某煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)措施研究

劉 娜 范玉芳 辜李仁 陳桂斌

(重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心)

?

某煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)措施研究

劉 娜 范玉芳 辜李仁 陳桂斌

(重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心)

礦井建設(shè)及生產(chǎn)過程中挖損、壓占和塌陷等都將損毀礦區(qū)土地，隨著開采的持續(xù)發(fā)展，損毀土地的數(shù)量也將持續(xù)增加。為了有效減少因煤礦開采產(chǎn)生的土地?fù)p毀，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，通過調(diào)查某投產(chǎn)煤礦土地已損毀情況，依據(jù)礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)條件和開采工藝，以概率積分法計算出地表移動變形值，預(yù)測了礦區(qū)土地擬損毀情況，確定出土地復(fù)墾責(zé)任范圍，并在此基礎(chǔ)上提出了煤礦開采中的土地復(fù)墾措施及工程設(shè)計，安排了土地復(fù)墾工作計劃，為煤礦后期的復(fù)墾工作提供出可靠的依據(jù)。

煤礦開采 土地復(fù)墾 生態(tài)恢復(fù) 概率積分法 沉陷預(yù)計

礦山開采在占用大量土地資源的同時也帶來了景觀破壞、土壤質(zhì)量下降、生物多樣性減少及生態(tài)系統(tǒng)退化等影響深遠(yuǎn)的生態(tài)環(huán)境問題[1]，是目前最大規(guī)模改變土地利用方式和損壞陸地生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動[2]。土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)是減輕與減緩礦山開采對生態(tài)環(huán)境影響的主要措施，隨著民眾對生態(tài)環(huán)境保護(hù)呼聲的提高，礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)日益受到各級政府的普遍關(guān)注[3]。本文從某煤礦的土地利用現(xiàn)狀分析入手，通過土地?fù)p毀情況分析確定土地復(fù)墾責(zé)任范圍，給出了復(fù)墾措施及工作計劃安排，對煤礦開采后的土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)工作具有指導(dǎo)意義。

1 礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀分析

某改擴(kuò)建礦井采用走向長壁采煤法，可采資源儲量為301 kt，生產(chǎn)能力為40 kt/a，儲量備用系數(shù)為1.5，剩余服務(wù)年限為4 a。礦區(qū)屬構(gòu)造侵蝕低山丘陵地貌，屬亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候，降水量充沛。土壤主要為殘坡積的黃壤土，分布于坡度較緩的斜坡上及溝谷兩側(cè)，厚度大多小于1 m。

礦區(qū)面積為井田境界范圍面積與撥用宅基地面積(集體組織根據(jù)實(shí)際情況無償調(diào)出某地塊給在該社區(qū)的某成員免費(fèi)使用[4])之和并扣除兩者重合的面積。本煤礦井田境界拐點(diǎn)范圍內(nèi)土地面積為1 469 500 m2，撥用宅基地面積為139 m2，兩者重疊面積為0 m2，計算得出礦區(qū)面積為1 469 639 m2。礦區(qū)內(nèi)土地利用類型有耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地、交通運(yùn)輸用地、其他土地和城鎮(zhèn)村及工礦用地，具體見表1。

表1 礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀統(tǒng)計

土地類型面積/m2占總面積比例/%耕地旱地246881.68水田504223.43園地果園315942.15茶園111080.76林地有林地124372484.63草地其他草地166881.14水域及水利設(shè)施用地坑塘水面49120.33交通運(yùn)輸用地農(nóng)村道路119920.82其他土地田坎148931.01城鎮(zhèn)村及工礦用地采礦用地145540.99村莊450643.07

礦區(qū)內(nèi)壓占面積為6 892 m2(含撥用宅基地面積139 m2)，主要涉及占地為旱地、有林地、村莊、采礦用地、田坎以及道路，具體見表2。礦區(qū)平面布置見圖1。

表2 礦區(qū)用地規(guī)模及構(gòu)成地類統(tǒng)計 m2

圖1 礦區(qū)平面布置

2 土地復(fù)墾責(zé)任范圍確定

2.1 已損毀土地分析

2.1.1 壓占損毀土地

礦區(qū)范圍內(nèi)壓占土地主要集中在主井場地、回風(fēng)井場地、雷管庫和炸藥庫，損毀形式主要為壓占損毀，扣掉撥用宅基地面積，實(shí)際壓占面積為6 753 m2。通過現(xiàn)場踏勘分析，現(xiàn)壓占損毀區(qū)內(nèi)土地質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，可視為重度損毀。

2.1.2 污染損毀土地

污染損毀土地主要包括生活和生產(chǎn)廢水不正當(dāng)排放及處理對周邊土地的污染，地表污染物質(zhì)通過擴(kuò)散作用進(jìn)入周邊土地而影響土壤質(zhì)量2種情況[5]。由于礦區(qū)已修建污水處理站,污水處理達(dá)標(biāo)后再排放，因此，不涉及污染土地的分析。

2.1.3 沉陷損毀土地

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)開采條件，選用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中推薦的概率積分法計算地表移動變形值。生產(chǎn)期土地?fù)p毀范圍以各階段地表沉陷預(yù)測下沉等值線10 mm線以內(nèi)的區(qū)域視為開采沉陷土地?fù)p毀范圍[6]。煤礦地表移動預(yù)計參數(shù)選取結(jié)果見表3。

表3 煤礦巖移參數(shù)選取結(jié)果

根據(jù)所選取參數(shù)預(yù)測最大下沉值、最大傾斜值、最大水平變形值(表4)，依據(jù)預(yù)測等值線(圖2)可知損毀土地利用類型(表5)。

表4 已采區(qū)地表下沉、移動與變形預(yù)測結(jié)果

圖2 預(yù)測已損毀區(qū)域下沉等值線(單位：m)

表5 已采區(qū)損毀土地分類及面積 m 2

通過現(xiàn)場踏勘和已采區(qū)沉陷對比分析，已采區(qū)內(nèi)土地質(zhì)量未受到采空影響，確定為輕度損毀。

2.2 擬新增損毀土地分析

2.2.1 壓占損毀土地

參照礦山開發(fā)利用方案和礦山開采設(shè)計，生產(chǎn)期間不再新增壓占土地。

2.2.2 污染損毀土地

開采過程中，嚴(yán)格按照礦區(qū)預(yù)防和治理措施控制污水對周邊土地的影響，在此過程中不再新增污染土地。

2.2.3 沉陷損毀土地

參照表3所選取參數(shù)，根據(jù)煤礦后期開采計劃預(yù)測出擬新增沉陷區(qū)最大下沉值、最大傾斜值、最大水平變形值(表6)，依據(jù)預(yù)測等值線(圖3)可知新增損毀土地利用類型(表7)。

表6 擬新增沉陷區(qū)地表下沉、移動與變形預(yù)測結(jié)果

圖3 預(yù)測擬損毀區(qū)域下沉等值線(單位：m)

表7 擬新增沉陷區(qū)沉陷土地利用現(xiàn)狀 m2

依據(jù)《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程—井工煤礦》采煤沉陷土地?fù)p毀程度分級參考標(biāo)準(zhǔn)，通過現(xiàn)場踏勘和已采區(qū)沉陷對比分析，從土地?fù)p毀程度預(yù)測結(jié)果可以看出，方案服務(wù)年限內(nèi)采空對土壤質(zhì)量的影響較小，地表有輕微變形，不影響農(nóng)田耕種及林地、植被生長，水土流失略有增加，預(yù)測結(jié)果為輕度損毀。

2.3 復(fù)墾責(zé)任范圍

由土地?fù)p毀預(yù)測分析可知，項(xiàng)目開采后形成1 597 849 m2(已損毀沉陷土地面積581 216 m2，擬新增沉陷損毀土地面積1 016 633 m2)的沉陷影響范圍，壓占損毀部分面積為6 753 m2。因此，復(fù)墾責(zé)任范圍面積為164 602 m2。復(fù)墾責(zé)任范圍內(nèi)土地利用現(xiàn)狀見表8，復(fù)墾責(zé)任范圍示意見圖4。

3 土地復(fù)墾措施及工程設(shè)計

3.1 復(fù)墾方向

綜合考慮待復(fù)墾區(qū)內(nèi)實(shí)際情況和采礦擬損毀程度，損毀土地的復(fù)墾方向在與目前土地利用總體規(guī)劃相一致的基礎(chǔ)上，切實(shí)保護(hù)耕地，提高耕地質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，做到土地利用與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。復(fù)墾方向以農(nóng)林為主，原有耕地盡可能復(fù)墾成為耕地;在不滿足復(fù)墾成為耕地條件的區(qū)域，考慮以生態(tài)用地為主。礦區(qū)損毀土地復(fù)墾方向劃分見表9。

圖4 復(fù)墾責(zé)任范圍示意

3.2 復(fù)墾措施及設(shè)計

3.2.1 工程技術(shù)措施

3.2.1.1 拆除工程

煤礦閉坑后，及時拆除臨時建筑物并清除材料和廢棄物。經(jīng)統(tǒng)計，壓占損毀區(qū)域共拆除磚木結(jié)構(gòu)房屋面積為986 m2，簡易結(jié)構(gòu)房屋面積為237 m2，混凝土院壩面積為647 m2，磚墻、磚柱202 m3，鐵軌道為300 m，拆除可利舊物總量為302 m3。

表8 復(fù)墾責(zé)任范圍土地利用現(xiàn)狀 m2

表9 礦區(qū)損毀土地復(fù)墾方向劃分 m2

本礦區(qū)內(nèi)交通條件良好，故采用機(jī)械方式拆除房屋、地面和基礎(chǔ)整體。拆除材料全部運(yùn)出復(fù)墾區(qū)進(jìn)行分類及廢渣處理。拆除大樣見圖5、圖6，廢渣轉(zhuǎn)運(yùn)示意見圖7。

圖5 房屋整體拆除大樣

圖6 混凝土地面拆除大樣

3.2.1.2 地表清理工程

經(jīng)統(tǒng)計，壓占損毀區(qū)域中存在6 753 m2各種雜物及礫石，在進(jìn)行覆土或翻耕前需要清理，使復(fù)墾后土壤適宜植物生長。

3.2.1.3 翻耕工程

壓占損毀區(qū)域地表修建有建(構(gòu))筑物，經(jīng)過多年壓占，板結(jié)嚴(yán)重。地表建(構(gòu))筑物拆除后，通過深翻耕松土透氣，能夠滿足植被生長要求。經(jīng)統(tǒng)計，翻耕工程涉及占用損毀區(qū)復(fù)墾為耕地的區(qū)域，設(shè)計翻耕深度為0.3 m，面積為15 316 m2。

圖7 廢渣轉(zhuǎn)運(yùn)示意

3.2.1.4 表土剝覆

煤礦閉坑后，工業(yè)場地復(fù)墾為耕地及林地的區(qū)域需要客土。復(fù)墾為耕地的區(qū)域覆土厚度為0.4 m，復(fù)墾為林地的區(qū)域覆土厚度為0.3 m，均在周邊耕地中土層較厚的區(qū)域取土。首先對取土區(qū)表土剝離，剝離厚度為0.2 m，人工挖土方，剝離的表土臨時統(tǒng)一堆放；客土運(yùn)至復(fù)墾區(qū)后，立即對取土區(qū)進(jìn)行翻耕，將剝離的表土回覆至取土區(qū)，對取土區(qū)域進(jìn)行土壤培肥，以保障生產(chǎn)力水平不下降。經(jīng)統(tǒng)計，表土剝離取土是針對取土區(qū)表土剝離和取土，剝離取土面積為9 000 m2；表土覆蓋主要包括取土區(qū)和壓占區(qū)域，覆土面積為15 753 m2。取土點(diǎn)及客土點(diǎn)表土剝離覆土工藝流程見圖8、圖9。

圖8 取土點(diǎn)表土剝離覆土工藝流程

圖9 客土點(diǎn)表土剝離覆土工藝流程

3.2.1.5 排灌工程

采空區(qū)形成后，土壤涵養(yǎng)水源能力變?nèi)跏峭寥栏刭|(zhì)量下降的重要原因。因此，針對沉陷損毀區(qū)耕地區(qū)域修建4口50 m3圓形嵌入式鋼筋混凝土蓄水池，設(shè)計內(nèi)半徑為2.65 m，外半徑為2.85 m，凈深2.5 m，池壁采用M7.5鋼筋混凝土砌筑，厚200 mm，底板現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土，厚200 mm；在每個蓄水池設(shè)置梯段，梯段總長5 m，寬1 m，總高2.5 m，每個臺階踏步寬0.3 m，高0.15 m，梯步采用C20鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓梯形式，主要布設(shè)φ8,φ10和φ14 mm鋼筋。 為避免人畜墜入，設(shè)置1.2 m 高、0.12 m厚的漿砌磚防護(hù)欄，同時也可以防止周圍泥沙直接沖入。為方便取水和防止兒童進(jìn)入，防護(hù)欄一側(cè)加設(shè)鋼筋焊接鐵門，門洞寬1 000 mm，鐵門凈寬900 mm，高1 200 mm。蓄水池外部醒目處應(yīng)標(biāo)示“池深危險，嚴(yán)禁飲用”的說明，蓄水池設(shè)計大樣見圖10。

圖10 蓄水池設(shè)計大樣(單位：mm)

截排水設(shè)施主要配套蓄水池使用或針對工業(yè)廣場排水溝修建，用于排泄坡面徑流，減少水土流失。配套沉陷損毀區(qū)域蓄水池修建排水溝400 m、截水溝400 m；主井場壓占損毀區(qū)域復(fù)墾為耕地的部分修建排水溝138 m，排水溝斷面為300 mm×420 mm，溝壁采用240 mm厚M7.5砂漿砌磚，渠道底部為60 mm厚C20混凝土。混凝土底板每隔10 m設(shè)一道伸縮縫，伸縮縫采用瀝青木板處理，縫寬20 mm。截排水溝設(shè)計大樣見圖11。

圖11 截排水溝設(shè)計大樣

3.2.1.6 道路工程

由于煤礦沉陷區(qū)內(nèi)不會產(chǎn)生下沉盆地，對地形地貌影響較小，基本不會影響沉陷區(qū)內(nèi)現(xiàn)有道路。因此，主井場壓占損毀區(qū)域修建人行道路用于滿足復(fù)墾區(qū)耕地生產(chǎn)和生活的需求。經(jīng)統(tǒng)計，新修混凝土生產(chǎn)路采用C20混凝土鋪筑，長269 m，寬0.8 m，厚0.1 m，路面每隔10 m設(shè)一道瀝青木板伸縮縫，縫寬1 cm。當(dāng)新修生產(chǎn)路縱坡大于15°時需設(shè)梯步，梯步高0.15 m，梯步踏面寬0.3 m。生產(chǎn)路設(shè)計大樣見圖12。

3.2.2 生物和化學(xué)措施

3.2.2.1 生物措施

結(jié)合本礦區(qū)自然條件和現(xiàn)狀樹種，本著適地、適樹的原則，選擇速生幼苗樹種馬尾松作為植被恢復(fù)物種。種植密度為4株/10 m2，成活率按照70%計算，種植位置及數(shù)量見表10。

坑穴為0.5 m×0.5 m×0.5 m，喬木選擇帶30 cm土球的樹苗，估算土球方量為0.05 m3，折算為覆土深度為0.2m；在植樹過程中，再覆土0.3 m。樹苗選擇健壯、根系發(fā)達(dá)的1 a生幼苗，幼苗管護(hù)3 a，成林管護(hù)2 a。喬木種植設(shè)計大樣見圖13。

3.2.2.2 耕地土壤培肥措施

土壤培肥工程涉及占用損毀區(qū)復(fù)墾為耕地的區(qū)域及取土區(qū)，有機(jī)肥施用量為0.1 kg/m2，經(jīng)統(tǒng)計，面積共計15 316 m2。

3.2.3 監(jiān)測措施

本煤礦在進(jìn)行煤炭開采后會產(chǎn)生沉陷，需要對沉陷區(qū)內(nèi)開采前后穩(wěn)沉期內(nèi)土地進(jìn)行全程動態(tài)監(jiān)測，以便及時了解沉陷區(qū)內(nèi)地表拉裂、沉陷的位置及程度。經(jīng)測算，本礦區(qū)需動態(tài)監(jiān)測7 a。沿煤層走向和傾向共布設(shè)3條測線，總長4.84 km，并在沉陷區(qū)內(nèi)設(shè)置6個觀測點(diǎn)。地表變形監(jiān)測線監(jiān)測頻率為2個月一次；地表變形監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測頻率為一個月一次。監(jiān)測期限內(nèi)按三等水準(zhǔn)精度觀測，并及時整理觀測資料，計算沉降結(jié)果，與預(yù)測成果進(jìn)行對比分析[7]。

圖12 生產(chǎn)路設(shè)計大樣(單位：mm)

種植地區(qū)復(fù)墾方向復(fù)墾面積/m2種類栽種密度/(株/10m2)種植數(shù)量/株成活率/%補(bǔ)植數(shù)量/株合計/株回風(fēng)井場地林地85喬木434701044雷管庫林地171喬木468702088炸藥庫林地181喬木473702295

圖13 喬木種植設(shè)計大樣(單位：mm)

監(jiān)測線及監(jiān)測點(diǎn)布置見圖14。

3.2.4 管護(hù)措施

復(fù)墾工程結(jié)束后，農(nóng)戶在耕作時會自行對復(fù)墾為旱地的區(qū)域進(jìn)行管護(hù)；土地復(fù)墾義務(wù)人則對復(fù)墾為林地區(qū)域及修建的配套設(shè)施進(jìn)行管護(hù)，對有林地區(qū)域?qū)嵤菜⒊x等措施，保證復(fù)墾植被的成活率。

4 土地復(fù)墾工作計劃安排

4.1 土地復(fù)墾服務(wù)年限

本煤礦已投產(chǎn)，剩余服務(wù)年限約為4 a，管護(hù)期為5 a，土地復(fù)墾方案服務(wù)年限為9 a。

4.2 土地復(fù)墾階段劃分

根據(jù)土地復(fù)墾方案編制規(guī)程，原則上以5 a為一階段進(jìn)行土地復(fù)墾工作安排，本煤礦復(fù)墾服務(wù)年限為9 a，可劃分為2個階段：

圖14 復(fù)墾責(zé)任范圍內(nèi)監(jiān)測線及監(jiān)測點(diǎn)布置

(1)第一階段為4 a生產(chǎn)期及1 a管護(hù)期，主要工作為配套工程的布設(shè)、采空區(qū)的動態(tài)監(jiān)測及復(fù)墾區(qū)域的管護(hù)。

(2)第二階段為4 a管護(hù)生產(chǎn)期，主要工作為復(fù)墾區(qū)域的管護(hù)及采空區(qū)的動態(tài)監(jiān)測。

5 結(jié) 論

通過分析礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀，劃分礦區(qū)內(nèi)土地利用類型，對已損毀土地和擬新增土地?fù)p毀分析確定出礦區(qū)復(fù)墾責(zé)任范圍，明確了煤礦開采后土地復(fù)墾的主要任務(wù)，并制定了各項(xiàng)工程設(shè)計及措施，劃分出土地復(fù)墾階段，安排了每個階段主要工作，為后期的復(fù)墾工作提供出可靠的依據(jù)。

[1] 李 青，周連碧，祝怡斌.礦山土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)綜述[J].有色金屬工程，2013(2):56-59.

[2] 李明順，唐紹清，張杏輝，等.金屬礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐與對策[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2005，32(4):16-18.

[3] 魏 遠(yuǎn)，顧紅波，薛 亮，等.礦山廢棄地土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)展[J].中國水土保持科學(xué)，2012，10(2)：107-114.

[4] 馮國寶.煤礦廢棄地的治理與生態(tài)恢復(fù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009.

[5] 夏 冰，韓政興，林 俊，等.煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究[J].科技向?qū)В?011(35)：290.

[6] 欒元重，曹丁濤，徐樂年，等.變形觀測與動態(tài)預(yù)報[M].北京：氣象出版社，2001.

[7] 黃聲享，尹 暉，蔣 征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

2015-05-06)

劉 娜(1983—)，女，工程師，碩士，400042 重慶市渝中區(qū)大坪長江二路177-1。