采煤沉陷地夹层式充填复垦原理与方法

张鹏伟

【摘  要】我国是一个煤炭资源储藏丰富的国家，对煤炭资源的需求量也随着社会经济发展而不断增长，基于此煤炭开采工作几乎遍布在有煤矿资源的土地上，尽管如今开采技术得到了较大的提高，但大量的开采给诸多土地资源造成了破坏，很多土地在采煤工作之后就不具备耕种的功能了，因为采煤需要挖矿井，开挖矿井必然会使周边土地沉陷，而这样的土地环境是难以进行农耕的。近年来，有研究发现对采煤沉陷地进行夹层式充填可有效恢复土地的耕种功能，这种填充方式是目前提高土地农耕恢复率的有效途径之一。本文将对其充填复垦原理和方法进行相关阐述，以期为更多采煤沉陷地恢复耕种功能提供合理依据。

【关键词】采煤;沉陷地;夹层式充填;复垦原理;方法

引言

煤炭在我国的能源构成中占据着重要地位，是主体能源之一，约占所有一次性能源的65%左右，在世界上占一次性能源消费量的25%左右。相关资料显示，我国的煤炭资源已探明的可开采量在2千亿吨以上，资源储藏量高达3万亿吨。由此可看出我国的煤炭资源丰富，但我国不仅是一个资源大国，同时也是一个人口大国，所以若将资源以人均占有量来衡量，那么无疑是贫乏的。据开采现状来看，我国的开采技术虽然较以往有所提升，但仍显不足，所以我国煤炭储藏地经过采煤工作之后，当地的地形地貌都会发生变化，甚至于地下水资源都会遭到破坏，采煤之后地表发生沉陷，其沉陷地区会产生积水，这就致使土地复垦的难度增大，重新恢复耕种的可能性降低[1]。结合我国的人口和土地资源的比例来看，要在有限的土地上养活不断增长的人口，必须要对可利用的土地都进行充分耕种。因此，我国对采煤沉陷地的复耕需加快进度，完成矿区土地资源的改造工作。

一、采煤沉陷地夹层式充填复垦现状分析

1、缺乏先天的充填材料

对采煤沉陷地进行充填复垦需遵循“因地制宜”的原则，首先考察当地的地形，对其地理环境有一个充分的了解，再根据条件将当地矿区易得到的固体废料和垃圾来充填沉陷区域，再就是利用土壤和湖泥等更易使沉陷地恢复农耕的材料进行充填，使其沉陷地的高度恢复至正常水平，然后在进行复垦工作，使其矿区沉陷地逐渐恢复耕种功能。目前，主要的充填材料有粉煤灰、废弃碎石、生活垃圾以及其他固体废料等，但由于這些都不是原有的土壤材料，充填复垦存在着先天不足，这些不是土壤的充填材料会给复垦增添极高的难度，即便复垦成功对植物的生长也会造成不利影响，最终使其填充复垦的效果大打折扣。因此，在实行充填复垦计划时，务必要考虑到充填材料的先天不足[2]。

2、充填复垦的土壤结构剖面复杂

目前，采煤沉陷地的充填复垦工作，除了存在充填材料的先天不足的问题，还有就是由于这个问题导致的土壤剖面结构差异。存在于自然界中的先天土壤是经过漫长的自然沉积搬运及风化作用形成的，其剖面形态的发育经过了漫长的时间才最终呈现出了适合耕种的结构。自然状态中的土壤剖面一般由表土层、心土层和母质层共同组成[3]。如今的充填复垦是直接使用非土壤材料进行一次性填充，之后于表面覆盖上一层土壤，这就是整个充填复垦的流程，在这样的充填之下，充填复垦的土地就形成了单纯的土壤层和充填层两层土壤剖面结构，而充填层的具体剖面是基于充填材料决定的，与自然中存在的土壤剖面结构存在巨大的差异，从把根本上来说，未能达到充填复垦的预期效果。

二、采煤沉陷地夹层式充填复垦原理

采煤沉陷地的夹层式充填复垦原理是针对填充材料而言的，一般充填复垦的材料都是非土壤的固体废料以及湖塘泥沙等，这样复垦出的土地结构就形成了“土壤层+充填层”的剖面形态，而夹层式的充填是基于充填层而言的，在充填材料层中夹土壤层，削弱充填材料带来的先天不足，提高复垦土地的耕种质量。对于充填材料夹杂的土壤层性质则需依照充填层的性质决定，两者的充填材料性质要呈反向关系，即充填层的材料颗粒大，储水性能弱，那么夹土层的材料就需选择具有粘性且储水性能较好的土壤;反之亦然，若充填层的材料粘性大，透水透气功能差，那么夹土层的材料就需选择透气透水性能好的砂性土壤[4]。采煤沉陷地夹层式充填复垦原理的关键就在于充填材料，结合土壤的性质设置出科学合理的夹层数量及夹层厚度，使之形成最接近于自然界中的土壤剖面结构。

三、采煤沉陷地夹层式充填复垦方法

1、对充填条带进行最优尺寸的划分

将采煤沉陷地进行条带划分，条带之间的距离与尺寸根据沉陷地面积来设定，结合划分条带的机械设备工作半径和准静水沉降法及输沙法等来确定最优的尺寸换分。确定好尺寸之后，对其划分的条带进行数字编号，以此来区分不同的条带。若沉陷地有积水，应先将积水排出再进行条带划分。之所以对沉陷地进行条带划分，是为了后期的夹层式交替充填最准备，有利于进行不间断的持续填充，可有效缩短沉陷地的复垦时间[5]。

2、对条带间的充填时间衔接进行明确规划

上文已经说明对沉陷地进行条带划分的目的即是为了后期的交替充填，对划分的条带进行编号就是不仅仅为了区分不同的条带，同时也是为了规划条带间的充填时间。条带间的编号有奇数和偶数之分，要么先对奇数条带充填再对偶数条带充填，反之亦然。之所以对条带的充填个数进行奇、偶同步充填，也是为了连续充填而做准备，当同步奇数条带或者偶数条带的最后一个条带完成充填工作的前提即是同步条带的第一个条带已经完成了回填心土层，第一个条带已经可以进入二次充填的阶段。

四、总结

本文通过对采煤沉陷地夹层式充填复垦现状分析，了解到对采煤沉陷地进行充填复垦的必要性，对采煤沉陷地夹层式充填复垦原理的阐述，明白了何为采煤沉陷地夹层式充填复垦，对于采煤沉陷地夹层式充填复垦有了较为充分的认识，基于以上认知提出了采煤沉陷地夹层式充填复垦方法，这两个方法的提出能够有效的解决充填复垦存在的问题，即缩短了矿区沉陷地的复垦时间以及实现了良好的持续填充规划。谨以此文以期为更多的采煤沉陷地提供夹层式充填复垦的理论及实践依据。

参考文献：

[1]王晓彤，胡振琪，梁宇生，等.基于水分特性的采煤沉陷地充填复垦黄河泥沙容重优选[J].农业工程学报，2018，16（1）：258-264.

[2]徐国庶.湖泥充填采煤塌陷区复垦技术[J].科技风，2017，21（7）：223-223.

[3]曹梦竺，费波，李向东.采煤塌陷区湖泥充填复垦土壤的营养元素研究[J].能源环境保护，2018，32（06）：25-28.

[4]邵芳，胡振琪，王培俊，等.基于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选[J].农业工程学报，2016，32（z2）：353-355.

[5]黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践[J].煤炭学报，2017，42（3）：557-561.

（作者单位：山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司）