　海孜煤矿由采煤活动引起的地　面变形连续且平缓，形成盘形下　沉盆地，分布较集中，面积相对较　大，且陷区深度较小、下沉幅度普　遍不大。经过现场实地调查发现，　地表塌陷区总面积已达５５７ｈｍ　，　其中由塌陷而产生的积水区面积为　４８．８ｈｍ　，仅地表下降而未积水的　面积为４７８．２ｈｍ　。地表下沉范围为　０．２－３．５ｍ，大部分区域的塌陷深度　在２．０ｍ左右，为沉陷缓坡地，地　６２　安徽地质　表不积水，生产力受到一定程度的　影响。塌陷积常年积水区平均水深　３ｍ，最深积水区可达９ｍ。塌陷区　内的土地遭到不同程度的破坏，生　产能力下降，只有少部分的耕地仍　在耕种，但产量较低。　根据海孜煤矿塌陷区现状和实　际生产情况，并依据“因地制宜，科　学利用”原则，选择１号塌陷区（海　孜煤矿一采区）、２号塌陷区（海孜　煤矿二、四采区）、３号塌陷区（海　孜煤矿西部井三采区）、４号塌陷区　（海孜煤矿西部井五、七采区）作为　煤矸石充填复垦项目区（图１）。　２煤矸石充填复垦条件分析　２．１塌陷区自然环境条件　２．１．１地形地貌条件　海孜煤矿塌陷区位于淮北平原　中部，区域地貌属淮北堆积平原，　其微地貌类型为河间平原、河间洼　地和泛滥微高地，地势平坦，土壤　条件好，地表水资源丰富。相反，　如果在丘陵地带，塌陷区土地复垦　工作难度大，复垦效益低，一部分　原因就是丘陵地带地形地貌复杂，　沟壑纵横，交通不便。总体上，塌　陷区的地形地貌条件有利于土地复　垦工程的实施和复垦效益的提高。　图１塌陷区分布图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍａｐ　ｏｆ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｒｅａ　２．１．２水文地质条件分析　足的水分和养分，还可以加速煤矸　塌陷区内由于各隔水层（组）的石土壤化［５】。由于煤矸石充填复垦　存在，矿井无地表水漏失，也无泉后的重构土壤孔隙相对于毛细孔隙　井干涸等现象发生。同时，受矿井（０．００２～０．５ｍｍ）较大，毛细力弱，　井下不断地疏排地下水及地表工从而形成的毛细水高度较低，必然要　业、农业和居民不断地抽取地下求塌陷区地下水位要有一定的高度。　水，使地下水位（第四含水层和基当塌陷区地下水位较低，潜水面与覆　岩裂隙水）呈下降趋势，但也未发土层之间的距离大于充填层基质（煤　生地下水位超常降低，地下水资源矸石）的毛细水高度时，则煤矸石充　枯竭现象。由此可见，塌陷区地下填层不能有效地将水分和养分运移至　水水均衡总体上未被破坏，也未对覆土层从而提供给地表农作物，影响　邻近区域地下水水均衡产生影响。　农作物的正常生长。当地下水位较　实测数据表明，海孜煤矿井田高，潜水面与覆土层之间的距离小于　范围内地下水位埋深较浅，一般在充填层基质的毛细水高度时，充填层　２．８米左右。塌陷区高地下水位不中的煤矸石在毛细水作用下易发生膨　仅可为复垦区的农作物生长提供充胀、崩解和软化，改变了煤矸石的物　理化学性质且降低了煤矸石的强度　］，从而减少了煤矸石土壤化所需要　的时间。由此可见，塌陷区高地下水　位，可以有效地提高复垦土地的利用　质量，减少充填层土壤化的周期。　２．２塌陷区开采破坏程度分析　２．２．１塌陷深度条件分析　海孜煤矿塌陷区总体上塌陷深　度不大，一般为０．２～３．５ｍ，部分塌　陷区域深度大于３．５ｍ，为常年积水　区。对于塌陷深度小于３．５ｍ，主要　采取煤矸石充填复垦的方法进行治　理，并修复受损沟渠和道路，使其　满足农业种植的需要。对于塌陷深　度在３．５ｍ以上的深层塌陷区，由　于其常年积水，且积水面积较大，　复垦难度较大，适宜改造成平原水　库或人工湖泊，一则可满足海孜工　业园区企业及周边农业灌溉用水；　另一则也可发展养鱼，养鸭等养殖　业。同时，可结合区域经济及社会　发展，利用大水面采空塌陷区可兴　建规模适当的矿山地质公园，作为　矿山及周边居民休憩娱乐用地。总　体上，海孜煤矿塌陷区塌陷深度　小，有利于复垦工程的顺利进行，　且塌陷深度的差异性可促使多种复　垦形态科学的结合，显著提高复垦　效益。　２．２．２塌陷区稳定性条件分析　按照“开采规程”中规定，下　沉盆地内任意一点在连续６个月内　下沉值累计不超过３０ｍｍＨ￣，即认　为地表移动已经结束，地表已达稳　沉状态。根据海孜煤矿地表塌陷区　监测数据显示，１、２和３号塌陷区　已达到稳沉状态，４号塌陷区由于　煤层开采尚未完全结束，还存在一　定的残余变量。在１号塌陷区，由　于其残余变量最小，将其充填复垦　为建筑用地，解决居民的居住问　题，其余三个塌陷区全部充填复垦　为耕地，且在４号塌陷区采用预填　高复垦方式，解决地表继续下沉问　安徽地质　２０１５定　严重盐渍化，基本不能利用。昔日　的平原变成高低不平的塌陷区，肥　沃的耕地变成低产地、沼泽地或芦　苇丛生的湖泊，加上矸石山的压占　和污染，矿区生态环境将遭受严重　的破坏。通过煤矸石充填复垦，使　被破坏的耕地复原，增加土地利用　率，改善生态系统。　３．３社会效益预测　土地复垦关系到社会经济持续　展的大事，不仅对发展农业生产　煤炭事业有重要意义，而且是保证　矿区区域可持续发展的重要组成部　分。由于大量耕地的损失，将会直　可持续发展的重要组成部分。　４结论　煤矸石充填复垦既修复了土地，　又解决了矿区煤矸石占压土地等问　题，是矿区土地利用的发展趋势，　也是矿区生态系统重建和修复的重　要内容。从上述分析可以看出，海　孜煤矿塌陷区的自然环境条件、开　采破坏程度条件和煤矸石自身条件　都有利于煤矸石充填复垦工程，可　有效地提高复垦效益和土地利用　率，并且复垦后形成重构土壤的物　理性状与化学性质易接近或达到国　家颁布的土地复垦技术标准。海孜　接影响农业生产，而且也会给社会煤矿塌陷区煤矸石充填复垦条件分　增加不稳定因素。复垦后增加耕地　资源，提高了土地利用率，调整土　析，为海孜煤矿及周边矿区的塌陷［７】　区煤矸石充填复垦设计提供科学的　地利用结构。这不仅对发展农业生依据。　产和煤炭事业有重要意义，而且对　整个社会的安定团结和稳定发展也　有重要意义，它将是保证矿区区域　

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ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＲＥＣＬＡＭＡＴＩｏＮ　ＣｏＮＤＩＴＩｏＮＳ　ｏＦ　ＦＩＬＬＩＮＧ　ｏＦ　ＣｏＡＬ　ＧＡＮＧＵＥＳ　ＩＮ　ＭＩＮＩＮＧ　ＤＥＰＲＥＳＳＩＯＮ　ＡＲＥＡ　ＩＮ　ＴＨＥ　ＨＡＩＺＩ　ＣｏＡＬＭＩＮＥ　ＩＮ　ＨＵＡＩＢＥＩ　ＬＩ　Ｄｏｎｇ　，ＹＡＮ　Ｊｉａ－ｐｉｎｇ　，ＸＵ　Ｌｉａｎｇ—ｊｉ　，ＹＵ　Ｈｕａｉ－ｊｕｎ　，ＤＯＮＧ　Ｘｉａｎｇ—ｌｉｎ。　ｎＳｃｈｏｏｌ　ｏｆＥａｒｔｈ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ，Ａｎｈｕｉ　２３２００１，Ｃｈｉｎａ；２　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ，Ａｎｈｕｉ　２３２００１，Ｃｈｉｎａ　３　Ｈｕａｉｂｅｉ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｈｕａｉｂｅｉ，Ａｎｈｕｉ　２３５０００，Ｃｈｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｆａｒｍｌａｎｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｒｅａ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｌａｎｄ　ｕｓｅ　ｒａｔｅ，ａｎｄ