井工煤矿边采边复垦技术的探讨

王玉平

(潞安环能股份有限公司王庄煤矿)

·安全·环保·

井工煤矿边采边复垦技术的探讨

王玉平

(潞安环能股份有限公司王庄煤矿)

针对我国井工开采对土地的损毁及传统土地复垦方法存在的弊端，阐述了边采边复理论和基本设计，并基于实例对传统复垦进行了对比分析。边采边复是以井工开采沉陷与土地复垦措施耦合为主要目标的新型复垦方法，更适用于高潜水位地区采煤沉陷土地的恢复。其关键技术在于复垦时机的把握，复垦标高的设计和复垦范围的确定，最终目标使土地恢复率最大化。

井工开采 土地复垦 边采边复

我国煤炭资源与耕地资源分布复合区域面积较大，占我国耕地总面积的42.7%[1]，尤其是东部高潜水位地区，耕地质量等级高，土壤质量好，煤矿开采以走向长壁全部垮落法管理顶板，土地下沉系数大，因采煤造成的塌陷地占煤炭开采损毁土地的比重高达91%[2]。我国煤矿开采时间较早，土地复垦兴起较晚，但发展迅速。经过多年实践，已在治理采煤塌陷地方面拥有了丰富的经验：挖深垫浅、充填复垦、梯田式复垦、疏排复垦、生态农业复垦技术等[2]。该复垦方式主要针对已经塌陷的土地，属于“先破坏，后治理”的被动复垦模式(传统复垦方式)。对于高潜水位矿区，土地下沉后，地表容易形成季节性积水和常年积水，若按传统复垦方式复垦，珍贵的土壤资源沉入水中，将会损失大量土壤资源和耕地面积，影响国家粮食安全[3]。同时，复垦时土方工程变为水下土方工程，增加了施工难度和工程造价，及后期土壤改良与生态重建系统的投入。因此，在土地积水之前应采取有效的复垦措施，将拟积水区域的表土提前进行剥离并加以保护，增加复垦耕地面积，实现“边开采边复垦”的新型复垦方式[4]。

1 边采边复垦技术理论

现有地下开采与地面复垦措施的耦合情况分为两种：①基于既定的采矿计划，在土地沉陷发生之前或已发生但未稳定之前，通过选择适宜的复垦时机、合理的复垦规划和科学的复垦工程技术，实现复耕率高、复垦成本低和复垦后经济效益、生态效益最大化目标；②通过优选采矿、采区和工作面的布设方式、开采工艺和地面复垦措施，实现土地恢复率高和地表损伤及复垦成本的最小化[5-8]。

边采边复垦实际上是一种基于采前分析—采矿动态沉陷预测—复垦虚拟多阶段多参数驱动的复垦方案优选技术。即将井工开采采煤沉陷与土地复垦措施进行充分的耦合[5,8]，依据土地损伤最小化原则选取采煤方式和土地复垦方法和时机，实现开采与土地复垦同步进行的一种新型复垦技术，即“边采矿，边复垦”技术。其基本原理和步骤如下：

(1)复垦目标的确定。根据当地社会经济、地质水文环境、采矿条件等情况，确定以复垦耕地率最高、土地利用面积最大化、复垦成本较低为单一复垦目标，或综合考虑几个因素而定的复垦目标。

(2)采煤沉陷造成的土地损伤预计和评价。依据某矿区提供的采煤沉陷预计参数，预计矿区未来采煤沉陷情况，评估土地损毁程度，评价采煤造成的土地资源影响，并结合矿区原有土地利用情况和国家、地方土地规划和复垦标准等，确定损毁土地的复垦再利用方向和需要采取的复垦措施。

(3)复垦时机选择。依据采煤沉陷土地损伤评价和复垦目标，及边采边复垦基本理论进行复垦阶段划分，并对各阶段土地复垦率、复垦成本等参数进行对比分析，综合考虑复垦目标因素，选择最佳复垦时机。

(4)综合复垦目标、复垦时机、采煤沉陷预计评价结果，设计制定边采边复垦方案，确定复垦标高设计等具体的边采边复垦工程。

2 边采边复垦与传统复垦技术对比

采煤塌陷造成地表土地、建筑物、设施等遭受不同程度的损害，在高潜水位地区，采煤塌陷地越过潜水位埋深，会形成常年积水和季节性积水。边采边复垦是在土地即将沉入水中且后续下沉深度较大的区域前分层剥离表土与心土，交错回填至将要积水但后续下沉量较小的区域，从而复垦出更多的土地，保护珍贵的表土资源，其重点在于复垦时机的把握[8]。见图1(a)，在采煤塌陷预计结果的基础上，提前剥离表土，设计复垦标高，计算土方量，挖掘即将沉入潜水位或者已经沉入水中仍有使用价值的土地，进行土方挖掘填埋于预计塌陷位置A、B、C，做好沉陷预复垦准备，预算复垦投资成本。传统的稳沉后非充填复垦是在不考虑有外来土源的情况下，对季节性积水区采取挖深垫浅，实现土方内部平衡，复垦出部分耕地，见图1(b)。采煤塌陷盆地形成以后，在设计可挖掘取土线以上同样挖掘可能使用的即将沉入或者已经沉入水中的土地，挖土填埋于A、B位置，对成本进行投资预算。

图1 复垦方式状态示意

通过图1可看出，边采边复垦方案，待复垦完成后可恢复A、B、C3个区域的土地面积，传统复垦可恢复A、B两块区域土地，边采边复垦多恢复土地面积C，大大提高了土地恢复率。为了方便计算土地恢复率，假设地面塌陷面积为S，传统复垦恢复土地面积为S1，边采边复垦恢复土地面积S2，恢复土地率可用R1和R2表示：

R1=S1/S=(A+B)/S,

(1)

R2=S2/S=(A+B+C)/S.

(2)

3 实例分析

以淮南某矿西三采区为例，该矿区位于淮北平原，处高潜水位区域，矿区以农业为主，耕地面积约占总面积的84%，耕地复种指数为200%。西三采区总面积548.06hm2，共涉及14个工作面，分阶段开采。耕地在整个研究区中面积大，分布广，占研究区面积的86.37%，复垦责任范围面积为1 030.22hm2，耕地面积901.05hm2，区域采煤塌陷土地恢复目标以恢复农业耕地为主。

根据土地下沉情况同步进行边采边复垦，将未来积水严重的区域提前剥离，将剥离的土方用于耕地区的复垦，减少土地下沉量，从而减少最终的水域面积。实施传统的复垦方案，耕地面积占复垦面积的比例由复垦前28.75%增加为37.79%，新增耕地面积93.14hm2；实施边采边复垦方案，耕地面积占复垦面积的比例为62.87%，新增复垦耕地比例为34.12%，新增耕地面积351.16hm2，比传统复垦新增耕地面积258.02hm2，耕地恢复率提升了25.08%，采煤结束后积水面积较传统复垦减少了25.79%。

4 结 论

(1)边采边复垦为新型复垦方式，主要理论支撑为井工开采采煤沉陷与土地复垦进行充分的耦合，关键技术在于把握复垦时机、复垦标高设计和复垦范围的确定。

(2)基于实例对边采边复垦设计理论和传统复垦对比，分析了两者之间的差异，边采边复垦主要是在沉陷预计的基础上对预破坏土方量进行挖掘，填埋于预沉陷区域沉陷后，达到沉陷丢失土地与挖掘土方量之间的耦合平衡，在不考虑外来土方量情况下，边采边复垦土地恢复率明显提高。

(3)边采边复垦是以恢复土地为最终目标，更适用于以农业为主的高潜水位地区，考虑外来土方量因素，边采边复垦恢复土地面积将会更佳，有待进一步研究。

[1] 胡振琪，赵艳玲，王凤娇．我国煤矿区土地复垦的现状与展望[G]∥第七次煤炭科学技术大会文集(下册)．北京：中国煤炭工业协会，2011：5.

[2] 胡振琪，卞正富，成 枢，等．土地复垦与生态重建[M]．北京：中国矿业大学出版社，2008．

[3] 顾和和，胡振琪，刘德辉，等．高潜水位地区开采沉陷对耕地的破坏机理研究[J]．煤炭学报，1998，23(5)：522-525．

[4] 胡振琪，肖 武．矿山土地复垦的新理念与新技术[J]．煤炭科学技术，2013，41(9)：78-81．

[5] 胡振琪，肖 武，王培俊，等．试论井工煤矿边开采边复垦技术[J]．煤炭学报，2013，38(2)：301-307．

[6] 赵艳玲，胡振琪．未稳沉采煤沉陷地超前复垦时机的计算模型[J]．煤炭学报，2008，33(2)：157-161．

[7] 肖 武，王培俊，王新静，等．基于GIS的高潜水位煤矿区边采边复表土剥离策略[J]．中国矿业，2014，3(4)：97-100．

[8] 肖 武．井工煤矿区边采边复的复垦时机优选研究[D]．北京：中国矿业大学(北京)，2012．

[9] 肖 武，胡振琪，杨耀淇，等．井工煤矿边采边复施工敏感区域的确定方法[J]．中国煤炭，2013，39(9)：107-111．

[10] 胡振琪，赵艳玲，程玲玲．中国土地复垦目标与内涵扩展[J]．中国土地科学，2004(3)：3-8．

Discussion of Concurrent Mining and Reclamation Method of Underground Coal Mine

Wang Yuping

(Wangzhuang Coal Mine,Lu'an Environmental Development Co., Ltd.)

The land is easy to be damaged during the process of underground mining. According to the phenomenon and the disadvantages of classical reclamation method, the theory and basic design of concurrent mining and reclamation are analyzed, based on example, the comparative of traditional reclamation methods is analyzed. Concurrent mining and reclamation method is the new reclamation method based on underground mining and land reclamation, it is more suitable for the recovery of coal mining subsidence lands with high groundwater level. The key of the concurrent mining and reclamation method depends on seizing the opportunity of reclamation, designing reclamation elevation and determining the scope of reclamation. The ultimate goal is to maximize the recovery rate of land.

Underground mining, Reclamation land, Concurrent mining and reclamation

2015-02-07)

王玉平(1975—)，女，工程师，046031 山西省长治市郊区。