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第 47 卷 增刊 1 煤田地质与勘探 Vol. 47 Supp.1 2019 年 9 月 COAL GEOLOGY 2. Shandong Energy Zibo Mining Group Co. Ltd., Zibo 255000, China Abstract The production and construction of coal mines strongly promote local economic development and social progress, and at the same time, it also causes a certain degree of damage and impact on the local geological envi- ronment and land resources. In order to solve the contradiction between the coordinated development of mineral resources development and ecological environment protection, and effectively control the subsidence area to avoid and reduce the damage to the ecological environment of the mining areas, this paper takes the reclamation area of Xuchang coal mine as the object, based on the analysis of the physical property and the demand of gangue, the fea- sibility of using gangue to refill and reclaim the subsidence area was uated, and the gangue is also applied in the subsidence area of farmland and water-accumulating area. Good social and economic benefit has been obtained. Keywords backfilling and reclamation with gangue; subsidence of mining area; comprehensive utilization of gangue; land management; topsoil stripping 随着经济的发展和国民生活水平的提高，人民 对生活环境的要求越来越高，国家对环境保护的要 求也越来越严格。在煤炭生产过程中排放的矸石， 约占原煤产量的 1020，矸石堆积成山，不仅占 用土地资源，且危害矿区的生态环境和人民健康， 成为矿区绿色环境发展的难题。因此，如何利用和 处理矸石，构建绿色友好型矿区环境使得该研究课 题很有必要。煤矸石曾用于井下开采充填[1-3]、地表 沉陷控制[4-6]、地表塌陷区治理[7-10]等。另外，煤矿 在产出煤炭的同时，破坏耕地，形成大片塌陷区， 塌陷区回填治理时还可能造成其他问题。如果利用 煤矸石回填塌陷区， 将减少取土坑塘面积， 增加复垦 治理后耕地面积， 减少矸石山占用耕地， 恢复矿区生 态环境，为企业增加社会效益和经济效益。 煤矿塌陷区治理多采用土地资源分类法进行， 根据现状采用宜农、宜林、宜牧、宜渔的方法确定 复垦方向，济宁地处平原，耕地为传统农作方式， 以往塌陷地复垦往往损失大量耕地。矸石回填主要 是在农用地、林地、建设用地等塌陷区复垦，济宁 地区宜农宜渔，根据矿区实际情况应更多地增加复 垦区耕地面积，减少耕地损失，有利于企业和当地 居民的利益。 ChaoXing 增刊 1 郭振忠等 矸石回填复垦技术在许厂煤矿土地治理中的应用 63 1 研究区概况 许厂煤矿为全隐蔽式煤田，矿山仅开采 3 下煤 层，3 下煤层厚 08.17 m，平均厚 2.75 m，煤层倾 角 442。目前，3 下煤正常开采的 330 采区，采 用走向长壁后退式采煤法，综采放顶煤工艺，全部 垮落法管理顶板，开采结束后会形成大片采空区， 采空区面积扩大到一定范围后，会引起岩层和地表 下沉，形成塌陷区。 许厂井田为平原区，地面塌陷主要表现为塌陷 盆地，矿区内浅层地下水水位埋深为 3.765.57 m， 水位年变幅为 1.22.0 m。自煤炭开采以来，矿区内 曾在 130 采区、430 采区、330 采区西翼和 330 采区 东翼出现过不同程度的地面塌陷，部分地段因塌陷 严重曾形成过常年积水区和季节性积水区。 许厂煤矿矸石年出矸量 6.4107 kg，目前形成 的矸石山位于井田工业广场东北部， 占地面积 2.52 104 m2，山体高度 53 m，堆积体积约 5.0105 m3。 随着矿井资源的逐步枯竭，政府对环境质量改善和 保护的要求日益严格，矸石上井堆积难度更大；矸 石山成为企业环境治理的难点，矿井面临极大的环 保压力，同时还需支付大量的土地占地费。 2 煤矸石回填塌陷区可行性分析 2.1 煤矸石工程应用情况 近年来，许厂煤矿对煤矸石在工程方面的综合 利用进行了多方面试验① 煤矸石作为回填路基， 应用于恢复塌陷区道路方面煤矸石作为回填路基； ② 将煤矸石粉碎， 用作膏体充填开采的材料； ③ 用 矸石进行置换开采等。通过对煤矸石的实践利用， 找到消灭矸石的方法，但上述应用对矸石消耗相对 较小，不能充分消化积累的矸石量。 2.2 煤矸石的物性特征 许厂煤矿煤矸石以砂质页岩、泥岩和细砂岩为 主，为了分析煤矸石用于塌陷区复垦的可行性，对 煤矸石进行了透水性试验，通过透水性试验发现， 结构致密的煤矸石吸水性较差，但具有良好的透水 性，可以用作复垦区底层回填基质。 经统计和预算，各类矸石应用的消化量见表 1。 表 1 矸石治理需求量统计表 Table 1 Statistics of gangue quantity demanded by governance 用途 回填面积/m2 矸石用量 路基 1.1105 0.5105 m3 复垦区坑塘 1.9105 6.4105 m3 置换开采 0.8104 2.4104 m2/a 膏体充填 1.6104 5.0104 m2/a 3 矸石回填复垦区工程设计 3.1 工程概况 许厂煤矿地面塌陷区主要表现为塌陷盆地，塌 陷区中 1.72105 m2范围内常年积水。为恢复耕地， 且方便矸石运输，选取卢营村和孙氏店复垦项目区 作为矸石回填复垦区。 许厂煤矿用矸石回填复垦治理项目区内的塌陷 耕地。复垦时，先剥离塌陷区表层土，再深挖坑形 成回填坑，表土层需剥离 1.0 m，存土作为回填时的 最上层覆盖土，25 m 深坑作为矸石回填坑，用车 载矸石至回填坑进行回填。卢营村项目消化矸石 1.3105 m3，孙氏店项目消化矸石 3.5105 m3，采用 底层矸石回填，表层覆土的方式复垦，平整后，矸 石上至少覆盖 1.5 m 厚覆土。 3.2 回填工艺 3.2.1 塌陷区充填工艺 a. 表土剥离 为了保护土源，在复垦之前，先 对其表土进行剥离，表土剥离厚度根据当地实际情 况而定，一般剥离厚度在 1.01.5 m，剥离的表土临 时堆放于塌陷区边缘， 作为复垦塌陷区的覆土土源。 b. 塌陷区耕地矸石充填 对重度塌陷区耕地 进行矸石充填抬高，矸石上覆盖生土，恢复地表平 整度， 最后将剥离的表土层覆盖在平整后的土地上， 厚度为 1.5 m 左右，使充填后的塌陷区达到农田正 常耕作水平。 许厂煤矿在 20072016 年分批对塌陷区内的 损毁土地进行塌陷治理和土地复垦工作，经统计， 截止 2018 年底， 已治理复垦并取得了当地国土部门 验收批复的土地面积共 481.34 hm2，已复垦区域效 果较好。 3.2.2 地表裂缝充填工艺 许厂煤矿开采在部分地区还会产生宽窄不一的 裂缝， 破坏程度较小的地方裂缝宽度一般小于 10 cm， 破坏程度中等的地方裂缝宽度一般大于 10 cm，最 宽的达到 25 cm。为减轻对土地的破坏程度，对轻度 塌陷区裂缝直接就地取土进行充填； 对于中度裂缝区 采用粒径较大的矸石先行填充裂缝， 离地表 25 cm 时 就地取土覆盖，填土方法采用人工及机械填充。 矸石充填裂缝的具体流程如下 ① 先沿着地表裂缝剥离表土， 剥离宽度为裂缝两 侧外扩各 0.30.5 m，剥离土层就近堆放在裂缝两侧。 ② 可用小平车或小推车向裂缝中倒矸石，当充 填高度距地表 1 m 左右时，应开始用木杆做第一次捣 实，然后每充填 40 cm 左右捣实一次，直到略低于原 地表，再将之前剥离的表土覆于其上，如图 1 所示。 ChaoXing 64 煤田地质与勘探 第 47 卷 图 1 裂缝充填示意图 Fig.1 Schematic filling of cracks 4 工程实施效果 通过矿区土地损毁预测与评估，矿区内存在的 损毁土地主要划分为两个方面a. 采矿塌陷对区域 内的耕地、园地、林地、草地、交通运输用地、水 域及水利设施用地的损毁；b. 矸石山对压占土地的 损毁，恢复这些土地利用功能，复垦为原土地利用 类型。 按照国家及地方政府规定，保障农民能够正常 生产和耕作， 对已塌陷区首先采取矸石充填塌陷坑， 再覆表土与周边高度一致后恢复为耕地，经现场调 查核实，已复垦区域效果较好，以济宁高新区柳行 街道办事处卢营村复垦土地为例，复垦时间为 2016 年，复垦土地为积水塌陷区和塌陷坑，复垦方向为 耕地及配套设施，如在恢复耕地的同时，为达到基 本农田的耕作标准，我矿对塌陷区内破坏的机井重 新进行了建设。复垦后塌陷区土地田面平整，基础 设施完善，耕作层质地和土体结构类型能够满足农 作物正常生长。经过跟踪调查，该区域的玉米平均 亩产达 600 kg，小麦平均亩产达 520 kg。 5 结 论 a. 许厂煤矿煤矸石以砂质页岩、泥岩和细砂岩 为主，吸水性较差，具有良好的透水性，可以用作 复垦区底层回填基质。 b. 将煤矸石用于地表塌陷区及裂缝治理，许厂 煤矿已恢复耕地 481.34 hm2，取得了良好的经济和 社会效益。 参考文献 [1] 张冬冬. 矸石–粉煤灰充填技术在新阳煤矿“三下”采煤中的 应用[J]. 能源与节能，2018，15710120–121. 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