粉煤灰充填塌陷区复垦技术研究

赵凯

摘 要：通过对样本的实验检测数据分析，得出粉煤灰中重金属含量低于塌陷区土壤水体中的重金属元素含量，符合国家相关标准。依据粉煤灰充填塌陷区复垦技术对徐庄煤矿塌陷区进行复垦，与传统复垦相比，投入成本大幅减低。既恢复了塌陷区耕地，又利用了粉煤灰，经济和社会效益巨大。

关键词：塌陷区复垦；粉煤灰充填；重金属元素；淋溶作用；经济效益

1 概述

徐庄煤矿塌陷区塌陷深度从0.7～5.5m不等。由于该塌陷区属于高潜水位地区，故地表塌陷后积水严重，当前该区域主要为鱼塘、坑塘水面，部分塌陷影响较小区域为旱地。大屯发电厂每年用于发电、供热消耗燃煤约166万吨，因而每年产生的粉煤灰40万吨。发电厂的粉煤灰、脱硫灰无场地存放，将严重影响电厂生产，甚至停炉。将粉煤灰作为充填材料，充填至徐庄煤矿塌陷区内，再在其上覆盖一定厚度的土壤，复垦为耕地。这样既可以解决粉煤灰的堆存问题，也能解决复垦充填材料的问题，大大降低复垦成本，减轻企业经济压力。

2 粉煤灰重金属元素含量检测分析

实验通过对大屯发电厂粉煤灰中重金属元素含量检测，检测结果：砷7mg/kg；镉未检出；铬13mg/kg；铜29mg/kg；汞未检出；镍11mg/kg；铅11mg/kg；锌37mg/kg；硒4mg/kg；氟19.2mg/l。由此得出以下结论：粉煤灰样品中重金属镉元素Cd和汞元素Hg均未检出，可见粉煤灰中这两种元素的含量极低，可以忽略。将粉煤灰中的重金属元素含量与国家相关标准的限制值对比，尤其是与《GB 15618-2008 土壤环境质量标准》相比较可见，除了硒Se和氟F两种元素外，其余重金属元素含量均低于限制值。

3 粉煤灰中重金屬元素对土壤的影响分析

由于粉煤灰充填至塌陷区后，在其上覆盖土壤，用于种植。粉煤灰中的重金属元素可能会渗出至水中，可能造成粉煤灰周围土壤受到污染。因此通过淋滤实验检测粉煤灰中重金属元素对土壤的影响。

实验以淋溶作用为理论基础，选择直径10cm的PVC管，管下口放置滤纸。滤纸上方充填60cm粉煤灰，管道上部通过供液箱淋滤去离子水，管道下方用漏斗和烧杯装淋滤液，淋滤实验示意图如图1所示。实验先通过供液箱控制去离子水流速和流量，使粉煤灰达到水饱和状态，淋滤开始时，适当调高供液箱流量，确保在整个淋滤过程中，PVC管道中液面始终高于粉煤灰6cm左右，分别接7h、14h、21h、28h和35h的淋滤液，测定其中的重金属元素含量。通过测试淋滤得到的五种淋滤液中的重金属元素含量，得知淋滤液中重金属含量较低，除了硒Se之外，其余元素均为未检出。粉煤中的重金属元素在淋滤状态下，不易向土壤中转移。

同时对徐庄矿储灰场生长植物重金属元素含量测试分析，该储灰已经超过三年，一直处于未利用状态，当地农民在储灰场的粉煤灰上直接种植多种作物，如高粱、黄豆、南瓜、芝麻、棉花等。其中黄豆为主要农作物，故测定黄豆在粉煤灰中生长过程中，粉煤灰中重金属元素向黄豆中转移的结果。经测定：黄豆中的重金属元素含量整体较低，在检测的十种重金属元素中，只有铜Cu和锌Zn两种元素含量较高，其余八种重金属元素均未检出。因《GB 2762-2012 食品安全国家标准食品中污染物限量》中，规定了食品中铅、镉、汞、砷、锡、镍、铬等重金属元素的限量指标，而无铜Cu和锌Zn的限量指标，说明铜Cu和锌Zn两种重金属元素不属于对人体危害程度较高的重金属元素。而且相对于之前的旧标准，本标准取消了硒、铝、氟的限量规定。

4 复垦土地利用方向及农作物选择

根据《上海大屯能源股份有限公司徐庄煤矿塌陷地复垦可行性研究》（2008.9）中对于徐庄煤矿塌陷地复垦的适宜性评价，徐庄煤矿塌陷土地原本为耕地的实际情况，徐庄煤矿塌陷地适宜的复垦方向为耕地。通过前文的研究结果，粉煤灰中的重金属元素含量低于国家相关标准，且析出情况较小，不会对复垦区域的土壤及农作物造成污染，故徐庄煤矿塌陷区采用粉煤灰充填复垦方法复垦后，土地适宜作为耕地使用。

而由于需要考虑复垦成本，故粉煤灰上方覆盖的表土不宜过厚，一般最厚不超过1m。适合种植冬小麦、黄豆、玉米、棉花等。待复垦土地经过数年种植后，土壤重金属元素含量比较稳定，可考虑种植水稻。

5 粉煤灰充填塌陷区复垦实施及经济效益

5.1 具体实施步骤

（1）首先根据塌陷坑周边高程与覆土厚度，设计粉煤灰的充填标高，设计在粉煤灰上部压覆80cm厚土壤；（2）粉煤灰充填至设计标高后，静置并沉淀，上层清水从堤坝的水闸排至堤坝外，优先利用其它塌陷坑或顺堤河作为泄水区；（3）堤坝水闸深度要与粉煤灰设

计标高一致，待粉煤灰沉淀之后，提起水闸，将上层清水排出；（4）粉煤灰充填完毕后，先覆盖20cm粘土，并用打夯机夯实，作为隔离层；（5）在隔离层上部再覆盖60cm厚耕植土。

在复垦过程中，要充分考虑粉煤灰充填复垦带来的环境影响，避免造成新的重金属污染、水土流失、土壤退化等问题。粉煤灰罐车向塌陷积水坑中排粉煤灰时，要控制出灰压力，避免粉煤灰出灰过快造成的扬散。通过合理布局，降低复垦投入资金，提高复垦经济收益。

5.2 粉煤灰充填塌陷区复垦经济效益

利用粉煤灰充填塌陷区复垦，可以大量减少充填塌陷区所需的土方量，仅表层覆盖80cm厚土壤。目前徐庄煤矿二期复垦塌陷积水坑总面积1098.75亩，采用湖泥充填方式，总土方量为154.92万m3，利用粉煤灰充填，粉煤灰上覆土壤总方量约为58.6万m3，节约土方量为96.32万m3，按照设计时的土方量综合单价15.87元/m3计算，仅此一项，可节约成本1528.6万元，亩均投资节约13912元。

6 结束语

利用粉煤灰充填塌陷区复垦，不仅能恢复原塌陷区耕地，改善当地居民的生活环境和生活水平，而且土地复垦过程中，大大减少复垦土方量方面的资金，降低复垦成本，减轻企业经济压力，并解决大屯电厂粉煤灰储灰场地选择困难的问题。综上所述，利用大屯电厂粉煤灰充填徐庄煤矿塌陷区复垦，总体利益价值非常可观。

参考文献

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