煤礦采煤塌陷區土地復墾技術的實踐研究

趙 禹

（同煤集團云岡礦，山西 大同 037017）

1 工程概況及土地塌陷現狀分析

1.1 工程概況

同煤集團云岡礦位于大同市西郊17 km 處，地處武周山下，井田面積59.75 km2，可采儲量4.3 億t。該礦1973 年建成投產，年設計能力450 萬t，是我國自行設計、施工和安裝的大型礦井。截至2019 年底，云岡礦累計采煤9.12×107t，當前公司復墾塌陷地400 hm2，未征未復塌陷地760 hm2。隨著礦區開采深度的加大，塌陷的土地還有逐步加速的趨勢，土地復墾任務非常嚴峻。

1.2 土地塌陷現狀

云岡礦共塌陷土地2650 hm2，塌陷深度0～8 m，積水深度0～5 m。常年積水區占總塌陷面積的30%左右，并形成了大面積的塌陷湖泊，在積水淺部區域造成了夏季不能種植、冬季不能養殖的局面，嚴重阻礙了當地經濟的可持續發展。

從該礦采煤塌陷與土地復墾的數據統計可知，土地復墾面積占總塌陷地面積的34.3%，還有近2/3 的塌陷地未實施復墾，其主要原因是不具備復墾條件：土地萬噸塌陷率為5.28。從而反映出云岡礦噸煤采出量對土地資源破壞較為嚴重，高于同煤集團其它礦區。

2 土地復墾技術分析

云岡礦地處地勢平坦地區，煤層埋藏深度自北向南逐步增大，地表潛水位一般在2.5 m 左右。由于受地形和土地資源的制約，主要采用“挖深墊淺”和“原地復墾、一次性復全高”的治理模式。在該礦二采區和四采區地表下沉較淺區域也采用“全厚充填法”的治理模式進行土地復墾。云岡礦在采用傳統土地復墾模式的情況下，不斷開拓創新，探索出“超前復墾”和“邊采邊復”等采煤塌陷區治理新技術，并取得了良好的效果。

2.1 超前復墾技術

超前復墾是在地表未塌陷前實施的土地復墾。云岡礦于2004 年就開展超前復墾技術研究，適用范圍主要是采煤塌陷深度較淺、不重復采動的區域。超前復墾關鍵技術是地表沉陷預測，它直接影響到土地復墾的效果。根據地表移動與變形參數，預測工作面回采后地表下沉形態、范圍及深度。如地表塌陷深度預測值偏小，可能造成耕地雨季受澇；地表塌陷深度預測值偏大，不能與周邊地形協調一致，不利于土壤保水保肥，達不到治理效果。超前復墾技術主要優點：效率高，土壤肥力流失較少，成本降低10%～l 5%。

2.2 邊采邊復技術

邊采邊復是指地表正在塌陷而未穩沉狀態下，使采煤與復墾充分有效的結合，邊采煤、邊復墾的治理模式。通過采煤塌陷預測可得出地表穩沉后狀態，根據預測結果選擇合適的時間節點和合理的施工工藝，以達到采煤塌陷地復墾土地最大化。

邊采邊復關鍵技術是地表塌陷的預測，它直接關系到邊采邊復治理的成敗。如地表塌陷深度預測值小于實際塌陷值，可能造成耕地受澇；地表塌陷深度預測值大于實際塌陷值，可能造成水土流失，耕地不易保肥，均達不到治理效果。邊采邊復的時間節點選擇很重要，根據云岡礦地表移動與變形的規律和工作面推進速度，一般在采后30～45 d 進行復墾較為適宜。時間節點選擇超前，復墾后的地表可能與周邊地形不協調；時間節點選擇靠后，導致復墾成本增加。

3 土地復墾工藝設計

根據云岡礦多年來的采煤塌陷區土地復墾經驗，針對該礦各采區不同的土壤結構和物理特性，目前采用的復墾工藝主要有以下4 種。

3.1 泥漿泵復墾工藝

泥漿泵復墾工藝是在地表沉陷較深區域，采用高壓水把土攪拌成泥漿，然后用泥漿泵把攪拌后的泥漿泵到地表沉陷較淺區域進行沉淀的復墾工藝。適用范圍為運輸距離不超過100 m、有足夠的水源、土壤含砂量較大、不合砂礓的區域。當前該礦二采區采用了泥漿泵復墾工藝。復墾效率：挖土方65 m3/天·臺；復墾成本：6 元/m3。該工藝施工工藝簡單，成本較低。缺點：破壞了原有的土壤結構，導致土地營養成分隨水流失；復墾后土壤沒有分層現象，黏性較大，土地易板結。

3.2 挖掘機+推土機復墾工藝

挖掘機+推土機復墾工藝是采用挖掘機挖土，推土機把挖出的土推到回填區域的復墾工藝。適用范圍為運輸距離小于50 m、施工場地坡度緩、土壤含水率低的區域。當前該礦四采區采用了挖掘機+推土機復墾工藝。復墾效率：挖土方250 m3/天·臺；復墾成本：7元/m3。該工藝施工工藝簡單，成本較低。缺點：效率低，工期長；運輸距離短，復墾范圍小；土壤含水率要求高；機械設備要求高。

3.3 鏟運機復墾工藝

鏟運機復墾工藝是采用鏟運機挖土、運土回填到地表沉陷較淺區域的復墾工藝。適用范圍：運輸距離不超過200 m，適合采煤沉陷地地形起伏較大、潛水位較高的區域。當前該礦南一采區采用了鏟運機復墾工藝。復墾效率：挖土方350 m3/天·臺；復墾成本：8 元/m3。該工藝復墾效率高，工期短，容易復熟土。缺點：受積水和潛水位條件限制，需排水；對機械設備要求高，復墾成本較泥漿泵高。

3.4 挖掘帆+自卸車復墾工藝

挖掘帆+自卸車復墾工藝是在地表塌陷較深區域用挖掘機挖土，自卸車把挖出的土運到回填區域的復墾工藝。適用范圍：運輸距離200 m 以上、采煤沉陷地地形起伏較大、潛水位較高的區域。當前該礦東三采區采用了挖掘帆+自卸車復墾工藝。復墾效率：挖土方2000 m3/天·臺；復墾成本：10 元/m3。該工藝復墾效率極高，工期短，容易復熟土。缺點：受積水和潛水位條件限制，雨季無法施工，對機械設備要求高，復墾成本較高。

4 土地復墾監測技術

云岡礦積極開展與高校及科研院所的合作，采用3S 技術、無人小飛機技術和三維激光掃描技術對采煤塌陷區進行動態監測，同時建立一整套的監測防治體系，為礦區環境保護提供科學依據。

4.1 監測內容

（1）地表殘余下沉監測是采用測量儀器觀測治理后地表的殘余下沉量，對下沉量較大并影響生產的區域，采取必要的補救措施；（2）地表水位監測是觀測治理后的水域的水位變化情況；（3）地表水質監測是監測治理后的水域的水質污染程度；（4）土地污染監則是采取一定的方法監測治理后的耕地受污染面積和污染程度。

4.2 監測方法

（1）地表殘余下沉監測。采用全站儀、GPS和水準儀對治理后的地表殘余沉降進行專業監測，觀測地表在三維空間的動態變化情況，繪制地表殘余下沉曲線圖。（2）地表水位監測。在治理后的水域內埋設一定數量的水位標志，定期記錄水位變化情況，繪制水位變化曲線圖。（3）地表水質監測。在治理后的水域內通過采取水樣對其化學成分進行監測，重點對污染組分進行檢測。（4）土地污染監測。定期對破壞的土地面積進行測繪，采集土樣進行化學分析測試。

4.3 監測頻率

根據《山西省礦山地質環境監測技術規程》，結合云岡礦土地復墾的特點，監測頻率如下：（1）地表殘余下沉量：地表月平均下沉量大于10 mm 每月觀測一次，下沉量小于10 mm 的每季度觀測一次。（2）水位監測：治理區內水位每月觀測一次。（3）水質監測：治理區內水質每年測2 次，即豐水期、枯水期各檢測1 次。（4）土地污染監測：治理區內侵占和破壞的土地每年測繪2 次，采樣測試每年2 次。

5 土地復墾效果分析

云岡礦自20 世紀90 年代開始實施采煤塌陷區土地復墾以來，形成一套行之有效的土地復墾技術和經驗。根據該礦井各采區不同的地質采礦條件和土地塌陷特征，采取不同的復墾模式和復墾工藝，主要復墾為耕地、坑塘為耕地、坑塘水面和建設用地。截至2019 年底已累計復墾塌陷土地880 hm2，其中公司自主復墾土地400 hm2，協助地方復墾土地480 hm2，復墾資金1.01 億元，土地復墾率達34.3%，居山西省的前列。當前煤礦積極開展“超前復墾”、“邊采邊復”等土地復墾新技術的應用，不僅增大了耕地復墾率，而且降低了土地復墾成本，對采煤企業和社會的發展具有十分重要的意義。

6 結語

針對云岡礦高潛水位地表塌陷區的特點，通過多年的土地復墾實踐，云岡礦探索出適合該地區的土地復墾模式和復墾工藝。在采用傳統復墾模式進行復墾的同時，大膽創新，形成了新的礦區超前復墾和邊采邊復技術體系，取得了良好的經濟效益、社會效益和環境效益，為更好地開展與云岡礦條件類似的采煤塌陷區土地復墾工作提供借鑒和參考。