煤矿塌陷地土地复垦规划与设计研究

赵 存 维

(邯郸市广凯土地规划设计有限公司，河北 邯郸　056000)



煤矿塌陷地土地复垦规划与设计研究

赵 存 维

(邯郸市广凯土地规划设计有限公司，河北 邯郸056000)

以山西省东沟煤矿塌陷区为研究区，介绍了该研究区土地复垦规划设计原则，从裂缝充填、土地平整、耕地配套设施等方面，阐述了塌陷地复垦工程设计措施，为同类工程设计提供了参考。

煤矿，土地复垦，塌陷区，配套设施

0　引言

土地复垦规划与设计是在复垦发展的过程中，提供空间发展战略，控制复垦土地使用及其变化，表明土地复垦规划总轮廓的一项工作[1]。土地复垦规划与设计是依据地表沉陷的特点，在与复垦区土地利用总体规划一致的前提下[2]，因地制宜地选择土地利用方向，采取合理的复垦措施，以尽可能少的投入获得尽可能大的效益[3]。土地复垦规划与设计对土地复垦工作具有重要的作用[4]。

1　研究区概况

东沟煤业有限公司位于山西省乡宁县城西南15 km处，行政区划隶属乡宁县西坡镇及西交口乡管辖。其地理坐标为：东经110°42′19″～110°46′23″，北纬35°46′32″～35°49′39″，井田面积10.139 4 km2，矿井开采方式为井工开采。将矿井煤炭开采引起的地表水平变形等值线、倾斜等值线与矿区土地利用现状图等进行叠加后可以得到东沟煤业煤炭开采后土地的损毁情况。东沟煤业开采会引起地表塌陷的土地面积为916.98 hm2。

2　土地复垦规划与设计

2.1设计原则

1)因地制宜原则。该原则是土地复垦工程设计的一个重要原则。

2)保证耕地数量，提高耕地质量。为保证采矿不影响当地农民的农业收入及粮食来源，保证耕地的数量不减少，同时提高耕地的质量，改善耕地的生产能力。

3)工程复垦与生物复垦相结合。工程复垦是生物复垦的基础，生物复垦是工程复垦的保障。所以，应该将二者密切结合，统筹规划。

4)生态学中的生态演替原理原则。宜林则林，宜草则草，合理地选择树种，优化配置复垦土地，保护和改善生态环境，形成草灌乔、带片网相结合的植物生态结构。

2.2设计对象

根据矿区土地损毁形式，进行相应的复垦设计，主要为矿区塌陷地复垦设计和废弃建设用地复垦设计。

2.3塌陷地复垦工程设计

2.3.1裂缝充填设计

地表受开采沉陷后一个明显的损毁特征是地表出现裂缝，严重时还将有塌陷台阶出现，地表裂缝主要集中在煤柱、采区边界的边缘地带，以及煤层浅部地带。土地复垦过程中要对其填堵与整治，以恢复土地功能，防止水土流失。

因塌陷损毁造成的裂缝一般分为两种：

1)动态裂缝。动态裂缝由于随着井下工作面的推进而不断发生变化，具有不可预测性，而且部分可能自动愈合。

2)永久性裂缝。开采结束后，在地表水平变形较大的区域出现永久裂缝。塌陷区内裂缝宽度较小的区域(宽度小于100 mm)，可以采用人工直接充填裂缝法，即人工直接就地挖土，填补裂缝，填土夯实后进行平整。对于宽度较大的裂缝(宽度大于100 mm)，需剥离裂缝两侧的表土，填入煤矸石，再将剥离表土填入，矸石充填裂缝具体流程如下：

表土剥离——先沿着地表裂缝剥离表土，剥离宽度为裂缝周围0.5 m。充填裂缝——可用小平车向裂缝中倒矸石，当充填高度距地表1 m左右时，做第一次捣实，然后每充填40 cm左右捣实一次，直到略低于原地表30 cm时，再将之前剥离的表土覆盖于其上。

2.3.2耕地土地平整复垦设计

对于塌陷后坡度小于4°的耕地，拟采用田块平整技术进行治理；对于塌陷后坡度大于4°的耕地，主要采用坡改梯工程进行治理。

1)土地平整工程设计。土地平整是深陷地复垦中一项比较常用的技术，通过对耕地进行土地平整不仅消除因开采深陷产生的附加坡度，而且借此机会对项目区的耕地进行改善，提高生产力。

根据塌陷地不同损毁程度产生倾斜变形的附加坡度平均值，平整土地的每公顷土方量(P)可按下列经验公式计算：

(1)

其中，Δα为地表塌陷附加倾角。平整土地的土方量可按式(2)计算：

Mp=P×F

(2)

其中，F为盘区面积，hm2。

2)坡改梯设计。对于塌陷后坡度在4°～15°的坡耕地通过修建土坎水平梯田的方法进行治理。

a.梯田要素设计。

田面宽：

B=H(ctgα-ctgβ)

(3)

田面毛宽：

Bm=Hctgα

(4)

田面占地宽：

Bn=Hctgβ

(5)

耕地田面宽：

b=B-D

(6)

田面斜宽：

(7)

田坎高：

H=Lsinα

(8)

b.梯田规格标准。

梯田田面宽度大于8 m。人工梯田田坎高小于3.5 m。地埂高一般采用0.3 m，顶宽0.3 m，埂内坡1∶1，外坡与田坎侧坡一致，与田坎一并夯实修筑。田坎侧坡坡度可采用71°～74°；表土剥离厚度30 cm。

c.工程量计算。

在挖(填)方相等时，梯田挖(填)方的断面面积由下式计算：

S=1/2×H/2×B/2=HB/8

其中，H为田坎高度；B为田面宽度。

每亩田坎长度，公式如下：

(9)

单位面积土方量，公式如下：

(10)

则可以得出每亩土方量，公式如下：

(11)

不同坡度级别的梯田设计要素及每亩挖(填)土方量见表1。表1各坡度分区每公顷挖(填)方土方量按相应分区的平均值计算。

表1　改建水平梯田土方量计算表

d.表土剥离与回填设计。表土采用中间堆土法进行堆放，就是把表土堆放到各条田块中间，然后再将底土平整，表土剥离厚度为0.3 m。

将田面沿横向分成三等份，将上1/3田面和下1/3田面上的表土刮起，堆放到中间1/3田面。从田坎线外侧开沟取土修筑田坎，分层填土，踏实或夯实。将上1/3田面开挖到设计高程，并把土运到下1/3田面内填平。整平中部，覆盖表土。

2.3.3耕地配套设施

1)道路工程。根据其区外已有的道路状况，该项目区设计田间路、生产路两级布设。东沟煤业复垦区拟布设南北方向和东西方向的道路网，其中与村庄相连接道路一般布设为田间道路(可通行运输汽车)，田块与田块相连接道路一般布设生产道。

a.田间道。田间道路应可通行大车和小型农用机动车。结合东沟煤业当地使用要求和当地的自然条件，田间道为泥结碎石路面，最大纵坡8%～10%，道路基宽为5 m，路面宽为4 m，高出地面50 cm，素土夯实路基30 cm，泥结碎石路面20 cm。设计在田间路两侧种行道树，单侧修建排水沟。

b.生产路。生产路为人畜下田作业和收获农产品服务。东沟煤业生产路设计为素土夯实路面，厚度20 cm，路面宽度为2 m，高出地面20 cm。

2)行道树。对于矿区应该注重绿化。结合东沟煤业当地情况，本方案规划在田间路两侧栽植行道树，每侧一行，树种选择毛白杨，间距3 m，苗木选择3年生一级苗，穴状整地，规格为0.4 m×0.4 m×0.4 m。

3)排水沟设计。复垦区只修建农沟，一般沿田间道修建，排水沟采用浆砌石砌筑。东沟煤业排水沟断面宜选用底宽50 cm，口宽80 cm，深50 cm，浆砌石厚0.3 m，纵坡不小于3/1 000的梯形断面。

4)土壤培肥设计。复垦初期，平整后的土地土壤养分贫瘠，理化性状差，有机质含量少，土壤板结，可耕性差，需采取综合施肥措施，以增加土壤有机质含量，提高土壤生产力。

例如东沟煤矿复垦地要施用有机肥料和无机化肥来提高土壤肥力，有机肥的施用量3 000 kg/hm2左右，配合施用化肥。氮肥按照375 kg/hm2、磷肥450 kg/hm2进行施用。在施肥的基础上，对土壤进行深耕，调整种植结构，从而提高土壤肥力，增加土壤熟化程度。

2.4村庄搬迁地及工业场地复垦工程设计

根据中国的现有国策，村庄搬迁地及工业场地应优先复垦为耕地。清运：废弃建筑找当地专业建筑物拆除公司进行拆除。复垦前，清除表面的砾石以及对土质较差的区域进行清理，一般清理厚度为0.5 m。翻耕：由于复垦区经过推平碾压，土壤硬性较强，需对土壤进行翻耕，使耕作层富含养分，更有利于农作物生长。土壤培肥：复垦初期，平整后的土地土壤养分贫瘠，理化性状差，有机质含量少，土壤板结，可耕性差。需采取综合施肥措施，以增加土壤有机质含量，提高土壤生产力。具体措施见塌陷区耕地。

3　结语

土地复垦规划与设计对土地复垦工作具有重要的作用，因为规划与设计的合理性以及工程量测算的准确性等都直接影响土地复垦的效果与质量。本文以东沟煤矿塌陷地为例，对研究区的复垦工程量、空间布局、技术参数等进行了合理布局和测算。研究结果对我国煤矿塌陷地复垦工作具有重要的指导意义，可为其他类似复垦工程项目提供技术支撑与借鉴。

[1]周复旦，赵长胜，丁佩，等.开采沉陷预计在矿区土地复垦中的应用[J].金属矿山，2010(10)：146-150.

[2]胡振琪.山西省煤矿区土地复垦与生态重建的机遇和挑战[J].山西农业科学，2010，38(1)：42-45，64.

[3]苏尚军，张强，张建杰，等.塌陷预测在采煤矿区土地复垦规划中的应用[J].山西农业科学，2012，40(4)：378-382，428.

[4]胡海峰，郝兵元，康立勋.工矿区土地复垦中破坏面积及破坏程度的预测[J].山西农业科学，2010，38(1)：60-64.

Research on mine land reclamation planning and design

Zhao Cunwei

(HandanCityGuangkaiLandPlanningDesignCo.,Ltd，Handan056000,China)

Taking the collapsible area of Donggou Coal Mine in Shanxi as the example, the paper introduces the land reclamation planning and design principle of the area, and illustrates its engineering design measures from the refilling of cracks, land leveling, and farming auxiliary measures, so as to provide some reference for similar projects.

coal mine, land reclamation, collapsible area, auxiliary facilities

1009-6825(2016)23-0017-02

2016-05-24

赵存维(1982- )，男，工程师

F301.24

A