采煤塌陷区煤矸石回填复垦技术

罗建　胡水明

摘要：煤炭是当前社会生产中关键的矿产资源，在许多领域都发挥着不可替代的作用。但是煤炭资源的储量是有限的，在矿区的煤炭开采殆尽后，留下的是塌陷区，其对于周边环境造成的影响和危害非常大。如何对采煤塌陷区进行有效的治理，是当前煤矿企业重点关注和研究的问题。文章结合采煤塌陷区的危害，对煤矸石回填复垦技术进行了分析。

关键词：采煤塌陷区；煤矸石；回填复垦技术；煤炭资源；煤炭开采 文献标识码：A

中图分类号：TD88 文章编号：1009-2374（2016）28-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.074

工业化进程的加快推动了社会生产力的发展，也加大了社会对于能源资源的需求。在长期的资源开采过程中，占用了不少的农业用地，也带来了严重的环境污染和生态破坏。在我国新的《土地管理法》中，加大了对耕地的保护力度，要求尽可能将复垦土地用于农业生产。利用煤矸石对采煤塌陷区进行回填复垦，是当前矿区综合治理的一个非常有效的途径，也因此受到了广泛的关注。

1 采煤塌陷区的危害

采煤塌陷区在煤矿开采后留下的下陷的区域，也可以说是沉陷区，其所带来的危害和影响是非常突出的，必须得到足够的重视和治理。

1.1 塌陷与裂缝

在煤矿开采过程中，容易引发地表塌陷和土体的沉降，产生的压实作用会进一步对土壤原本的结构造成破坏，导致土壤物理性质恶化，在暴雨季节，由于缺乏地表植被的保护，还可能产生水土流失甚至滑坡、泥石流等问题。不仅如此，塌陷问题会在地表形成大量裂缝，不仅影响了周边环境的安全，还会导致土壤蒸发作用的增强，加剧养分的流失，进而引发土地荒漠化的问题。

1.2 环境污染

煤矿开采过程往往伴随着一些有毒有害物质的排放，这些物质会对周边的自然生态环境造成污染和破坏，而塌陷、挖损等问题同样会引发土壤物理性质和化学性质的改变，导致矿区土壤的退化。水污染问题同样是采煤塌陷区的一个关键性问题，主要表现在对包气带土壤水、地表水的影响，对于水体环境的污染以及地下水系统的破坏。例如在采煤塌陷区，地表裂缝中通常会存在有矸石堆淋溶水或者选煤废水，其可能流入到周边的地表水和地下水系统中，引发严重的水土污染。

1.3 生態威胁

伴随着煤炭资源的逐渐枯竭，采煤区的生态系统在构成方式、生态过程等方面都会出现相应的变化，使得生态系统更加脆弱，森林覆盖面积减少，整体功能下降，土地利用适宜性降低，农作物产量下降，同时也可能会导致地表建筑物以及工程设施的损坏，严重威胁生态安全。

2 煤矸石的特性

煤矸石是指在煤炭的开采和加工过程中排放出的固体废弃物，以无机物为主，含有少量的有机物，其产出量一般在煤炭产量的10%～20%。在我国，根据相关统计数据，煤矸石的积存量超过了50亿吨，堆积起来的占地面积超过2万公顷，甚至其仍然在以1.5～2亿吨的速度逐年递增，已经发展成为我国排放量最大、积存量最大、占用土地最多的工业废弃物。

煤矸石本身蕴含有多种矿物，如铝土矿、黄铁矿、石英、长石以及碳酸盐类矿物等，通常以硅铝为主要成分，SiO2以及AlO2的含量一般在40%～60%和15%～30%之间波动，而煤矸石中有机质的含量会随着其含煤量的增加而增加，主要包括了C、N、S等。

在以往的煤炭开采和加工过程中，受各方面因素的影响，产生的煤矸石通常都是采用露天堆放的形式，不仅占用大量的土地资源，而且还会对土壤、水体和大气环境造成相当严重的影响和危害，也影响了矿区居民的正常生活以及身体健康。在这种情况下，煤矸石的处理问题就成了一大难题。而将煤矸石用于采煤塌陷区的回填复垦，能够有效减少其对于环境的污染，同时也可以实现对矿区的综合治理，具有良好的可行性，也因此受到了越来越多的重视。

3 采煤塌陷区煤矸石回填复垦技术

对于采煤塌陷区的复垦利用需要根据具体的情况进行，可以用于农业生产，也可以用于建设用地。这里结合复垦实践经验，对一些具有代表性的煤矸石回填复垦模式进行简要分析。

3.1 农业生产

煤矸石在经过物理风化以及化学风化之后，在粒度、颜色、酸碱性、孔隙率、渗透性等方面都会出现不同程度的改变，只要其中粒径在1mm以下的颗粒物含量达到10%，就可以供植物生长。虽然在风化壳下尚未完全风化的煤矸石同样存在有细微颗粒，但是由于含量问题，并不能用于农业生产。矸石风化后形成的风化物孔隙较少，下层水分不易蒸发，因此植被在耐旱程度上还要优于黄土。同时植物生产环境中的营养元素直接影响着其生长状况，煤矸石风化物中同样蕴含有多种植物生长所必须的微量元素，如K、N、P等，虽然含量较少，不过可以通过施肥等方式进行改善。

3.1.1 林用模式：利用煤矸石对采煤塌陷区进行回填，然后在回填区域进行复垦造林，是一种应用范围非常广泛的复垦模式，基本上不会受到外界条件的限制，只要在附近存在有用于回填的煤矸石，就可以采用这种模式。使用煤矸石对塌陷地进行充填后，可以根据实际情况，选择一些经济林树种或者用材林树种，确保树种具备较强的适应能力，成活率高、生长迅速，对矿区的自然生态环境进行改善。这种复垦模式对煤矸石进行了充分利用，经实践，具备良好的可行性和非常显著的生态效益，不过也存在着一些不足，一是植物的选择相对困难，因为想要迅速找到理想的植物是非常困难的，必须从实际情况出发，将其中一些关键性的条件作为选择植物的主要依据，选择一些具有加强抗性和适应能力的乡土树种，如刺槐、杨树、柳树等；二是林木本身的生长周期较长，需要一定的时间才能够看到其所带来的经济效益和生态效益。

3.1.2 农用模式：在煤矸石回填采煤塌陷区之后，结合灌浆复土技术，可以形成相应的矸石灌浆复土农业发展模式，同样只需要具备相应的煤矸石作为填充材料就可以应用，在补充耕地面积、缓解农耕矛盾、实现农民增收、改善生态环境等方面发挥着重要作用。与林用模式相比，农用模式种植的多是一些比较常见的农作物，因此对于养分的需求较大，需要做好相应的管理工作，包括施肥、灌溉以及病虫害的防治等。具体来讲，应该结合区域气候条件，定期引水灌溉，做好观察工作，确保农作物的成活率。在煤矸石基础上开展农业种植，由于其自身的特性，初期基本上不会出现严重的病虫害，但是伴随着种植时间的增加，病虫害问题是不可避免的，需要做好相应的预防和治理工作。相比较而言，施肥是一个更加特殊的问题。煤矸石风化物较土壤更粗，其中所含有的营养元素较少，即便是对于可以自行固氮的豆类植物，同样需要较多的养分，在这种情况下，就需要强化施肥管理，以氮磷钾等有机肥或者复合肥料为最佳，如果种植面积较大，使用有机肥的成本较高，也可以施加农家肥或者污水处理厂排放的污泥，对土壤性质和肥力进行改善。事实上，由于煤矸石自身容易自燃的特性，在复垦时往往需要进一步加强管理，而通过施加城市污泥的形式，不仅能够增加养分，改善性质，还能够降低地面温度，降低自燃几率，从而对上述隐患进行解决。

3.2 建设用地

以煤矸石对采煤塌陷区进行回填后，可以将其作为建设用地，适用于相对稳定，不会继续发生下沉的塌陷区域，在清除煤矸石污染、美化环境的同时，也可以缓解城市化不断加快带来的人地矛盾冲突。具体来讲，需要关注以下方面的问题：一是选址与规划，需要优先选择靠近村镇、交通便利的地区，尽可能避免对可用耕地的占用。应该选择已经稳定的沉陷区，避免基础二次沉降对于建筑的破坏。在选址规划过程中，应该选择地势相对较高、沉陷量小的地区，以减少回填量，降低施工成本；二是回填标高的确定，对于建筑工程而言，基础的稳固性是非常重要的，而在回填复垦模式下，煤矸石的回填标高必须科学合理，考虑相应的影响因素，如地面高程、排水性能等；三是地基处理，实践表明，自然回填未经压实处理的煤矸石一旦载重，会出现较大的压缩，容易造成地基的不均匀沉降，导致建筑的破壞。因此需要做好地基的处理工作，运用强夯法、灌浆法、分层振动压实法等，对充填煤矸石地基进行相应的处理，提升其承载能力，保证地基处理的质量；四是表面及边坡处理，在完成回填后，为了方便施工，还需要对其表面和边坡进行相应的处理，避免表面不平或者坡度过大对于后续施工的影响。

4 结语

总而言之，采煤塌陷区的复垦工作是矿区综合质量的关键所在，也是备受相关技术人员关注的问题。在不同的条件下应该采用不同的复垦模式，确保其功能和优势的充分发挥。煤矸石回填复垦技术是一种比较先进的技术形式，能够同时解决煤矸石污染以及塌陷区治理的问题，推动矿区的快速恢复和可持续发展。

参考文献

[1] 皮小云.采用煤矸石预回填技术复垦采煤塌陷地的研究[J].山东煤炭科技，2011，（2）.

[2] 戎震东.浅议矸石回填采煤塌陷区的生物复垦技术

[J].煤，2012，（2）.

[3] 陈新生，岳庆如，王巧妮，张智光.我国采煤塌陷地复垦模式研究[J].林业科技开发，2013，（3）.

[4] 陈利生，李学良.采煤塌陷区煤矸石回填复垦技术

[J].金属矿山，2014，（9）.

[5] 张继栋，崔艳，白中科.土地复垦对矿区土地资源可持续利用的影响[J].金属矿山，2010，（12）.

[6] 李树志.我国采煤沉陷土地损毁及其复垦技术现状与展望[J].煤炭科学技术，2014，（1）.

作者简介：罗建（1962-），男，江西萍乡人，江西省上饶市煤炭学会工程师，研究方向：采煤。

（责任编辑：秦逊玉）