采煤塌陷區(qū)煤矸石回填復(fù)墾技術(shù)

羅建　胡水明

摘要：煤炭是當(dāng)前社會生產(chǎn)中關(guān)鍵的礦產(chǎn)資源，在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。但是煤炭資源的儲量是有限的，在礦區(qū)的煤炭開采殆盡后，留下的是塌陷區(qū)，其對于周邊環(huán)境造成的影響和危害非常大。如何對采煤塌陷區(qū)進行有效的治理，是當(dāng)前煤礦企業(yè)重點關(guān)注和研究的問題。文章結(jié)合采煤塌陷區(qū)的危害，對煤矸石回填復(fù)墾技術(shù)進行了分析。

關(guān)鍵詞：采煤塌陷區(qū)；煤矸石；回填復(fù)墾技術(shù)；煤炭資源；煤炭開采 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD88 文章編號：1009-2374（2016）28-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.074

工業(yè)化進程的加快推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，也加大了社會對于能源資源的需求。在長期的資源開采過程中，占用了不少的農(nóng)業(yè)用地，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。在我國新的《土地管理法》中，加大了對耕地的保護力度，要求盡可能將復(fù)墾土地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。利用煤矸石對采煤塌陷區(qū)進行回填復(fù)墾，是當(dāng)前礦區(qū)綜合治理的一個非常有效的途徑，也因此受到了廣泛的關(guān)注。

1 采煤塌陷區(qū)的危害

采煤塌陷區(qū)在煤礦開采后留下的下陷的區(qū)域，也可以說是沉陷區(qū)，其所帶來的危害和影響是非常突出的，必須得到足夠的重視和治理。

1.1 塌陷與裂縫

在煤礦開采過程中，容易引發(fā)地表塌陷和土體的沉降，產(chǎn)生的壓實作用會進一步對土壤原本的結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)惡化，在暴雨季節(jié)，由于缺乏地表植被的保護，還可能產(chǎn)生水土流失甚至滑坡、泥石流等問題。不僅如此，塌陷問題會在地表形成大量裂縫，不僅影響了周邊環(huán)境的安全，還會導(dǎo)致土壤蒸發(fā)作用的增強，加劇養(yǎng)分的流失，進而引發(fā)土地荒漠化的問題。

1.2 環(huán)境污染

煤礦開采過程往往伴隨著一些有毒有害物質(zhì)的排放，這些物質(zhì)會對周邊的自然生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞，而塌陷、挖損等問題同樣會引發(fā)土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的改變，導(dǎo)致礦區(qū)土壤的退化。水污染問題同樣是采煤塌陷區(qū)的一個關(guān)鍵性問題，主要表現(xiàn)在對包氣帶土壤水、地表水的影響，對于水體環(huán)境的污染以及地下水系統(tǒng)的破壞。例如在采煤塌陷區(qū)，地表裂縫中通常會存在有矸石堆淋溶水或者選煤廢水，其可能流入到周邊的地表水和地下水系統(tǒng)中，引發(fā)嚴(yán)重的水土污染。

1.3 生態(tài)威脅

伴隨著煤炭資源的逐漸枯竭，采煤區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)在構(gòu)成方式、生態(tài)過程等方面都會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，使得生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，森林覆蓋面積減少，整體功能下降，土地利用適宜性降低，農(nóng)作物產(chǎn)量下降，同時也可能會導(dǎo)致地表建筑物以及工程設(shè)施的損壞，嚴(yán)重威脅生態(tài)安全。

2 煤矸石的特性

煤矸石是指在煤炭的開采和加工過程中排放出的固體廢棄物，以無機物為主，含有少量的有機物，其產(chǎn)出量一般在煤炭產(chǎn)量的10%～20%。在我國，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，煤矸石的積存量超過了50億噸，堆積起來的占地面積超過2萬公頃，甚至其仍然在以1.5～2億噸的速度逐年遞增，已經(jīng)發(fā)展成為我國排放量最大、積存量最大、占用土地最多的工業(yè)廢棄物。

煤矸石本身蘊含有多種礦物，如鋁土礦、黃鐵礦、石英、長石以及碳酸鹽類礦物等，通常以硅鋁為主要成分，SiO2以及AlO2的含量一般在40%～60%和15%～30%之間波動，而煤矸石中有機質(zhì)的含量會隨著其含煤量的增加而增加，主要包括了C、N、S等。

在以往的煤炭開采和加工過程中，受各方面因素的影響，產(chǎn)生的煤矸石通常都是采用露天堆放的形式，不僅占用大量的土地資源，而且還會對土壤、水體和大氣環(huán)境造成相當(dāng)嚴(yán)重的影響和危害，也影響了礦區(qū)居民的正常生活以及身體健康。在這種情況下，煤矸石的處理問題就成了一大難題。而將煤矸石用于采煤塌陷區(qū)的回填復(fù)墾，能夠有效減少其對于環(huán)境的污染，同時也可以實現(xiàn)對礦區(qū)的綜合治理，具有良好的可行性，也因此受到了越來越多的重視。

3 采煤塌陷區(qū)煤矸石回填復(fù)墾技術(shù)

對于采煤塌陷區(qū)的復(fù)墾利用需要根據(jù)具體的情況進行，可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也可以用于建設(shè)用地。這里結(jié)合復(fù)墾實踐經(jīng)驗，對一些具有代表性的煤矸石回填復(fù)墾模式進行簡要分析。

3.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

煤矸石在經(jīng)過物理風(fēng)化以及化學(xué)風(fēng)化之后，在粒度、顏色、酸堿性、孔隙率、滲透性等方面都會出現(xiàn)不同程度的改變，只要其中粒徑在1mm以下的顆粒物含量達到10%，就可以供植物生長。雖然在風(fēng)化殼下尚未完全風(fēng)化的煤矸石同樣存在有細微顆粒，但是由于含量問題，并不能用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。矸石風(fēng)化后形成的風(fēng)化物孔隙較少，下層水分不易蒸發(fā)，因此植被在耐旱程度上還要優(yōu)于黃土。同時植物生產(chǎn)環(huán)境中的營養(yǎng)元素直接影響著其生長狀況，煤矸石風(fēng)化物中同樣蘊含有多種植物生長所必須的微量元素，如K、N、P等，雖然含量較少，不過可以通過施肥等方式進行改善。

3.1.1 林用模式：利用煤矸石對采煤塌陷區(qū)進行回填，然后在回填區(qū)域進行復(fù)墾造林，是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的復(fù)墾模式，基本上不會受到外界條件的限制，只要在附近存在有用于回填的煤矸石，就可以采用這種模式。使用煤矸石對塌陷地進行充填后，可以根據(jù)實際情況，選擇一些經(jīng)濟林樹種或者用材林樹種，確保樹種具備較強的適應(yīng)能力，成活率高、生長迅速，對礦區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境進行改善。這種復(fù)墾模式對煤矸石進行了充分利用，經(jīng)實踐，具備良好的可行性和非常顯著的生態(tài)效益，不過也存在著一些不足，一是植物的選擇相對困難，因為想要迅速找到理想的植物是非常困難的，必須從實際情況出發(fā)，將其中一些關(guān)鍵性的條件作為選擇植物的主要依據(jù)，選擇一些具有加強抗性和適應(yīng)能力的鄉(xiāng)土樹種，如刺槐、楊樹、柳樹等；二是林木本身的生長周期較長，需要一定的時間才能夠看到其所帶來的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

3.1.2 農(nóng)用模式：在煤矸石回填采煤塌陷區(qū)之后，結(jié)合灌漿復(fù)土技術(shù)，可以形成相應(yīng)的矸石灌漿復(fù)土農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，同樣只需要具備相應(yīng)的煤矸石作為填充材料就可以應(yīng)用，在補充耕地面積、緩解農(nóng)耕矛盾、實現(xiàn)農(nóng)民增收、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。與林用模式相比，農(nóng)用模式種植的多是一些比較常見的農(nóng)作物，因此對于養(yǎng)分的需求較大，需要做好相應(yīng)的管理工作，包括施肥、灌溉以及病蟲害的防治等。具體來講，應(yīng)該結(jié)合區(qū)域氣候條件，定期引水灌溉，做好觀察工作，確保農(nóng)作物的成活率。在煤矸石基礎(chǔ)上開展農(nóng)業(yè)種植，由于其自身的特性，初期基本上不會出現(xiàn)嚴(yán)重的病蟲害，但是伴隨著種植時間的增加，病蟲害問題是不可避免的，需要做好相應(yīng)的預(yù)防和治理工作。相比較而言，施肥是一個更加特殊的問題。煤矸石風(fēng)化物較土壤更粗，其中所含有的營養(yǎng)元素較少，即便是對于可以自行固氮的豆類植物，同樣需要較多的養(yǎng)分，在這種情況下，就需要強化施肥管理，以氮磷鉀等有機肥或者復(fù)合肥料為最佳，如果種植面積較大，使用有機肥的成本較高，也可以施加農(nóng)家肥或者污水處理廠排放的污泥，對土壤性質(zhì)和肥力進行改善。事實上，由于煤矸石自身容易自燃的特性，在復(fù)墾時往往需要進一步加強管理，而通過施加城市污泥的形式，不僅能夠增加養(yǎng)分，改善性質(zhì)，還能夠降低地面溫度，降低自燃幾率，從而對上述隱患進行解決。

3.2 建設(shè)用地

以煤矸石對采煤塌陷區(qū)進行回填后，可以將其作為建設(shè)用地，適用于相對穩(wěn)定，不會繼續(xù)發(fā)生下沉的塌陷區(qū)域，在清除煤矸石污染、美化環(huán)境的同時，也可以緩解城市化不斷加快帶來的人地矛盾沖突。具體來講，需要關(guān)注以下方面的問題：一是選址與規(guī)劃，需要優(yōu)先選擇靠近村鎮(zhèn)、交通便利的地區(qū)，盡可能避免對可用耕地的占用。應(yīng)該選擇已經(jīng)穩(wěn)定的沉陷區(qū)，避免基礎(chǔ)二次沉降對于建筑的破壞。在選址規(guī)劃過程中，應(yīng)該選擇地勢相對較高、沉陷量小的地區(qū)，以減少回填量，降低施工成本；二是回填標(biāo)高的確定，對于建筑工程而言，基礎(chǔ)的穩(wěn)固性是非常重要的，而在回填復(fù)墾模式下，煤矸石的回填標(biāo)高必須科學(xué)合理，考慮相應(yīng)的影響因素，如地面高程、排水性能等；三是地基處理，實踐表明，自然回填未經(jīng)壓實處理的煤矸石一旦載重，會出現(xiàn)較大的壓縮，容易造成地基的不均勻沉降，導(dǎo)致建筑的破壞。因此需要做好地基的處理工作，運用強夯法、灌漿法、分層振動壓實法等，對充填煤矸石地基進行相應(yīng)的處理，提升其承載能力，保證地基處理的質(zhì)量；四是表面及邊坡處理，在完成回填后，為了方便施工，還需要對其表面和邊坡進行相應(yīng)的處理，避免表面不平或者坡度過大對于后續(xù)施工的影響。

4 結(jié)語

總而言之，采煤塌陷區(qū)的復(fù)墾工作是礦區(qū)綜合質(zhì)量的關(guān)鍵所在，也是備受相關(guān)技術(shù)人員關(guān)注的問題。在不同的條件下應(yīng)該采用不同的復(fù)墾模式，確保其功能和優(yōu)勢的充分發(fā)揮。煤矸石回填復(fù)墾技術(shù)是一種比較先進的技術(shù)形式，能夠同時解決煤矸石污染以及塌陷區(qū)治理的問題，推動礦區(qū)的快速恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 皮小云.采用煤矸石預(yù)回填技術(shù)復(fù)墾采煤塌陷地的研究[J].山東煤炭科技，2011，（2）.

[2] 戎震東.淺議矸石回填采煤塌陷區(qū)的生物復(fù)墾技術(shù)

[J].煤，2012，（2）.

[3] 陳新生，岳慶如，王巧妮，張智光.我國采煤塌陷地復(fù)墾模式研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2013，（3）.

[4] 陳利生，李學(xué)良.采煤塌陷區(qū)煤矸石回填復(fù)墾技術(shù)

[J].金屬礦山，2014，（9）.

[5] 張繼棟，崔艷，白中科.土地復(fù)墾對礦區(qū)土地資源可持續(xù)利用的影響[J].金屬礦山，2010，（12）.

[6] 李樹志.我國采煤沉陷土地損毀及其復(fù)墾技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，（1）.

作者簡介：羅建（1962-），男，江西萍鄉(xiāng)人，江西省上饒市煤炭學(xué)會工程師，研究方向：采煤。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）