濟寧泰安菏澤地區采煤塌陷地復墾措施探討

魯曉威，李洪亮，劉紅，于桑，張君，喬月

(1.山東省魯南地質工程勘察院(山東省地勘局第二地質大隊)，山東 濟寧 272100；2.自然資源部采煤沉陷區綜合治理工程技術創新中心，山東 濟寧 272100)

0 引言

近年來，隨著國家對生態環境保護的重視，采煤塌陷復墾成為了生態保護研究的重點之一。高潛水位、常年積水采煤塌陷區是塌陷治理的重點和難點，針對采煤塌陷耕地復墾的生態環境恢復、土地復墾技術措施等做了深入的研究[1-5]；胡振琪等人[6-8]提出了井工開采煤礦邊采邊復(Concurrent Mining and Reclamation，CMR)的新概念、原理與方法；李幸麗[9]研究了動態預復墾技術在采煤沉陷區復墾工程設計中的應用；郭利剛，白中科等人[10]以青龍煤礦為例，對丘陵井工煤礦區破壞土地復墾措施進行了分析；高志遠，王綺等人[11]以道清溝煤礦為例，以適宜性評價視角對煤礦土地復墾技術措施進行了研究；針對高潛水位采煤沉陷區的塌陷濕地、農田整治、采煤沉陷的防治技術等做了更深入的研究[12-15]，隨著濟寧市、泰安市、菏澤市采煤塌陷地治理的積累，針對局部采煤塌陷區的復墾模式、綜合整治方法也分別做了深入的探討和研究[16-22]。

山東省是中國產煤的重要省份，由煤炭開采造成的地表塌陷問題日趨嚴重。濟寧市、泰安市、菏澤市煤礦眾多，地質采礦條件復雜，采煤塌陷區種類及形態各異，文章通過對研究區內采煤塌陷地現狀分布，對已復墾或正在復墾的礦山土地復墾工程整理分析，研究了其采煤塌陷的特點；對比分析了傳統復墾模式和邊采邊復模式的優缺點；研究了不同土地復墾技術措施的適用條件，總結了各地市適宜的復墾模式及土地復墾技術措施，以期對濟寧市、泰安市、菏澤市井工煤礦采煤塌陷地的復墾工作提供一定的借鑒和參考。

1 研究區概況

研究區位于山東省西南部，地形地貌屬微傾斜低平原區，泰安地區屬中低山丘陵區，地勢較平坦，土壤類型以潮土為主，主要含煤地層為下二疊統山西組和上石炭-下二疊統太原組。

濟寧市處于平原湖泊采煤塌陷區，地形地貌以高潛水位平原、湖泊為主，煤礦分布集中，煤炭開采歷史較長，煤層厚，開采煤層多。煤炭開采后，地面形成大面積塌陷，且集中連片，由于多煤層開采的原因，塌陷深度大，最大塌陷深度達到10m以上。該區域地下潛水位埋深較淺，均小于4m，因此地面塌陷后，極易形成積水，且積水面積較大，累計形成采煤塌陷地41100.11hm2，占全省塌陷總量的52.30%，其中積水區面積5214.31hm2，已復墾面積9971.08hm2。

泰安市處于丘陵采煤塌陷區，地形地貌以丘陵為主。區域內煤礦開采歷史長，隨著各礦井煤炭資源枯竭及能源發展政策調整，產能逐年下降，多數煤礦已關閉，煤層厚度中等。泰安市煤炭開采后，地面形成塌陷面積不大，多為單一煤層開采，煤層厚度不大，地表塌陷深度較小。該區域地形以丘陵為主，地下潛水位埋深較大，地表塌陷后通常不會出現積水，累計形成采煤塌陷地16255.51hm2，占全省塌陷總量的20.68%，其中積水區面積454.73hm2，已復墾面積5139.29hm2。

菏澤市處于平原采煤塌陷區，地形地貌為高潛水位平原。區域內巨野礦區為現階段山東省煤炭資源重點開發區域，礦井集中，產能大，多數礦井目前為單一煤層開采，多為厚煤層或特厚煤層，表土層厚、采深大。開采后，地面影響范圍較大，所以塌陷面積大，塌陷后極易形成積水，但由于該區域煤炭開采歷史較短，尚未出現連片的極大規模積水，隨著礦井的不斷開發，未來將形成大面積積水區域，且積水深度大。累計形成采煤塌陷地2893.62hm2，占全省塌陷總量的3.68%，其中積水區面積459.75hm2，已復墾面積1708.54hm2(表1，圖1)。

表1 研究區采煤塌陷地塌陷現狀面積匯總表

1—研究區范圍；2—采煤塌陷影響范圍

2 復墾模式對比分析

通過對研究區內已復墾或正在復墾的礦山土地復墾工程整理分析，研究區內復墾模式按照復墾時刻沉陷的狀態可分為“先破壞，后治理”的傳統復墾模式和“邊采邊復”的動態預復墾模式(圖2)。

1—挖土區；2—充填區

“先破壞，后治理”的傳統復墾模式保證了復墾工程質量，避免了二次破壞和重復復墾，但也存在一些不足之處，對于高潛水位地區的地下開采煤礦，地表塌陷容易形成季節性積水或常年積水，若待塌陷穩沉后復墾，土地將會長時間浸入水中，將損失大量珍貴的土壤資源，減少耕地面積。這部分原有正常耕種的土地復墾為可利用狀態時，需要水下土方工程，施工難度和工程造價較大，后期土壤改良與生態重建系統的也需要增加投入。

“邊采邊復”的動態預復墾模式是在土地即將沉入水中且預測后續下沉深度較大的區域提前剝離表土，交錯回填至將要積水但后續下沉量較小的區域，避免或減少積水區的形成，從而提前復墾出更多可利用的土地。但“邊采邊復”的動態預復墾模式其難點在于復墾時機的把握，對地表塌陷預測精準度要求高。

濟寧市為多煤層開采，未來塌陷范圍與現狀塌陷范圍重疊面積大；泰安市多為單一煤層開采且煤層厚度不大，形成塌陷面積小，地下潛水位埋深較大，地表塌陷后通常不會出現積水；菏澤市地處高潛水位地區，地勢平坦，屬于新型礦區，表土層深厚、開采深度大、煤層厚，煤炭開采后，地面塌陷嚴重、地表穩沉周期長，形成大面積積水區域。綜合對比分析傳統復墾模式和邊采邊復模式的優缺點，認為濟寧市、泰安市采煤塌陷復墾適宜選用“先破壞，后治理”的傳統復墾模式，菏澤市采煤塌陷復墾適宜選用“邊采邊復”的動態預復墾模式。

3 土地復墾技術措施探討

通過對研究區內已復墾或正在復墾的礦山土地復墾工程所采用的土地復墾技術措施進行整理分析，確定傳統復墾模式的土地復墾技術措施主要包括疏排法、直接利用法、削高填低法、挖深墊淺法、充填法等，而“邊采邊復”的動態預復墾模式的土地復墾技術措施多使用挖深墊淺法。根據復墾區地質環境條件選取適宜的土地復墾技術措施，對提高土地復墾利用率和生產潛力十分關鍵。

3.1 土地平整法

土地平整法適用于不積水而地表略顯凸凹不平，但變化不大的塌陷地，土層并未發生較大改變，土壤養分狀態無變化，可以通過沿用原來的田塊、灌排設施和道路，就地土地平整，即可正常恢復土地耕種。

土地平整法在濟寧市、泰安市、菏澤市井工煤礦土地復墾工作中應用非常廣泛，對地表變形不大的耕地塌陷區，均選用了土地平整法，土地平整時盡量以實際地面坡度作為田塊的設計坡度，平整時把握就近取土，就近填平，盡量減少土方移動距離。

3.2 疏排法

疏排法適用于潛水位不太高、地表下沉不大的塌陷區，正常的排水措施和地表整修工程能保證土地的恢復利用。這種方法多用在低淺水位地區或單一礦層和較薄礦層開采的高、中潛水位地區。它的優點是工程量小、見效快，且不改變土地原用途，但需對配套的水利設施進行長期有效的管護。

研究區內疏排法應用較少，僅在泰安市局部塌陷地的緩坡地段實施過，如翟鎮煤礦通過疏排法復墾實施了寬5m、深3m、底寬1m(溝底高程165.0m)的排水溝與翟鎮河(河底高程163.8m)連成整體；良莊煤礦通過疏排法復墾實施了疏排水溝。

3.3 直接利用法

直接利用法適用于大面積塌陷地，特別是積水面積大或積水很深的塌陷地，以及未穩定塌陷地或暫難復墾的塌陷地，常根據塌陷地現狀因地制宜地直接加以利用，如網箱養魚、養鴨、種植耐濕作物等。

直接利用法已應用于研究區內開采年份較早的井田煤礦，如里彥煤礦將塌陷積水區挖深，保持坑塘水面地類不變，用于養殖，墊高積水區周邊土地，復墾為耕地；翟鎮煤礦將區域內7000m2左右季節性積水的坑塘及數十個零星的常年積水坑塘，復墾成荷(藕)塘和魚塘。

3.4 削高填低法

削高填低法適用于不積水或季節性積水的、地表凹凸變化較大的塌陷地，因地塊保墑、保水、保肥效果差，不便耕種，可以通過劃分田塊，田塊內削高填低進行挖補平整，保證整個塌陷區海拔標高基本一致。平整后的土地標高要高于季節性潛水位或滯水水位以上，以利于恢復耕種和植物的生長。塌陷地耕地區表層土熟化程度高，富含腐殖質和有機物，適宜耕種。通常在削高填低平整前，先剝離一定厚度的表土，充填后再將剝離的表土覆蓋，恢復原有使用功能。

良莊煤礦、楊村煤礦對預測塌陷中地表凹凸變化較大且不產生積水的塌陷耕地，設計將數個田塊劃為一個平整單元，采用削高填低法進行平整(圖3)。平整后要求田塊田面縱坡方向與水流方向一致，保持在1∶2000～1∶1000；田面無橫向坡度，縱坡斜面上局部起伏高差控制在±5cm內，相鄰畦田橫向高差控制在±3cm內。

圖3 削高填低法及剖面示意圖

3.5 挖深墊淺法

挖深墊淺法適用于局部的積水或季節性積水塌陷區，地表凹凸變化較大或地面坡度較大，對農田的正常耕作影響嚴重。主要運用機械作業將局部塌陷區下沉挖深，以適合養魚、蓄水灌溉，把挖出來的泥土充填開采塌陷較小的地區，回墊到季節性潛水位或滯水水位以上。推平施肥使其形成耕地，可以種植農作物，從而達到水產養殖和農業種植并舉的目的。治理前，坑塘區域要提前進行抽水，然后再對泥土開挖。這種方法操作簡單、經濟效益高、生態效益顯著，被廣泛用于采煤塌陷地的復墾工程中。

里彥煤礦、楊村煤礦、王樓煤礦、鄆城煤礦、張集煤礦等，為了搶救更多寶貴的耕地資源，采用挖深墊淺法將預測塌陷中的塌陷較深、常年積水區挖深取土，將周邊季節性積水區和部分常年積水區墊高至季節性潛水位或滯水水位以上；新安煤礦采用挖深墊淺法將塌陷積水區條狀深挖，墊高至兩側，復墾成臺田和魚塘(圖4)。梁寶寺煤礦因地面塌陷造成地表嚴重內澇，形成大面積積水，耕地變為廢棄坑塘，通過采用挖深墊淺法復墾后形成2個魚塘，恢復塌陷耕地6.4810hm2。張集煤礦采用動態預復墾模式，根據煤礦開采計劃和地表塌陷損毀程度預測，超前對塌陷土地進行治理。通過表土剝離、挖深墊淺，將預計成為塌陷較深的潛在積水區域的土提前挖出，墊至預計塌陷季節性積水區域形成耕地。

圖4 挖深墊淺法及剖面示意圖

3.6 填充法

充填法適用于有足夠的充填材料且充填材料無污染或污染可經濟有效防治的地區。前提是充填物易經濟地獲取和充填物無其他更經濟的用途，且充填物無污染。在充填法中，用煤矸石充填是目前較為普遍的方法。

研究區內在以往復墾工程中，對于塌陷深度較大的常年積水區，設計實施矸石充填復墾，分層碾壓，達到設計高程后，覆表層耕土。如翟鎮煤礦在塌陷地復墾工程治理時，先采用了剝離表土層，分層充填矸石，再覆土平整，復墾成可耕種土地。鄆城煤礦利用黃河水中含土、砂量大的特點，采用現有水利設施(水閘)放黃河水或利用挖泥船、吸泥泵抽取黃河泥沙，通過管道遠距離輸送到采煤塌陷區，對采煤塌陷地進行充填治理。

3.7 生物修復法

生物修復法適用于塌陷區內搬遷后的村莊、工業場地等復墾目標為耕地的，建筑拆除結束后的土地很貧瘠，一般有機質和腐殖質較少，土壤的透氣性偏低，保墑性差，不宜馬上種植農作物。

研究區內對涉及塌陷損毀地類為工礦倉儲用地、住宅用地的塌陷區，復墾設計對地表建筑物拆除清運、地表淺翻深松，土地平整、增施有機肥或豆科植物來改善土壤肥力。

4 結論

(1)在采煤塌陷整治的過程中，土地復墾模式及技術措施多種多樣，通過對研究區內已實施或正在實施的復墾工程整理，分析了不同復墾模式的優缺點，研究了不同土地復墾技術措施的適用條件。認為濟寧市、泰安市采煤塌陷復墾適用“先破壞，后治理”的傳統復墾模式，菏澤市采煤塌陷復墾適用“邊采邊復”的動態預復墾模式。

(2)傳統復墾模式下，對研究區內采煤塌陷程度較輕、滿足農業復墾條件的，建議采取土地平整法、疏排水法、削高填低法、充填法、生物修復法等復墾技術措施，充分利用煤矸石、黃河泥沙等原料，實施農業復墾；對無法復墾治理為耕地的重度塌陷區，建議綜合采取直接利用法、挖深墊淺法等復墾技術措施，以生態濕地、城市湖泊、環湖濕地或河岸濕地等為治理目標，大力推進生態治理，把地質災害轉化為生態紅利，提升采煤塌陷地綜合治理生態效益和社會效益。

(3)在動態預復墾模式下，采取土地平整法、挖深墊淺法等復墾技術措施，避免或減少積水區的形成，提前復墾出更多可利用的土地。